二元復合樁在高層建筑地基處理中的應用研究

文得貴

(成都鐵路工程總承包有限責任公司，四川成都 610031)

在房屋、交通等工程建設中，常遇到地質條件較差的軟弱地基或不良地基問題。地基處理是否恰當，地基處理方案設計是否合理，不僅影響建筑物的使用安全，而且對建設速度、工程造價也有影響，因此建筑物地基處理有時候成為工程建設中的關鍵問題。常用的地基處理方法很多，根據加固機理可以分為密實法、置換法、復合地基法、加筋法及灌漿等。各種地基處理方法都有自己的加固原理及適用范圍。

本文針對某小區高層住宅樓地質情況，選擇“水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復合樁作為其地基處理的方式，闡述了二元復合樁的加固原理及施工工藝等，并對處理后的地基進行了檢測以檢驗其方案的合理性。

1 二元復合樁地基概述

1.1 二元復合樁

在多元復合地基中，可將樁身強度較高的樁稱為主樁，將強度較低的樁稱為次樁。多元復合地基通?？煞譃閮深?在第一類多元復合地基中，主樁的作用是復合地基的主要部分，次樁起輔助作用。在第二類多元復合地基中，復合地基承載力的提高主要依靠次樁的作用，主樁僅布置在節點及重要位置，達到減小沉降的目的，特別適用于深厚軟土上的建筑物地基處理。

“水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復合樁即為經過水泥攪拌樁處理的場地土，經過一定時間的固結，其物理力學性能將得到很大改善，在此基礎上增加CFG 樁而形成第一類二元復合地基。

1.2 加固原理

水泥土攪拌法是適用于加固飽和黏性土和粉土等地基的一種方法。它是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑通過特制的攪拌機械，就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基土強度和增大變形模量。

CFG 樁復合地基實際是在碎石(卵石、礫石)、石屑(細砂、中砂)、粉煤灰中摻入適量的水泥和水，用各種成樁機具制成的具有可變粘結強度、可變樁徑的復合地基。

CFG 樁復合地基主要是通過以下作用機理提高地基承載力的:

(1)置換作用。CFG 樁的樁體是具有一定強度的混合料柱體，在荷載的作用下，樁體壓縮性明顯小于樁周土，因此基礎傳到復合地基的附加應力隨著地基的變形逐漸集中在樁體上，出現應力集中現象，樁承受的荷載通過樁周的摩阻力傳到更深的地基土中。

(2)擠密作用。①對松散砂類土體，在振動荷載作用下，可使顆粒間孔隙較大、位置不穩定的疏松的單粒結構，產生較大的變形、擠密，變成密實的穩定結構，土體的干密度和摩擦角有所增大，土體物理力學性能得到改善，從而提高地基承載力。②對黏性土體，由于振動和沖擊擠壓作用使樁間土得到一定程度的擠密，加固后的地基土含水量、孔隙比、壓縮系數均有所減少和降低，而土體的重度、壓縮模量均有所增加。

(3)CFG 樁復合地基中褥墊層作用機理。褥墊層技術是復合地基的重要組成部分，CFG 樁只有通過褥墊層才能構成樁土復合地基。主要表現在:①保證CFG 樁共同承擔荷載;②調整CFG 樁荷載分擔比;③緩解基礎底面的應力集中;④調整CFG 樁水平荷載的分配。

2 實際工程應用

2.1 工程簡介及地質條件

場地地下水為賦存于第四系沖洪積砂卵石層中的孔隙潛水，受大氣降水及地下徑流補給，并通過地下徑流、蒸發等方式排泄?？辈炱陂g正值平水期末期，測得場地地下水水位埋深4.90～7.30 m，相應標高為512.476～513.136 m。根據區域水文地質資料，地下水豐、枯水期年變化幅度為1.00～2.50 m?；咏邓O計靜止水位標高按513.486 m 考慮;地下水抗浮設計標高按515.486 m 考慮。

綜合鉆探、原位測試和室內試驗資料，結合地區經驗，現提供設計使用的各土層物理力學指標建議值，如表1。

表1 地基土物理力學性質指標建議值表

2.2 二元復合樁地基樁設計

2.2.1 持力層及樁徑

根據目前的設備情況復合地基以稍密及以上密實度卵石層作為樁端持力層，CFG 樁樁徑350 mm，攪拌樁樁徑600 mm。

2.2.2 不利勘察孔分析

根據不利勘察孔的分析，選擇一個勘察孔進行估算攪拌樁豎向承載力特征值，見表2、表3。

表2 估算攪拌樁豎向承載力特征值

2.2.3 樁體質量要求

(1)CFG 樁:樁體試塊抗壓強度平均值fcu應大于等于3Ra/Ap，即:3×350/(3.14×0.22)= 8.35MPa，樁體混凝土可按C15 進行配制。

樁體材料設計:以卵石為主，卵石粒徑2～5 cm，摻和一定量的砂、水泥等;坍落度控制在3 cm 左右，土層含水量較高時坍落度偏低;采用普通硅酸鹽水泥P.O 32.5;施工配合比宜通過試驗室進行試配確定。

表3 估算CFG 樁豎向承載力特征值

(2)水泥土攪拌樁:水泥土攪拌樁采用普通硅酸鹽水泥P.O 32.5 作為樁體材料，水泥用量為50 kg/m，水泥土立方體強度為2.0 MPa。

2.2.4 地基表面處理

地基加固施工時，地表面因沖擊作用會隆起抬高，待地基施工、檢測完畢后，土建施工部門可進行清理，整平至基底標高以下20 cm，褥墊層材料可采用為天然級配為2～5 cm 的連砂石或采用級配中粗砂加70%左右碎石，碎石粒徑不宜大于3 cm，虛鋪厚度24 cm，壓實，夯填度取0.9。

2.2.5 加固材料及樁位

普通硅酸鹽水泥P.O 32.5，骨料成分砂(中砂)、石(20～50 mm)。CFG 樁樁體強度配合比按試配報告進行、樁體材料試塊作抗壓試驗，報告達到C15 強度等級。

CFG 樁成樁直徑大于或等于350 mm，攪拌樁成樁直徑大于或等于600 mm。樁長、樁位允許誤差為:樁長±100 mm，樁位＜100 mm。

2.2.6 設計成果

(1)CFG 樁設計參數。CFG 樁有效樁徑350 mm;CFG樁樁體立方體強度C15;采用矩形布置;CFG 樁樁尖以稍密卵石層作為持力層。

(2)攪拌樁設計參數。樁徑600 mm;樁體材料普通硅酸鹽水泥P.O 32.5;采用矩形布置。

2.3 施工組織及工藝流程

2.3.1 設備配置

(1)CFG 樁施工。成孔機具采用螺旋鉆(CFG15)總計1套，其電機功率37×2 kW，取土鉆頭直徑350 mm，沖擊填料重錘800～1000 kg;攪拌機1 臺或采用商品混凝土;電焊機1臺;斗車10個。

(2)水泥攪拌碎石樁施工。水泥土攪拌樁機(SJB－1)1套;灰漿拌和機(200 L)2 臺;灰漿泵(HB6－3)1 臺。

2.3.2 工藝流程

測量放點→開挖基槽至基礎墊層高程以下20cm→施工機械就位→水泥土攪拌樁施工→成孔至持力層→填料→水泥土攪拌成樁至基礎墊層高程以上→螺旋鉆CFG 樁機成孔至持力層深度→單次填料并夯實→循環單次填料、夯實直至CFG 樁成樁至基礎墊層高程以上→人工撿土并裁樁(褥墊層高度范圍內)→復合地基檢測→鋪設并壓實褥墊層→基礎施工。

2.4 質量控制

(1)測量放點。清理平整場地，要求場地標高為基底標高以上不低于0.3 m;按軸線范圍依據《復合地基樁平面布置圖》布樁位，放點誤差要求在2～4 cm 之內。

(2)CFG 樁成孔至地基處理深度后，投入3～5個人頭石，沖密，形成擴大頭，再向孔中填料，每次填料高度宜小于0.5 m，搗實，并根據錘擊數控制CFG 樁樁體的密實度，沖擊錘擊數5～8 擊，落距2.0～3.0 m。

(3)施工現場全部加固后，平整基坑，進行表面處理。

(4)施工過程中，為防止斷樁產生，填料施工中如產生地基土垮坍，應重新成孔，保證施工中不產生斷樁。

2.5 地基處理檢測

2.5.1 水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值

本工程水泥土攪拌樁復合地基共選取3 點單樁復合地基載荷試驗，為總樁數(共計498 根)的0.6%，符合規范中抽檢總樁數0.5%～1%的要求，各檢測點位均由建設、監理、檢測及設計等相關單位共同認可選定。各試驗點單樁復合地基載荷試驗承載力實測值詳見表4。

單樁復合地基載荷試驗檢測結果表明:本工程水泥土攪拌樁復合地基按規范選取3 點單樁復合地基載荷試驗，其復合地基承載力特征值大于設計要求的210 kPa，符合設計要求。

表4 各試驗點單樁復合地基載荷試驗承載力實測值匯總表

表5 各試驗點單樁復合地基載荷試驗承載力實測值匯總表

2.5.2 CFG 樁復合地基承載力特征值

本工程CFG 樁復合地基共選取3 點單樁復合地基載荷試驗，為總樁數(共計359 根)的0.8%，符合規范中抽檢總樁數0.5%～1%的要求，各檢測點位均由建設、監理、檢測及設計等相關單位共同認可選定。各試驗點單樁復合地基載荷試驗承載力實測值詳見表5。

單樁復合地基載荷試驗檢測結果表明:本工程CFG 樁復合地基按規范選取3 點單樁復合地基載荷試驗，其復合地基承載力特征值大于設計要求的350kPa，符合設計要求。

3 結束語

本文針對某小區高層住宅樓地質情況，選擇“水泥土攪拌樁+CFG 樁”二元復合樁作為其地基處理的方式，闡述了二元復合樁的加固原理及施工工藝等，并對處理后的地基進行了檢測，檢測結果表明水泥土攪拌樁及CFG 樁復合地基承載力特征值均大于設計值，符合規范要求。

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