預制樁復合地基在工程中的應用

沈瑞海 唐 波 呂曉波 車田超

一、概述

復合地基定義是由兩種以上不同剛度材料（一般是指樁身和樁間土）所組成的地基，在上部荷載作用下，兩種材料共同承擔并協調變形。工程中常用的復合地基有砂石樁復合地基、水泥粉煤灰碎石樁復合地基及高壓旋噴樁復合地基等。而鋼筋混凝土預制方樁復合地基在工程中使用較少，通過鋼筋混凝土預制方樁及樁間土共同作用，承擔上部荷載。本文結合宿遷市黃河故道項目中擋土墻地基處理設計，介紹預制鋼筋混凝土方樁復合地基設計過程，以期為類似工程地基處理設計提供參考。

二、工程概況

該工程為宿遷市宿城區倉集鎮境內的黃河故道治理項目，位于老黃河大堤邊，該處地基條件一般，據勘察建筑物持力層為第③層粉土層，該層地基承載力110kPa，下有軟弱層第④層淤泥質粉質粘土，承載力僅60kPa。

工程中擋墻為鋼筋混凝土扶壁式結構，位于某跌水工程防滲范圍之內，對防滲及沉降有較高要求。根據工程總體布置，擋墻底板位于第③層粉土層，基底下層厚約50cm，滲透性較大，且該層下又有承載力僅60kPa 的軟弱層淤泥質粉質粘土。為改善地基條件，需進行地基處理，第④層軟弱層厚平均約1.8m。

三、地質資料

上游扶壁式擋土墻底板底高程（廢黃河高程系，下同）為15.05m，底板埋深為5.95m，要求地基承載力為110kPa。根據場地工程地質勘探報告，土層分布情況：①層：素填土。雜色、松散狀，主要成分為粉土、粉質黏土，局部含有大量植物根系。②-1層：粉土夾粉質黏土。灰黃色、黃褐色，無光澤反應，稍密、濕潤，低韌性，低干強度，局部夾有薄層軟塑狀粉質黏土。②-2層：粉質黏土。灰黃色、灰黑色，軟塑，有光澤反應，中等韌性，中等干強度，局部夾有薄層稍密狀粉土。③層：粉土。黃色、灰黃色，濕，稍密～中密，無光澤反應，低干強度，低韌性，局部夾有薄層軟塑狀粉質黏土。④層：淤泥質粉質黏土。灰色、灰黑色，流塑～軟塑，含有腐殖質，有腐臭味，稍有光澤反應，低韌性，低干強度，局部為流塑狀淤泥質黏土。⑤層：黏土。棕黃色，灰黃色，可塑～硬塑，稍有光澤反應，中等韌性，中等干強度，局部見少量砂姜。⑥層：含砂姜黏土。黃褐色，局部夾灰綠色，灰白色，硬塑，局部可塑，稍有光澤反應，高韌性，高干強度，含大量砂姜，粒徑1～5cm，局部呈砂姜團狀，粒徑大于15cm，分布不均勻，該層未穿透。地基土物理力學指標建議值見表1。

四、地基處理方案

該項目地基處理目的為提高地基承載力，同時不降低地基的滲透性。通過在地基土中打入預制鋼筋混凝土方樁作為加筋材料，形成豎向增強體，與樁間土體組合成復合地基，共同承擔上部荷載。初擬采用300mm×300 mm 預制混凝土方樁，間距1.4m，呈梅花形布置，樁長5m，樁頂設50cm10%水泥土褥墊層，布置如圖1所示。

表1 地基土物理力學指標建議值表

圖1 預制方樁布置圖

1.樁端埋置深度

樁端埋置在較硬土層中，即樁端持力層應選擇較堅硬土層。進入持力層的樁端全斷面長度應根據不同土質選擇不同的長度，即：（1）粘性土、粉土，進入持力層的全斷面樁身長不宜小于2d（d 為樁徑，下同）；（2）砂土，進入持力層的全斷面樁身長不宜小于1.5d。

當下部存在軟弱下臥層時，設計樁端以下較硬持力層厚度不宜小于3d。結合該工程實際情況，樁端埋置深度選取2.85m。

2.單樁承載力計算

增強體單樁豎向承載力特征值計算公式如下：

式中：Ra—單樁豎向承載力特征值，kN；

μP—的周長，m；

qsi—樁周第i 層土的側阻力特征值，kPa；

lPi—樁長范圍內第i 層土的厚度，m；

αP—樁端端阻力發揮系數；

qP—樁端端阻力特征值，kPa；

AP—樁的截面積，m2。

3.復合地基承載力計算

復合地基承載力計算公式如下：

式中：

fspk—復合地基承載力，kPa；

λ—單樁承載力發揮系數；

Ra—單樁豎向承載力特征值，kN；

AP—樁的截面積，m2；

β—間土承載力發揮系數。

4.結果

經計算，該工程復合地基承載力為138kPa，滿足擋土墻對地基的承載力要求。為了讓鋼筋混凝土方樁與樁間土形成復合地基，保證樁與樁間土能共同承擔上部荷載，在擋土墻底板底面與預制鋼筋混凝土方樁頂之間設置一層褥墊層，褥墊層厚度為300～500mm，材料可選用水泥土、碎石墊層等，結合該工程防滲要求，選用水泥土作為褥墊層。

5.樁基檢測

樁基工程完成后，均需進行復合地基承載力和樁身完整性檢測，檢測方法和檢測結果均需滿足《建筑地基處理技術規范》及其他國家標準要求。

五、總結

預制方樁具有施工速度快、施工質量好控制的優點。同時可充分發揮樁間土的作用，防止由于樁體和樁間土的不均勻沉降，造成樁間土下沉，在底板和土基之間形成空洞，影響地基的防滲安全。和一般樁基處理方案對比，可有效縮短施工工期、節約成本、保證工程質量，是一種較好的復合地基處理方案■