低強度素混凝土樁復合地基在高層中的應用與分析

【摘要】低強度素混凝土樁復合地基是一種采用有粘結強度的增強體材料對場地淺層土層進行改良后的地基，充分利用了場地土的承載作用，通過鋪設一定厚度的褥墊層，樁-土共同受力，極大提高了地基的承載力，減少了地基的變形。通過工程實踐檢驗表明，低強度素混凝土樁復合地基能夠滿足高層建筑的承載力及沉降要求，是一種安全、經濟、合理的地基處理方法。

【關鍵詞】低強度素混凝土樁復合地基;褥墊層;樁-土共同受力

巖溶地貌是一種比較復雜的地質情況，廣泛分布于風化巖層中。溶洞填充物承載力較低，容易發生巖溶塌陷。若高層建筑基礎采用端承樁基礎，則存在成樁質量及溶洞處理等難題;而天然地基又不能夠滿足承載力及變形的要求。低強度素混凝土樁復合地基通過處理淺層土層，提高了天然地基的承載力，縮短了建設工期，節省了25%以上的造價，滿足設計要求，是一種最佳的基礎形式。

1、工程概況

1.1項目概況

本工程建造地點位于湖南省株洲市，6#棟主要為底部帶兩層帶商業的高層住宅建筑，地上33層，一層地下室，總高度為99.8m，結構形式為剪力墻結構。建筑場地類別為Ⅱ類，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.05g，地基基礎設計等級為甲級。

1.2工程地質概況

場地原始地貌為丘陵地貌，場地稍有起伏。土層剖面圖詳見圖1。根據地質勘察報告顯示，場地單棟地下室底板標高處的土層為粉質黏土，壓縮性中等，不宜作為高層建筑的持力層;場地下層土層為白云質灰巖，然而白云質灰巖中存在發育較完全的巖溶，溶洞填充物為粉質黏土，承載力較低，對地基基礎影響較大，采用端承樁基礎時應引起重視。

圖1 土層剖面圖

2、基礎方案

根據地勘報告，場地淺層土為粉質黏土，壓塑性中等，若采用天然地基基礎，無法滿足上部結構承載力及變形的要求; ?若采用樁基礎，樁端持力層存在較發育的溶洞，存在安全隱患，不滿足規范要求，樁基需要貫穿溶洞。由于下伏溶洞分布廣，發育強烈，不確定性因素大，樁基貫穿溶洞方案不但處理技術難度大，工程成本高，且成樁質量難以保證，方案可行性差。采用有粘結強度的剛性樁對淺層土進行地基處理，形成樁-土共同受力的剛性樁復合地基，設計時應滿足上部結構承載力和變形的要求，還應滿足下臥層的應力要求，保證應力經土層擴散后溶洞的安全，不需要另外再對溶洞進行加固處理。經過對比試算及現場試驗，最終確定采用剛性樁復合地基方案。

3、復合地基設計

3.1復合地基承載力計算

根據規范要求，復合地基承載力特征值應通過復合地基靜載荷試驗或采用增強體靜載荷試驗結果和周邊土的承載力特征值結合經驗確定，初步設計時，對有粘結強度增強體復合地基應該按下式計算：

（3-1）

其中：單樁承載力發揮系數λ取1.0，樁間土承載力發揮系數β取0.8。根據地質勘查報告描述及剖面圖，②-2粉質黏土層為本工程進行處理的土層，天然地基承載力特征值fsk=200kPa。

圖2 低強度素混凝土樁平面布置圖

本工程采用長螺旋鉆中心壓灌成樁，樁徑為500mm，正方形布樁，樁間距為1.1m，樁端持力層為⑥白云質灰巖，樁端極限端阻力標準值為8000kPa，樁長約5～8m，樁端端阻力發揮系數αp =0.55，不考慮樁側摩擦力。根據規范要求，剛性樁可只布置在基礎范圍內，低強度素混凝土樁平面布置如圖2所示，單樁承載力特征值：

取 Ra=400kN。

置換率： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，

則復合地基承載力特征值：

。

3.1褥墊層設計

褥墊層是保證復合地基中樁-土共同受力的重要條件，通過改變褥墊層的厚度，能夠調整樁和土所分擔上部豎向荷載及水平荷載的比值，褥墊層越厚，樁所承擔的荷載比值越小。由于樁體本身為素混凝土，未配置鋼筋，其抵抗水平承載力的能力較弱，因此，合理的設置褥墊層厚度顯得尤為重要。根據規范要求，樁頂和基礎之間褥墊層厚度宜為樁徑的40%～60%，褥墊層材料宜采用中砂、粗砂、級配砂石和碎石等，最大粒徑不宜大于30 mm，褥墊層的夯填度不應大于0.9。本工程褥墊層厚度取為300mm，樁頂不應伸入褥墊層內。

3.2沉降計算

本工程處理的土層為粉質黏土層，沉降計算深度取至白云質灰巖巖面。經過素混凝土樁處理后的復合地基壓縮模量為該層天然地基壓縮模量的ζ倍，即 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，復合地基壓縮模量Esp=2.3Es 。基底附加應力

。

計算地基變形時，地基內的應力分布，可采用各向同性均質線型變形體理論，其最終變形量可按下式進行計算：

4、現場試驗檢測結果及分析

承載力檢驗在施工結束28d后進行，單體工程的復合地基靜載試驗數量不少于3個點，最大加載壓力不小于設計要求承載力特征值的2倍。復合地基試驗結果如下表所示：

根據試驗檢測結果可知，3個試驗點沉降值均比較接近，平均值為15.80mm，極差小于平均值的30%，與計算值相差不大且小于規范允許值。由此可知，采用素混凝土樁處理后的粉質黏土層剛度明顯增大，地基變形減小，基礎沉降較均勻，驗證了低強度素混凝土樁復合地基的合理性及可靠性。

結論：

結合現場試驗結果表明，采用低強度素混凝土樁處理后，復合地基承載力顯著地提高，減少了地基的變形，滿足設計要求。同時，復合地基的受力機理是利用樁和樁間土共同承受上部荷載，通過鋪設一定厚度的褥墊層，充分利用了土的承載力作用，減少了工程造價，節約了工期，是一種比較經濟、合理的基礎設計。

參考文獻：

[1]建筑地基處理技術規范[S] JGJ 79-2012.北京：中國建筑工業出版社.

[2]建筑地基基礎設計規范[S] GB 50007-2011.北京：中國建筑工業出版社.

[3]地基處理手冊（第三版）[M].中國建筑工業出版社.

[4]建筑地基基礎設計禁忌及實例（第一版）[M].中國建筑工業出版社.

[5]陶景暉，金如元.巖溶地區高層建筑剛性樁復合地基現場試驗研究[J].建筑結構學報.

作者簡介：

黃仕海，株洲市規劃設計院，湖南株洲。