淺談大直徑剛性樁復合地基處理技術應用

李 勇, 李吉輝(五冶集團, 四川成都 610000)

淺談大直徑剛性樁復合地基處理技術應用

李 勇, 李吉輝
(五冶集團, 四川成都 610000)

在高層建筑中，常會碰到地基承載力不夠的情況，通常的方式采用不同的基礎形式如樁基礎、筏板基礎或樁筏基礎來解決。文章就某工程使用大直徑剛性樁復合地基處理技術進行地基承載力提升的具體應用進行了分析，達到了較好的效果和經濟效益。

大直徑；剛性樁；復合地基；承載力；褥墊層

1 工程概況

某高層住宅項目以社區商業服務保障性住房為主，由10棟32層高層構成，1層地下室(±0.00以下5.4 m)。該項目位于成都市東三環路附近，規劃總建筑面積236 431.43 m2，其中地下建筑面積31 270.53 m2。

2 場地工程地質及水文地質條件

該項目地勘報告顯示，場地內主要土層由上而下分布。

(1)素填土：松散狀，稍濕，以黏性土夾卵石為主，含較多鐵錳質小結核，局部地段為耕土，有機物及植物根須，堆積時間為1～3 a；該層層厚0.50～9.80 m，頂面高程518.93～532.62 m。

(2)黏土：硬塑，裂隙發育，隙間充填灰白色高嶺土等親水礦物，具膨脹土的典型特征，含少量褐色鐵錳質和灰白色鈣質結核，偶見卵礫石，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高，該層上段以褐黃色為主，下段以褐紅色為主。該層場地大部分地段均有分布，厚度變化較大，層厚1.00～6.30 m，頂面埋深0.50～9.80 m，頂面高程517.93～529.65 m。

(3)含卵石粉質黏土(細粒混合土)：濕黏土，可塑，裂隙一般發育，卵石含量約15 %～25 %，卵石成分主要為花崗巖、石英巖、砂巖，強～中等風化。卵石粒徑多為2～8 cm，最大為15 cm。該層物理力學性質變化較大，在場地內均有分布；該層層厚2.50～10.10 m，頂面埋深1.70～12.70 m，頂面高程515.53～524.61 m。

(4)泥巖：以全風化、強風化與中風化等亞層泥巖為主，層狀構造，含少量灰綠色砂質條帶，偶見鈣質結核。該層頂面埋深6.40～2 m，頂面高程510.83～518.95 m。

場地地下水類型分為上層滯水、孔隙潛水和基巖裂隙水。上層滯水分布于素填土、粉質黏土層，水量較小，容易疏干。本場地基巖中存在孔隙裂隙水，水量較小，且微具承壓性。場地地下水對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中的鋼筋均微腐蝕性；場地土對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中的鋼筋均微腐蝕性。

3 設計承載力要求

根據該項目設計計算上部結構荷載，10棟高層設計要求承載力為600 kPa。

4 地基處理方式的選擇

根據地勘報告中各土層厚度及承載力情況，設計的基礎樁須進入中風化巖，樁長約為12 m，嵌巖深度約1.2～1.5 m。

施工單位結合項目的地質情況根據以往的經驗數據綜合分析后發現，原地勘土層承載力特征值有一定偏差，同時結合場地內含卵石粘性土距基礎底約10.0 m，以往類似地基土承載力為200 kPa，中風化泥巖約1 100 kPa，確定有條件采用大直徑混凝土樁復合地基技術即混凝土樁與樁間土共同復合受力，滿足設計對地基承載力的要求，在技術較可行且經濟節約，相對于樁基可較大地降低投資成本。

為了進一步核實原卵石黏性土層、中風化泥巖的承載力特征值，與業主、設計及地勘溝通后重新進行補勘，經實驗驗證確定了卵石黏性土層、中風化泥巖特征值如表1所示。

表1 承載力特征值 kPa

通過補勘測得各項指標，確定采用大直徑剛性樁復合地基處理方案可行。

5 大直徑混凝土剛性樁復合地基設計

5.1 設計依據

主要有現澆混凝土大直徑管樁復合地基技術規程、建筑地基處理技術規范、復合地基技術規范、建筑樁基技術規范、建筑地基基礎設計規范、成都地區建筑地基基礎設計規范、建筑地基基礎工程施工質量驗收規范、地勘報告及補勘資料等。

5.2 布樁及設計參數

大直徑混凝土剛性樁按等邊三角形布置，設計時以最不利地質條件為計算地層，根據基礎尺寸的不同情況進行布樁。設計的大直徑混凝土剛性樁樁徑1 000 mm，分區域設計樁長及樁間距。樁體成樁工藝采用干作業機械旋挖成孔。樁間土中的含卵石粉質黏土、全風化泥巖承載力特征值，勘察資料取值分別為248 kPa、240 kPa，但結合地區經驗，本次計算取值為200 kPa、160 kPa。根據補勘資料，大直徑剛性樁復合地基樁端土地基承載力特征值、樁側摩阻力特征值見表1。而大直徑剛性樁計算采用的樁側阻力、樁端承載力極限值參數參考建筑樁基規范及經驗取值。

大直徑剛性樁復合地基相關計算主要按《現澆混凝土大直徑管樁復合地基技術規程》要求計算，用《復合地基技術規范》要求進行復核。

5.3 承載力及變形復核計算

5.3.1 承載力計算

根據《現澆混凝土大直徑管樁復合地基技術規程》提供公式計算：

fspk=m(Ra/Ap)+β(1-m)fsk

(1)

m=d2/de2

(2)

Ra=Quk/K(K=2),Quk=UpΣli×qsik+ξpAp×qpk

(3)

Ra≤ΨcfcuAp

(4)

Esp= (fspk/fsk)·Es

(5)

式中: Ra為單樁豎向承載力特征值，可按式(3)、式(4)計算，取其較小值；fspk為復合地基承載力特征值(kPa)；fsk為處理后樁間地基土承載力特征值(kPa)，黏性土取210 kPa，含卵石黏性土200 kPa,全風化泥巖取160 kPa，強風化泥巖取250 kPa；d為樁徑,取d=1000 m；de為等效影響圓直徑(m)；Ap為樁的截面積(m2)，取0.785 m2；Up為樁周長(m)，取3.14 m；m為面積置換率，m=d2/de2；β為樁間天然地基土承載力折減系數，可根據試驗確定，取0.80；ξp為端阻力修正系數，與持力層厚度、土的性質、樁長和樁徑等因素有關，可取0.65～0.90，樁端土為高壓縮性土時取低值，低壓縮性土時取高值，本工程取0.65；fcu為混凝土軸心抗壓強度設計值(kPa)，按現行國家標準《混凝土結構設計規范》的規定取值；Ψc為樁工作條件系數，取0.6～0.8；li為樁周第i層土的厚度(m)；qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值(kPa)；qpk為極限端阻力標準值(kPa)；Es為樁間土壓縮模量(MPa)。

5.3.2 變形復核驗算

根據《現澆混凝土大直徑管樁復合地基技術規程》提供公式計算：

s=s1+s2

(6)

(7)

ξ= fspk/fak

(8)

-Es=ΣAi/Σ(Ai/ξEsi)

(9)

5.3.3 設計計算結果

根據以上公式及規范要求進行相關計算與復核，其結果(復合地基承載力、設計單樁承載力、壓縮模量等)見表2。處理后壓縮模量及初步計算的最終沉降量，復合地基的承載力及變形均滿足規范要求。

表2 設計計算結果

根據混凝土設計規程,選用C20混凝土即可滿足要求。

5.4 褥墊層設計

根據規范要求，為使樁土更好一起分擔上部結構的壓力，消除應力集中，復合地基上應鋪設一定厚度的褥墊層，其具體要求為：

(1)厚度為30 cm 砂石墊層。

(2)材料為級配砂石或碎石，粒徑一般1.0～3.0 cm，最大粒徑一般≤3 cm，砂含量應控制在20 %～30 %。

(3)褥墊層需經壓實，夯填度不得大于0.90。

(4)鋪設范圍為基礎邊線向外延30 cm。

6 施工工藝要求

本次樁體成樁工藝為干作業機械旋挖成孔+清孔鉆頭清孔。按GB/T 50783-2012《復合地基技術規范》、JGJ 79-2012《建筑地基處理技術規范》、JGJ 94-2008《建筑樁基技術規范》進行施工控制。樁長滿足樁長+進入中風化巖層0.5 m 以上雙重控制，孔底沉渣要滿足JGJ 94-2008《建筑樁基技術規范》第6.3.9條沉渣厚不大于50 mm 的規定。

施工工藝流程：基坑開挖至設計標高→測放樁位→旋挖 至設計深度→清孔→(樁底深井載荷試驗)→填料(C20混凝土)振搗密實直至設計樁頂標高→樁身完整性檢測→鋪設并壓實褥墊層→褥墊層夯填度檢測→基礎施工。

7 質量控制措施

(1)按《復合地基技術規范》、《建筑地基處理技術規范》、《建筑樁基技術規范》施工。

(2)樁長嚴格按照區域劃分樁長進行施工，以樁長及樁端進入中風化巖層0.5 m 以上進行雙重控制，樁頂超灌高度不應小于0．5 m。

(3)樁體質量控制標準:樁位偏差σ≤70 mm；樁垂直度偏差不超過1.0 %，樁徑偏差±10 mm，沉渣厚度h≤50 mm。現場進行抽樣檢查，樁芯采用C20 混凝土。

(4)褥墊層應鋪設在筏板面積(基礎邊線外擴30 cm)內，復合地基頂部并夯實，夯填度λ≤0.90，其作用是保證樁土共同承擔荷載。墊層材料為良好級配砂碎石，最大粒徑不宜大于3 cm，砂含量應控制在20 %～30 %。

(5)大面積施工前，應進行現場試樁施工及現場荷載試驗，并反饋給設計單位復核。現場荷載試驗包括樁間土平板載荷試驗、單樁承載力載荷試驗及復合地基載荷試驗。地基處理施工過程中，應按規范進行選點檢測，合格后方可進行下一步的施工，現場荷載試驗要求見試樁要求。

(6)施工時應注意對樁頂附近樁間土及褥墊層的保護，及時封閉，避免其受擾動；樁間土受雨水影響較大，特別是雨季施工時影響尤其大，應采取必要措施對樁間土的保護，避免雨水浸泡樁間土，可在開挖后施工褥墊層前施工一層輔助薄層混凝土防水層(厚約2 cm)。

(7)加強現場驗槽，樁長按設計樁長+樁端進入持力層0.5 m 雙重控制，要確保樁端進入中風化巖層0.5 m 以上，中風化層頂以現場驗槽為準。

8 復合地基施工驗收后成果檢驗

施工完成后按規范要求對大直徑剛性樁進行靜載實驗，承載力等各項指標均滿足規范和設計要求。

9 結束語

大直徑剛性樁復合地基處理技術作為地基處理的一種方式，針對某些基礎埋設不深、持力層較深，而土層同時具有較好的承載力的情況下使用，通過樁徑及樁間距的合理選擇，在滿足規范和設計要求的情況下進行使用，不僅能過到地基處理的效果，同時較鋼筋混凝土樁有較好的經濟效益。

TU753.3

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[定稿日期]2016-05-27