素混凝土灌注樁復合地基在廈門某高層中的應用

廈門地處沿海，多島嶼，地層巖性分布主要以花崗巖和凝灰巖為主，地層分布不均勻，各地質層面起伏大，層內風化差異變化大，多含強風化夾層，對樁基施工不利。在當前用地緊張、經濟大發展的時代，建筑物向高聳發展，上部建筑荷載越來越大，已不是一般的地基土所能承受，目前市場上的高層建筑一般都直接采用樁基方案，未能很好地利用基底土層的承載能力。本文介紹的素混凝土灌注樁復合地基相比較單一的樁基方案，具有充分利用和發揮地基土的承載能力，更經濟的一種地基處理方法。

1 作用機理

素混凝土灌注樁復合地基與水泥土粉煤灰碎石樁復合地基相似，其作用機理是通過樁對地基土的擠密作用，達到樁和土共同作用、共同承載上部荷載，其中樁仍為主要載體，承擔大部分地荷載作用。

使用素混凝土灌注樁復合地基處理方法需要滿足一定條件:(1)擬建建筑物的基底土層為具有一定承載能力的土層。(2)區內具有能提供摩擦樁樁體足夠側摩阻力的厚層黏性土層。其計算模型為:通過增強體單樁豎向承載力特征值計算公式計算出素混凝土灌注樁的承載力特征值Ra，進而通過粘結強度增強體復合地基計算公式:計算出復合地基承載力特征值，與基底單位平均荷重設計值進行比對。滿足要求后，保證樁體本身的混凝土強度，設置一定厚度的褥墊層，使得樁和地基土形成復合地基達到共同承載的目的。

2 實例分析

某高層住宅樓位于傍山處，由多棟高層(25～27層)及裙樓組成，高約88m，地面以上為框架剪力墻結構，地面標高約12.0～15.0m，設一到兩層地下室，約4.50～9.80m，地下室底板標高約5.40m，最大柱網間距為5.5×7.5m，基底單位平均荷重為450kN/m2。場區周邊東、西兩側距離現有住宅小區約20～40m。

3 地質條件及分布特點

3.1 地質條件

場地巖土層分布為表層填土、粉質黏土、凝灰巖殘積黏性土及凝灰巖基巖風化層等8個地質單元組成，其性狀特征如下:①雜填土:稍濕，松散～稍密。厚度0.60～5.30m。②粉質黏土:灰黃色，可～硬塑，以硬塑為主，濕，厚度3.30～9.50m。③可塑凝灰巖殘積粘性土:灰黃色，可塑，濕，厚度1.00～10.20m。④可塑凝灰巖殘積粘性土:灰黃色，可塑，濕，厚度約0.80 ～28.00m。⑤全風化凝灰巖:厚度 0.90 ～17.30m。⑥散體狀強風化花崗巖:厚度1.10～19.50m。⑦碎裂狀強風化花崗巖:厚度0.60 ～18.00m。⑧中風化花崗巖:揭示厚度4.50 ～8.20m。

3.2 巖土層分布特點

(1)表層填土厚薄不一，碎石含量較大，約20～30%，局部分布填石，巖質為中風化凝灰巖，粒徑分布0.3～0.5m;(2)填土以下為坡、殘積土層，含水率約23～35%，標貫值呈上升趨勢，土層隨深度增加物理力學性質越來越好;(3)基巖風化層成層性較強，且相對較均勻，均是良好樁端持力層，但層內分布中風化孤石及強風化球狀風化體等不利埋藏物;(4)不利埋藏物分布:填石的鉆孔遇見率約2.7%，強風化球狀風化體鉆孔遇見率約13.5%，中風化孤石鉆孔遇見率約27%;(5)地下穩定水位位于地下室底板以下，便于工程基底施工，防止對地基土層的過分擾動。

4 基礎方案比選

本工程從巖土分布特點建議基礎方案一:采用靜壓預應力管樁，以散體狀強風化凝灰巖層為樁端持力層，工期短，但需先開挖至地下室底板標高再進行樁基施工，施工時遇見中風化孤石及強風化球狀風化體，采用補樁措施處理。基礎方案二:采用沉管灌注樁，以散體狀強風化凝灰巖層為樁端持力層，可從現地面進行樁基施工，但工期較長。方案三:基巖風化層分布厚度大，且考慮有一定比例的中風化孤石及強風化球狀風化體不利埋藏物分布，采用沖(鉆)孔灌注樁，以中風化凝灰巖為樁端持力層，但噪音污染嚴重，施工中泥漿排放空間小且對地基土的浸泡，影響土體強度。方案四:采用素混凝土灌注樁復合地基方案，地基土以坡殘積土為基礎持力層，灌注樁以全風化凝灰巖為樁端持力層。

綜合場地較平坦但尚未具備全面開挖平整條件、工期緊等諸多因素，最終商定采用素混凝土灌注樁復合地基方案。

5 復合地基設計及施工

工程設計采用素混凝土灌注樁復合地基，地基土持力層以硬塑、可塑凝灰巖殘積黏性土或粉質黏土層為基礎持力層，素混凝土灌注樁以全風化凝灰巖為樁端持力層，樁體施工采用靜壓法，樁體取直徑600mm，現場通過選定4根樁進行試樁試驗，確定打樁參數:貫入度、混凝土充盈系統及拔管速度。工程設計總樁數為422根，樁芯混凝土強度等級為C35(部分為C40)，鋼筋保護層為70mm。施工后復合地基承載力特征值fspk達到450kPa，硬塑、可塑凝灰巖殘積黏性土或粉質黏土層地基承載力特征值達到200kPa，靜壓沉管灌注樁承載力特征值達到1500kN即滿足設計要求。

靜壓沉管灌注樁施工工藝及施工順序以“場地平整及地上障礙物清理→測量放樣定位→設備進場安裝調試→設備就位→樁尖鋼套管就位→靜壓沉管→達終壓條件、停止壓樁→灌注混凝土→振動拔管、反插→單樁施工完畢、移機”進行。靜壓沉管灌注樁施工有以下特點:

(1)沉樁穿透能力強:靜壓沉管灌注樁與靜壓預應力管樁相比較而言，施工工藝更復雜一些，施工時間略長，但在穿透雜填土層時，有其獨特的優勢，該工藝配備錐形樁尖，沉樁時可將小直徑填石擠出樁身位置，擠密填土間孔隙，實際施工過程較順利，僅在局部地段遇到淺層確實無法穿透或擠開填石，采用機械挖除及時進行處理。同時對于殘積土及全風化巖層中局部出現的薄層強風化球狀風化體，加大壓樁力也能有效的穿透，到達預定的樁端持力層，保證樁體施工的順利進行。

(2)具擠土效應:靜壓沉管灌注樁與市場上常用的靜壓預應力管樁一樣，都屬于擠土樁，在沉(成)樁的同時，對樁周土產生了擠密作用，能一定程度的改良樁周土體的強度，提高了樁周土的地基承載能力。

(3)持力層選擇合理:巖土分布中可發現本區強風化球狀風化主要集中于全風化凝灰巖中下部，設計選擇以全風化凝灰巖為樁端持力層，通過計算，只要樁端到達全風化凝灰巖淺部即可，如此可有效減小沉樁孤石遇見率，保證樁的順利施工。

(4)操作簡單:采用靜壓法沉管灌注樁施工，控制容易，通過機載壓力表，可直觀讀取壓樁壓力值，沉(成)樁質量穩定可靠，確保樁身承載力滿足設計要求。同時也不會對周邊環境造成噪音污染。

6 復合地基成果檢驗

6.1 地基基礎檢測

按地基處理規范要求，樁基施工完成后，樁身混凝土齡期達到設計及規范要求，同時地面開挖至地下室底板標高，對處理后的單樁復合地基及單樁進行靜載荷試驗，樁周地基土進行淺層平板載荷試驗。

單樁復合地基靜載荷試驗:共選擇6組，采用2400mm×2400mm的方形承壓板，按最大試驗荷載900kPa進行靜載荷試驗，樁頂的最終沉降量一般約30～33mm，最大約48mm，殘余變形約16～17mm。

單樁豎向抗壓靜載荷試驗:共選擇5根，按單樁豎向抗壓極限承載力3000kN進行靜載荷試驗，樁頂的最終沉降量一般約13～21mm，殘余變形約4～7mm。

地基土淺層平板載荷試驗:隨機選擇1點，試驗土層為粉質黏土，采用1000mm×1000mm方形承壓板，按最大試驗荷載400kPa進行淺層平板載荷試驗，最大沉降量約32mm，殘余變形約12mm。

選取85根樁，約總樁數20%工程樁進行小應變動測試驗，樁身完整性檢測結果均為Ⅰ類、Ⅱ類樁，未出現Ⅲ類樁。

檢測結果表明:通過規范施工，復合地基、素混凝土灌注樁、樁周地基土的承載力特征值及樁身完整性均能滿足設計及規范要求。

6.2 建筑物沉降

后期隨上部主體結構的建設，沉降量逐漸增加，在主體結構及竣工驗收后，測得建筑物最終沉降量為16～34mm，均在設計允許值范圍內，單棟建筑物沉降差較小，且較均勻。

結合檢測及觀測數據，本區采用的素混凝土灌注樁復合地基基礎方案，是合理、行之有效的地基處理方法。

7 結束語

本工程從巖土分布特點、工期、經濟、周邊環境等方面的影響，否定了預應力管樁、人工挖孔灌注樁及沖(鉆)灌注樁的使用，選擇了素混凝土灌注樁復合地基，充分發揮了地基土承載力，縮短沉管灌注樁的樁長，減小樁數，同時滿足了質量和工期的要求，取得了良好的經濟和社會效益。在有孤石及強風化球狀風化體且較厚層黏性土層分布的相似工程中可以借鑒。

[1]JGJ79-2012建筑地基處理技術規范.

[2]JGJ106-2003建筑基樁檢測技術規范.