復(fù)合地基處理施工

楊萬智，張紅明

(中國(guó)華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司，四川成都610081)

1 工程概況

成都百揚(yáng)實(shí)業(yè)有限公司擬建的“成都百貨大樓重建項(xiàng)目”由中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)，為地下5層、地上37層的超高層建筑。建筑總高度為162.75 m，總建筑面積為138 575 m2，屬一類高層公共建筑。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。由于擬建物塔樓荷載較大，根據(jù)《成都百貨大樓重建項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告》:塔樓地段基底下分布砂層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖等相對(duì)軟弱夾層，不能滿足設(shè)計(jì)要求，故需對(duì)塔樓地段地基進(jìn)行處理。中筒筏板要求處理后復(fù)合地基承載力特征值fak不小于1 900 kPa，外框筏板要求處理后復(fù)合地基承載力特征值fak不小于800 kPa。

2 地基處理設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)單位對(duì)中筒筏板和外框筏板要求處理后復(fù)合地基承載力特征值fak分別不小于1 900 kPa和800 kPa，下面分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 外框筏板人工挖孔置換樁復(fù)合地基處理

2.1.1 持力層及樁徑

人工挖孔置換樁以中等風(fēng)化泥巖作為樁端持力層，樁端嵌入持力層0.5 m以上，平均樁長(zhǎng)6 m。樁徑以1 200 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)，護(hù)壁厚度150 mm。

圖1 復(fù)合地基處理平面位置圖

2.1.2 復(fù)合地基承載力特征值預(yù)估

計(jì)算公式:

式中:Ra為單樁豎向承載力特征值(kN);up為樁的周長(zhǎng)(m)，取護(hù)壁外徑為1.5 m;Ap為樁的截面面積(m2)，按直徑1.2m取值為1.13m2;qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值(kPa)，綜合取值45 kPa;qp為樁端端阻力特征值(kPa)，根據(jù)地勘報(bào)告取值2 250 kPa;li為第i層土的厚度(m);fspk為復(fù)合地基承載力特征值(kPa);fsk為處理后的樁間土承載力特征值(kPa);m為面積置換率;β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.8;d為樁徑(m)，取1.2 m;de為單樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑(m)。

估算Ra值:

在基坑挖到墊層設(shè)計(jì)底標(biāo)高上300 mm時(shí)，基底土主要為細(xì)砂、卵石，強(qiáng)風(fēng)化泥巖及中等風(fēng)化泥巖。樁周第i層土的側(cè)阻力特征值綜合平均取值45 kPa。以樁內(nèi)徑為1.2 m，外徑1.5 m，樁長(zhǎng)6.3 m，取不利地段6.0 m為例進(jìn)行計(jì)算。則單樁豎向承載力特征值為:

2.1.3 面積置換率及樁距

在外框筏板范圍內(nèi)，地基土分布有較大差異，其中A區(qū)樁間土為卵石層，B區(qū)樁間土細(xì)砂(圖1)。

根據(jù)公式:

A區(qū):樁間土承載力特征值綜合取值350 kPa

則:m×[3819/(3.14×0.62)]+0.8(1－m)×350≥800

得:m≥16.8%

按正方形布樁:S2≤Ap/m

得出樁間距不得超過2.59 m，取樁間距為2.55 m。

B區(qū):樁間土承載力特征值綜合取值110 kPa

則:m×[3819/(3.14×0.62)]+0.8(1－m)×110≥800

得:m≥21.6%

按正方形布樁:S2≤Ap/m

得出樁間距不得超過2.28 m，取樁間距為2.20 m。

按以上原則并根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的筏板基礎(chǔ)尺寸進(jìn)行布樁，A區(qū)筏板基礎(chǔ)樁間距為2.55 m×2.55m，共布置人工挖孔置換樁92根;B區(qū)筏板基礎(chǔ)樁間距為2.20×2.20 m，局部有微調(diào)，共布置人工挖孔置換樁189根(詳見圖1)。施工過程中可根據(jù)基礎(chǔ)位置和地層的變化情況作適當(dāng)調(diào)整。

2.1.4 估算fspk

A區(qū):取最不利地段，樁間土為稍密卵石，承載力特征值fsk=350 kPa，

樁間距為2.55 m×2.55 m，m=17.3%，樁長(zhǎng)6 m。

滿足復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)要求。

B區(qū):取最不利地段，樁間土為細(xì)砂，承載力特征值fsk=110 kPa，

樁間距為2.20 m×2.20 m，m=23.3%，平均樁長(zhǎng)6.3 m。

滿足復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)要求。

2.2 復(fù)合地基壓縮模量預(yù)估

A區(qū):樁間土為稍密卵石:ζ=fspk/fak=816/350=2.33，Es=30 MPa，則Eop=69.9 MPa。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)類比，其地基基床系數(shù)可達(dá)50 000 kN/m3以上。

B區(qū):樁間土為細(xì)砂:ζ=fspk/fak=854/110=7.76，Es=7 MPa，則Eop=54.3 MPa。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)類比，其地基基床系數(shù)可達(dá)45 000 kN/m3以上。

2.3 樁體強(qiáng)度及配合比

樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值fcu應(yīng)大于等于3Ra/Ap(即:3×3 819/(3.14×0.62)=10.14 MPa，故樁體混凝土強(qiáng)度可按C25進(jìn)行配制。樁體材料設(shè)計(jì):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5 cm左右，采用P.0 32.5普通硅酸鹽水泥;施工配合比宜通過試驗(yàn)室進(jìn)行試配確定。

2.3.1 褥墊層

人工挖至褥墊層設(shè)計(jì)底標(biāo)高，按要求截樁后鋪褥墊層，厚度為30 cm，鋪設(shè)范圍在基礎(chǔ)邊線外擴(kuò)30 cm，頂部夯實(shí)，夯填度λ≤0.90，其作用是保證樁土共同承擔(dān)荷載。墊層材料為級(jí)配砂碎石，最大粒徑不宜大于3 cm，砂石質(zhì)量比1∶2。

2.4 中筒筏板地基處理

中筒筏板要求處理后復(fù)合地基承載力特征值fak不小于1 900 kPa，

根據(jù)成都地區(qū)類似工程處理經(jīng)驗(yàn)，處理后復(fù)合地基承載力特征值fak很難達(dá)到1 000 kPa以上，且根據(jù)地勘報(bào)告顯示:樁間土大部分地段為細(xì)砂，處理有一定難度，處理費(fèi)用加上相應(yīng)檢測(cè)費(fèi)用，已和直接采用C15混凝土換填費(fèi)用相近，且工期較長(zhǎng)，故中筒筏板地基建議采用C15混凝土換填，換填深度至中等風(fēng)化泥巖頂面，平均深度約4.5 m。基坑開挖按1∶0.1～1∶0.3放坡，換填總方量約3500 m3。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)類比，其地基基床系數(shù)可達(dá)60 000 kN/m3以上。

為保證基坑?xùn)|南側(cè)的護(hù)壁安全，要求換填施工時(shí)分塊分步換填，換填時(shí)分塊交接處須將泥土處理干凈。

挖至中風(fēng)化泥巖頂面后，進(jìn)行3點(diǎn)載荷試驗(yàn)，以準(zhǔn)確確定中等風(fēng)化泥巖的承載力特征值。

3 復(fù)合地基質(zhì)量檢測(cè)

本工程中筒筏板要求處理后復(fù)合地基承載力特征值fak不小于1 900 kPa，地基的基床系數(shù)KP=60 000 kN/m3;外框筏板要求處理后復(fù)合地基承載力特征值fak不小于800 kPa，地基的基床系數(shù)KP=45 000 kN/m3;人工挖孔置換樁單樁承載力達(dá)到3 819 kN，采用靜載試驗(yàn)的檢測(cè)方案存在很大困難，故本工程擬對(duì)復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算所采用的以下參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果復(fù)核地基處理方案是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(1)采用深井載荷試驗(yàn)檢測(cè)中等風(fēng)化泥巖的樁端端阻力特征值qp，檢測(cè)樁周地層側(cè)阻力特征值qs;檢測(cè)總數(shù)的1%(281根)，共計(jì)3根。

(2)采用低應(yīng)變法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為總樁數(shù)的20%(281根)，共計(jì)57根。

4 質(zhì)量控制

(1)按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79－2002施工。

(2)樁端須進(jìn)入中等風(fēng)化泥巖內(nèi)不少于0.5 m。

(3)樁體質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn):樁位允許偏差≤0.40D。樁垂直度偏差不超過1.0%，樁長(zhǎng)+100 mm，樁徑－20 mm，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抽樣檢查。護(hù)壁采用C20混凝土，樁芯采用C25混凝土，采用振動(dòng)棒振密。

(4)水泥、砂、卵石應(yīng)具備符合質(zhì)量要求的材質(zhì)試驗(yàn)資料。

(5)認(rèn)真作好施工記錄。

(6)每臺(tái)班每天取樣一組送試驗(yàn)室作樁試塊28 d強(qiáng)度試驗(yàn)。

(7)施工全過程有專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)質(zhì)量自檢。

(8)對(duì)建筑物測(cè)量控制樁、軸線應(yīng)專門保護(hù)。

(9)施工全過程配專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)質(zhì)量自檢。

(10)在施工過程中如發(fā)現(xiàn)異常情況，須進(jìn)行施工勘察，以進(jìn)一步確定處理深度及處理范圍。

5 復(fù)合地基施工方案

百揚(yáng)大廈地基處理工程于2009年8月2日開工，截至2009年9月16日，外框筏板范圍內(nèi)第一批人工挖孔樁工完成150余根，樁孔平均深度約7.0m，進(jìn)入中風(fēng)化泥巖0.5m以上。

由于場(chǎng)地外框筏板B區(qū)分布較厚的砂層，加之地下水位較高(平均從現(xiàn)有地面下2.5 m見水)，基覆界面左右降水井降水效果差，只能在孔樁中采取明排措施。早在第一批樁施工的過程中部分樁孔流砂現(xiàn)象較為嚴(yán)重，樁間土在挖樁過程中隨抽水被局部掏空，形成了大小不一的空洞，加之“8·15”暴雨水災(zāi)后，挖孔樁施工場(chǎng)地內(nèi)集中抽水，加劇了空洞的形成。由于流沙的存在及空洞的形成，B區(qū)筏板范圍內(nèi)樁間土已被擾動(dòng)，其承載力特征值小于設(shè)計(jì)取用的110 kPa，需采取必要的處理措施。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)及場(chǎng)地實(shí)際工程地質(zhì)條件，對(duì)樁間土采取水振沖處理措施。對(duì)本場(chǎng)地實(shí)際情況及空洞的分布范圍，設(shè)計(jì)為2遍振沖方案。設(shè)計(jì)水振沖樁徑800 mm，振沖樁位為4根孔樁的對(duì)角線交匯處，振沖深度為達(dá)到強(qiáng)風(fēng)化泥巖頂面，預(yù)計(jì)處理深度4.5～5.0 m。第一遍振沖主要針對(duì)空洞的區(qū)域，在第二批樁開挖前，對(duì)樁間土進(jìn)行局部振沖。在第二批樁孔開挖過程中，不可避免地會(huì)繼續(xù)有少量砂流失，故本遍施工考慮在樁孔施工完成、全部澆注樁芯混凝土后，對(duì)整個(gè)B區(qū)外框筏板范圍內(nèi)所有的樁間土進(jìn)行一遍振沖處理，利用振沖的擠密及置換作用，消除空洞、提高樁間土的承載力。

本場(chǎng)地B區(qū)外框筏板下分布的砂層較厚，在明排的過程中，砂易隨水流動(dòng)，在樁間土中形成空洞，需采取有效辦法減少流砂及空洞的形成。考慮在本場(chǎng)地局部外圍地段設(shè)高壓旋噴樁止水帷幕，起到隔水隔砂的作用，本工程旋噴樁設(shè)計(jì)樁徑600 mm，注漿壓力20 MPa。在裙樓與主樓交界(場(chǎng)地西側(cè))的砂層較厚的位置設(shè)一道帷幕，再在場(chǎng)地西側(cè)的護(hù)壁腳下設(shè)一道帷幕，保證基坑支護(hù)體系的安全。高壓旋噴樁預(yù)計(jì)深度5.0 m。靠國(guó)際商城大廈(場(chǎng)地東側(cè))及靠近建行大廈(場(chǎng)地北側(cè))這兩面樁間土以卵石層為主，無流砂及空洞的現(xiàn)象，不考慮高壓旋噴樁帷幕。

中筒筏板要求處理后復(fù)合地基承載力特征值fak不小于1 900 kPa，中筒筏板地基采用C15混凝土換填，換填深度至中等分化泥巖頂面，平均深度約4.5 m。基坑開挖按1∶(0～0.3)放坡，換填總方量約為3 500 m3。

挖至中風(fēng)華泥巖頂面后，進(jìn)行3點(diǎn)荷載試驗(yàn)，以準(zhǔn)確確定中等風(fēng)華泥巖的承載力特征值。對(duì)中筒基礎(chǔ)換填護(hù)壁做專題方案，初步方案為靠近中筒的人工挖孔樁配筋兼作中筒小基坑的護(hù)壁樁;后由于工期及成本原因，換填護(hù)壁改為重力式擋土墻。

6 驗(yàn)收方案

本工程采用的人工挖孔置換樁復(fù)合地基，無統(tǒng)一規(guī)范作為驗(yàn)收依據(jù)。在征求各責(zé)任主體及建設(shè)行政主管部門意見以及參照類似工程(都匯華庭)經(jīng)驗(yàn)后，本工程共擬以下3個(gè)分部進(jìn)行驗(yàn)收。

6.1 人工挖孔灌注樁驗(yàn)收

參見《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94－2008)、《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106－2003)相關(guān)規(guī)定，及《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50202－2002)第5.6節(jié)混凝土)灌注樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本工程灌注樁進(jìn)行驗(yàn)收。灌注樁共5個(gè)主控項(xiàng)目:

(1)樁位。本工程共設(shè)281根樁，樁間距分2 550 mm×2 550 mm、2200 mm×2200 mm兩種(局部為滿足布樁作適當(dāng)調(diào)整)，本工程采用全站儀進(jìn)行樁位測(cè)放，在施工前由監(jiān)理單位對(duì)樁位進(jìn)行了復(fù)核，以及澆注砼后的樁位實(shí)測(cè)，樁位能滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)孔深。設(shè)計(jì)樁平均長(zhǎng)度6.3 m，計(jì)算采用樁長(zhǎng)6.0 m，實(shí)際有效樁長(zhǎng)均大于6.0 m，實(shí)際平均有效樁長(zhǎng)約7.5 m，滿足要求。

(3)樁體質(zhì)量檢驗(yàn)。本工程的人工挖孔灌注樁，擬采用底應(yīng)變法對(duì)樁身完整性檢測(cè)，設(shè)檢測(cè)點(diǎn)57個(gè)，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告結(jié)論，判定能否滿足要求。

(4)混凝土強(qiáng)度。根據(jù)試塊試驗(yàn)報(bào)告，判定能否滿足要求。

(5)承載力。由于單樁承載力高，樁截面積大，無法進(jìn)行靜載試驗(yàn)。按照成都市建委勘察設(shè)計(jì)處2009年9月10日批示，參照四川省建設(shè)廳《關(guān)于“華置·都匯華庭”項(xiàng)目復(fù)合地基處理方案專項(xiàng)論證專家意見的補(bǔ)充說明》進(jìn)行，對(duì)設(shè)計(jì)所采用的端阻力特征值、側(cè)阻力特征值進(jìn)行檢測(cè)。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，采用《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79－2002)中推薦的計(jì)算公式:

計(jì)算結(jié)果單樁承載力，判定能否滿足設(shè)計(jì)要求。

6.2 樁間土驗(yàn)收

樁間土有卵石及砂層兩種，對(duì)卵石層(A區(qū))地基處理設(shè)計(jì)計(jì)算采用350 kPa，根據(jù)3點(diǎn)荷載試驗(yàn)，能滿足要求。

對(duì)砂層區(qū)(B區(qū))，在樁澆筑后，對(duì)B區(qū)樁間土進(jìn)行全部水振沖處理，處理后的樁間土進(jìn)行6點(diǎn)動(dòng)力觸探試驗(yàn)，根據(jù)動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果，選擇較差的3點(diǎn)進(jìn)行靜載試驗(yàn)，承載力要求大于處理前的110 kPa，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，判定能否滿足設(shè)計(jì)要求。

6.3 復(fù)合地基的驗(yàn)收

通過對(duì)樁的驗(yàn)收及樁間土的驗(yàn)收，據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》第9.2節(jié)規(guī)定，單樁承載力、樁間土承載力及布樁形式，計(jì)算出復(fù)合地基承載力，采用計(jì)算公式:

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告結(jié)果，計(jì)算得出復(fù)合地基的承載力，判定能否滿足要求。

特別說明:由于在本工程施工過程中，靠裙樓側(cè)及靠染坊街側(cè)施工了高壓旋噴樁，起隔水隔砂及振沖過程中減震作用，此為施工保證措施，不進(jìn)行檢測(cè)。

7 試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

7.1 人工挖孔置換樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)

根據(jù)6根樁樁端、樁側(cè)荷載試驗(yàn)結(jié)果，該工程人工挖孔樁樁端承載力特征值為2 250 kPa，樁側(cè)承載力特征值平均值不小于45 kPa。通過以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算出單樁承載力特征值Ra為3 819 kN，根據(jù)人工挖孔置換樁承載力及樁間土承載力(A區(qū)承載力特征值計(jì)算時(shí)取350 kPa，B區(qū)承載力特征值計(jì)算時(shí)取110 kPa)，計(jì)算出復(fù)合地基承載力特征值fspk不小于800 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.2 中筒巖基荷載試驗(yàn)

對(duì)中筒筏板進(jìn)行4點(diǎn)巖基荷載試驗(yàn)，靜載點(diǎn)所得出的承載力特征值如表1。

編號(hào) 試驗(yàn)最大加________荷(kPa)最大加荷所對(duì)應(yīng)沉降(mm)__極限承載力實(shí)測(cè)值(kPa)____承載力特征值(kPa)____1 5714 11.14 5714 1904__2 5714 9.74 5714 1904 3 5714 20.18 5714 1904 4 5714 5.83 5714 1904

根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果，該工程中分化基巖承載力特征值不小于1 900 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.3 人工挖孔置換樁底應(yīng)變測(cè)試

本次共測(cè)57根樁，其中52根樁樁身結(jié)構(gòu)完整，5根樁身有輕度缺陷，不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮。

7.4 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

根據(jù)試塊試驗(yàn)報(bào)告，混凝土強(qiáng)度滿足要求。

8 結(jié)束語

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地基處理為超限方案，給地基處理增加了難度，在施工過程中采取了多種措施，例如基坑混凝土換填采用了混凝土擋土墻做護(hù)壁，混凝土換填分區(qū)域回填確保基坑安全，保證地基處理順利完成，為整個(gè)工程的質(zhì)量、安全打下了良好的基礎(chǔ)。通過對(duì)本工程的復(fù)雜地基處理，積累了相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)，特別是在方案評(píng)審、質(zhì)監(jiān)站監(jiān)督、地基處理驗(yàn)收、施工報(bào)等方面受益頗深，在以后遇到類似的工程地質(zhì)情況，可以提供良好的參考經(jīng)驗(yàn)以及相應(yīng)的解決措施，不但可以減少人力、物力、財(cái)力的投入，也可以加快工程進(jìn)度，少走一些彎路，無論對(duì)公司還是項(xiàng)目都可以帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。