二元復合地基在某高層建筑地基處理中的應用

茍小兵

(四川同炎防水加固工程有限公司，四川成都610031)

水泥土攪拌法是適用于加固飽和粘性土和粉土等地基的一種方法。它是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑通過特制的攪拌機械，就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基土強度和增大變形模量。根據固化劑摻入狀態的不同，它可分為漿液攪拌和粉體噴射攪拌兩種。前者是用漿液和地基土攪拌，后者是用粉體和地基土攪拌。水泥固化劑一般適用于正常固結的淤泥與淤泥質土(避免產生負摩擦力)、粘性土、粉土、素填土(包括沖填土)、飽和黃土、粉砂以及中粗砂、砂礫(當加固粗粒土時，應注意有無明顯的流動地下水，以防固化劑尚未硬結而遭地下水沖洗掉)等地基加固。在粘粒含量不足的情況下，可以添加粉煤灰。而當粘土的塑性指數Ip大于25時，容易在攪拌頭葉片上形成泥團，無法完成水泥土的拌和。當pH值小于4時，摻入百分之幾的石灰，通常pH值就會大于12。當地基土的天然含水量小于30%時，由于不能保證水泥充分水化，故不宜采用干法。水泥土的強度隨齡期的增長而增大，在齡期超過28 d后，強度仍有明顯增長，為了降低造價，對承重攪拌樁試塊國內外都取90 d齡期為標準齡期，對起支擋作用承受水平荷載的攪拌樁，為了縮短養護期，水泥土強度標準取28 d齡期為標準齡期。

CFG樁復合地基實際是在碎石(卵石、礫石)、石屑(細砂、中砂)、粉煤灰，摻入適量的水泥和水，用各種成樁機具制成的具有可變粘結強度、可變樁徑的復合地基。通過調整水泥摻量和配比，可使樁體強度等級在C5～C20之間變化。CFG樁是介于剛性樁與柔性樁之間的樁型，在外載作用下，大部分荷載由樁承受，樁周摩阻力得到充分發揮，端阻力隨荷載作用的時間及樁側阻力發揮的程度而逐漸增高。同時，樁頂褥墊層則發揮調節作用，使樁間土與樁身共同作用，逐漸形成復合地基。CFG樁具有可通過改變樁長、樁距、褥墊層厚度和樁體材料配比，使天然地基的承載力提高幅度有很大的可調性和使基礎變形減小等能力，同時這種樁宜剛宜柔，具有提高承載力幅度大、施工簡便、造價較低、噪音小、作業時不縮徑不塌孔等諸多優點。

在多元復合地基中，可將樁身強度較高的樁稱為主樁，將強度較低的樁稱為次樁。多元復合地基通常可分為兩類:在第一類多元復合地基中，主樁的作用是復合地基的主要部分，次樁起輔助作用。在第二類多元復合地基中，復合地基承載力的提高主要依靠次樁的作用，主樁僅布置在節點及重要位置，達到減小沉降的目的，特別是對于深厚軟土上的建筑物地基處理。

1 實例工程概況

本工程位于成都市郫縣安靖鎮，擬建建筑物主要為高層住宅、物管用房及商業等。高層部位共5棟(1#～5#)，其中2棟(4#、5#)為18層，設一層地下室，擬采用框架剪力墻結構、筏板基礎;3棟(1#～3#)為11層，擬采用框架剪力墻結構、復合地基筏板基礎。物管用房及商業用房為1～3層，擬采用框架結構、獨立基礎。

1.1 場地地形地貌

場地為經初步平整后的場地，地勢較開闊。勘探點孔口高程介于517.626～520.336 m，高差2.71 m，場地平均高程518.956 m。本工程設計±0.000 m對應于絕對高程520.60 m，基底設計高程為517.5m及517.2m。場地地貌單元屬成都平原岷江水系一級階地。

據鉆探揭示，場地地層結構簡單，主要由第四系全新統人工堆填(Q4 mL)雜填土、素填土、第四系全新統沖積(Q4al)粉質粘土、粉土、細砂和第四系全新統沖洪積(Q4al+pl)砂卵石層等組成，現自上而下分述如下:

(1)雜填土(Q4 mL):黑色，松散，濕，主要由建筑垃圾及生活垃圾組成，含少量粘性土。該層在場地內局部分布，層厚1.00～4.60 m。

(2)素填土(Q4 mL):灰黑色，松散，濕，主要由粘性土、粉土組成，含少許礫石、磚瓦碎片等，上部含較多植物根須。該層在場地內普遍分布，層厚0.40～1.80 m。

(3)粉質粘土(Q4al):灰黃色～黃褐色，可塑，濕～稍濕，主要由粘粒和粉粒組成，含少量鐵錳質結核及鈣質結核，局部地段富集鐵錳質結核;無搖震反應，光澤反應稍有光滑，干強度中等，韌性中等。該層在場地內普遍分布，層厚0.60～3.00 m。

(4)粉土(Q4al):灰黃色～褐黃色，稍密，濕，含少量鐵錳氧化物，干強度低，韌性低。該層在場地內分布普遍，局部地段缺失，層厚0.40～2.40 m。

(5)細砂(Q4al):黑色～灰黃色，濕，松散，主要由石英、云母、長石等組成。該層在場地內局部分布，層厚0.30～1.90 m。

(6)中砂(Q4al+pl):青灰色、灰白色，稍密，濕～飽和。礦物成分以石英、長石為主，夾少量云母片和鐵質氧化物，在卵石層中以夾層或透鏡體形式局部分布。層厚0.30～1.40 m。

(7)卵石(Q4al+pl):深灰～灰黃色，濕～飽和，松散～密實。卵石成分主要由巖漿巖等組成，多呈亞3圓形，一般粒徑20～60mm，最大達220 mm，微～中風化，個別卵石呈強風化，充填物主要為中細砂。本次勘察未揭穿該層。

根據N120擊數和卵石含量，卵石層按密實度分為四個亞層。

松散卵石:主要分布于卵石層頂板，卵石含量50%～55%，排列十分混亂，絕大部份不接觸，N120錘擊數2～4擊/10 cm，層厚0.30～2.50 m。

稍密卵石:主要分布于卵石層上部及中部，卵石含量55%～60%，N120錘擊數4～7擊/10 cm，層厚0.30～3.40 m。

中密卵石:主要分布于卵石層下部及中部，卵石含量60%～70%，N120錘擊數7～10擊/10 cm，層厚0.50～3.20 m。

密實卵石:主要分布卵石層中下部，卵石含量大于70%，N120錘擊數大于10擊/10 cm，層厚0.50～4.60 m。

1.2 地基土的主要計算參數

綜合鉆探、原位測試和室內試驗資料，各土層物理力學指標建議值見表1、表2。

?

?

2 地基處理設計

根據對地質勘察報告的分析，本工程場地土地質條件較差，結構設計對持力層要求較高(復合地基承載力為350 kPa，壓縮模量為18 MPa)，僅采用CFG樁處理不良地質后不能滿足要求，應采用二元復合地基處理對場地不良地質進行處理后才能作為基礎持力層，經比較分析，本工程選擇“水泥土攪拌樁+CFG樁”二元復合樁。

2.1 持力層及樁徑

根據目前的設備情況復合地基以稍密及以上密實度卵石層作為樁端持力層，CFG樁樁徑350 mm，攪拌樁樁徑600 mm。

復合地基承載力特征值預估:

up1為攪拌樁樁的周長(m)，1.884 m;

up2為CFG樁的周長(m)，1.099 m;

qsi為CFG樁及攪拌樁樁周第i層土的側阻力特征值(kPa);

qp為CFG樁及攪拌樁樁端端阻力特征值(kPa);

li為第i層土的厚度(m);

fspk為復合地基承載力特征值(kPa);

fsk為樁間土承載力特征值(kPa);

mi為CFG樁及攪拌樁面積置換率;

β為CFG樁及攪拌樁樁間土承載力折減系數;

di為CFG樁及攪拌樁樁徑(m);

dei為CFG樁及攪拌樁單樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑(m);

α為攪拌樁樁端天然地基承載力折減系數取0.4～0.6，承載力高時取低值。

2.2 不利勘察孔分析

根據最不利原則選擇比較取不利勘察孔進行單樁承載力驗算。

2.2.1 估算攪拌樁單樁承載力值

根據水泥土立方體強度計算:

其中樁身強度折減系數η取0.3;樁身水泥土立方體強度fcu取2.0 MPa;樁端截面積取0.283 m2。

求得攪拌樁單樁承載力為:

經比較取單樁承載力特征值為168 kPa。

2.2.2 估算CFG樁單樁承載力值

經比較取ZK51處單樁承載力特征值為167 kPa，取ZK82處單樁承載力特征值為170 kPa。面積置換率及樁距初選:

初設fsp，k1=210 kPa

根據式(1)～式(2)可得攪拌樁及CFG樁置換率及計算樁間距如下:

對于矩形:dei=1.13

據此按照三角形布置樁間距為1.17 m，對于矩形布置的S1S2為1.04 m2，根據基礎尺寸及地質條件作適當調整。

3 樁體質量要求

3.1 CFG樁

樁體試塊抗壓強度平均值fcu應大于等于3Ra/Ap(即:3×350/(3.14×0.22)=8.35 MPa，樁體混凝土可按C15進行配制。

樁體材料設計:以卵石為主，卵石粒徑2～5 cm，摻和一定量的砂、水泥等;坍落度控制在3 cm左右，土層含水量較高時坍落度偏低;采用普通硅酸鹽水泥P．O 32.5;施工配合比宜通過試驗室進行試配確定。

3.2 水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁采用普通硅酸鹽水泥P．O 32.5作為樁體材料，水泥用量為50 kg/m，水泥土立方體強度為2.0 MPa。

3.3 地基表面(樁頂部位)處理

地基加固施工時，地表面因沖擊作用會隆起抬高，待地基施工、檢測完畢后，土建施工部門可進行清理，整平至基底標高以下20 cm，褥墊層材料可采用天然級配為2～5 cm的連砂石或采用級配中粗砂加70%左右碎石，碎石粒徑不宜大于3 cm，虛輔厚度24 cm，壓實，夯填度取0.9。

3.4 加固材料

普通硅酸鹽水泥P．O 32.5，骨料成分砂(中砂)、石(20～50 mm)。

CFG樁樁體強度配合比按試配報告進行、樁體材料試塊作抗壓試驗，報告達到C15強度等級。

3.5 樁位

CFG樁成樁樁徑φ≥350 mm，攪拌樁成樁樁徑φ≥600 mm。

樁長、樁位允許誤差為:樁長±100 mm、樁位＜100 mm。

3.6 褥墊層設計

褥墊層材料:天然級配為2～5 cm的連砂石或采用級配中粗砂加70%左右碎石，碎石粒徑不宜大于3 cm。

褥墊層鋪設后需機械打夯密實，夯實度λ=0.90。

褥墊層夯實厚度H=20 cm。

褥墊層虛鋪厚度h=H/λ=20/0.9=24 cm。

褥墊層設計底標高=基底標高－褥墊層夯實厚度－基礎混凝土墊層厚度:

4 結論

通過對某高層建筑地基處理采用的CFG樁+水泥土攪拌樁的分析，對二元復合地基的設計方法進行了詳細的介紹。本工程結束后經載荷試驗表明，經過二元復合地基處理后，地基承載能力完全可以滿足設計要求，表明在地基處理中，通過不同的地質條件，可以通過二元復合地基的方法獲得較高的地基承載力。

［1］JGJ79－2002建筑地基處理技術規范［S］

［2］GB 50007－2002建筑地基基礎設計規范［S］

［3］JGJ106－2003建筑基樁檢測技術規范［S］

［4］JGJ123－2000既有建筑地基基礎加固技術規范［S］