关于土木基础工程中复合地基技术的运用探索

袁维红

（兰州石化职业技术学院土木工程系，兰州 730060）

1 复合地基概述

1.1 定义

所谓复合地基指的是，对天然地基予以处理，使其部分土体得到一定程度的增强，或者被置换，或者于其中设置某种加筋材料，从而得到加固区是基体以及增强体这两大部分复合而成的一种人工地基[1]。

1.2 价值

复合地基理论、技术以及实践应用在现阶段获得了良好发展。复合地基技术在地基与基础工程中得以广泛应用，在此背景下，复合地基已经发展成为一种重要且常见的地基基础型式。对复合地基的理论、技术以及实践应用予以深入研究，并准确定位其在基础工程中扮演的角色，一方面能够促进地基理论的深化发展，另一方面能够推广该项技术的实践应用，从而为基础工程等提供有力保障。

1.3 基本类型

现阶段，国内常见的复合地基类型如下：1）各类砂石桩复合地基；2）水泥土桩复合地基；3）低强度桩复合地基；4）土桩、灰土桩复合地基；5）钢筋混凝土桩复合地基；6）薄壁筒桩复合地基；7）加筋土地基等[2]。大量实践应用已经证明，复合地基具有较为理想的经济价值以及社会价值。

2 案例分析

某建筑物基础工程，复合地基承载力设计在260 kPa以上，除此之外，待地基有效沉降且达到稳定状态之后，平面倾斜＜3‰，沿建筑四周方向任意10 m周长的沉降差不可超过25 mm，建筑中心、边缘之间的沉降差应控制在170~280 mm之间[3]。

结合地质、水文以及施工等各方面因素，本着“安全+高效”的前提，对本工程的一系列施工方案予以系统地比较和选择，通过工程试验，认为CFG桩复合地基技术更具优势，因而采用。

2.1 CFG桩的设计理论及施工控制

2.1.1 CFG桩设计理论

以CFG桩复合地基为研究对象，对其沉降特性予以现场试验，获取其在沉降以及变形方面的规律，尤其是沉降和桩长、桩距之间的内在关系。基于所在地的地质条件，结合桩长、桩径以及桩心距等一系列参数予以系统分析和计算，确定若干设计参数。

2.1.1.1 CFG桩单桩竖向极限承载力特征值计算

可采用式（1）及式（2）进行计算，取两者之中的小者。

式中：Rk——单桩承载力标准值；

η——强度折减系数，一般取0.6；

fcn，k——桩体28 d立方体强度（规格为15 cm×

15 cm×15 cm）；

Up——桩的实际周长；

qsi——第i层土对应的极限侧阻力；

hi——第i层土具体厚度；

qp——桩端持力层对应的极限端阻力；

Ap——桩实际截面积；

k——安全系数（1.0~1.3）[4]。

2.1.1.2 复合地基承载力计算公式

式中：fsp——复合地基承载力对应的特征值；

m——面积置换率；

Ap——桩实际截面积；

fk——天然地基承载力具有的标准值；

α——加固完成后桩间土承载力对应的特征值和天然地基承载力对应的标准值之比（1.0~1.2）；

β——桩间土强度发挥系数（0.75~1.0）。

2.1.1.3 桩间距计算

式中：l——桩间距；

Ap——桩截面积。

2.1.1.4 地基沉降量的计算

式中：n1——加固区分层数；n2——总的分层数；

ΔPoi——荷载Po对i层土施加的平均附加

压力；

Esi——第i层土对应的压缩模量；

hi——第i层土对应的分层厚度；

ζ——模量提高系数，其中m指的是置换率，n指的是桩土应力比，α指的是桩间土强度提高系数；

ψ——沉降计算经验系数。

为兼顾强度及变形的实际需求，基于计算以及试验进行相应调整，最终确定：桩径大小400 mm；桩长应穿越粉质黏土层，然后进入中粗砂层0.5 m位置处。对桩体进行制作时，选用CFG素混凝土，桩身强度控制在C15。在制作桩体时，除用到碎石、中细砂以及水泥之外，还需用到粉煤灰以及某些外加剂（如早强剂）等。对坍落度进行严格控制，使其位于180~200 mm这一范围。在桩顶面、基础素砼垫层底面之间设置一砂石褥垫层，压实处理之后，厚度大约为200 mm[5]。单桩承载力等参数详见表1。

表1 CFG桩复合地基设计参数

2.1.2 施工工艺及质量控制

结合各方面因素，通过长螺旋钻机以完成成孔作业，芯管泵送方式进行灌注。施工环节，应保证钻杆芯管为混凝土充满之后再拔管。拔管操作时，在速度上应和混凝土供给保持同步，通常2~3 m/min，且要保证拔管的连续性以及均匀性。实践表明，假若拔管偏快，则有几率造成断桩，假若拔管偏慢，则有几率引发砼离析问题。向芯管注入一定量的混凝土之后，先予以8 s左右的振动，然后一边振动一边拔出，同时严格控制单次拔管高度，通常取25 cm及以下[6]，拔管操作时，应使管中混凝土面超出地表面一定值，从而确保桩身具有理想完整性。桩管反插操作有几率造成自身掺入少许混凝土，给桩体质量带来严重负面影响，因而在拔管环节，应避免反插式作业。以钻机电流值等信息为依据，分析桩头是否到达预定的持力层位置。待达到硬土层之后，需要合理进尺，从而实现设计要求的嵌入深度。

2.1.3 加固效果及其影响因素分析

CFG桩施工及其质量主要受三方面因素的制约：1）场地；2）气候；3）施工工艺。采用 CFG 桩，其桩体有几率出现轻重不同的排水问题。待施工完成之后，应进行取样分析，同时辅以静载试验，假若得出的结论是桩体强度符合设计标准，该现象有利无害，能够在一定程度上规避孔压消散过缓而形成的诸如地面隆起一类的问题，不仅如此，还有助于桩间土密度的显著提高。施工结束2h内，个别桩有可能桩身冒水，甚至发生砼离析现象。以工程勘察报告为基础，展开全面而细致的分析，发现地下水位偏高是这一问题的主要原因之一。对砼的和易性予以必要优化，桩体冒水情况得到有效解决。

检测发现，部分桩土的实际承载力甚至大于450 kPa[6]，（其 P-S 曲线详见图 1）。取样分析，发现载荷板下存在较大厚度的素填土冰冻层（大约为130 mm），这一因素严重影响了检测结果的准确性，具体表示就是，地基承载力明显大于正常值。表层非冻土复合地基承载力P-S曲线详见图2。

图1 表层冰冻土复合地基P-S曲线

图2 表层非冰冻土复合地基P-S曲线

为保证CFG桩复合地基质量，所以，应严格检测工作。施工完成后28 d，随机抽取5根桩复合地基分别予以小应变检测以及静载荷试验。建筑所在场地原状土基本承载力大约在120~140 kPa之间，予以单桩复合地基处理之后，进行静载荷试验，发现地基承载力明显提升，集中在280~310 kPa之间，符合设计标准260 kPa。经观测确定，无论是沉降，又或者是变形，均能够符合设计标准。

3 复合地基技术前景展望

复合地基同浅基础以及桩基础一道构成土木基础工程建设中的（建筑物基础）最为常用的三大基础形式。复合地基实现了天然地基、增强体之间的有机结合，表现出了良好的经济性。应用复合地基技术时，可合理设置增强体相关参数（包括刚度、长度以及复合地基置换率等），从而实现对地基承载力显著提高，以及对控制沉降量的有效控制，表现出了较为理想的灵活性。由此可见，复合地基具有极大的发展潜力。展望该技术的发展前景，笔者认为，无论在计算理论方面，还是在应用形式方面，又或者在施工工艺以及质量检测方面，复合地基均具有广阔的提升和发展空间，同时仍然有诸多问题亟待解决。复合地基及其技术的应用与发展，是建立在工程实践基础之上的，所以，在钻研理论的过程中，也不可忽视工程实践的研究，因而需要设计方、施工方、科研方以及业主方通力合作。

随着复合地基形式的多样化，其施工工艺也获得了长足进步。现阶段，不同形式孔内夯扩桩的出现以及应用便是有力证明。渣土桩技术、夯实水泥土桩技术以及冲锤成孔碎石桩技术等相继出现，且在实践应用中得以不断完善。值得一提的是，低强度桩施工技术也取得了较大发展，除此之外，增强体材料的应用，可实现对地方材料的有效利用，且在有利于环境保护[7]。

在复合地基技术广泛应用的推动下，复合地基质量检测技术也随之迎来了更进一步的发展，然而，其仍旧尚有诸多问题亟待解决。复合地基的检测，不仅涉及桩体本身质量的检测，同时还涉及桩间土的测试，除此之外，还涉及桩土复合体实际性能的测试。

4 结语

复合地基技术的应用具有理想的经济价值以及社会价值，当然，在应用及推广中尚有诸多问题亟待解决，尤其是如何有效控制工后沉降量问题。对于复合地基而言，其工程实践竟然大幅超越理论研究，所以，在今后的一段时间里，有必要重视并做好复合地基设计计算的理论研究。遵循“实践→理论→实践”的发展路线，不断完善复合地基技术，使其在工程实践中获得更好地运用。

[1]杨俊.CFG桩在高层建筑复合地基处理中的技术探讨[J].中国新技术新产品，2011（13）：183-184.

[2]王明钢.CFG桩复合地基处理技术在伊犁高层建筑中的应用[J].城市建筑，2014（01）：130，132.

[3]丁选明，刘汉龙，陈育民.现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程（JGJ/T 213—2010）编制与说明[J].施工技术，2011（02）：91-94，100.

[4]宋小红，韩随平.浅谈CFG桩复合地基技术及CFG桩施工常见问题[J].中国新技术新产品，2011（09）：36.

[5]闫春雷，庞有师，洪娟.桩土复合地基技术的发展与研究现状[J].国防交通工程与技术，2011（04）：1-4.

[6]秦鹏飞，刘跃.CFG桩复合地基技术在北京地区的应用[J].工业建筑，2011（S1）：484，567-569.

[7]付文光，张兴杰，卓志飞.浅议有关复合地基技术标准中的几条规定[J].广东公路交通，2012（03）：94-99.