雙樁組合法在濕陷性黃土地基處理中的應用研究

高 哲，王盼飛，陳二松

（中冀建勘集團有限公司，河北石家莊 050000）

1 項目概述

1.1 工程概況

石家莊某藥業有限公司擬建新藥研發基地項目包括中試車間、綜合車間、倒班樓、危化品庫、門衛及地下污水處理等建（構）筑物。其中擬建項目的綜合車間設計為地上6層，筏板基礎，框架結構。

1.2 地質概況

在項目實際勘察范圍內，揭露地層組成為第四系沖洪積成的黃土狀土、粉土、粘性土及砂層。按照巖性和物理力學性質的不同從上至下劃分為①1層素填土～①層黃土狀粉土～②層黃土狀粉土～③層黃土狀粉土～④層粉土～⑤層粉土～⑤1層細砂～⑥層粉土～⑦層細砂～⑧層粉土～⑧1層細砂～⑨層粉質粘土～⑨1層細砂～⑩層粉質粘土10個工程地質單元大層。

1.2.1 地基土濕陷性情況

依據勘察報告可知，對TJ1#、TJ2#、TJ3#探井中采取的21 個土試樣進行了浸水固結試驗，根據濕陷性試驗結果，有10件土樣的濕陷系數均大于0.015，位于①層、②層、③層黃土狀粉土中。根據《濕陷性黃土地區建筑標準》（GB50025-2018）有關條款，①層、②層、③層黃土狀粉土具有不均勻濕陷性，①層黃土狀粉土濕陷系數為為0.017，濕陷起始壓力為173kPa，②層黃土狀粉土濕陷系數為0.028～0.032，濕陷起始壓力為55～95kPa，③層黃土狀粉土濕陷系數為0.028～0.042，濕陷起始壓力為132～164kPa，濕陷性土層最大厚度為7.4m。擬建綜合車間、中試車間、倒班樓，基底標高為-2.00m，計算得到的濕陷量為133.40mm（TJ1#）、119.52mm（TJ2#）、190.80mm（TJ3#）。根據區域地質資料，場地屬非自重濕陷性場地。場地土濕陷程度為輕微—強烈，濕陷等級為Ⅰ級。

勘察期間未發現地下水位，根據區域水文地質資料，場地地下水埋深在40.0m以下，由于地下水埋藏較深，可不考慮地下水對地基基礎結構及施工的影響。

1.2.2 天然地基承載力評價

對于擬建綜合車間、中試車間、倒班樓，基底標高按-2.00m考慮，地基承載力修正按①層黃土狀粉土計算，按《濕陷性黃土地區建筑標準》（GB50025-2018）第5.6.5條進行修正，式中取120kPa，取0，取1.00，取18.4kN/m3，取18.0kN/m3，取1.5m，計算得120.0kPa。擬建建（構）筑物基底壓力≈180～250kPa，修正后的天然地基承載力不能滿足設計要求。

2 濕陷性黃土地基處理設計

2.1 地基處理設計原則

建（構）筑物的用途、平面布置形式、上部結構類型以及安全等級是基礎設計重要的參照標準。在此基礎上，需根據建設單位的預算和工期來選擇性價比最高的地基處理方案。地基處理設計必須滿足以下三點要求：①地基如有濕陷性必須在消除濕陷性基礎上滿足地基承載力要求。②滿足建（構）筑物地基變形計算要求。③滿足建（構）筑物安全穩定性驗算要求。

2.2 地基處理設計思路

擬建綜合車間，基底壓力大，修正后的天然地基承載力不能滿足設計要求，且基底下土層具有濕陷性，需進行處理。根據地區建筑經驗，采用雙樁組合處理法作為地基處理設計方案。由于①層、②層、③層黃土狀粉土具有濕陷性，先進行素土擠密樁法以處理濕陷并初步提高地基承載力后，再采用素混凝土樁兩種方案組合使用，以再次提高承載力并控制沉降量。素混凝土樁復合地基建議以⑦層細砂作為樁端持力層，樁端進入持力層深度應不小于1.0 倍樁徑。按場地各層地基土的物理力學性質指標，根據《長螺旋鉆孔泵壓混凝土樁復合地基技術規程》（DB13（J）/T123-2011）確定樁的極限側阻力標準值qsik和極限端阻力標準值qpk如下，見表1。

表1 素混凝土樁復合地基設計參數表

2.3 濕陷性黃土地基處理設計細則

綜合車間設計為地上8層，筏板基礎，框架結構，地基加固方案采取素土擠密樁和素混凝土樁組合的方法。利用素土擠密樁來消除黃土地基的濕陷性，利用素混凝土樁來提高地基承載能力。根據設計要求，采用雙樁組合法處理后的地基承載力數值需大于250kPa，單樁承載力特征值不小于500kN。

（1）素土擠密樁設計參數。綜合車間基底相對標高為-2.0m，施工時預留0.5m的松動層，土方開挖至相對標高-1.5m后開始進行素土擠密樁施工。素土擠密樁樁徑為600mm，按照三角形布樁，樁間距為2.0m×2.0m，局部調整，設計有效樁長10m。

（2）素混凝土樁設計參數。綜合車間基底相對標高為-2.0m，施工預留0.5m的保護樁頭，同樣在相對標高-1.5m處進行素混凝土樁施工。素混凝土樁樁徑設計為400mm，按照矩形布樁，樁間距為2.0m×2.0m，局部調整，設計有效樁長15m，混凝土采用C25的商品混凝土。

（3）雙樁組合法復合地基單樁承載力和復合地基承載力驗算。單樁承載力特征值計算公式如下：

式中：qp——極限端阻力特征值，kPa；

Ap——樁截面的面積，m2；

Up——樁身的周長，m；

qsi——極限側阻力，kPa；

αp——樁端阻力發揮系數，取1.0；

Li——不同土層內的樁長，m。

經過計算可知，素混凝土樁單樁承載力特征值為740.55kN，設計取值500kN。當商品混凝土為C25 時，其fcu值為25MPa，根據樁體強度確定單樁承載力特征值公式：fcu≥4λRa/Ap（λ為單樁承載力發揮系數，取0.9），將相關數值代入上述不等式，結果不等式成立，說明單樁承載力滿足設計要求。復合地基承載力特征值計算公式如下：

式中：λ、Ap、Ra——與公式（1）相同；

β——樁間土發揮系數；

fak——樁間土天然承載力特征值。

代入相關參數進行計算后可知復合地基承載力特征值為346kPa，大于復合地基承載力設計值250kPa，符合設計要求。

3 濕陷性黃土地基處理質量控制要求

素土擠密樁質量控制：擠密樁成孔到設計深度后，需采用重錘夯實孔底后再進行填料。成孔過程嚴格執行跳打制度，成孔后第一時間進行回填夯實。素土擠密樁施工完畢后再進行素混凝土樁施工。

素混凝土樁質量控制：素混凝土樁成孔采用長螺旋鉆機，地泵泵壓時控制混凝土坍落度在180～220mm之間；長螺旋鉆機鉆至設計孔深后不要立即提鉆，要設定鉆桿入土深度不變繼續空轉5s 左右，目的是清理孔底沉渣，之后緩慢提鉆并泵送混凝土，要掌握好提鉆和混凝土泵送的節奏。當提鉆過程遇到飽和粉土層或者是飽和砂層時，要放慢提鉆速度。施工過程如遇到樁間距局部調整的樁位，可以采取跳打原則進行處理。素混凝土樁時候完畢后，樁身養護完畢后開始進行樁頭清理工作，復合地基承載力檢測合格后在有效樁頂位置虛鋪30cm 褥墊層，褥墊層采用5～15mm 級配碎石，鋪設過程必須配合平板振動器的振搗，確保夯填度小于0.9，夯實后的褥墊層厚度小于20cm。

4 濕陷性黃土地基處理質量檢測

4.1 黃土地基濕陷性土工試驗結果分析

素土擠密樁施工結束后在場地內隨機選取15個擠密樁樁間土取土點，利用勘探鉆機在擠密樁處理影響范圍內從上至下每隔1.0m 取原狀土樣進行濕陷性土工試驗。依據《濕陷性黃土地區建筑標準》（GB50025-2018）有關條款，并參考河北省《濕陷性黃土地區夯擴擠密樁技術規程》（DB 13(J)/T138-2012）中對擠密樁樁間土的檢測要求，綜合得出15個擠密樁樁間土取土點土樣的濕陷性系數均小于0.015，按照相關規范要求，該項目的濕陷性全部消除。說明本項目采用素土擠密樁可以很好地消除黃土地基的濕陷性，滿足了設計要求。

4.2 單樁豎向承載力和復合地基承載力檢測結果

單樁豎向承載力和復合地基承載力檢測均采用慢速維持荷載法。單樁豎向承載力檢測時的荷載，除了第一級荷載為后續每一級荷載的二倍以外，其余每一級加壓荷載為試驗最大荷載的1/10，連續出現兩次加壓1h 沉降量不超過0.lmm，即可進行下一級加壓試驗。復合地基承載力檢測時，每一級加壓荷載均為最大試驗荷載的1/8～1/12,連續出現兩次加壓1h沉降量不超過0.1mm，即可進行下一級加壓試驗。檢測結果如表2所示。

依據《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79-2012)第C.0.10 的有關規定，從表2 中可知，試驗樁的單樁豎向承載力均大于1000kN，依據建筑地基處理技術規范》(JGJ 79-2012)第C.0.11，可知單樁承載力特征值大于500kN，符合設計要求。復合地基承載力實驗中的最大荷載是設計荷載的2倍且誤差不超過2%，根據根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79-2012)可知，該項目復合地基豎向抗壓承載力符合設計要求。

表2 單樁及復合靜載試驗檢測結果匯總

5 結語

素土擠密樁可以很好地消除黃土地基濕陷性，但是其承載能力有效，再配合素混凝土樁進行地基處理，形成的復合地基可以較大程度地提高地基承載能力。可見，雙樁組合法是處理濕陷性黃土地基的優選方案。但不同的項目地層情況存在一定的差異，需根據不同項目地層情況和施工經驗來準確確定符合項目本身要求的設計參數，才能確保處理后的地基承載力符合要求。