通過工程實例探究長螺旋鉆孔灌注樁復合地基在地基處理工程中的應用

張曉湘

由于地下土質的不確定性，地基處理的情況越來越多。在長沙岳麓區含浦中國鐵建·京師璟臺4#棟高層住宅樓施工過程中，由于出現土質不均勻和軟弱地基情況，一些樁基的單樁承載力達不到設計要求，最終采取了長螺旋鉆孔灌注樁復合地基加固處理方法。并通過地基加固處理方案的設計及施工過程，得出了一些關于長螺旋鉆孔灌注樁復合地基的設計和施工、檢測及監測要點。

一、工程概況

本工程為長沙岳麓區含浦中國鐵建·京師璟臺4#棟樁基工程，屬長沙中鐵城建洋湖房地產開發有限公司的在建工程，場地位于長沙市岳麓區，含浦中路與洋湖路交匯處的西北側，北臨學士路，西側零星分布多棟臨時性板房；東側為含浦大道。場地地勢較平緩。該工程由湖南省建筑設計院有限公司設計，剪力墻結構，采用靜壓式預應力高強混凝土管樁（PHC樁）基礎，由中鐵城建集團有限公司總承包分公司進行4#棟基樁工程施工。

1.場區地質條件

本工程場地穩定，建筑場地類別為Ⅱ類。根據勘察結果，場地內無可液化地層和可震陷地層分布，巖土地震穩定性較好，在地震作用下不會發生滑坡、崩塌、液化和震陷等災害，擬建場地為可進行建筑的一般場地。場地自上往下的地層為：（1）人工填土；層厚為3.50～9.60m，場地普遍分布，結構松散，主要由粘性土組成，混約10～30%碎、塊石、砼塊等硬雜質或建筑垃圾；（2）淤泥質粉質黏土；層厚0.90～5.30m，灰褐，褐灰色，含少量有機質，軟塑，切面稍有光澤，搖振無反應，干強度及韌性中等偏高，場地內局部地段分布，qisk1=32kPa，qisk2=30kPa；（3）粉質黏土，層厚0.90～5.80m。主要為粉黏粒，含少量砂，呈稍濕，具有中等的壓縮性和中等強度，可～硬塑狀態。場地內普遍分布，fak=180kPa，qisk1=55kPa，qisk2=50kPa；（4）圓礫，層厚0.50～3.80m，卵礫石呈中風化狀，充填約15～25%的中細砂以及少量黏性土，稍密～中密狀態。場地內普遍分布，fak=250kPa，qisk1=140kPa，qisk2=130kPa；（5）粉質黏土，層厚0.50～3.10m，局部含少量強風化巖塊，具有中等的壓縮性和中等強度，呈硬塑狀態。場地局部分布，fak=220kPa，qisk1=90kPa，qisk2=80kPa；（6）強風化粉砂質泥巖，層厚1.20～10.70m。大部分礦物已風化變質，風化裂隙極發育，巖芯呈柱狀或塊狀，半巖半土，巖塊用手易折斷，沖擊鉆進困難，屬極軟巖，巖體極破碎，fak=350kPa，qisk1=140kPa，qpk1=6000kPa，qisk2=140kPa，qpk2=2000kPa；（7）全風化粉砂質泥巖，場地內各鉆孔均遇見該層，揭露層厚1.60～15.21m，層厚 不 詳，fak=800kPa，qisk1=85kPa，qpk1=2500kPa，qisk2=55kPa，qpk2=1700kPa。其中qisk1和qpk1為預應力管樁對應參數，qisk2和qpk2為長螺旋鉆孔灌注樁對應參數。

地下水：主要補給來自大氣降水、場地周邊的生活用水和場地東側的靳江河河水，場地上層滯水穩定水位埋深為2.90～5.50m，標高介于25.22～32.11m；場地的潛水穩定水位埋深為7.40～12.10m，標高介于21.62～28.20m，可考慮1～3m的浮動區間。場地內的上層滯水和潛水對混凝土結構及其中的鋼筋都具有微腐蝕性。

2.基礎變更概述

根據巖土工程勘察報告，并綜合考慮工程造價、施工工期等因素，原設計采用靜壓式預應力高強混凝土管樁（PHC樁）基礎，樁型號為PHC 500 AB 125，持力層為強風化粉砂質泥巖，總樁數253根，均為抗壓樁，樁長≥10.5m。該工程的樁基主檢單位為湖南中大檢測技術集團有限公司，對比檢測單位為湖南同力檢測咨詢有限公司。2019年8月中旬，主檢單位和對比檢測單位對4#棟的相鄰2#棟基樁進行了抽檢，分別抽檢了2根和1根預應力管樁，得出單樁豎向抗壓承載力特征值為1395kPa，且相鄰車庫抽檢的預應力管樁也均達不到原設計單樁豎向抗壓承載力特征值1750kPa的要求。中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司對現場進行了補勘，并對報告進行了相應修改，建設單位通過召開設計單位、地勘單位、施工單位會議，初步確定將4#棟基礎變更為長螺旋鉆孔灌注樁基礎，設計單位根據地勘單位補充修改后的場地內各地層有關樁基設計參數建議表，按單樁豎向承載力特征值1600kN進行了變更設計，主檢單位于2019年8月底對施工現場進行了3根長螺旋鉆孔灌注樁的試驗樁檢測，報告得出長螺旋鉆孔灌注樁單樁豎向承載力特征值為1600kN，滿足設計要求；變更后的長螺旋鉆孔灌注樁樁徑為600mm，持力層為強風化粉砂質泥巖，樁身混凝土強度等級C30，總樁數292根，均為抗壓樁，樁長≥10.5m。2019年12月，主檢單位和對比檢測單位共對4#棟3根基樁進行了單樁（長螺旋鉆孔灌注樁）豎向抗壓靜載試驗，檢測出單樁豎向抗壓承載力特征值為1120kN，不滿足變更后的1600kN設計要求。后通過征詢專家意見及建設各方主體討論結果，并依據主檢單位2019年12月對4#棟抽檢3個試驗點進行復合地基靜載試驗的檢測結果，以及現場施工情況，將長螺旋鉆孔灌注樁基礎進行地基處理，再次將基礎變更為長螺旋鉆孔灌注樁復合地基基礎，復合地基承載力檢測特征值為525kPa，持力層為粉質粘土，樁間土天然地基承載力特征值為180kPa，且根據現場開挖施工情況，當筏板底未到達復合地基持力層時，需采用C15混凝土回填，回填厚度按實際開挖情況，且不超過復合地基達到其承載力特征值時的最大限值；在樁頂和回填層或筏板底（筏板底到達復合地基持力層時）之間設置級配砂石褥墊層，厚度為300mm，材料最大粒徑小于或等于3cm，褥墊層鋪設宜采用靜力壓實法，夯填度不得大于0.9；樁頂不再進入筏板，只進入褥墊層50mm；由于現場實際開挖面和樁頂標高有所起伏，鋪設褥墊層時需采用放坡，當高差大于1m時，要求采用分級放坡。2020年1月，主檢和對比檢測單位對樁身進行了100%基樁低應變檢測，分別檢測出207根和70根Ⅰ類樁，樁身完整，6根和18根Ⅱ類樁，樁身有輕微缺陷，本工程無Ⅲ類、Ⅳ類樁，樁身波速平均值取值分別為4012m/s和3840.4m/s。

二、長螺旋鉆孔灌注樁復合地基設計及施工、檢測監測要點

1.長螺旋鉆孔灌注樁復合地基工作原理

長螺旋鉆孔灌注樁復合地基即樁土共同承擔荷載，是由樁體、樁間土和褥墊層三部分組成，樁體通過一定厚度的褥墊層與基礎連接形成復合地基。褥墊層是復合地基的一個關鍵點，直接對復合地基的受力產生作用。無論樁端最終在堅硬土層還是一般土層，褥墊層都會把上部基礎的荷載力傳遞給樁和樁間土，從而樁間土載力的發揮不單單靠樁的沉降作用，只需要在褥墊層的協調作用下，就可以讓樁間土達到固結沉降，使樁間土、褥墊層和基底完全接觸，并讓樁間土和和樁共同承擔荷載。當筏板基礎承受垂直荷載作用時，樁和樁間土同時受力然后發生變形。而由于彈性模量指標樁大于樁間土，從而樁間土的變形比樁大。通過把褥墊層鋪設在筏板基礎下面的方式，當樁向上插入褥墊層時，褥墊層材料會被擠壓到樁間土里，這樣可確保樁和樁間土共同受力。

2.復合地基承載力的確定

樁的豎向抗壓承載力和樁間土地基承載力是長螺旋鉆孔灌注樁復合地基承載力的兩大組成部分。要確定復合地基承載力特征值，必須進行復合地基和樁間土地基的豎向抗壓載荷試驗，另外工程實踐得出的相關經驗也很重要。設計單位通過已知地質條件和施工環境實際情況計算出復合地基承載力的理論數值，并根據復合地基靜載荷試驗的方法來判斷其承載力能否滿足設計要求，設計單位根據試驗結果來復核設計，判定原設計方案是否能夠滿足實際情況。增強體的樁體強度越高，越有利于傳遞荷載至樁端土層。如果樁長較長，因為靜載荷試驗的載荷板寬度較小，很難完全反映出復合地基的承載特性。所以若僅通過單樁復合地基靜載荷試驗來確定其承載力特征值，也許會因為試驗的褥墊層厚度或載荷板面積使復合地基靜載荷試驗產生偏差。從而為了確保復合地基能夠達到建筑物的理論地基需求，一定要確保樁身承載力和質量能同時滿足設計要求，因此必須對長螺旋鉆孔灌注樁或其他增強體采用單樁靜載荷試驗進行檢測。

3.褥墊層的作用及相關要點

長螺旋鉆孔灌注樁復合地基樁頂和基礎之間應設置褥墊層，保證樁、土共同承擔荷載，是形成復合地基的重要條件。首先，可以減少基礎底面的應力集中；其次，可使樁間土承載力充分發揮，主要原理為通過樁間土表面荷載的傳遞，在樁側會產生附加應力，這些附加應力能夠促進復合地基承載力的發揮。樁端處的豎向附加應力有利于增大單樁承載力，樁表面處的水平向附加應力也有利于加大側阻。

褥墊層厚度應均勻地鋪設，一般取樁徑的0.4到0.6倍為宜。褥墊層可以調節土、樁水平荷載的分配比例。褥墊層厚度的設計不宜過薄，其厚度越薄，水平荷載傾向于樁來承擔，土和樁承擔的水平荷載占比比值就越小。當樁土應力比較低時，厚度取相對高值越有利于復合地基承載力的發揮。褥墊層的材料宜采用中或粗砂、級配砂石及碎石等，最大粒徑宜小于或等于3cm。在鋪設時，周邊范圍需超出基礎邊緣，厚度大于或等于褥墊層厚度。在褥墊層的周邊，需要有原狀土包裹約束。在褥墊層鋪設完成后，必須對其進行壓實，宜采用靜力壓實法；也可采用動力夯實法，一般用于當基底下樁間土含水量不高的情況。另外，夯填度須不超過0.9，且由實驗室場或現試驗來判定。集水坑和電梯井降標高處的褥墊層鋪設宜進行放坡。

4.施工要點

長螺旋鉆孔灌注樁復合地基施工時，要求基礎落在原狀土上，施工前務必做好場地范圍的排水處理，挖土和截樁時應注意對樁體及樁間土的保護，不要造成樁體開裂，還要確保地基土不被擾動；對于已經擾動的地基土應采用級配砂石進行換填處理；褥墊層材料應通過級配試驗進行試配，且其厚度、鋪設范圍和夯填度都應符合設計要求，在施工時，不得在浸水條件下進行，當地下水位較高影響施工時，應采取降低地下水位的措施；復合地基應按相關規范要求進行復合地基載荷試驗，試驗點的數量不應小于3點，確保復合地基承載力和沉降滿足要求，并保證施工質量符合設計要求。復合地基由專業施工單位進行施工。

地基處理工程具有隱蔽性，施工單位的技術人員必須是專業人員，對采用的加固方案原理和目的、需要達到的質量標準以及其中的技術要求特別是關鍵技術都非常熟悉，才能夠根據場地和現場的施工情況及時調整施工參數和施工工藝，以實現設計所需要求。在整個基礎施工時，為防止影響到周邊環境和建筑，必須進行安全的基坑支護、降水及截水措施，盡量排除隱患，保證安全性。降水作業需確保地下水位的標高在工程底部的最低標高之下，并超過0.5m。降水作業需一直進行，直至施工到設計單位要求的主體樓層，以及基坑回填和頂板覆土完畢為止。

5.檢測和監測

長螺旋鉆孔灌注樁復合地基必須做好相關工程檢測工作，檢測內容應由設計單位根據工程具體情況確定，宜包括復合地基承載力、變形參數、樁身質量、樁間土和下臥土層變化等。基樁低應變法檢測，檢測數量不少于總樁數的10%，應由設計單位根據工程情況提出具體要求，由于地基處理的復雜性，一般建議檢測總數多于國家標準規定的要求，目的是檢測樁身混凝土的完整性，并判定樁身完整類別。單樁豎向抗壓靜載試驗和復合地基載荷試驗，抽檢位置和數量需嚴格按照國家標準相關規定，分別用來判斷單樁豎向抗壓承載力和復合地基承載力能否達到設計所需要求。

地質條件的不確定性直接使地基處理工程具有不穩定性和隱蔽性，施工時必須重視施工質量檢驗和質量檢測方法。在整個處理過程中應進行施工全過程的監測，需重視施工記錄和計量記錄工作的檢查工作，并派專人負責，同時按照要求的施工工藝對施工質量進行評定。對地基處理后的建筑物在施工期間和使用期間應進行沉降觀測，直到沉降達到穩定為止，終止時間應符合設計要求或按國家標準相關規定執行。監理單位切實履行好職責，建設單位也應自查自糾，做好自我監督，及時發現問題并解決，做好施工全過程的監督管理是保證工程質量的前提條件之一。

三、結語

長螺旋鉆孔灌注樁復合地基充分利用了原天然地基，以長螺旋鉆孔灌注樁作為地基中的豎向增強體并與地基土共同承擔荷載的人工地基，可以經濟合理地解決地基承載力不足的問題。褥墊層設置是復合地基的一個核心技術，能使樁與土之間充分產生變形協調，以致樁土最終能夠同時分擔上部荷載，從而形成復合地基，需要嚴格把控施工質量。

在進行地基處理工程設計時，需要依據詳細地勘報告、現場施工情況、建筑物的地基要求和相關規范標準等，對經驗和技術的要求都較高。由于地質條件具有隱蔽性，不能完全披露地質情況，施工現場常會出現與設計要求不相符的情況，應當做到及時記錄、反饋并解決。在地基處理工程施工完畢后，同樣需要嚴格依照國家相關標準進行質檢與驗收。

以上的工程實例和對長螺旋鉆孔灌注樁復合地基的相關總結可以為類似的地基處理工程提供一定的參考和借鑒作用。