预制管桩复合地基在工程中的应用

赵保平

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

0 引言

复合地基早在20世纪60年代已开始在实际工程中应用，初期的复合地基是由碎石桩与天然地基土形成的，其桩体材料碎石为散体材料，复合地基承载力提高有限，也可用于处理液化地基，部分消除液化，减小液化指数。后来，高压旋喷注浆法及深层搅拌桩法(均为水泥土桩)在地基处理工程中广泛使用，水泥土桩与天然地基形成复合地基，其桩体材料水泥土为粘结材料，散体材料的桩和粘结材料的桩其受力性能有明显的区别。近十年来随着CFG桩或低强度桩在工程中的广泛应用，复合地基有了新的发展。综上所述，复合地基就是由天然地基土和增强体两部分组成的人工地基，在上部荷载作用下二者共同受力承担竖向荷载，根据增强体材料的不同，又分为三类桩，其中碎石桩、砂桩为散体材料，水泥土桩、石灰桩、灰土桩为柔性桩或半刚性桩，而CFG桩、低强度混凝土桩，钢筋混凝土桩则为刚性桩，CFG桩根据其名称初期的材料组成为水泥，粉煤灰，石屑及水经搅拌而形成，在使用中因配合比复杂不易保证质量，现在材料基本上已改为低强度混凝土，而工程中仍沿用CFG桩的称呼。而钢筋混凝土桩复合地基在工程界颇有争议，有的人认为桩承载力偏高，且其桩体与天然地基土的压缩模量相差太大，共同受力时地基土的承载力发挥偏小，无法形成真正意义上的复合地基，另外《建筑地基处理技术规范》并未将钢筋混凝土桩复合地基列入其中，造成在设计时无规范依据，建设质量监督部门也不认可，阻碍了其在工程中的应用。以下就介绍两个应用混凝土预制管桩复合地基的工程实例。

1 工程实例一

太原市小店附近的某商住楼，地下1层，地上20层，高度59.6 m，结构形式为框架剪力墙结构，基础形式为钢筋混凝土筏板基础。场地地貌单元属汾河东岸Ⅰ级阶地，基底以下自上而下分别为第①层，杂填土，松散，土层厚2.25 m;第②层，粉土，稍密，层厚 2.97 m，fak=80 kPa，qsk=32 kPa;第③层，粉质粘土，可塑，层厚4.27 m，fak=100 kPa，qsk=46 kPa;第④层，粉土，中密，层厚13.3 m，fak=150 kPa，qsk=62 kPa，qpk=2 000 kPa;第⑤层，粉质粘土，可塑，层厚 4.92 m，fak=160 kPa，qsk=62 kPa，qpk=2 600 kPa;第⑥层，细砂，稍密，标贯击数平均为21击，fak=200 kPa，qsk=62 kPa，qpk=5 000 kPa。拟建场地属液化场地，地基液化等级为中等，主要液化土层为第②层粉土，第④层粉土。基础持力层为第②层粉土，其地基承载力为80 kPa，天然地基不能满足要求，需进行地基处理提高其承载力。

本场地第②层～第⑤层均为粉土或粉质粘土，其韧性及干强度低，具高～中等压缩性，均位于地下水位以下，属高灵敏土，若采用CFG桩处理地基，在施工时施工机械扰动场地土使其变为流塑状态，造成取土困难，桩孔缩径，桩径粗细不一，俗称“糖葫芦”状或桩心夹泥，成桩质量差，单桩承载力及复合地基承载力偏低，无法满足设计要求，在周围的已建工程因采用CFG桩出现了上述问题，复合地基检测时不满足使用要求，无奈进行地基加固，造价不菲，又浪费时间造成了工期延误，教训深刻。

从施工工艺来看，CFG桩采用长螺旋钻孔，管内泵压混合料灌注成桩，而在实际施工时，由于施工单位竞相压价，采取正规的施工工艺会造成亏损，所以采用的工艺不是管内泵压，而是泵压至钻机顶部，然后自由落体至桩孔内，因而在软土场地容易造成桩体缩径且桩体混凝土强度低，地基处理结果不理想。

另外CFG桩为非挤土桩，对周围土体无挤密作用，不能有效地降低液化指数，改善液化，而本工程场地为中等液化，必须进行处理部分消除地基液化，若采用CFG桩复合地基，则应先打碎石桩消除液化，再打CFG桩提高承载力，打两种桩施工复杂，工期长，而且碎石桩为散体桩，施工后桩体分散，造成CFG桩位有碎石堆积，钻孔时困难，严重时甚至无法施工。若采用混凝土预制管桩复合地基，预制管桩为工厂制作的成品，桩的质量有保障，施工速度快，其成桩质量好，单桩承载力比同样的CFG桩高，且施工噪声小，不排土排泥，对周边环境影响不大。另外预制管桩属挤土桩，对周边土体有挤密作用，能有效地降低液化指数，改善液化，不必再先打碎石桩消除液化。预制管桩复合地基与预制管桩(满布)桩基相比，预制管桩复合地基能充分发挥桩间土的承载力作用，减小桩数，降低地基处理的工程造价，在高烈度地震区，上部水平地震力传至地基时，大部分地震力由桩间土承担，而预制管桩分担的水平地震力较小，从而避免桩体抗剪破坏，能发挥预制管桩竖向抗压承载力高，而水平抗剪承载力较低的特点。另外，由于复合地基桩顶作200 mm～300 mm厚的砂石褥垫层，桩头不伸入基础，不必作桩头防水处理，施工简单，而桩基的桩头应伸入基础板50 mm，桩头均需做防水处理，数量多，工程量大，且容易出现漏水现象影响使用。经综合比较，本工程决定采用混凝土预制管桩复合地基，桩径400，桩型PHC-A400(95)-b，桩布置为正方形，间距1.8 m，桩长23 m，桩端持力层为第⑥层粉质粘土，桩数量为393根，试桩数量为3根，单桩承载力为700 kN。管桩的施工要求如下:桩连接时采用长桩加短桩和短桩加长桩两种交替布置，接桩采用焊接连接，终压条件的确定采用双控，控制指标为桩长和压力桩，桩长超过8 m的，桩复压次数为2次～3次，稳压压桩力不得小于终压值，稳定压桩的时间宜为5 s～10 s。桩的制作，起吊，搬运均需严格遵守《先张法预应力混凝土管桩》及管桩图集的有关规定，打桩前先根据图纸进行施工放线定位及确定桩顶标高，准确无误后方可进行施工。桩施工采用静压法沉桩，采用抱压式桩机时，夹持机构中夹具应避开桩身两侧合缝位置，桩插入地面时垂直度偏差不超过0.5%。本工程施工工期为15 d，桩数393根，桩长23 m，总造价为108万元，若采用碎石桩加CFG桩处理地基，施工工期两个月，碎石桩桩长8 m，正方形布置，间距1.5 m，桩数565根，造价15万元;CFG桩长23 m，正方形布置，间距1.5 m，桩数565根，造价108万元，两种桩造价合计123万元。经比较，预制管桩复合地基比碎石桩和CFG桩复合地基节约造价约15万元，施工周期提前45 d，且施工质量好，综合效益明显优于后者，得到了业主和施工单位的认可。

2 工程实例二

太原市市政建设开发处开发的胜利街永兴堡改造项目位于胜利街以南，解放路以西，本工程结构形式为剪力墙结构，地上33层，地下2层，基础形式为钢筋混凝土筏片基础。根据山西省建勘岩土工程有限公司的岩土工程勘探报告进行设计，场地自上而下各土层工程地质如下:第①层，填土，松散，平均厚度1.55m，fak=80 kPa;第②层，粉质粘土，平均厚度1.35 m，fak=70 kPa;第③层，粘质粘土，中等压缩性，平均厚度2.02 m，fak=110 kPa，qsk=56 kPa;第④层，粉土，可塑，平均厚度 3.82 m，fak=130 kPa，qsk=60 kPa;第⑤层，粉土中等压缩性，平均厚度4.87 m，fak=160 kPa，qsk=72 kPa;第⑥层，细砂饱和中密，平均厚度10.83 m，fak=200 kPa，qsk=62 kPa，qpk=4 000 kPa;第⑦层，中等压缩性，平均厚度 5.6 m，fak=180 kPa，qsk=66 kPa，qpk=3 000 kPa。场地属液化场地，场地地基液化等级为中等液化，第④层中的粉土为液化层。经计算若采用直径500的预制管桩，桩长18 m，桩型为PHC-A500(110)-b，桩端持力层位于第⑥层细砂层，桩长18 m，单桩承载力特征值为2 100 kN，桩距1.900m，正方形布置。总桩数297根，总造价101万元。若采用直径700的钢筋混凝土灌注桩，桩长23 m，桩端桩侧后压浆，单桩承载力特征值为4 000 kN，需满布，桩距2.7 m，正方形布置，总桩数135根，总造价167万元，预制管桩节约造价66万元。预制管桩的施工工期为10 d，钢筋混凝土灌注桩则为20 d。从对周边施工影响来考虑，工地周边为居民区，且多年久失修的平房，采用灌注桩，振动大，且排泥排水，会引起周边居民的投诉及阻扰。而预制管桩则可解决以上问题。

3 结语

由上述的两个实例得知，在不适用CFG桩的软土高灵敏土场地或砂层等较好持力层埋深较浅时，钢筋混凝土灌注桩墙下布置无法满足工程要求的场地采用预制管桩复合地基较好，另外复合地基的承载力检测证明了预制管桩复合地基中天然地基土和增强体的承载力均能充分发挥，可形成真正意义上的复合地基。

［1］JGJ 78-2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［2］龚晓南.复合地基设计和施工指南［Z］.