多桩组合型复合地基处理技术在工程中的应用

邓玉庆，魏文康，郑 林，张亮亮

（中国新兴建筑工程有限责任公司，北京 100079）

目前，复合地基处理技术因其可充分利用原状地基的承载力和成本较低的优势，已被广泛地应用于工程建设。由于工程所在地的工程地质条件复杂多变，单一形式的复合地基有时不能满足建筑结构对承载力及沉降变形的要求。比如，基础所在持力层存在液化土层，单独使用碎石桩只能消除土层液化，但不能满足承载力要求；基础所在持力层不均匀，易产生较大差异沉降，且承载力要求较高，采用换填或挤密桩只能提高土层均匀性，不能很好地提高地基承载力。上述情况，可以采用多桩组合型复合地基，即有黏结强度的桩（如CFG桩）和散体材料桩（如碎石桩、灰土桩）联合使用的复合地基，既能满足主体结构荷载，又能满足建筑沉降变形的要求。

1 工程背景

1.1 北京北汽越野车棚改项目

工程位于北京市顺义区仁和园二街西侧，包括地下车库和9栋住宅楼，基础埋深为2.5～8.5m。地下车库和5栋住宅楼基础所在持力层为③层粉细砂，根据地质勘查报告，③层粉细砂为可液化土层，需进行处理以消除液化，同时地基承载力要求高，原状土不满足要求，需进行地基处理提高承载力。

结合工程实际，住宅楼采用CFG桩组合振冲碎石桩的地基处理方案，地下车库采用振冲碎石桩地基处理方案。

1.2 广华新城小区配套学校项目

工程位于北京市朝阳区东四环外广华新城小区内。由4栋教学楼、1栋行政综合楼、1个创新中心及4个下沉庭院组成，基础埋深约7.50m。场区内原为化工污染土，现状场区污染土全部挖除，形成最大挖深13m的土坑。基底下存在人工填土，人工填土之外主要为黏质粉土、粉砂、粉质黏土、中砂等。

该工程需要进行地基处理，根据工程地质条件及现场施工条件，采用换填压实地基+柱锤冲扩碎石桩+基础下CFG桩组合形式的地基处理方案。

2 复合地基设计方案

2.1 设计原则

（1）桩型及施工工艺的确定。主要结合工程地质情况、承载力和变形的设计要求、经济性和环境因素考虑。

（2）持力层选择。对于承载力贡献较大或用于控制地基变形的长桩，应选择较好的持力层，且桩长应穿越需处理土层。

（3）处理欠固结土。宜先采用预压、压实、夯实、挤密等方法处理浅层欠固结土，再采用强度高的长桩进行地基处理。

（4）处理湿陷性土。应按现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB 50025—2004）的规定，先采用压实、夯实、挤密桩等方法消除湿陷性，再采用高强度桩提高地基承载力。

（5）处理液化土。应先采用碎石桩等方法处理液化土层，再采用CFG桩等有黏结强度桩提高承载力。

2.2 承载力特征值确定

初步设计时采用经验公式估算，计算思路：（1）根据复合地基中荷载的承担比例高低，将CFG桩定义为主桩，将碎石桩定义副桩；（2）由天然地基和主桩形成的复合地基，等效形成新的天然地基，承载力特征值为fspk1；等效的天然地基再和副桩形成复合地基，求得的复合地基承载力即为多桩组合型复合地基承载力。多桩组合型复合地基承载力估算公式：

式中：γ1、γ1、β分别为主桩、副桩、桩间土承载力发挥系数；fsk为桩间土承载力特征值。

2.3 复合地基变形计算

（1）复合模量确定。首先按天然地基和主桩形成的单一桩型复合地基确定其复合模量，将其等效为天然地基；然后按等效天然地基和副桩形成的单一型复合地基计算其复合模量，此为多桩组合型复合地基的复合模量。

（2）复合地基变形计算。多桩组合型复合地基仍然属于地基的范畴，遵循现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）的有关规定，采用各向同性均质线性变形体理论，按分层总和法计算地基沉降变形量。

2.4 布桩设计

多桩组合型复合地基宜采用正方形或三角形间隔布桩的方式，如图1、2所示。CFG桩应在建筑基础范围内布桩，碎石桩应根据待处理地基对不同性质的土质要求确定处理范围。如液化土地基布桩范围应在基础外缘扩大1～3排桩；湿陷性黄土地基布桩范围应超出建筑基础底面外缘，宽度为不小于处理土层深度的1/2，且不小于2.0m。

图1 正形布桩形式

图2 三角形布桩形式

2.5 褥垫层设置

优先选择砂石或碎石褥垫层，厚度取主桩直径的1/2，一般为200～300mm。

3 施工管理要点

3.1 合理的施工顺序

多桩组合型复合地基一般是刚性桩（如CFG桩）和散体材料桩（如碎石桩）组合，且为长短桩组合。可液化土地基应先施工处理液化的散体材料桩，湿陷性黄土地基应先施工消除湿陷性的散体桩。施工时应避免后施工的刚性桩影响先施工的散体桩的质量和承载力，施工时均需预留保护土层，应在所有桩型全部施工完毕后再开挖桩间土。

3.2 质量控制要点

多桩组合型复合地基施工实际上是2种或2种以上施工工艺的组合，除应控制每一种工艺的质量要点外，还应做好先后工艺之间交叉作业的控制。如振冲碎石桩施工需带水作业，CFG桩施工需保证桩机位于较为坚实的基础上，因此施工时作业面的排水和泥浆处理应作为重点把控。复合地基施工均会形成挤土效应，先施工的散体桩会增加后施工刚性桩的钻进难度影响工效，后施工的刚性桩会造成散体桩桩位的偏差，影响桩体强度。散体桩施工完成7d后，桩和桩周土体经过一定时效后再施工刚性桩，能够有效降低不利影响。

3.3 复合地基质量验收要求

以CFG桩和碎石桩组合形成的复合地基为例进行说明。增强体施工质量检验应分别对CFG桩和碎石桩进行单桩质量检测，复合地基竣工验收应采用多桩组合型复合地基静载荷检验和单桩承载力静载荷试验检验。

（1）碎石桩桩体采用重型动力触探试验，桩间土可采用标准贯入试验、静力触探试验检测处理后桩间土均匀性。对于液化土地基应采用标准贯入试验，检验深度不应小于可液化土层的厚度。

（2）CFG桩的施工质量应检验混合料的塌落度、桩位偏差、桩径、桩体试块的抗压强度以及桩身的完整性，采用低应变动测法检验桩身完整性。

（3）复合地基承载力检测。与单桩复合地基静载荷试验不同，多桩组合型复合地基静载荷试验的承压板的尺寸应按实际桩数所承担的处理面积确定，比单桩复合地基静载荷试验的承压板面积大，因此需要投入的试验载重大，加载时间更长，施工时应特别注意。

4 结束语

多桩组合型复合地基较为常用的组合形式为散体材料桩与有黏结强度材料桩组合，如碎石桩组合CFG桩、挤密桩组合CFG桩等。根据工程地质条件，这两种有黏结强度材料桩以长短桩组合方案也可适用。

多桩组合型复合地基能够有效解决浅部存在不良土层，如欠固结土、可液化土、湿陷性土层，同时针对上部建筑荷载需要较大地基承载力的问题，各种桩型均可发挥各自处理土层的优势，最终满足建筑结构对地基变形和承载的要求。正式施工前需进行现场试验，并通过检测验证初步设计的合理性。施工顺序应遵循“先浅后深”的原则，且后施工的桩应在先施工的桩完成一段时间后再开始，方能降低不同桩型的相互影响，确保施工质量。