素土挤密桩与素混凝土桩组合复合地基的设计

陈海燕

摘要：本文通过对陕西咸阳的某厂房工程项目的工程实例，介绍了自重湿陷性黄土地基中应用素土挤密桩法与素混凝土桩组合式复合地基方案设计，供从事的地基设计的人员借鉴及参考。

关键词：湿陷性黄土，素土挤密桩法；素混凝土桩；复合地基

前言：复合地基是指部分土体被增强或置换，形成由由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。

陕西某科技有限公司建设的厂房工程项目场地属于自重湿陷性黄土场地，由于需要处理湿陷性的土层厚度较大的特点，采用素土挤密桩对地基进行处理，以消除地基土的部份湿陷性较为适宜。但对本项目而言，其要求达到的地基承载力特征值较高，采用单一的素土挤密桩复合地基处理方法无法满足承载力要求，我们采用了素土挤密桩与素混凝土桩两种地基进行组合的处理方法。

1、工程概况

本工程项目平面为矩形，长度为184米，宽度为96米，建筑面积约5万平方米，地上3层，总高度为20.3米。结构体系为框架结构，抗震设防烈度为8度（0.2g），设计地震分组为第一组，抗震设防为丙类，抗震等级为二级，场地类别为II类，地下水位为室外地面以下10米，可不予以考虑。

2、各层地基土的物理力学性质及对建筑地基处理的要求

2.1各层地基土的物理力学性质

本工程地质场地依次为：①层耕土、②层黄土、③黄土、④古土壤、⑤粉土、⑥中砂构成，其中②层黄土属于自重湿陷性黄土，地基湿陷等级为II级，各层土层物理力学性质详见下表（表中为素混凝土刚性樁的侧阻力与端阻力特征值）。

2.2建筑地基处理的要求

根据《勘察报告》，基础持力层为②层黄土，属于自重湿陷性黄土，地基湿陷等级为II级，要求对湿陷性进行地基处理，以消除地基土的湿陷性，防止其对建筑物的危害；经过结构计算，基础采用独立柱基础，现有的②层黄土天然地基的承载力为150kPa，不能满足基础的承载力要求，需要做地基加强处理，并要求处理完的独立柱基础基底承载力特征值要求≥380kPa。

本项目采用素土挤密桩解决地基土湿陷的问题，并用素混凝土桩进行地基加强。

3、素土挤密桩的设计

3.1 确定素土挤密桩处理的平面

按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），本建筑物属于丙类建筑，按该规范第6.1.1条第2款：“乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量”。由于厂房工艺对一层地坪的要求较高，故对地基的处理范围采用整片处理，以消除地基的部分湿陷量。该规范第6.1.2条第2款：“当为整片处理时，其处理范围应大于建筑物底层平面的面积，超出建筑物外墙基础外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m。”处理土层最大厚度为4米，故超出基础边缘宽度取2米，平面详素土挤密桩平面布置图（局部）。

3.2 素土挤密桩的桩长、桩距和复合地基承载力特征值等的确定

3.2.1 桩长确定

按《湿陷性黄土地区建筑规范》第6.1.5条第2款：“丙类建筑消除地基的部分湿陷量的最小处理厚度，应符合下列要求：当地基湿陷等级为II级时，在自重湿陷性黄土场地，地基处理厚度不应小于3.5m，且下部未处理湿陷性黄土的剩余湿陷量，不应大于200mm”。故有效桩长取4.5m，桩端应达到第3层黄土（无湿陷性），桩长范围内湿陷性应全部消除。

3.2.2 桩距确定

设计时，采用桩径为400mm，桩间土的最大干密度ρdmax按1.77g/cm3采用，桩间土的平均挤密系数不宜小于0.93。挤密孔的孔位，采用正三角形满堂布桩，孔心距按《湿陷性黄土地区建筑规范》6.4.2式计算：

计算孔心距，取S=850mm。

3.2.3 复合地基承载力特征值的确定

按《建筑地基处理技术规范》7.5.2-9条：素土挤密桩复合地基承载力特征值不宜大于180kPa，故处理后复合地基承载力特征值取180kPa。

3.3 素土挤密桩试桩的检测

在正式施工前我们在场地内选取六处（138根桩）进行试桩，取桩间土6件（每处取1件），取3根桩的桩身土样12件进行土工分析试验，检测结果黄土湿陷性已消除；并进行了复合地基载荷试验，对其承载力特征值测试及确定所对应的沉降量，均满足了设计要求。故采用的素土挤密的桩径、桩长、桩间距满足设计要求。

3.4 对素土挤密桩的其它设计要求

因基础埋深为-2.50米，且上面①层耕土较厚，故将基坑开挖至-2.00处开始施工素土挤密桩；桩孔内用素土回填，且超填500mm，孔底在填料前必须夯实孔内填素土。孔内填料压实系数不小于0.97，扩孔挤密成桩后，桩间土的平均挤密系数不小于0.93。

待挤密桩施工完后再开挖至设计桩顶标高-2.500，桩顶做500mm厚2：8灰土垫层，通过垫层发挥桩间土的承载力，要求垫层压实系数大于等于0.97。

素土挤密桩布置示意和基坑开挖及复合地基剖面示意图如下：

4、素混凝土桩的设计

在挤密桩试桩处理后的素土挤密桩复合地基承载力特征值为180kPa，但仍不能满足独立柱基础基底承载力特征值≥380kPa的要求。我们在独立柱基础范围内，采用素混凝土桩对已有的地基再进行增强处理。

4.1 素混凝土桩复合地基承载力计算

采用的素混凝土桩桩径为400mm，桩有效桩长约14米，持力层为第6层中粗砂，桩端进入持力层的深度不小于0.5m，工程桩混凝土强度等级C25。布桩方式采用正方形布桩，间距为1.3米，在独立柱基础范围内地基进行布桩。

4.1.1 增强体单桩竖向承载力特征值的确定

增强体单桩竖向承载力特征值按《建筑地基处理技术规范》7.1.5-3式估算：

素混凝土桩桩端阻力发挥系数 取1.0，经计算，取单桩竖向承载力特征值Ra=550kN，且桩身强度满足该7.1.6条的规定。

4.1.2 素混凝土桩复合地基承载力特征值的确定

采用正方形布桩，间距S取1.3米，，面积置换率，按《建筑地基处理技术规范》7.1.5-2式估算：

其中单桩承载力发挥系数λ取0.8，桩间土承载力发挥系数β取0.9， ，经计算，复合地基承载力特征值值 。大幅的提高了原有的承载力特征值，满足独立柱基础基底承载力特征值≥380kPa的要求，故采用的桩径、桩长、桩间距满足设计要求。

4.2 素混凝土樁平面布置（局部）详下图

4.2 素混凝土试桩的检测

施工前先做好三组（每组七根）试桩，试桩混凝土强度等级为C30。承载力检验宜在施工结束28天后进行，其桩身强度应满足试验荷载条件。取3根桩（每组选一根）进行单桩竖向抗压静载荷试验，测得单桩竖向极限承载力为1180kN，满足单桩竖向承载力特征值Ra=550kN要求。复合地基静载荷试验对此三组的承载力特征值进行测试及确定所对应的沉降量，均满足了设计要求。

4.3 素混凝土的其它要求

素混凝土桩施工完毕，桩体强度达到要求后，将桩顶高出设计要求的桩头凿除，并人工清除高出设计标高的桩间土，清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土，桩顶表面不可出现斜平面；另外，桩头剔至设计标高-2.500处，做500厚的褥垫层，通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力，褥垫层采用1：5水泥土垫层，要求其压实系数大于等于0.97。做法详素混凝土桩详图。

5 复合地基的施工顺序

地基处理施工时，应先施工素土挤密桩，在完成素土挤密桩一段时间后（7-10天），再施工素混凝土桩，以便保证素混凝土桩的桩身完整性。在大面积的复合地基施工工程桩前，一定要先进行复合地基试验，素混凝土桩单桩试验，经检测合格后方可进行工程桩的施工。

6 结语

本工程所采用的素土挤密桩与素混凝土桩组合复合地基处理对于湿陷性比较高黄土的和对基础的承载力要求比较大的场地是非常合适的，可最大限度地发挥这两种桩的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制，其充分发挥桩间土的承载能力，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点，工程造价低，经济效益和社会效益非常显著，在湿陷性黄土场地的工程项目中得到越来越广泛应用。

陈海燕

摘要：本文通过对陕西咸阳的某厂房工程项目的工程实例，介绍了自重湿陷性黄土地基中应用素土挤密桩法与素混凝土桩组合式复合地基方案设计，供从事的地基设计的人员借鉴及参考。

关键词：湿陷性黄土，素土挤密桩法；素混凝土桩；复合地基

前言：复合地基是指部分土体被增强或置换，形成由由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。复合地基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。

陕西某科技有限公司建设的厂房工程项目场地属于自重湿陷性黄土场地，由于需要处理湿陷性的土层厚度较大的特点，采用素土挤密桩对地基进行处理，以消除地基土的部份湿陷性较为适宜。但对本项目而言，其要求达到的地基承载力特征值较高，采用单一的素土挤密桩复合地基处理方法无法满足承载力要求，我们采用了素土挤密桩与素混凝土桩两种地基进行组合的处理方法。

1、工程概况

本工程项目平面为矩形，长度为184米，宽度为96米，建筑面积约5万平方米，地上3层，总高度为20.3米。结构体系为框架结构，抗震设防烈度为8度（0.2g），設计地震分组为第一组，抗震设防为丙类，抗震等级为二级，场地类别为II类，地下水位为室外地面以下10米，可不予以考虑。

2、各层地基土的物理力学性质及对建筑地基处理的要求

2.1各层地基土的物理力学性质

本工程地质场地依次为：①层耕土、②层黄土、③黄土、④古土壤、⑤粉土、⑥中砂构成，其中②层黄土属于自重湿陷性黄土，地基湿陷等级为II级，各层土层物理力学性质详见下表（表中为素混凝土刚性桩的侧阻力与端阻力特征值）。

2.2建筑地基处理的要求

根据《勘察报告》，基础持力层为②层黄土，属于自重湿陷性黄土，地基湿陷等级为II级，要求对湿陷性进行地基处理，以消除地基土的湿陷性，防止其对建筑物的危害；经过结构计算，基础采用独立柱基础，现有的②层黄土天然地基的承载力为150kPa，不能满足基础的承载力要求，需要做地基加强处理，并要求处理完的独立柱基础基底承载力特征值要求≥380kPa。

本项目采用素土挤密桩解决地基土湿陷的问题，并用素混凝土桩进行地基加强。

3、素土挤密桩的设计

3.1 确定素土挤密桩处理的平面

按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），本建筑物属于丙类建筑，按该规范第6.1.1条第2款：“乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量”。由于厂房工艺对一层地坪的要求较高，故对地基的处理范围采用整片处理，以消除地基的部分湿陷量。该规范第6.1.2条第2款：“当为整片处理时，其处理范围应大于建筑物底层平面的面积，超出建筑物外墙基础外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m。”处理土层最大厚度为4米，故超出基础边缘宽度取2米，平面详素土挤密桩平面布置图（局部）。

3.2 素土挤密桩的桩长、桩距和复合地基承载力特征值等的确定

3.2.1 桩长确定

按《湿陷性黄土地区建筑规范》第6.1.5条第2款：“丙类建筑消除地基的部分湿陷量的最小处理厚度，应符合下列要求：当地基湿陷等级为II级时，在自重湿陷性黄土场地，地基处理厚度不应小于3.5m，且下部未处理湿陷性黄土的剩余湿陷量，不应大于200mm”。故有效桩长取4.5m，桩端应达到第3层黄土（无湿陷性），桩长范围内湿陷性应全部消除。

3.2.2 桩距确定

设计时，采用桩径为400mm，桩间土的最大干密度ρdmax按1.77g/cm3采用，桩间土的平均挤密系数不宜小于0.93。挤密孔的孔位，采用正三角形满堂布桩，孔心距按《湿陷性黄土地区建筑规范》6.4.2式计算：

计算孔心距，取S=850mm。

3.2.3 复合地基承载力特征值的确定

按《建筑地基处理技术规范》7.5.2-9条：素土挤密桩复合地基承载力特征值不宜大于180kPa，故处理后复合地基承载力特征值取180kPa。

3.3 素土挤密桩试桩的检测

在正式施工前我们在场地内选取六处（138根桩）进行试桩，取桩间土6件（每处取1件），取3根桩的桩身土样12件进行土工分析试验，检测结果黄土湿陷性已消除；并进行了复合地基载荷试验，对其承载力特征值测试及确定所对应的沉降量，均满足了设计要求。故采用的素土挤密的桩径、桩长、桩间距满足设计要求。

3.4 对素土挤密桩的其它设计要求

因基础埋深为-2.50米，且上面①层耕土较厚，故将基坑开挖至-2.00处开始施工素土挤密桩；桩孔内用素土回填，且超填500mm，孔底在填料前必须夯实孔内填素土。孔内填料压实系数不小于0.97，扩孔挤密成桩后，桩间土的平均挤密系数不小于0.93。

待挤密桩施工完后再开挖至设计桩顶标高-2.500，桩顶做500mm厚2：8灰土垫层，通过垫层发挥桩间土的承载力，要求垫层压实系数大于等于0.97。

素土挤密桩布置示意和基坑开挖及复合地基剖面示意图如下：

4、素混凝土桩的设计

在挤密桩试桩处理后的素土挤密桩复合地基承载力特征值为180kPa，但仍不能满足独立柱基础基底承载力特征值≥380kPa的要求。我们在独立柱基础范围内，采用素混凝土桩对已有的地基再进行增强处理。

4.1 素混凝土桩复合地基承载力计算

采用的素混凝土桩桩径为400mm，桩有效桩长约14米，持力层为第6层中粗砂，桩端进入持力层的深度不小于0.5m，工程桩混凝土强度等级C25。布桩方式采用正方形布桩，间距为1.3米，在独立柱基础范围内地基进行布桩。

4.1.1 增强体单桩竖向承载力特征值的确定

增强体单桩竖向承载力特征值按《建筑地基处理技术规范》7.1.5-3式估算：

素混凝土桩桩端阻力发挥系数 取1.0，经计算，取单桩竖向承载力特征值Ra=550kN，且桩身强度满足该7.1.6条的规定。

4.1.2 素混凝土桩复合地基承载力特征值的确定

采用正方形布桩，间距S取1.3米，，面积置换率 ，按《建筑地基处理技术规范》7.1.5-2式估算：

其中单桩承载力发挥系数λ取0.8，樁间土承载力发挥系数β取0.9， ，经计算，复合地基承载力特征值值 。大幅的提高了原有的承载力特征值，满足独立柱基础基底承载力特征值≥380kPa的要求，故采用的桩径、桩长、桩间距满足设计要求。

4.2 素混凝土桩平面布置（局部）详下图

4.2 素混凝土试桩的检测

施工前先做好三组（每组七根）试桩，试桩混凝土强度等级为C30。承载力检验宜在施工结束28天后进行，其桩身强度应满足试验荷载条件。取3根桩（每组选一根）进行单桩竖向抗压静载荷试验，测得单桩竖向极限承载力为1180kN，满足单桩竖向承载力特征值Ra=550kN要求。复合地基静载荷试验对此三组的承载力特征值进行测试及确定所对应的沉降量，均满足了设计要求。

4.3 素混凝土的其它要求

素混凝土桩施工完毕，桩体强度达到要求后，将桩顶高出设计要求的桩头凿除，并人工清除高出设计标高的桩间土，清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土，桩顶表面不可出现斜平面；另外，桩头剔至设计标高-2.500处，做500厚的褥垫层，通过褥垫层的设置发挥桩间土的承载力，褥垫层采用1：5水泥土垫层，要求其压实系数大于等于0.97。做法详素混凝土桩详图。

5 复合地基的施工顺序

地基处理施工时，应先施工素土挤密桩，在完成素土挤密桩一段时间后（7-10天），再施工素混凝土桩，以便保证素混凝土桩的桩身完整性。在大面积的复合地基施工工程桩前，一定要先进行复合地基试验，素混凝土桩单桩试验，经检测合格后方可进行工程桩的施工。

6 结语

本工程所采用的素土挤密桩与素混凝土桩组合复合地基处理对于湿陷性比较高黄土的和对基础的承载力要求比较大的场地是非常合适的，可最大限度地发挥这两种桩的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制，其充分发挥桩间土的承载能力，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点，工程造价低，经济效益和社会效益非常显著，在湿陷性黄土场地的工程项目中得到越来越广泛应用。