多樁型復(fù)合地基處理濕陷性黃土工程實(shí)例

侯威鋒

多樁型復(fù)合地基處理濕陷性黃土工程實(shí)例

侯威鋒

多樁型復(fù)合地基就是豎向增強(qiáng)體由兩種或兩種以上的樁體組成，它可由具有粘結(jié)強(qiáng)度的兩種樁組成或由具有粘結(jié)強(qiáng)度的樁與散體材料樁組成。多樁型復(fù)合地基可很好的解決不良地基狀況，滿足工程對(duì)較高地基承載力的需要，且具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

一、工程概況及地基基礎(chǔ)方案

三門(mén)峽某住宅樓位于三門(mén)峽市黃河西路北側(cè)，原河南第二印染廠舊址上，北臨規(guī)劃建設(shè)西路。主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，周邊車(chē)庫(kù)為框架結(jié)構(gòu)，主樓地下室周邊與地庫(kù)連為一體。主樓地上32層，地下1層，標(biāo)高正負(fù)0.000對(duì)應(yīng)絕對(duì)高程為393.65。主樓基底平均壓力540kPa，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標(biāo)高-7.360m，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。該樓總建筑面積約2.5萬(wàn)平方米。

1.場(chǎng)地地質(zhì)條件

根據(jù)機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院提供的本工程的場(chǎng)地《巖土工程勘察報(bào)告書(shū)》，場(chǎng)地地貌單元屬于黃河Ⅲ級(jí)階地，分布的地基土主要為沖洪積作用形成的黃土狀粉質(zhì)粘土、粉土及砂卵石等，擬建場(chǎng)地屬于自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為Ⅱ～Ⅲ級(jí)，自重濕陷性黃土最大深度為25.50米左右，主要濕陷土層存在于（2）～（9）層。

2.地基處理方案的選擇

由于場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅱ（中等）～Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重），按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004），擬建建筑物不能直接采用天然地基，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行地基處理消除全部濕陷性，或者采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性土層。采用樁基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)扣除樁側(cè)的負(fù)摩阻力，場(chǎng)地自重濕陷性土層25.5米，深度較大，單樁承載力的計(jì)算損失較多，若要滿足上部荷載對(duì)承載力的要求，就要增加樁長(zhǎng)和樁徑。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，此類場(chǎng)地土采用樁基礎(chǔ)時(shí)先采用灰土擠密樁對(duì)地基土進(jìn)行處理，以消除地基土的濕陷性，將樁側(cè)的負(fù)摩擦力轉(zhuǎn)化為正側(cè)阻力，以此來(lái)解決單樁承載力消減的問(wèn)題。采用傳統(tǒng)的CFG樁復(fù)合地基處理該場(chǎng)地，同樣需要先采用灰土擠密樁消除地基土的濕陷性。綜合以上兩種地基基礎(chǔ)處理方案，灰土擠密樁+CFG樁組成的多樁型復(fù)合地基，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)、施工速度、對(duì)周邊環(huán)境的影響都有很大的優(yōu)勢(shì)。

3.灰土擠密樁施工方法確定

根據(jù)濕陷性黃土規(guī)范的要求，本工程灰土擠密樁的處理深度范圍內(nèi)要消除全部濕陷性，基底下需要處理的濕陷土層厚度約為19～21米。在現(xiàn)行的建筑地基處理技術(shù)規(guī)范中，灰土擠密樁可處理地基的深度為5～15米，而本工程的實(shí)際需要處理深度遠(yuǎn)超規(guī)范限值，采用常規(guī)的方法無(wú)法滿足工程需求。針對(duì)這一情況，我們引入了孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（DDC法）。為了驗(yàn)證運(yùn)用DDC法進(jìn)行灰土擠密樁施工的可行性，在場(chǎng)地內(nèi)選擇了10米X10米的一塊區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)性施工。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整樁徑、樁間距及施工設(shè)備重錘的重量等，最后確定了灰土擠密樁的各項(xiàng)參數(shù)。灰土擠密樁按等腰三角形布置，樁間距為900mm，采用機(jī)械洛陽(yáng)鏟預(yù)成孔直徑400mm，夯填成樁直徑不小于610mm。施工過(guò)程中要控制樁體內(nèi)壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97，樁間土擠密系數(shù)不小于0.9。試驗(yàn)完場(chǎng)后進(jìn)行試樁，試樁的有效樁長(zhǎng)24.50米，穿透了濕陷性土層，為了保證擠密效果，施工時(shí)采取了間隔跳打的施工方式。經(jīng)過(guò)試樁的復(fù)合地基靜載試驗(yàn)及地基樁間土濕陷性評(píng)價(jià)，按DDC法施工的灰土擠密樁處理后的濕陷性地基，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的樁間土濕陷性全部消除，處理后的復(fù)合地基承載力達(dá)到了260kPa。

二、多樁型復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和承載力計(jì)算

1.復(fù)合地基設(shè)計(jì)思路

通過(guò)試驗(yàn)性施工，灰土擠密樁預(yù)成孔直徑400mm，成樁直徑不小于610mm，樁間距900mm，三角形布置，采用DDC法施工，能很好的解決地基土的濕陷性問(wèn)題。灰土擠密樁要超出基礎(chǔ)每邊不少于處理深度的一半，基礎(chǔ)范圍以外采用同基礎(chǔ)內(nèi)的布樁方式及樁長(zhǎng)。最外布置兩排擠密樁，樁間距600mm，主要防止地表或處理范圍外的周邊地下水浸入地基。所有擠密樁均要穿透濕陷性土層。CFG樁布置在灰土擠密樁的間隙里，CFG樁樁徑600mm，樁間距1800mm，采用長(zhǎng)螺旋鉆成孔，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C20。根據(jù)以往當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)，CFG樁的施工在灰土擠密樁施工完成半個(gè)月后進(jìn)行。

本工程在樁頂和基礎(chǔ)之間設(shè)置250mm厚級(jí)配砂石層（3∶7），其中碎石最大粒徑不應(yīng)大于30mm，褥墊層伸出基礎(chǔ)邊緣200mm，砂石褥墊層的夯填度（夯實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不大于0.9。

2.單樁及復(fù)合承載力特征值估算

采用DDC法施工的灰土擠密樁，灰土擠密樁的截面面積為0.2920mm2，樁間距900mm，面積置換率為0.4167。復(fù)合地基承載力特征值fspk按建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2012）中公式7.1.5-1進(jìn)行計(jì)算。復(fù)合地基樁圖應(yīng)力比按1.8取，經(jīng)計(jì)算：fspk=266kPa。CFG樁的有效樁長(zhǎng)21.0米，樁徑600mm，樁間距1800mm，面積置換率為0.1008。根據(jù)地勘報(bào)告提供的土層參數(shù)，CFG樁單樁承載力特征值Ra（KN）按地基處理規(guī)范（JGJ79-2012）中公式7.1.5-3計(jì)算，經(jīng)計(jì)算：Ra=1121KN。CFG樁為具有粘結(jié)強(qiáng)度的樁，灰土擠密樁為散體材料樁，多樁型復(fù)合地基承載力特征值fspk（kPa）按地基處理規(guī)范（JGJ79-2012）中公式7.9.6-2計(jì)算，經(jīng)計(jì)算：fspk=581.8kPa。上部結(jié)構(gòu)荷載在基底產(chǎn)生的壓力為540 kPa，經(jīng)估算該地基處理方案滿足上部荷載的要求，設(shè)計(jì)思路是可行的。

三、現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)及灰土擠密樁樁間土濕陷性評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證DDC法灰土擠密樁+CFG樁對(duì)該場(chǎng)地的處理效果到底如何，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了灰土擠密樁、CFG樁的單樁靜載試驗(yàn)及組合型復(fù)合地基的靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)樁的樁頂標(biāo)高為-7.800，有效樁長(zhǎng)21.0米。

1.灰土擠密樁靜載試驗(yàn)

在試樁區(qū)域選取三個(gè)點(diǎn)01、02、03作為試驗(yàn)對(duì)象，采用0.71m2的正方形承壓板。樁端持力層為第10層黃土狀粉土。最大加載為520kPa，均勻分8級(jí)。三個(gè)試點(diǎn)的累計(jì)沉降量分別為6.51mm、6.62mm、6.58mm。

2.CFG樁靜載試驗(yàn)及組合型復(fù)合地基靜載試驗(yàn)

選取試樁區(qū)域內(nèi)的三根樁編號(hào)1#、2#、3#作為試驗(yàn)對(duì)象，CFG樁的有效樁長(zhǎng)為21米，樁端持力層為第10層黃土狀粉土，最大加載量為2240KN，均勻分為10級(jí)。三根樁的累計(jì)沉降量分別為5.76mm、7.22mm、10.17mm。組合型復(fù)合地基靜載試驗(yàn)選取三個(gè)點(diǎn)，采用2.81m2的正方形承壓板，最大加載量為1080kPa，三個(gè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量分別為8.42mm、7.29mm、7.37mm。通過(guò)對(duì)試樁區(qū)域復(fù)合地基現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)，處理后的地基承載力完全滿足建筑物荷載的需求。

3.樁間土濕陷性評(píng)價(jià)

在試樁區(qū)域內(nèi)共布置人工取土試樣探井5個(gè)，在探井中采取原狀土樣96組。通過(guò)土工試驗(yàn)，在地基處理范圍內(nèi)，探井內(nèi)樁間土的土樣濕陷性已消除，自重濕陷系數(shù)均小于0.015。96個(gè)樁間土試樣中，最小擠密系數(shù)小于0.9但大于0.85的有30個(gè)，其它均大于0.9，綜合評(píng)定擠密系數(shù)部分滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)分析出現(xiàn)上述情況的原因在于：1.施工原因：重錘落距達(dá)不到；2.施工時(shí)樁頂預(yù)留的覆土太少；3.處理后停止的時(shí)間較短。針對(duì)以上情況在現(xiàn)場(chǎng)又進(jìn)行了調(diào)整型施工，試驗(yàn)結(jié)果全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

四、建筑物的沉降觀測(cè)結(jié)果

建筑物的沉降觀測(cè)從主樓第一層結(jié)構(gòu)封頂開(kāi)始，每施工一層觀測(cè)一次，沉降觀測(cè)點(diǎn)六個(gè)。主體結(jié)構(gòu)封頂時(shí)最大沉降量為12.8mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)構(gòu)封頂時(shí)的沉降量為最終沉降量的60%左右，據(jù)此推算主樓的最終沉降量在21.3mm左右，滿足規(guī)范要求。

（作者單位：鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司）