勁性樁復(fù)合地基在大面積高堆載工程中的應(yīng)用分析

李愛國(guó) （蘇州市八都建筑有限公司，江蘇 蘇州 215200）

1 引言

勁性樁是一種由散體樁、柔性樁及剛性樁經(jīng)復(fù)合施工而形成的具有互補(bǔ)增強(qiáng)作業(yè)的樁型；根據(jù)建設(shè)施工條件的不同，可以采用三元復(fù)合或二元復(fù)合；也可以按照地質(zhì)條件的不同，采用等芯樁或長(zhǎng)短芯樁，供設(shè)計(jì)人員的選擇較多；根據(jù)已施工項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn)，勁性樁具有承載力特征值大、質(zhì)量穩(wěn)定、施工方便、對(duì)地層適應(yīng)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)可以大幅度地改善樁周軟弱土層。近幾年，勁性樁被廣泛應(yīng)用于大量的高層住宅、公建、學(xué)校等工程，還可以應(yīng)用于基坑支護(hù)及河道防滲墻的施工中；但在這些項(xiàng)目中勁性樁僅作為單一的豎向增強(qiáng)體提供抗剪、抗壓或抗拔作用，較少采用勁性樁作為復(fù)合地基進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

本文以南通市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)某糧油庫(kù)工程地面高堆載倉(cāng)庫(kù)地坪基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為例，對(duì)勁性樁復(fù)合地基作簡(jiǎn)單的論述。

2 工程概況

該工程位于南通市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，倉(cāng)庫(kù)長(zhǎng)66.0m，寬180.0m，排架結(jié)構(gòu)，建筑物高度30.0m；建成后該倉(cāng)庫(kù)主要堆放煉油用的黃豆，因此設(shè)計(jì)要求該倉(cāng)庫(kù)的地面荷載不小于200kPa。根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地地坪85高程約3.80m，鉆探深度30.0m深度范圍內(nèi)，主要可以分為9個(gè)工程地質(zhì)層，自上而下分述如下：

層1素填土，主要成分為灰黃～灰色粉土和粉質(zhì)粘土，經(jīng)機(jī)械壓實(shí)，建見少量碎石；

層2粉土夾粉質(zhì)黏土，粉土稍密～中密，很濕，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，搖振反應(yīng)中等，地基承載力特征值為120kPa；

層3粉砂夾粉土，粉砂中密，飽和，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石，地基承載力特征值為150kPa；

層4粉砂，粉砂中密，局部密實(shí)，飽和，主要礦物成分為長(zhǎng)石和石英，地基承載力特征值為190kPa；

層5粉砂夾粉土，粉砂中密，飽和，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石，地基承載力特征值為160kPa；

層6粉土夾粉砂，粉土中密，局部稍密，濕～很濕，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，搖振反應(yīng)中等，地基承載力特征值為130kPa；

層7粉砂夾粉土，粉砂中密，飽和，主要礦物成分為長(zhǎng)石和石英，地基承載力特征值為160kPa；

層8粉砂，粉砂中密，飽和，主要礦物成分為長(zhǎng)石和石英地基承載力特征值為200kPa；

層9粉質(zhì)黏土，粉質(zhì)黏土軟塑，切面稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，地基承載力特征值為120kPa。

工程地質(zhì)剖面圖見圖1。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

3 基礎(chǔ)方案比選

本工程的技術(shù)特點(diǎn)主要可以歸納為以下兩點(diǎn)；第一，擬建倉(cāng)庫(kù)建成后作為堆載使用，地坪要求高，地面荷載不小于200kPa；第二，根據(jù)地質(zhì)剖面圖，場(chǎng)地內(nèi)地下水位較高，以粉砂及粉土土層為主，且較好的粉砂層（層4）埋深較淺，可作為樁端持力層。

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綜合分析場(chǎng)地內(nèi)工程地質(zhì)條件，針對(duì)較大的地面堆載的情況，可以選擇的基礎(chǔ)方案主要有預(yù)應(yīng)力混凝土管樁方案、水泥土攪拌樁復(fù)合地基方案、勁性樁復(fù)合地基方案。對(duì)此，主要考慮以下幾個(gè)方面：

勁性樁復(fù)合地基單樁承載力和復(fù)合地基承載力特征值估算表

①預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為地基處理的一種方法在全國(guó)得到較高的推廣，但其作為端承樁需要較好的樁端持力層；本工程中，可作為持力層的層4粉砂埋深較淺，在滿足規(guī)范要求的情況下，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)約7.0～8.0m，樁基承載力特征值較小，因此在滿足地面堆載的情況下，需要滿布，而場(chǎng)地內(nèi)層3為中密的粉砂夾粉土，層4為中密、局部密實(shí)的粉砂，若滿堂布樁，易造成粉砂土明顯的擠密效應(yīng)，導(dǎo)致沉樁困難或無(wú)法沉至預(yù)定標(biāo)高，大量使用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁造價(jià)高，本工程中不建議采用該方案；

②水泥土攪拌樁是一種廣泛應(yīng)用于飽和黏性土、粉土及粉砂等土層中加固地基的方法，可采用層4（粉砂）作為水泥土攪拌樁的樁端持力層，水泥土攪拌樁由于采用了水泥等材料作為加固劑使軟土硬結(jié)形成具有一定強(qiáng)度的水泥加固樁體，僅作為半剛性樁（柔性樁），其單樁豎向增強(qiáng)體的強(qiáng)度主要受到水泥土材料強(qiáng)度的影響限制，易造成水泥的浪費(fèi)，無(wú)疑增加了施工成本，并且經(jīng)過試算及本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到200kPa時(shí)，水泥土攪拌樁的布樁間距需達(dá)到0.65m×0.65m，置換率高，成本大；

③勁性樁單樁承載力較等長(zhǎng)的預(yù)制管樁要高60%～80%，當(dāng)樁頭受到較大的豎向荷載的時(shí)候，樁身首先向下產(chǎn)生位移，樁周土體由于采用了水泥土攪拌樁進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑯吨芡馏w與樁身產(chǎn)生較大的向上側(cè)摩阻力，從而使樁身軸力自上而下逐漸較小，相比管樁而言，其提供的單樁豎向承載力特征值更大且更穩(wěn)定，獲得單位承載力特征值的材料成本更低，相較于水泥土攪拌樁而言，其單樁承載力特征值基本不受樁身材料強(qiáng)度的控制（單樁承載力應(yīng)小于預(yù)制管樁樁身強(qiáng)度），沉樁深度范圍內(nèi)土層側(cè)摩阻力及樁端端阻力可充分發(fā)揮，不易造成材料浪費(fèi)；作為復(fù)合地基而言，更高的單樁承載力特征值，可減小布樁間距，更容易進(jìn)行樁基施工。其次，勁性樁可采用三元或二元的形式，長(zhǎng)短樁或等芯的形式，對(duì)本工程的適應(yīng)性較強(qiáng)。

根據(jù)對(duì)三種地基方案的對(duì)比分析可知，勁性樁復(fù)合地基適合本工程的地坪處理；適用性較強(qiáng)，成本適中，且單樁承載力特征值及復(fù)合地基承載力特征值較穩(wěn)定。

4 勁性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

4.1 勁性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

本工程可選擇柔剛二元復(fù)合樁，柔性樁選擇水泥土攪拌樁，剛性樁選擇預(yù)制混凝土管樁；層4（粉砂）作為勁性樁復(fù)合地基中剛性樁的樁端持力層。根據(jù)《勁性復(fù)合樁技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T327-2014）采用水泥土與原狀土交界面破壞及水泥土與預(yù)制樁交界面破壞雙控的計(jì)算原則，分別進(jìn)行試算，最終采用長(zhǎng)短樁復(fù)合的方式，即：內(nèi)芯采用6.0m長(zhǎng)、樁徑220mm的預(yù)制樁，外芯采用長(zhǎng)度8.0m、樁徑600mm的水泥土攪拌樁，布樁間距1.50m×1.50m，復(fù)合地基承載力特征值為200kPa，基本可以滿足設(shè)計(jì)要求。具體方案見上表。

褥墊層可采用20cm厚級(jí)配砂石，要求壓實(shí)系數(shù)不小于0.95；通過褥墊層的調(diào)整作用將一部分上部荷載傳遞至樁間土上，調(diào)整樁土應(yīng)力比，可保證樁、土共同承擔(dān)上部荷載，從而減少了基礎(chǔ)底面處的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

4.2 復(fù)合地基檢測(cè)

根據(jù)勘察報(bào)告所提供的勁性復(fù)合樁單樁及復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算結(jié)果，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了單樁及復(fù)合地基承載力的載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2～圖7。

圖2 試驗(yàn)樁1單樁抗壓極限承載力檢測(cè)結(jié)果

圖3 試驗(yàn)樁2單樁抗壓極限承載力檢測(cè)結(jié)果

圖4 試驗(yàn)樁3單樁抗壓極限承載力檢測(cè)結(jié)果

圖5 試驗(yàn)點(diǎn)1復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

圖6 試驗(yàn)點(diǎn)2復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

圖7 試驗(yàn)點(diǎn)3復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

分別于試驗(yàn)點(diǎn)1～3進(jìn)行了復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，復(fù)合地基極限承載力分別為 400kPa、420kPa及 440kPa；對(duì)應(yīng)的復(fù)合地基承載力特征值分別為200kPa、210kPa及220kPa，復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果亦符合設(shè)計(jì)及勘察要求，該方案可行。

4.3 復(fù)合地基沉降觀測(cè)

勁性樁復(fù)合地基方案較好地解決了本工程內(nèi)單位面積超載問題，地基承載力特征值可滿足設(shè)計(jì)要求，但復(fù)合地基不僅僅涉及承載力的問題，沉降亦需滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，因此，在建筑物的主要位置設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)施工期間及使用過程中的基礎(chǔ)沉降進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，本工程施工期間各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量為2.35～4.26mm；本工程使用一年時(shí)間后，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量為4.11～7.23mm；沉降趨于穩(wěn)定，沉降量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，勁性樁復(fù)合地基方案可行。

5 結(jié)論

綜上所述，勁性樁復(fù)合地基方案是處理大面積地面高堆載的理想方案，其加固效果可靠、施工速度快、單樁及復(fù)合地基承載力特征值穩(wěn)定，相比較傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力管樁或水泥土攪拌樁復(fù)合地基方案而言，具有較為明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，建議在類似的項(xiàng)目中推廣使用。