預(yù)制管樁復(fù)合地基在工程中的應(yīng)用

趙保平

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

0 引言

復(fù)合地基早在20世紀(jì)60年代已開始在實(shí)際工程中應(yīng)用，初期的復(fù)合地基是由碎石樁與天然地基土形成的，其樁體材料碎石為散體材料，復(fù)合地基承載力提高有限，也可用于處理液化地基，部分消除液化，減小液化指數(shù)。后來，高壓旋噴注漿法及深層攪拌樁法(均為水泥土樁)在地基處理工程中廣泛使用，水泥土樁與天然地基形成復(fù)合地基，其樁體材料水泥土為粘結(jié)材料，散體材料的樁和粘結(jié)材料的樁其受力性能有明顯的區(qū)別。近十年來隨著CFG樁或低強(qiáng)度樁在工程中的廣泛應(yīng)用，復(fù)合地基有了新的發(fā)展。綜上所述，復(fù)合地基就是由天然地基土和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基，在上部荷載作用下二者共同受力承擔(dān)豎向荷載，根據(jù)增強(qiáng)體材料的不同，又分為三類樁，其中碎石樁、砂樁為散體材料，水泥土樁、石灰樁、灰土樁為柔性樁或半剛性樁，而CFG樁、低強(qiáng)度混凝土樁，鋼筋混凝土樁則為剛性樁，CFG樁根據(jù)其名稱初期的材料組成為水泥，粉煤灰，石屑及水經(jīng)攪拌而形成，在使用中因配合比復(fù)雜不易保證質(zhì)量，現(xiàn)在材料基本上已改為低強(qiáng)度混凝土，而工程中仍沿用CFG樁的稱呼。而鋼筋混凝土樁復(fù)合地基在工程界頗有爭(zhēng)議，有的人認(rèn)為樁承載力偏高，且其樁體與天然地基土的壓縮模量相差太大，共同受力時(shí)地基土的承載力發(fā)揮偏小，無法形成真正意義上的復(fù)合地基，另外《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》并未將鋼筋混凝土樁復(fù)合地基列入其中，造成在設(shè)計(jì)時(shí)無規(guī)范依據(jù)，建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督部門也不認(rèn)可，阻礙了其在工程中的應(yīng)用。以下就介紹兩個(gè)應(yīng)用混凝土預(yù)制管樁復(fù)合地基的工程實(shí)例。

1 工程實(shí)例一

太原市小店附近的某商住樓，地下1層，地上20層，高度59.6 m，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。場(chǎng)地地貌單元屬汾河?xùn)|岸Ⅰ級(jí)階地，基底以下自上而下分別為第①層，雜填土，松散，土層厚2.25 m;第②層，粉土，稍密，層厚 2.97 m，fak=80 kPa，qsk=32 kPa;第③層，粉質(zhì)粘土，可塑，層厚4.27 m，fak=100 kPa，qsk=46 kPa;第④層，粉土，中密，層厚13.3 m，fak=150 kPa，qsk=62 kPa，qpk=2 000 kPa;第⑤層，粉質(zhì)粘土，可塑，層厚 4.92 m，fak=160 kPa，qsk=62 kPa，qpk=2 600 kPa;第⑥層，細(xì)砂，稍密，標(biāo)貫擊數(shù)平均為21擊，fak=200 kPa，qsk=62 kPa，qpk=5 000 kPa。擬建場(chǎng)地屬液化場(chǎng)地，地基液化等級(jí)為中等，主要液化土層為第②層粉土，第④層粉土。基礎(chǔ)持力層為第②層粉土，其地基承載力為80 kPa，天然地基不能滿足要求，需進(jìn)行地基處理提高其承載力。

本場(chǎng)地第②層～第⑤層均為粉土或粉質(zhì)粘土，其韌性及干強(qiáng)度低，具高～中等壓縮性，均位于地下水位以下，屬高靈敏土，若采用CFG樁處理地基，在施工時(shí)施工機(jī)械擾動(dòng)場(chǎng)地土使其變?yōu)榱魉軤顟B(tài)，造成取土困難，樁孔縮徑，樁徑粗細(xì)不一，俗稱“糖葫蘆”狀或樁心夾泥，成樁質(zhì)量差，單樁承載力及復(fù)合地基承載力偏低，無法滿足設(shè)計(jì)要求，在周圍的已建工程因采用CFG樁出現(xiàn)了上述問題，復(fù)合地基檢測(cè)時(shí)不滿足使用要求，無奈進(jìn)行地基加固，造價(jià)不菲，又浪費(fèi)時(shí)間造成了工期延誤，教訓(xùn)深刻。

從施工工藝來看，CFG樁采用長(zhǎng)螺旋鉆孔，管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，而在實(shí)際施工時(shí)，由于施工單位競(jìng)相壓價(jià)，采取正規(guī)的施工工藝會(huì)造成虧損，所以采用的工藝不是管內(nèi)泵壓，而是泵壓至鉆機(jī)頂部，然后自由落體至樁孔內(nèi)，因而在軟土場(chǎng)地容易造成樁體縮徑且樁體混凝土強(qiáng)度低，地基處理結(jié)果不理想。

另外CFG樁為非擠土樁，對(duì)周圍土體無擠密作用，不能有效地降低液化指數(shù)，改善液化，而本工程場(chǎng)地為中等液化，必須進(jìn)行處理部分消除地基液化，若采用CFG樁復(fù)合地基，則應(yīng)先打碎石樁消除液化，再打CFG樁提高承載力，打兩種樁施工復(fù)雜，工期長(zhǎng)，而且碎石樁為散體樁，施工后樁體分散，造成CFG樁位有碎石堆積，鉆孔時(shí)困難，嚴(yán)重時(shí)甚至無法施工。若采用混凝土預(yù)制管樁復(fù)合地基，預(yù)制管樁為工廠制作的成品，樁的質(zhì)量有保障，施工速度快，其成樁質(zhì)量好，單樁承載力比同樣的CFG樁高，且施工噪聲小，不排土排泥，對(duì)周邊環(huán)境影響不大。另外預(yù)制管樁屬擠土樁，對(duì)周邊土體有擠密作用，能有效地降低液化指數(shù)，改善液化，不必再先打碎石樁消除液化。預(yù)制管樁復(fù)合地基與預(yù)制管樁(滿布)樁基相比，預(yù)制管樁復(fù)合地基能充分發(fā)揮樁間土的承載力作用，減小樁數(shù)，降低地基處理的工程造價(jià)，在高烈度地震區(qū)，上部水平地震力傳至地基時(shí)，大部分地震力由樁間土承擔(dān)，而預(yù)制管樁分擔(dān)的水平地震力較小，從而避免樁體抗剪破壞，能發(fā)揮預(yù)制管樁豎向抗壓承載力高，而水平抗剪承載力較低的特點(diǎn)。另外，由于復(fù)合地基樁頂作200 mm～300 mm厚的砂石褥墊層，樁頭不伸入基礎(chǔ)，不必作樁頭防水處理，施工簡(jiǎn)單，而樁基的樁頭應(yīng)伸入基礎(chǔ)板50 mm，樁頭均需做防水處理，數(shù)量多，工程量大，且容易出現(xiàn)漏水現(xiàn)象影響使用。經(jīng)綜合比較，本工程決定采用混凝土預(yù)制管樁復(fù)合地基，樁徑400，樁型PHC-A400(95)-b，樁布置為正方形，間距1.8 m，樁長(zhǎng)23 m，樁端持力層為第⑥層粉質(zhì)粘土，樁數(shù)量為393根，試樁數(shù)量為3根，單樁承載力為700 kN。管樁的施工要求如下:樁連接時(shí)采用長(zhǎng)樁加短樁和短樁加長(zhǎng)樁兩種交替布置，接樁采用焊接連接，終壓條件的確定采用雙控，控制指標(biāo)為樁長(zhǎng)和壓力樁，樁長(zhǎng)超過8 m的，樁復(fù)壓次數(shù)為2次～3次，穩(wěn)壓壓樁力不得小于終壓值，穩(wěn)定壓樁的時(shí)間宜為5 s～10 s。樁的制作，起吊，搬運(yùn)均需嚴(yán)格遵守《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》及管樁圖集的有關(guān)規(guī)定，打樁前先根據(jù)圖紙進(jìn)行施工放線定位及確定樁頂標(biāo)高，準(zhǔn)確無誤后方可進(jìn)行施工。樁施工采用靜壓法沉樁，采用抱壓式樁機(jī)時(shí)，夾持機(jī)構(gòu)中夾具應(yīng)避開樁身兩側(cè)合縫位置，樁插入地面時(shí)垂直度偏差不超過0.5%。本工程施工工期為15 d，樁數(shù)393根，樁長(zhǎng)23 m，總造價(jià)為108萬元，若采用碎石樁加CFG樁處理地基，施工工期兩個(gè)月，碎石樁樁長(zhǎng)8 m，正方形布置，間距1.5 m，樁數(shù)565根，造價(jià)15萬元;CFG樁長(zhǎng)23 m，正方形布置，間距1.5 m，樁數(shù)565根，造價(jià)108萬元，兩種樁造價(jià)合計(jì)123萬元。經(jīng)比較，預(yù)制管樁復(fù)合地基比碎石樁和CFG樁復(fù)合地基節(jié)約造價(jià)約15萬元，施工周期提前45 d，且施工質(zhì)量好，綜合效益明顯優(yōu)于后者，得到了業(yè)主和施工單位的認(rèn)可。

2 工程實(shí)例二

太原市市政建設(shè)開發(fā)處開發(fā)的勝利街永興堡改造項(xiàng)目位于勝利街以南，解放路以西，本工程結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，地上33層，地下2層，基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)。根據(jù)山西省建勘巖土工程有限公司的巖土工程勘探報(bào)告進(jìn)行設(shè)計(jì)，場(chǎng)地自上而下各土層工程地質(zhì)如下:第①層，填土，松散，平均厚度1.55m，fak=80 kPa;第②層，粉質(zhì)粘土，平均厚度1.35 m，fak=70 kPa;第③層，粘質(zhì)粘土，中等壓縮性，平均厚度2.02 m，fak=110 kPa，qsk=56 kPa;第④層，粉土，可塑，平均厚度 3.82 m，fak=130 kPa，qsk=60 kPa;第⑤層，粉土中等壓縮性，平均厚度4.87 m，fak=160 kPa，qsk=72 kPa;第⑥層，細(xì)砂飽和中密，平均厚度10.83 m，fak=200 kPa，qsk=62 kPa，qpk=4 000 kPa;第⑦層，中等壓縮性，平均厚度 5.6 m，fak=180 kPa，qsk=66 kPa，qpk=3 000 kPa。場(chǎng)地屬液化場(chǎng)地，場(chǎng)地地基液化等級(jí)為中等液化，第④層中的粉土為液化層。經(jīng)計(jì)算若采用直徑500的預(yù)制管樁，樁長(zhǎng)18 m，樁型為PHC-A500(110)-b，樁端持力層位于第⑥層細(xì)砂層，樁長(zhǎng)18 m，單樁承載力特征值為2 100 kN，樁距1.900m，正方形布置。總樁數(shù)297根，總造價(jià)101萬元。若采用直徑700的鋼筋混凝土灌注樁，樁長(zhǎng)23 m，樁端樁側(cè)后壓漿，單樁承載力特征值為4 000 kN，需滿布，樁距2.7 m，正方形布置，總樁數(shù)135根，總造價(jià)167萬元，預(yù)制管樁節(jié)約造價(jià)66萬元。預(yù)制管樁的施工工期為10 d，鋼筋混凝土灌注樁則為20 d。從對(duì)周邊施工影響來考慮，工地周邊為居民區(qū)，且多年久失修的平房，采用灌注樁，振動(dòng)大，且排泥排水，會(huì)引起周邊居民的投訴及阻擾。而預(yù)制管樁則可解決以上問題。

3 結(jié)語

由上述的兩個(gè)實(shí)例得知，在不適用CFG樁的軟土高靈敏土場(chǎng)地或砂層等較好持力層埋深較淺時(shí)，鋼筋混凝土灌注樁墻下布置無法滿足工程要求的場(chǎng)地采用預(yù)制管樁復(fù)合地基較好，另外復(fù)合地基的承載力檢測(cè)證明了預(yù)制管樁復(fù)合地基中天然地基土和增強(qiáng)體的承載力均能充分發(fā)揮，可形成真正意義上的復(fù)合地基。

［1］JGJ 78-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］龔曉南.復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工指南［Z］.