試論多樁型復合地基在軟土地基處理中的應用

■劉慶華

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質環境調查院 河南鄭州 450000）

試論多樁型復合地基在軟土地基處理中的應用

■劉慶華

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質環境調查院 河南鄭州 450000）

本文針對軟土地基的特點，根據工程實例，本著安全、經濟、適宜、環保的宗旨，并結合本地區施工條件及地方施工經驗，通過方案選型確定地基處理方法；再通過施工完成后的載荷試驗及變形觀測的實測數據，驗證復合地基承載力計算及沉降計算，以期對今后該地區的設計、施工有借鑒意義。

多樁型復合地基軟土地基應用承載力變形

多樁型復合地基是采用兩種及兩種以上不同材料增強體加固形成的復合地基，已被JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》列入地基處理方法。其適用于處理不同深度存在相對硬層的正常固結土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土，以及地基承載力和變形較高的地基。近年來，隨著建筑市場興起及建筑用地緊缺，建筑物向高層發展，對地基的承載力及變形要求提高，特別是沿海軟土地區地基土具有高天然含水量、大孔隙比、高壓縮性、低強度等特性，厚度較大的軟土層理結構一般表層為1.0～3.0 m的褐黃色粉質黏土；第②、第③層為淤泥質黏性土，厚度在20.0 m左右，屬高壓縮性土；第④層為較密實的黏土層或砂層。此地層結構特點，上部地層承載力較低(一般地基承載力特征值為70 kPa)，且具有高壓縮性(α1-2>0.5/ MPa)，天然含水量一般大于液限（W>30%），變形較大，直接反映到建筑物結構上為地層具有的承載力及變形不能滿足要求，且上部軟土較厚，工后沉降較大，直接影響建筑物的使用，因此必須采取地基處理，以滿足建筑物承載力及變形要求。

1 地基處理方案選型

方案選型本著安全、經濟、環保、工期等因素進行對比篩選，同時考慮地方施工條件及工程事故，最后選擇施工方案。

擬建建筑物為12～18層，基礎埋深3.0 m，要求處理后復合地基承載力特征值≥280～300 kPa，最終沉降要求≤50 mm，整體傾斜≤0.002 5，但根據勘察報告，天然地基不能滿足承載力及變形要求，須采取地基處理措施。

擬建場地工程地質分層為：第①層雜填土，松散；第②層粉質黏土，軟～可塑；第③層淤泥質黏土，流塑；第④層粉砂，稍～中密；第⑤層粉質黏土，軟塑；第⑥層粉砂，中密；第⑦層粉質黏土，可塑；第⑧層粉砂，中～密實；第⑨層細砂，中～密實；第⑩層細砂，中密；第層細砂，密實。

1.0 ～22.0 m地層為軟土與砂互層，基底下3.0～8.0 m為淤泥質黏土，22.0 m下為相對較好的砂層持力層。根據以上地層條件進行方案比選。

1.1 方案1：水泥粉煤灰碎石樁復合地基方案

該方案從安全、經濟、環保、工期等各方面考慮是很合理的。安全上：增強體剛度大，成樁質量好，復合地基承載力提高大，樁間土變形減少；經濟上：樁體強度根據承載力可調，節省鋼材，施工造價低；環保上：施工時增強體消耗部分粉煤灰，不會產生泥漿渣土；工期上：施工速度快，無輔助施工措施，工期短。本地區增強體樁一般選擇樁徑500 mm、樁長（設計長）23.0～25.0 m，樁間距1.6～1.8 m，面積置換率為6%～7%，充分體現了復合地基增強體“大樁距、大樁長、樁端做在好土上”的設計理念。該方案曾在地區內廣泛應用，但施工中出現了下列工程事故：

（1）上部開挖斷樁。由于基底為軟土，地基土抗剪強度低，且有觸變性，機械開挖后樁頂下2.0～3.0 m斷樁80%以上，不得不后期進行“跑樁”及樁間土加固，嚴重影響質量及工期。

（2）擴徑，增強體施工時采用長螺旋管內泵壓混凝土施工工藝。由于樁體范圍內為軟土，抗剪強度低，且地基土含水量較大，極易造成擴徑，樁體充盈系數達到1.5～1.7，導致造價大幅提高。

1.2 方案2：水泥粉煤灰碎石樁復合地基方案+短鋼筋籠

該方案為防止基坑開挖造成斷樁，上部采用加3.0～5.0 m短鋼筋籠，提高上部樁體剛度，解決了斷樁問題。但是此方案不能解決以下問題：

（1）樁體充盈系數過大。

（2）施工條件上，鋼筋籠反插難度大，且不易到位。由于施工時機械行走對地基土強度有一定要求，軟土地區上部一般有1層硬殼，要充分利用軟土地區這一特點進行地表施工，然而基坑開挖后，施工對軟土擾動，導致機械無法進場施工。

1.3 方案3：鋼筋混凝土灌注樁

該方案應用較廣。本地區一般采用潛水鉆成孔施工工藝，施工時產生大量泥漿，設計樁徑600 mm，樁間距2.0～2.4m，樁長36.0～40.0 m，鋼筋含量60 kg/m3，施工前要進行試樁，工期較長。

1.4 方案4：多樁型復合地基方案

該方案采用長短樁增強體對地基進行處理。長增強體采用CFG樁體，樁端座在好土上，提高承載力，減少變形；短增強體采用干法水泥土攪拌樁體，加固上部軟土地基，改良其物理力學特性。布樁時采用長樁插入短樁中，即4根攪拌樁中插入1根CFG樁。

施工攪拌樁后，再施工CFG樁，攪拌樁施工后對CFG樁周極軟土進行加固，水泥水化后消耗掉軟土內的水分，提高了樁周土的抗剪強度，提高了對CFG樁體的約束，解決了軟土層內CFG樁體擴徑問題。同時基坑開挖后，水泥土攪拌樁體強度一般達到2 MPa左右，保護了CFG樁體，基本無斷樁現象。水泥土攪拌樁施工后，提高了地基承載力，減少了長樁復合地基承載力提高比（復合地基承載力與基底天然地基承載力比一般為3～4，充分利用樁間土的承載力，也是復合地基特點）。設計參數：一般水泥土攪拌樁樁徑500 mm，間距1.0 m左右，樁長加固基底下極軟土，8.0～9.0 m；長樁CFG樁選擇樁徑500 mm，樁長（設計長）23.0～25.0 m，樁間距2.0 m左右，在保證承載力及變形條件下根據攪拌樁樁間距進行調整。

2 地基處理方案比選

對上述4個方案，從安全、造價、環保、工期等分別進行對比，選定方案。方案1：CFG樁徑0.5 m、樁長25 m、樁間距1.6 m，充盈系數1.5。方案2：CFG樁徑0.5 m、樁長25 m、樁間距1.6 m，充盈系數1.5。鋼筋籠取5 m，6φ16 mm主筋。方案3：混凝土灌注樁樁徑0.6 m、樁長40 m、樁間距2.0 m。方案4：CFG樁徑0.5 m、樁長25 m、樁間距2.0 m，充盈系數1.0。短樁水泥土攪拌樁樁長9.0 m、樁徑0.5 m，摻入比13%。

根據以上方案，從造價、環保、工期、設計要求承載力及變形比選，方案4具有性價比高之優點，為可選方案。

3 地基處理方案的設計計算

實例開發小區共計14棟樓，本次以7號樓為例進行設計。方案設計時，采用雙復合地基進行計算，長樁為CFG樁增強體，處理上部軟土采用水泥土攪拌樁增強體。首先施工水泥土攪拌樁處理上部軟土，待水泥土攪拌樁強度達到70%后施工長樁。根據工程地質資料，上部第③層淤泥質黏土厚度約5.0 m，其下部有砂層，短樁增強體以該層為持力層進行設計；長樁增強體以第⑧層粉砂為樁端持力層進行設計。

3.1 設計要求

7號樓為18層，要求處理后復合地基承載力特征值≥300 kPa，最終沉降要求≤50 mm。

3.2 承載力計算

雙復合地基計算根據地區及地層條件，進行復合。本工程是由天然地基與水泥土攪拌樁增強體復合形成復合地基，視為等效天然地基，其承載力特征值為fspk2；將等效天然地基和長樁CFG樁增強體復合形成復合地基，其承載力特征值為fspk1，求得復合地基承載力即多樁型復合地基承載力fspk。

本工程計算為保證軟土地區變形控制，在實際計算時短樁增強體復合地基下長樁到樁端的ξ2采用fspk1與fspk2比值作為壓縮模量的提高系數。

（1）水泥土攪拌樁復合地基。設計參數為：基礎埋深4.14 m，樁間距1.0 m、樁徑0.5 m、樁長11.0 m，水泥摻合比13%。單樁承載力特征值(取小值)：

式中：η———樁身強度折減系數，為0.2～0.25；

αp2———樁端天然土承載力折減系數，為0.5；

β2———樁間土承載力折減系數，為0.1～0.4；

fak———樁間天然土承載力特征值，為70 MPa；

m2———面積置換率，為0.196；

fcu———樁身水泥土無側限抗壓強度標準值，為0.3～2.0 MPa；

qp———樁端阻力，為20 kPa（由于第⑥層粉砂局部較薄，地基承載力降低按下臥層取值）。

計算結果：由式（1）得Ra2=248.65 kN；由式（2）得Ra2=η×fcu× Ap（樁身強度制）=0.3×2 000×0.196 25=117.75 kPa。單樁承載力特征值(取小值)Ra2=117 kPa。

復合地基承載力特征值fspk2=139.36 kPa，取為139 kPa。

（2）CFG樁長樁增強體復合地基。設計參數：

基礎埋深4.14 m，樁間距2.0 m、樁徑0.5 m、樁長20.0 m。

計算結果：Ra1=λ×871.57=784.41（λ：單樁承載力發揮系數0.9）；fspk1=307 kPa≥300 kPa，滿足設計要求。

4 地基處理方案檢測檢驗及變形觀測

按上述方案施工后，增強體達到期齡后進行了增強體及多樁型復合地基載荷試驗及增強體樁身完整性檢測；基坑開挖施工到地上1層后進行變形觀測。

4.1 承載力檢測

經對水泥土攪拌樁增強體、CFG樁增強體及多樁型復合地基進行載荷試驗及樁體完整性檢測，復合地基計算均滿足要求。

（1）水泥土攪拌樁增強體檢測。對水泥土攪拌樁抽取3組進行單樁承載力載荷試驗，最大荷載Q加至234 kN，沉降量S為35.73～37.80 mm，檢測合格。樁身完整性檢測為1類樁，滿足樁身完整性要求。

（2）CFG樁增強體檢測。對CFG樁抽取3組進行單樁承載力載荷試驗，最大荷載Q加至1 568 kN，沉降量S為35.29～39.70 mm，檢測合格。樁身完整性檢測為1類樁，滿足樁身完整性要求。從檢測結果中可見，在樁頂下7.0 m（地面下11.0 m）左右有擴徑現象。

（3）復合地基承載力檢測。對多樁型復合地基選取3組進行復合地基承載力載荷試驗，最大荷載Q加至600 kN，沉降量S為32.65~35.87 mm，檢測合格。

4.2 變形觀測

（1）各觀測點沉降值對比。觀測時間從2013年10月26日~ 2014年5月3日，對建筑物12個觀測點進行觀測。

從變形觀測記錄可見，建筑物各點基本為均勻沉降，最大沉降量18.8 mm（根據地方經驗，封頂后沉降完成80%），小于計算建筑物最大平均沉降量50mm，滿足設計要求。

從計算可得出實測計算沉降系數平均值為0.11。

5 結語

（1）從檢測試驗及變形觀測的數據說明，本地基處理方案是合理可行的。

（2）從CFG樁體小應變檢測結果可知，波速曲線反應在樁頂下7.0 m（地面下11.0 m）左右有擴徑現象；從地層剖面對應位置為第④層粉砂層下軟塑黏性土層中，可得出上部軟土經水泥土攪拌樁處理后在改良軟土的同時，解決了施工CFG樁擴徑增大混凝土充盈系數問題，達到設計預期效果，方案是合理的。

（3）從沉降觀測數據結果可知，對上部軟土進行加強處理后與CFG樁復合，建筑物實際沉降值較小，封頂后＜20 mm。從對其他樓的觀測記錄反演，本施工區內沉降經驗系數為0.20～0.25。

（4）軟土地區高層建筑物進行多樁型復合地基設計，由于上部往往為很厚的淤泥及淤泥質土，復合地基要求處理承載力較高，與天然地基承載力值比一般＞4。計算時先進行上部軟土處理后與CFG樁進行復合計算較為合理，同時考慮到CFG樁處理深度內為軟土，實際計算時從基底應力狀況考慮，短樁下復合地基模量提高系數采用復合地基計算值與一次復合等效地基復合地基承載力的比值較為合理。

（5）從近幾年軟土地區復合地基設計及施工狀況看，該多樁型復合地基處理方案在這一地區具有適用性及經濟性，值得借鑒和推廣。

[1]JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范 ［S］.

TU4[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-365-2