試論多樁型復(fù)合地基在軟土地基處理中的應(yīng)用

■劉慶華

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院 河南鄭州 450000）

試論多樁型復(fù)合地基在軟土地基處理中的應(yīng)用

■劉慶華

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院 河南鄭州 450000）

本文針對(duì)軟土地基的特點(diǎn)，根據(jù)工程實(shí)例，本著安全、經(jīng)濟(jì)、適宜、環(huán)保的宗旨，并結(jié)合本地區(qū)施工條件及地方施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)方案選型確定地基處理方法；再通過(guò)施工完成后的載荷試驗(yàn)及變形觀測(cè)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證復(fù)合地基承載力計(jì)算及沉降計(jì)算，以期對(duì)今后該地區(qū)的設(shè)計(jì)、施工有借鑒意義。

多樁型復(fù)合地基軟土地基應(yīng)用承載力變形

多樁型復(fù)合地基是采用兩種及兩種以上不同材料增強(qiáng)體加固形成的復(fù)合地基，已被JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》列入地基處理方法。其適用于處理不同深度存在相對(duì)硬層的正常固結(jié)土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土，以及地基承載力和變形較高的地基。近年來(lái)，隨著建筑市場(chǎng)興起及建筑用地緊缺，建筑物向高層發(fā)展，對(duì)地基的承載力及變形要求提高，特別是沿海軟土地區(qū)地基土具有高天然含水量、大孔隙比、高壓縮性、低強(qiáng)度等特性，厚度較大的軟土層理結(jié)構(gòu)一般表層為1.0～3.0 m的褐黃色粉質(zhì)黏土；第②、第③層為淤泥質(zhì)黏性土，厚度在20.0 m左右，屬高壓縮性土；第④層為較密實(shí)的黏土層或砂層。此地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，上部地層承載力較低(一般地基承載力特征值為70 kPa)，且具有高壓縮性(α1-2>0.5/ MPa)，天然含水量一般大于液限（W>30%），變形較大，直接反映到建筑物結(jié)構(gòu)上為地層具有的承載力及變形不能滿足要求，且上部軟土較厚，工后沉降較大，直接影響建筑物的使用，因此必須采取地基處理，以滿足建筑物承載力及變形要求。

1 地基處理方案選型

方案選型本著安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、工期等因素進(jìn)行對(duì)比篩選，同時(shí)考慮地方施工條件及工程事故，最后選擇施工方案。

擬建建筑物為12～18層，基礎(chǔ)埋深3.0 m，要求處理后復(fù)合地基承載力特征值≥280～300 kPa，最終沉降要求≤50 mm，整體傾斜≤0.002 5，但根據(jù)勘察報(bào)告，天然地基不能滿足承載力及變形要求，須采取地基處理措施。

擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)分層為：第①層雜填土，松散；第②層粉質(zhì)黏土，軟～可塑；第③層淤泥質(zhì)黏土，流塑；第④層粉砂，稍～中密；第⑤層粉質(zhì)黏土，軟塑；第⑥層粉砂，中密；第⑦層粉質(zhì)黏土，可塑；第⑧層粉砂，中～密實(shí)；第⑨層細(xì)砂，中～密實(shí)；第⑩層細(xì)砂，中密；第層細(xì)砂，密實(shí)。

1.0 ～22.0 m地層為軟土與砂互層，基底下3.0～8.0 m為淤泥質(zhì)黏土，22.0 m下為相對(duì)較好的砂層持力層。根據(jù)以上地層條件進(jìn)行方案比選。

1.1 方案1：水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基方案

該方案從安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、工期等各方面考慮是很合理的。安全上：增強(qiáng)體剛度大，成樁質(zhì)量好，復(fù)合地基承載力提高大，樁間土變形減少；經(jīng)濟(jì)上：樁體強(qiáng)度根據(jù)承載力可調(diào)，節(jié)省鋼材，施工造價(jià)低；環(huán)保上：施工時(shí)增強(qiáng)體消耗部分粉煤灰，不會(huì)產(chǎn)生泥漿渣土；工期上：施工速度快，無(wú)輔助施工措施，工期短。本地區(qū)增強(qiáng)體樁一般選擇樁徑500 mm、樁長(zhǎng)（設(shè)計(jì)長(zhǎng)）23.0～25.0 m，樁間距1.6～1.8 m，面積置換率為6%～7%，充分體現(xiàn)了復(fù)合地基增強(qiáng)體“大樁距、大樁長(zhǎng)、樁端做在好土上”的設(shè)計(jì)理念。該方案曾在地區(qū)內(nèi)廣泛應(yīng)用，但施工中出現(xiàn)了下列工程事故：

（1）上部開挖斷樁。由于基底為軟土，地基土抗剪強(qiáng)度低，且有觸變性，機(jī)械開挖后樁頂下2.0～3.0 m斷樁80%以上，不得不后期進(jìn)行“跑樁”及樁間土加固，嚴(yán)重影響質(zhì)量及工期。

（2）擴(kuò)徑，增強(qiáng)體施工時(shí)采用長(zhǎng)螺旋管內(nèi)泵壓混凝土施工工藝。由于樁體范圍內(nèi)為軟土，抗剪強(qiáng)度低，且地基土含水量較大，極易造成擴(kuò)徑，樁體充盈系數(shù)達(dá)到1.5～1.7，導(dǎo)致造價(jià)大幅提高。

1.2 方案2：水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基方案+短鋼筋籠

該方案為防止基坑開挖造成斷樁，上部采用加3.0～5.0 m短鋼筋籠，提高上部樁體剛度，解決了斷樁問(wèn)題。但是此方案不能解決以下問(wèn)題：

（1）樁體充盈系數(shù)過(guò)大。

（2）施工條件上，鋼筋籠反插難度大，且不易到位。由于施工時(shí)機(jī)械行走對(duì)地基土強(qiáng)度有一定要求，軟土地區(qū)上部一般有1層硬殼，要充分利用軟土地區(qū)這一特點(diǎn)進(jìn)行地表施工，然而基坑開挖后，施工對(duì)軟土擾動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)施工。

1.3 方案3：鋼筋混凝土灌注樁

該方案應(yīng)用較廣。本地區(qū)一般采用潛水鉆成孔施工工藝，施工時(shí)產(chǎn)生大量泥漿，設(shè)計(jì)樁徑600 mm，樁間距2.0～2.4m，樁長(zhǎng)36.0～40.0 m，鋼筋含量60 kg/m3，施工前要進(jìn)行試樁，工期較長(zhǎng)。

1.4 方案4：多樁型復(fù)合地基方案

該方案采用長(zhǎng)短樁增強(qiáng)體對(duì)地基進(jìn)行處理。長(zhǎng)增強(qiáng)體采用CFG樁體，樁端座在好土上，提高承載力，減少變形；短增強(qiáng)體采用干法水泥土攪拌樁體，加固上部軟土地基，改良其物理力學(xué)特性。布樁時(shí)采用長(zhǎng)樁插入短樁中，即4根攪拌樁中插入1根CFG樁。

施工攪拌樁后，再施工CFG樁，攪拌樁施工后對(duì)CFG樁周極軟土進(jìn)行加固，水泥水化后消耗掉軟土內(nèi)的水分，提高了樁周土的抗剪強(qiáng)度，提高了對(duì)CFG樁體的約束，解決了軟土層內(nèi)CFG樁體擴(kuò)徑問(wèn)題。同時(shí)基坑開挖后，水泥土攪拌樁體強(qiáng)度一般達(dá)到2 MPa左右，保護(hù)了CFG樁體，基本無(wú)斷樁現(xiàn)象。水泥土攪拌樁施工后，提高了地基承載力，減少了長(zhǎng)樁復(fù)合地基承載力提高比（復(fù)合地基承載力與基底天然地基承載力比一般為3～4，充分利用樁間土的承載力，也是復(fù)合地基特點(diǎn)）。設(shè)計(jì)參數(shù)：一般水泥土攪拌樁樁徑500 mm，間距1.0 m左右，樁長(zhǎng)加固基底下極軟土，8.0～9.0 m；長(zhǎng)樁CFG樁選擇樁徑500 mm，樁長(zhǎng)（設(shè)計(jì)長(zhǎng)）23.0～25.0 m，樁間距2.0 m左右，在保證承載力及變形條件下根據(jù)攪拌樁樁間距進(jìn)行調(diào)整。

2 地基處理方案比選

對(duì)上述4個(gè)方案，從安全、造價(jià)、環(huán)保、工期等分別進(jìn)行對(duì)比，選定方案。方案1：CFG樁徑0.5 m、樁長(zhǎng)25 m、樁間距1.6 m，充盈系數(shù)1.5。方案2：CFG樁徑0.5 m、樁長(zhǎng)25 m、樁間距1.6 m，充盈系數(shù)1.5。鋼筋籠取5 m，6φ16 mm主筋。方案3：混凝土灌注樁樁徑0.6 m、樁長(zhǎng)40 m、樁間距2.0 m。方案4：CFG樁徑0.5 m、樁長(zhǎng)25 m、樁間距2.0 m，充盈系數(shù)1.0。短樁水泥土攪拌樁樁長(zhǎng)9.0 m、樁徑0.5 m，摻入比13%。

根據(jù)以上方案，從造價(jià)、環(huán)保、工期、設(shè)計(jì)要求承載力及變形比選，方案4具有性價(jià)比高之優(yōu)點(diǎn)，為可選方案。

3 地基處理方案的設(shè)計(jì)計(jì)算

實(shí)例開發(fā)小區(qū)共計(jì)14棟樓，本次以7號(hào)樓為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)時(shí)，采用雙復(fù)合地基進(jìn)行計(jì)算，長(zhǎng)樁為CFG樁增強(qiáng)體，處理上部軟土采用水泥土攪拌樁增強(qiáng)體。首先施工水泥土攪拌樁處理上部軟土，待水泥土攪拌樁強(qiáng)度達(dá)到70%后施工長(zhǎng)樁。根據(jù)工程地質(zhì)資料，上部第③層淤泥質(zhì)黏土厚度約5.0 m，其下部有砂層，短樁增強(qiáng)體以該層為持力層進(jìn)行設(shè)計(jì)；長(zhǎng)樁增強(qiáng)體以第⑧層粉砂為樁端持力層進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)計(jì)要求

7號(hào)樓為18層，要求處理后復(fù)合地基承載力特征值≥300 kPa，最終沉降要求≤50 mm。

3.2 承載力計(jì)算

雙復(fù)合地基計(jì)算根據(jù)地區(qū)及地層條件，進(jìn)行復(fù)合。本工程是由天然地基與水泥土攪拌樁增強(qiáng)體復(fù)合形成復(fù)合地基，視為等效天然地基，其承載力特征值為fspk2；將等效天然地基和長(zhǎng)樁CFG樁增強(qiáng)體復(fù)合形成復(fù)合地基，其承載力特征值為fspk1，求得復(fù)合地基承載力即多樁型復(fù)合地基承載力fspk。

本工程計(jì)算為保證軟土地區(qū)變形控制，在實(shí)際計(jì)算時(shí)短樁增強(qiáng)體復(fù)合地基下長(zhǎng)樁到樁端的ξ2采用fspk1與fspk2比值作為壓縮模量的提高系數(shù)。

（1）水泥土攪拌樁復(fù)合地基。設(shè)計(jì)參數(shù)為：基礎(chǔ)埋深4.14 m，樁間距1.0 m、樁徑0.5 m、樁長(zhǎng)11.0 m，水泥摻合比13%。單樁承載力特征值(取小值)：

式中：η———樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，為0.2～0.25；

αp2———樁端天然土承載力折減系數(shù)，為0.5；

β2———樁間土承載力折減系數(shù)，為0.1～0.4；

fak———樁間天然土承載力特征值，為70 MPa；

m2———面積置換率，為0.196；

fcu———樁身水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，為0.3～2.0 MPa；

qp———樁端阻力，為20 kPa（由于第⑥層粉砂局部較薄，地基承載力降低按下臥層取值）。

計(jì)算結(jié)果：由式（1）得Ra2=248.65 kN；由式（2）得Ra2=η×fcu× Ap（樁身強(qiáng)度制）=0.3×2 000×0.196 25=117.75 kPa。單樁承載力特征值(取小值)Ra2=117 kPa。

復(fù)合地基承載力特征值fspk2=139.36 kPa，取為139 kPa。

（2）CFG樁長(zhǎng)樁增強(qiáng)體復(fù)合地基。設(shè)計(jì)參數(shù)：

基礎(chǔ)埋深4.14 m，樁間距2.0 m、樁徑0.5 m、樁長(zhǎng)20.0 m。

計(jì)算結(jié)果：Ra1=λ×871.57=784.41（λ：?jiǎn)螛冻休d力發(fā)揮系數(shù)0.9）；fspk1=307 kPa≥300 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 地基處理方案檢測(cè)檢驗(yàn)及變形觀測(cè)

按上述方案施工后，增強(qiáng)體達(dá)到期齡后進(jìn)行了增強(qiáng)體及多樁型復(fù)合地基載荷試驗(yàn)及增強(qiáng)體樁身完整性檢測(cè)；基坑開挖施工到地上1層后進(jìn)行變形觀測(cè)。

4.1 承載力檢測(cè)

經(jīng)對(duì)水泥土攪拌樁增強(qiáng)體、CFG樁增強(qiáng)體及多樁型復(fù)合地基進(jìn)行載荷試驗(yàn)及樁體完整性檢測(cè)，復(fù)合地基計(jì)算均滿足要求。

（1）水泥土攪拌樁增強(qiáng)體檢測(cè)。對(duì)水泥土攪拌樁抽取3組進(jìn)行單樁承載力載荷試驗(yàn)，最大荷載Q加至234 kN，沉降量S為35.73～37.80 mm，檢測(cè)合格。樁身完整性檢測(cè)為1類樁，滿足樁身完整性要求。

（2）CFG樁增強(qiáng)體檢測(cè)。對(duì)CFG樁抽取3組進(jìn)行單樁承載力載荷試驗(yàn)，最大荷載Q加至1 568 kN，沉降量S為35.29～39.70 mm，檢測(cè)合格。樁身完整性檢測(cè)為1類樁，滿足樁身完整性要求。從檢測(cè)結(jié)果中可見，在樁頂下7.0 m（地面下11.0 m）左右有擴(kuò)徑現(xiàn)象。

（3）復(fù)合地基承載力檢測(cè)。對(duì)多樁型復(fù)合地基選取3組進(jìn)行復(fù)合地基承載力載荷試驗(yàn)，最大荷載Q加至600 kN，沉降量S為32.65~35.87 mm，檢測(cè)合格。

4.2 變形觀測(cè)

（1）各觀測(cè)點(diǎn)沉降值對(duì)比。觀測(cè)時(shí)間從2013年10月26日~ 2014年5月3日，對(duì)建筑物12個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

從變形觀測(cè)記錄可見，建筑物各點(diǎn)基本為均勻沉降，最大沉降量18.8 mm（根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)，封頂后沉降完成80%），小于計(jì)算建筑物最大平均沉降量50mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

從計(jì)算可得出實(shí)測(cè)計(jì)算沉降系數(shù)平均值為0.11。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）從檢測(cè)試驗(yàn)及變形觀測(cè)的數(shù)據(jù)說(shuō)明，本地基處理方案是合理可行的。

（2）從CFG樁體小應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果可知，波速曲線反應(yīng)在樁頂下7.0 m（地面下11.0 m）左右有擴(kuò)徑現(xiàn)象；從地層剖面對(duì)應(yīng)位置為第④層粉砂層下軟塑黏性土層中，可得出上部軟土經(jīng)水泥土攪拌樁處理后在改良軟土的同時(shí)，解決了施工CFG樁擴(kuò)徑增大混凝土充盈系數(shù)問(wèn)題，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果，方案是合理的。

（3）從沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，對(duì)上部軟土進(jìn)行加強(qiáng)處理后與CFG樁復(fù)合，建筑物實(shí)際沉降值較小，封頂后＜20 mm。從對(duì)其他樓的觀測(cè)記錄反演，本施工區(qū)內(nèi)沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為0.20～0.25。

（4）軟土地區(qū)高層建筑物進(jìn)行多樁型復(fù)合地基設(shè)計(jì)，由于上部往往為很厚的淤泥及淤泥質(zhì)土，復(fù)合地基要求處理承載力較高，與天然地基承載力值比一般＞4。計(jì)算時(shí)先進(jìn)行上部軟土處理后與CFG樁進(jìn)行復(fù)合計(jì)算較為合理，同時(shí)考慮到CFG樁處理深度內(nèi)為軟土，實(shí)際計(jì)算時(shí)從基底應(yīng)力狀況考慮，短樁下復(fù)合地基模量提高系數(shù)采用復(fù)合地基計(jì)算值與一次復(fù)合等效地基復(fù)合地基承載力的比值較為合理。

（5）從近幾年軟土地區(qū)復(fù)合地基設(shè)計(jì)及施工狀況看，該多樁型復(fù)合地基處理方案在這一地區(qū)具有適用性及經(jīng)濟(jì)性，值得借鑒和推廣。

[1]JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 ［S］.

TU4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-365-2