多樁組合型復合地基處理技術在工程中的應用

鄧玉慶，魏文康，鄭 林，張亮亮

（中國新興建筑工程有限責任公司，北京 100079）

目前，復合地基處理技術因其可充分利用原狀地基的承載力和成本較低的優勢，已被廣泛地應用于工程建設。由于工程所在地的工程地質條件復雜多變，單一形式的復合地基有時不能滿足建筑結構對承載力及沉降變形的要求。比如，基礎所在持力層存在液化土層，單獨使用碎石樁只能消除土層液化，但不能滿足承載力要求；基礎所在持力層不均勻，易產生較大差異沉降，且承載力要求較高，采用換填或擠密樁只能提高土層均勻性，不能很好地提高地基承載力。上述情況，可以采用多樁組合型復合地基，即有黏結強度的樁（如CFG樁）和散體材料樁（如碎石樁、灰土樁）聯合使用的復合地基，既能滿足主體結構荷載，又能滿足建筑沉降變形的要求。

1 工程背景

1.1 北京北汽越野車棚改項目

工程位于北京市順義區仁和園二街西側，包括地下車庫和9棟住宅樓，基礎埋深為2.5～8.5m。地下車庫和5棟住宅樓基礎所在持力層為③層粉細砂，根據地質勘查報告，③層粉細砂為可液化土層，需進行處理以消除液化，同時地基承載力要求高，原狀土不滿足要求，需進行地基處理提高承載力。

結合工程實際，住宅樓采用CFG樁組合振沖碎石樁的地基處理方案，地下車庫采用振沖碎石樁地基處理方案。

1.2 廣華新城小區配套學校項目

工程位于北京市朝陽區東四環外廣華新城小區內。由4棟教學樓、1棟行政綜合樓、1個創新中心及4個下沉庭院組成，基礎埋深約7.50m。場區內原為化工污染土，現狀場區污染土全部挖除，形成最大挖深13m的土坑?；紫麓嬖谌斯ぬ钔?，人工填土之外主要為黏質粉土、粉砂、粉質黏土、中砂等。

該工程需要進行地基處理，根據工程地質條件及現場施工條件，采用換填壓實地基+柱錘沖擴碎石樁+基礎下CFG樁組合形式的地基處理方案。

2 復合地基設計方案

2.1 設計原則

（1）樁型及施工工藝的確定。主要結合工程地質情況、承載力和變形的設計要求、經濟性和環境因素考慮。

（2）持力層選擇。對于承載力貢獻較大或用于控制地基變形的長樁，應選擇較好的持力層，且樁長應穿越需處理土層。

（3）處理欠固結土。宜先采用預壓、壓實、夯實、擠密等方法處理淺層欠固結土，再采用強度高的長樁進行地基處理。

（4）處理濕陷性土。應按現行國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025—2004）的規定，先采用壓實、夯實、擠密樁等方法消除濕陷性，再采用高強度樁提高地基承載力。

（5）處理液化土。應先采用碎石樁等方法處理液化土層，再采用CFG樁等有黏結強度樁提高承載力。

2.2 承載力特征值確定

初步設計時采用經驗公式估算，計算思路：（1）根據復合地基中荷載的承擔比例高低，將CFG樁定義為主樁，將碎石樁定義副樁；（2）由天然地基和主樁形成的復合地基，等效形成新的天然地基，承載力特征值為fspk1；等效的天然地基再和副樁形成復合地基，求得的復合地基承載力即為多樁組合型復合地基承載力。多樁組合型復合地基承載力估算公式：

式中：γ1、γ1、β分別為主樁、副樁、樁間土承載力發揮系數；fsk為樁間土承載力特征值。

2.3 復合地基變形計算

（1）復合模量確定。首先按天然地基和主樁形成的單一樁型復合地基確定其復合模量，將其等效為天然地基；然后按等效天然地基和副樁形成的單一型復合地基計算其復合模量，此為多樁組合型復合地基的復合模量。

（2）復合地基變形計算。多樁組合型復合地基仍然屬于地基的范疇，遵循現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）的有關規定，采用各向同性均質線性變形體理論，按分層總和法計算地基沉降變形量。

2.4 布樁設計

多樁組合型復合地基宜采用正方形或三角形間隔布樁的方式，如圖1、2所示。CFG樁應在建筑基礎范圍內布樁，碎石樁應根據待處理地基對不同性質的土質要求確定處理范圍。如液化土地基布樁范圍應在基礎外緣擴大1～3排樁；濕陷性黃土地基布樁范圍應超出建筑基礎底面外緣，寬度為不小于處理土層深度的1/2，且不小于2.0m。

圖1 正形布樁形式

圖2 三角形布樁形式

2.5 褥墊層設置

優先選擇砂石或碎石褥墊層，厚度取主樁直徑的1/2，一般為200～300mm。

3 施工管理要點

3.1 合理的施工順序

多樁組合型復合地基一般是剛性樁（如CFG樁）和散體材料樁（如碎石樁）組合，且為長短樁組合?？梢夯恋鼗鶓仁┕ぬ幚硪夯纳Ⅲw材料樁，濕陷性黃土地基應先施工消除濕陷性的散體樁。施工時應避免后施工的剛性樁影響先施工的散體樁的質量和承載力，施工時均需預留保護土層，應在所有樁型全部施工完畢后再開挖樁間土。

3.2 質量控制要點

多樁組合型復合地基施工實際上是2種或2種以上施工工藝的組合，除應控制每一種工藝的質量要點外，還應做好先后工藝之間交叉作業的控制。如振沖碎石樁施工需帶水作業，CFG樁施工需保證樁機位于較為堅實的基礎上，因此施工時作業面的排水和泥漿處理應作為重點把控。復合地基施工均會形成擠土效應，先施工的散體樁會增加后施工剛性樁的鉆進難度影響工效，后施工的剛性樁會造成散體樁樁位的偏差，影響樁體強度。散體樁施工完成7d后，樁和樁周土體經過一定時效后再施工剛性樁，能夠有效降低不利影響。

3.3 復合地基質量驗收要求

以CFG樁和碎石樁組合形成的復合地基為例進行說明。增強體施工質量檢驗應分別對CFG樁和碎石樁進行單樁質量檢測，復合地基竣工驗收應采用多樁組合型復合地基靜載荷檢驗和單樁承載力靜載荷試驗檢驗。

（1）碎石樁樁體采用重型動力觸探試驗，樁間土可采用標準貫入試驗、靜力觸探試驗檢測處理后樁間土均勻性。對于液化土地基應采用標準貫入試驗，檢驗深度不應小于可液化土層的厚度。

（2）CFG樁的施工質量應檢驗混合料的塌落度、樁位偏差、樁徑、樁體試塊的抗壓強度以及樁身的完整性，采用低應變動測法檢驗樁身完整性。

（3）復合地基承載力檢測。與單樁復合地基靜載荷試驗不同，多樁組合型復合地基靜載荷試驗的承壓板的尺寸應按實際樁數所承擔的處理面積確定，比單樁復合地基靜載荷試驗的承壓板面積大，因此需要投入的試驗載重大，加載時間更長，施工時應特別注意。

4 結束語

多樁組合型復合地基較為常用的組合形式為散體材料樁與有黏結強度材料樁組合，如碎石樁組合CFG樁、擠密樁組合CFG樁等。根據工程地質條件，這兩種有黏結強度材料樁以長短樁組合方案也可適用。

多樁組合型復合地基能夠有效解決淺部存在不良土層，如欠固結土、可液化土、濕陷性土層，同時針對上部建筑荷載需要較大地基承載力的問題，各種樁型均可發揮各自處理土層的優勢，最終滿足建筑結構對地基變形和承載的要求。正式施工前需進行現場試驗，并通過檢測驗證初步設計的合理性。施工順序應遵循“先淺后深”的原則，且后施工的樁應在先施工的樁完成一段時間后再開始，方能降低不同樁型的相互影響，確保施工質量。