浅谈大直径刚性桩复合地基处理技术应用

李 勇, 李吉辉(五冶集团, 四川成都 610000)

浅谈大直径刚性桩复合地基处理技术应用

李 勇, 李吉辉
(五冶集团, 四川成都 610000)

在高层建筑中，常会碰到地基承载力不够的情况，通常的方式采用不同的基础形式如桩基础、筏板基础或桩筏基础来解决。文章就某工程使用大直径刚性桩复合地基处理技术进行地基承载力提升的具体应用进行了分析，达到了较好的效果和经济效益。

大直径；刚性桩；复合地基；承载力；褥垫层

1 工程概况

某高层住宅项目以社区商业服务保障性住房为主，由10栋32层高层构成，1层地下室(±0.00以下5.4 m)。该项目位于成都市东三环路附近，规划总建筑面积236 431.43 m2，其中地下建筑面积31 270.53 m2。

2 场地工程地质及水文地质条件

该项目地勘报告显示，场地内主要土层由上而下分布。

(1)素填土：松散状，稍湿，以黏性土夹卵石为主，含较多铁锰质小结核，局部地段为耕土，有机物及植物根须，堆积时间为1～3 a；该层层厚0.50～9.80 m，顶面高程518.93～532.62 m。

(2)黏土：硬塑，裂隙发育，隙间充填灰白色高岭土等亲水矿物，具膨胀土的典型特征，含少量褐色铁锰质和灰白色钙质结核，偶见卵砾石，无摇振反应，有光泽，干强度高，韧性高，该层上段以褐黄色为主，下段以褐红色为主。该层场地大部分地段均有分布，厚度变化较大，层厚1.00～6.30 m，顶面埋深0.50～9.80 m，顶面高程517.93～529.65 m。

(3)含卵石粉质黏土(细粒混合土)：湿黏土，可塑，裂隙一般发育，卵石含量约15 %～25 %，卵石成分主要为花岗岩、石英岩、砂岩，强～中等风化。卵石粒径多为2～8 cm，最大为15 cm。该层物理力学性质变化较大，在场地内均有分布；该层层厚2.50～10.10 m，顶面埋深1.70～12.70 m，顶面高程515.53～524.61 m。

(4)泥岩：以全风化、强风化与中风化等亚层泥岩为主，层状构造，含少量灰绿色砂质条带，偶见钙质结核。该层顶面埋深6.40～2 m，顶面高程510.83～518.95 m。

场地地下水类型分为上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙水。上层滞水分布于素填土、粉质黏土层，水量较小，容易疏干。本场地基岩中存在孔隙裂隙水，水量较小，且微具承压性。场地地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均微腐蚀性；场地土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均微腐蚀性。

3 设计承载力要求

根据该项目设计计算上部结构荷载，10栋高层设计要求承载力为600 kPa。

4 地基处理方式的选择

根据地勘报告中各土层厚度及承载力情况，设计的基础桩须进入中风化岩，桩长约为12 m，嵌岩深度约1.2～1.5 m。

施工单位结合项目的地质情况根据以往的经验数据综合分析后发现，原地勘土层承载力特征值有一定偏差，同时结合场地内含卵石粘性土距基础底约10.0 m，以往类似地基土承载力为200 kPa，中风化泥岩约1 100 kPa，确定有条件采用大直径混凝土桩复合地基技术即混凝土桩与桩间土共同复合受力，满足设计对地基承载力的要求，在技术较可行且经济节约，相对于桩基可较大地降低投资成本。

为了进一步核实原卵石黏性土层、中风化泥岩的承载力特征值，与业主、设计及地勘沟通后重新进行补勘，经实验验证确定了卵石黏性土层、中风化泥岩特征值如表1所示。

表1 承载力特征值 kPa

通过补勘测得各项指标，确定采用大直径刚性桩复合地基处理方案可行。

5 大直径混凝土刚性桩复合地基设计

5.1 设计依据

主要有现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程、建筑地基处理技术规范、复合地基技术规范、建筑桩基技术规范、建筑地基基础设计规范、成都地区建筑地基基础设计规范、建筑地基基础工程施工质量验收规范、地勘报告及补勘资料等。

5.2 布桩及设计参数

大直径混凝土刚性桩按等边三角形布置，设计时以最不利地质条件为计算地层，根据基础尺寸的不同情况进行布桩。设计的大直径混凝土刚性桩桩径1 000 mm，分区域设计桩长及桩间距。桩体成桩工艺采用干作业机械旋挖成孔。桩间土中的含卵石粉质黏土、全风化泥岩承载力特征值，勘察资料取值分别为248 kPa、240 kPa，但结合地区经验，本次计算取值为200 kPa、160 kPa。根据补勘资料，大直径刚性桩复合地基桩端土地基承载力特征值、桩侧摩阻力特征值见表1。而大直径刚性桩计算采用的桩侧阻力、桩端承载力极限值参数参考建筑桩基规范及经验取值。

大直径刚性桩复合地基相关计算主要按《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》要求计算，用《复合地基技术规范》要求进行复核。

5.3 承载力及变形复核计算

5.3.1 承载力计算

根据《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》提供公式计算：

fspk=m(Ra/Ap)+β(1-m)fsk

(1)

m=d2/de2

(2)

Ra=Quk/K(K=2),Quk=UpΣli×qsik+ξpAp×qpk

(3)

Ra≤ΨcfcuAp

(4)

Esp= (fspk/fsk)·Es

(5)

式中: Ra为单桩竖向承载力特征值，可按式(3)、式(4)计算，取其较小值；fspk为复合地基承载力特征值(kPa)；fsk为处理后桩间地基土承载力特征值(kPa)，黏性土取210 kPa，含卵石黏性土200 kPa,全风化泥岩取160 kPa，强风化泥岩取250 kPa；d为桩径,取d=1000 m；de为等效影响圆直径(m)；Ap为桩的截面积(m2)，取0.785 m2；Up为桩周长(m)，取3.14 m；m为面积置换率，m=d2/de2；β为桩间天然地基土承载力折减系数，可根据试验确定，取0.80；ξp为端阻力修正系数，与持力层厚度、土的性质、桩长和桩径等因素有关，可取0.65～0.90，桩端土为高压缩性土时取低值，低压缩性土时取高值，本工程取0.65；fcu为混凝土轴心抗压强度设计值(kPa)，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》的规定取值；Ψc为桩工作条件系数，取0.6～0.8；li为桩周第i层土的厚度(m)；qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；qpk为极限端阻力标准值(kPa)；Es为桩间土压缩模量(MPa)。

5.3.2 变形复核验算

根据《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》提供公式计算：

s=s1+s2

(6)

(7)

ξ= fspk/fak

(8)

-Es=ΣAi/Σ(Ai/ξEsi)

(9)

5.3.3 设计计算结果

根据以上公式及规范要求进行相关计算与复核，其结果(复合地基承载力、设计单桩承载力、压缩模量等)见表2。处理后压缩模量及初步计算的最终沉降量，复合地基的承载力及变形均满足规范要求。

表2 设计计算结果

根据混凝土设计规程,选用C20混凝土即可满足要求。

5.4 褥垫层设计

根据规范要求，为使桩土更好一起分担上部结构的压力，消除应力集中，复合地基上应铺设一定厚度的褥垫层，其具体要求为：

(1)厚度为30 cm 砂石垫层。

(2)材料为级配砂石或碎石，粒径一般1.0～3.0 cm，最大粒径一般≤3 cm，砂含量应控制在20 %～30 %。

(3)褥垫层需经压实，夯填度不得大于0.90。

(4)铺设范围为基础边线向外延30 cm。

6 施工工艺要求

本次桩体成桩工艺为干作业机械旋挖成孔+清孔钻头清孔。按GB/T 50783-2012《复合地基技术规范》、JGJ 79-2012《建筑地基处理技术规范》、JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》进行施工控制。桩长满足桩长+进入中风化岩层0.5 m 以上双重控制，孔底沉渣要满足JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》第6.3.9条沉渣厚不大于50 mm 的规定。

施工工艺流程：基坑开挖至设计标高→测放桩位→旋挖 至设计深度→清孔→(桩底深井载荷试验)→填料(C20混凝土)振捣密实直至设计桩顶标高→桩身完整性检测→铺设并压实褥垫层→褥垫层夯填度检测→基础施工。

7 质量控制措施

(1)按《复合地基技术规范》、《建筑地基处理技术规范》、《建筑桩基技术规范》施工。

(2)桩长严格按照区域划分桩长进行施工，以桩长及桩端进入中风化岩层0.5 m 以上进行双重控制，桩顶超灌高度不应小于0．5 m。

(3)桩体质量控制标准:桩位偏差σ≤70 mm；桩垂直度偏差不超过1.0 %，桩径偏差±10 mm，沉渣厚度h≤50 mm。现场进行抽样检查，桩芯采用C20 混凝土。

(4)褥垫层应铺设在筏板面积(基础边线外扩30 cm)内，复合地基顶部并夯实，夯填度λ≤0.90，其作用是保证桩土共同承担荷载。垫层材料为良好级配砂碎石，最大粒径不宜大于3 cm，砂含量应控制在20 %～30 %。

(5)大面积施工前，应进行现场试桩施工及现场荷载试验，并反馈给设计单位复核。现场荷载试验包括桩间土平板载荷试验、单桩承载力载荷试验及复合地基载荷试验。地基处理施工过程中，应按规范进行选点检测，合格后方可进行下一步的施工，现场荷载试验要求见试桩要求。

(6)施工时应注意对桩顶附近桩间土及褥垫层的保护，及时封闭，避免其受扰动；桩间土受雨水影响较大，特别是雨季施工时影响尤其大，应采取必要措施对桩间土的保护，避免雨水浸泡桩间土，可在开挖后施工褥垫层前施工一层辅助薄层混凝土防水层(厚约2 cm)。

(7)加强现场验槽，桩长按设计桩长+桩端进入持力层0.5 m 双重控制，要确保桩端进入中风化岩层0.5 m 以上，中风化层顶以现场验槽为准。

8 复合地基施工验收后成果检验

施工完成后按规范要求对大直径刚性桩进行静载实验，承载力等各项指标均满足规范和设计要求。

9 结束语

大直径刚性桩复合地基处理技术作为地基处理的一种方式，针对某些基础埋设不深、持力层较深，而土层同时具有较好的承载力的情况下使用，通过桩径及桩间距的合理选择，在满足规范和设计要求的情况下进行使用，不仅能过到地基处理的效果，同时较钢筋混凝土桩有较好的经济效益。

TU753.3

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[定稿日期]2016-05-27