多樁型復合地基處理濕陷性黃土工程實例

侯威鋒

多樁型復合地基處理濕陷性黃土工程實例

侯威鋒

多樁型復合地基就是豎向增強體由兩種或兩種以上的樁體組成，它可由具有粘結強度的兩種樁組成或由具有粘結強度的樁與散體材料樁組成。多樁型復合地基可很好的解決不良地基狀況，滿足工程對較高地基承載力的需要，且具有很好的經濟效益。

一、工程概況及地基基礎方案

三門峽某住宅樓位于三門峽市黃河西路北側，原河南第二印染廠舊址上，北臨規劃建設西路。主樓為剪力墻結構，周邊車庫為框架結構，主樓地下室周邊與地庫連為一體。主樓地上32層，地下1層，標高正負0.000對應絕對高程為393.65。主樓基底平均壓力540kPa，基礎采用筏板基礎，基礎底標高-7.360m，地基基礎設計等級為甲級。該樓總建筑面積約2.5萬平方米。

1.場地地質條件

根據機械工業第四設計研究院提供的本工程的場地《巖土工程勘察報告書》，場地地貌單元屬于黃河Ⅲ級階地，分布的地基土主要為沖洪積作用形成的黃土狀粉質粘土、粉土及砂卵石等，擬建場地屬于自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅱ～Ⅲ級，自重濕陷性黃土最大深度為25.50米左右，主要濕陷土層存在于（2）～（9）層。

2.地基處理方案的選擇

由于場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ（中等）～Ⅲ級（嚴重），按《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004），擬建建筑物不能直接采用天然地基，應當進行地基處理消除全部濕陷性，或者采用樁基礎穿透全部濕陷性土層。采用樁基礎時應扣除樁側的負摩阻力，場地自重濕陷性土層25.5米，深度較大，單樁承載力的計算損失較多，若要滿足上部荷載對承載力的要求，就要增加樁長和樁徑。根據當地經驗，此類場地土采用樁基礎時先采用灰土擠密樁對地基土進行處理，以消除地基土的濕陷性，將樁側的負摩擦力轉化為正側阻力，以此來解決單樁承載力消減的問題。采用傳統的CFG樁復合地基處理該場地，同樣需要先采用灰土擠密樁消除地基土的濕陷性。綜合以上兩種地基基礎處理方案，灰土擠密樁+CFG樁組成的多樁型復合地基，無論從經濟、施工速度、對周邊環境的影響都有很大的優勢。

3.灰土擠密樁施工方法確定

根據濕陷性黃土規范的要求，本工程灰土擠密樁的處理深度范圍內要消除全部濕陷性，基底下需要處理的濕陷土層厚度約為19～21米。在現行的建筑地基處理技術規范中，灰土擠密樁可處理地基的深度為5～15米，而本工程的實際需要處理深度遠超規范限值，采用常規的方法無法滿足工程需求。針對這一情況，我們引入了孔內深層強夯法（DDC法）。為了驗證運用DDC法進行灰土擠密樁施工的可行性，在場地內選擇了10米X10米的一塊區域進行試驗性施工。經過反復調整樁徑、樁間距及施工設備重錘的重量等，最后確定了灰土擠密樁的各項參數?；彝翑D密樁按等腰三角形布置，樁間距為900mm，采用機械洛陽鏟預成孔直徑400mm，夯填成樁直徑不小于610mm。施工過程中要控制樁體內壓實系數不應小于0.97，樁間土擠密系數不小于0.9。試驗完場后進行試樁，試樁的有效樁長24.50米，穿透了濕陷性土層，為了保證擠密效果，施工時采取了間隔跳打的施工方式。經過試樁的復合地基靜載試驗及地基樁間土濕陷性評價，按DDC法施工的灰土擠密樁處理后的濕陷性地基，樁長范圍內的樁間土濕陷性全部消除，處理后的復合地基承載力達到了260kPa。

二、多樁型復合地基的設計和承載力計算

1.復合地基設計思路

通過試驗性施工，灰土擠密樁預成孔直徑400mm，成樁直徑不小于610mm，樁間距900mm，三角形布置，采用DDC法施工，能很好的解決地基土的濕陷性問題?；彝翑D密樁要超出基礎每邊不少于處理深度的一半，基礎范圍以外采用同基礎內的布樁方式及樁長。最外布置兩排擠密樁，樁間距600mm，主要防止地表或處理范圍外的周邊地下水浸入地基。所有擠密樁均要穿透濕陷性土層。CFG樁布置在灰土擠密樁的間隙里，CFG樁樁徑600mm，樁間距1800mm，采用長螺旋鉆成孔，樁身混凝土強度等級不小于C20。根據以往當地的經驗，CFG樁的施工在灰土擠密樁施工完成半個月后進行。

本工程在樁頂和基礎之間設置250mm厚級配砂石層（3∶7），其中碎石最大粒徑不應大于30mm，褥墊層伸出基礎邊緣200mm，砂石褥墊層的夯填度（夯實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不大于0.9。

2.單樁及復合承載力特征值估算

采用DDC法施工的灰土擠密樁，灰土擠密樁的截面面積為0.2920mm2，樁間距900mm，面積置換率為0.4167。復合地基承載力特征值fspk按建筑地基處理技術規范（JGJ79-2012）中公式7.1.5-1進行計算。復合地基樁圖應力比按1.8取，經計算：fspk=266kPa。CFG樁的有效樁長21.0米，樁徑600mm，樁間距1800mm，面積置換率為0.1008。根據地勘報告提供的土層參數，CFG樁單樁承載力特征值Ra（KN）按地基處理規范（JGJ79-2012）中公式7.1.5-3計算，經計算：Ra=1121KN。CFG樁為具有粘結強度的樁，灰土擠密樁為散體材料樁，多樁型復合地基承載力特征值fspk（kPa）按地基處理規范（JGJ79-2012）中公式7.9.6-2計算，經計算：fspk=581.8kPa。上部結構荷載在基底產生的壓力為540 kPa，經估算該地基處理方案滿足上部荷載的要求，設計思路是可行的。

三、現場靜載試驗及灰土擠密樁樁間土濕陷性評價

為了驗證DDC法灰土擠密樁+CFG樁對該場地的處理效果到底如何，在現場進行了灰土擠密樁、CFG樁的單樁靜載試驗及組合型復合地基的靜載試驗。試驗樁的樁頂標高為-7.800，有效樁長21.0米。

1.灰土擠密樁靜載試驗

在試樁區域選取三個點01、02、03作為試驗對象，采用0.71m2的正方形承壓板。樁端持力層為第10層黃土狀粉土。最大加載為520kPa，均勻分8級。三個試點的累計沉降量分別為6.51mm、6.62mm、6.58mm。

2.CFG樁靜載試驗及組合型復合地基靜載試驗

選取試樁區域內的三根樁編號1#、2#、3#作為試驗對象，CFG樁的有效樁長為21米，樁端持力層為第10層黃土狀粉土，最大加載量為2240KN，均勻分為10級。三根樁的累計沉降量分別為5.76mm、7.22mm、10.17mm。組合型復合地基靜載試驗選取三個點，采用2.81m2的正方形承壓板，最大加載量為1080kPa，三個點的累計沉降量分別為8.42mm、7.29mm、7.37mm。通過對試樁區域復合地基現場靜載試驗，處理后的地基承載力完全滿足建筑物荷載的需求。

3.樁間土濕陷性評價

在試樁區域內共布置人工取土試樣探井5個，在探井中采取原狀土樣96組。通過土工試驗，在地基處理范圍內，探井內樁間土的土樣濕陷性已消除，自重濕陷系數均小于0.015。96個樁間土試樣中，最小擠密系數小于0.9但大于0.85的有30個，其它均大于0.9，綜合評定擠密系數部分滿足設計要求。經分析出現上述情況的原因在于：1.施工原因：重錘落距達不到；2.施工時樁頂預留的覆土太少；3.處理后停止的時間較短。針對以上情況在現場又進行了調整型施工，試驗結果全部達到設計要求。

四、建筑物的沉降觀測結果

建筑物的沉降觀測從主樓第一層結構封頂開始，每施工一層觀測一次，沉降觀測點六個。主體結構封頂時最大沉降量為12.8mm，根據經驗，結構封頂時的沉降量為最終沉降量的60%左右，據此推算主樓的最終沉降量在21.3mm左右，滿足規范要求。

（作者單位：鄭州大學綜合設計研究院有限公司）