试论多桩型复合地基在软土地基处理中的应用

■刘庆华

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院 河南郑州 450000）

试论多桩型复合地基在软土地基处理中的应用

■刘庆华

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院 河南郑州 450000）

本文针对软土地基的特点，根据工程实例，本着安全、经济、适宜、环保的宗旨，并结合本地区施工条件及地方施工经验，通过方案选型确定地基处理方法；再通过施工完成后的载荷试验及变形观测的实测数据，验证复合地基承载力计算及沉降计算，以期对今后该地区的设计、施工有借鉴意义。

多桩型复合地基软土地基应用承载力变形

多桩型复合地基是采用两种及两种以上不同材料增强体加固形成的复合地基，已被JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》列入地基处理方法。其适用于处理不同深度存在相对硬层的正常固结土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土，以及地基承载力和变形较高的地基。近年来，随着建筑市场兴起及建筑用地紧缺，建筑物向高层发展，对地基的承载力及变形要求提高，特别是沿海软土地区地基土具有高天然含水量、大孔隙比、高压缩性、低强度等特性，厚度较大的软土层理结构一般表层为1.0～3.0 m的褐黄色粉质黏土；第②、第③层为淤泥质黏性土，厚度在20.0 m左右，属高压缩性土；第④层为较密实的黏土层或砂层。此地层结构特点，上部地层承载力较低(一般地基承载力特征值为70 kPa)，且具有高压缩性(α1-2>0.5/ MPa)，天然含水量一般大于液限（W>30%），变形较大，直接反映到建筑物结构上为地层具有的承载力及变形不能满足要求，且上部软土较厚，工后沉降较大，直接影响建筑物的使用，因此必须采取地基处理，以满足建筑物承载力及变形要求。

1 地基处理方案选型

方案选型本着安全、经济、环保、工期等因素进行对比筛选，同时考虑地方施工条件及工程事故，最后选择施工方案。

拟建建筑物为12～18层，基础埋深3.0 m，要求处理后复合地基承载力特征值≥280～300 kPa，最终沉降要求≤50 mm，整体倾斜≤0.002 5，但根据勘察报告，天然地基不能满足承载力及变形要求，须采取地基处理措施。

拟建场地工程地质分层为：第①层杂填土，松散；第②层粉质黏土，软～可塑；第③层淤泥质黏土，流塑；第④层粉砂，稍～中密；第⑤层粉质黏土，软塑；第⑥层粉砂，中密；第⑦层粉质黏土，可塑；第⑧层粉砂，中～密实；第⑨层细砂，中～密实；第⑩层细砂，中密；第层细砂，密实。

1.0 ～22.0 m地层为软土与砂互层，基底下3.0～8.0 m为淤泥质黏土，22.0 m下为相对较好的砂层持力层。根据以上地层条件进行方案比选。

1.1 方案1：水泥粉煤灰碎石桩复合地基方案

该方案从安全、经济、环保、工期等各方面考虑是很合理的。安全上：增强体刚度大，成桩质量好，复合地基承载力提高大，桩间土变形减少；经济上：桩体强度根据承载力可调，节省钢材，施工造价低；环保上：施工时增强体消耗部分粉煤灰，不会产生泥浆渣土；工期上：施工速度快，无辅助施工措施，工期短。本地区增强体桩一般选择桩径500 mm、桩长（设计长）23.0～25.0 m，桩间距1.6～1.8 m，面积置换率为6%～7%，充分体现了复合地基增强体“大桩距、大桩长、桩端做在好土上”的设计理念。该方案曾在地区内广泛应用，但施工中出现了下列工程事故：

（1）上部开挖断桩。由于基底为软土，地基土抗剪强度低，且有触变性，机械开挖后桩顶下2.0～3.0 m断桩80%以上，不得不后期进行“跑桩”及桩间土加固，严重影响质量及工期。

（2）扩径，增强体施工时采用长螺旋管内泵压混凝土施工工艺。由于桩体范围内为软土，抗剪强度低，且地基土含水量较大，极易造成扩径，桩体充盈系数达到1.5～1.7，导致造价大幅提高。

1.2 方案2：水泥粉煤灰碎石桩复合地基方案+短钢筋笼

该方案为防止基坑开挖造成断桩，上部采用加3.0～5.0 m短钢筋笼，提高上部桩体刚度，解决了断桩问题。但是此方案不能解决以下问题：

（1）桩体充盈系数过大。

（2）施工条件上，钢筋笼反插难度大，且不易到位。由于施工时机械行走对地基土强度有一定要求，软土地区上部一般有1层硬壳，要充分利用软土地区这一特点进行地表施工，然而基坑开挖后，施工对软土扰动，导致机械无法进场施工。

1.3 方案3：钢筋混凝土灌注桩

该方案应用较广。本地区一般采用潜水钻成孔施工工艺，施工时产生大量泥浆，设计桩径600 mm，桩间距2.0～2.4m，桩长36.0～40.0 m，钢筋含量60 kg/m3，施工前要进行试桩，工期较长。

1.4 方案4：多桩型复合地基方案

该方案采用长短桩增强体对地基进行处理。长增强体采用CFG桩体，桩端座在好土上，提高承载力，减少变形；短增强体采用干法水泥土搅拌桩体，加固上部软土地基，改良其物理力学特性。布桩时采用长桩插入短桩中，即4根搅拌桩中插入1根CFG桩。

施工搅拌桩后，再施工CFG桩，搅拌桩施工后对CFG桩周极软土进行加固，水泥水化后消耗掉软土内的水分，提高了桩周土的抗剪强度，提高了对CFG桩体的约束，解决了软土层内CFG桩体扩径问题。同时基坑开挖后，水泥土搅拌桩体强度一般达到2 MPa左右，保护了CFG桩体，基本无断桩现象。水泥土搅拌桩施工后，提高了地基承载力，减少了长桩复合地基承载力提高比（复合地基承载力与基底天然地基承载力比一般为3～4，充分利用桩间土的承载力，也是复合地基特点）。设计参数：一般水泥土搅拌桩桩径500 mm，间距1.0 m左右，桩长加固基底下极软土，8.0～9.0 m；长桩CFG桩选择桩径500 mm，桩长（设计长）23.0～25.0 m，桩间距2.0 m左右，在保证承载力及变形条件下根据搅拌桩桩间距进行调整。

2 地基处理方案比选

对上述4个方案，从安全、造价、环保、工期等分别进行对比，选定方案。方案1：CFG桩径0.5 m、桩长25 m、桩间距1.6 m，充盈系数1.5。方案2：CFG桩径0.5 m、桩长25 m、桩间距1.6 m，充盈系数1.5。钢筋笼取5 m，6φ16 mm主筋。方案3：混凝土灌注桩桩径0.6 m、桩长40 m、桩间距2.0 m。方案4：CFG桩径0.5 m、桩长25 m、桩间距2.0 m，充盈系数1.0。短桩水泥土搅拌桩桩长9.0 m、桩径0.5 m，掺入比13%。

根据以上方案，从造价、环保、工期、设计要求承载力及变形比选，方案4具有性价比高之优点，为可选方案。

3 地基处理方案的设计计算

实例开发小区共计14栋楼，本次以7号楼为例进行设计。方案设计时，采用双复合地基进行计算，长桩为CFG桩增强体，处理上部软土采用水泥土搅拌桩增强体。首先施工水泥土搅拌桩处理上部软土，待水泥土搅拌桩强度达到70%后施工长桩。根据工程地质资料，上部第③层淤泥质黏土厚度约5.0 m，其下部有砂层，短桩增强体以该层为持力层进行设计；长桩增强体以第⑧层粉砂为桩端持力层进行设计。

3.1 设计要求

7号楼为18层，要求处理后复合地基承载力特征值≥300 kPa，最终沉降要求≤50 mm。

3.2 承载力计算

双复合地基计算根据地区及地层条件，进行复合。本工程是由天然地基与水泥土搅拌桩增强体复合形成复合地基，视为等效天然地基，其承载力特征值为fspk2；将等效天然地基和长桩CFG桩增强体复合形成复合地基，其承载力特征值为fspk1，求得复合地基承载力即多桩型复合地基承载力fspk。

本工程计算为保证软土地区变形控制，在实际计算时短桩增强体复合地基下长桩到桩端的ξ2采用fspk1与fspk2比值作为压缩模量的提高系数。

（1）水泥土搅拌桩复合地基。设计参数为：基础埋深4.14 m，桩间距1.0 m、桩径0.5 m、桩长11.0 m，水泥掺合比13%。单桩承载力特征值(取小值)：

式中：η———桩身强度折减系数，为0.2～0.25；

αp2———桩端天然土承载力折减系数，为0.5；

β2———桩间土承载力折减系数，为0.1～0.4；

fak———桩间天然土承载力特征值，为70 MPa；

m2———面积置换率，为0.196；

fcu———桩身水泥土无侧限抗压强度标准值，为0.3～2.0 MPa；

qp———桩端阻力，为20 kPa（由于第⑥层粉砂局部较薄，地基承载力降低按下卧层取值）。

计算结果：由式（1）得Ra2=248.65 kN；由式（2）得Ra2=η×fcu× Ap（桩身强度制）=0.3×2 000×0.196 25=117.75 kPa。单桩承载力特征值(取小值)Ra2=117 kPa。

复合地基承载力特征值fspk2=139.36 kPa，取为139 kPa。

（2）CFG桩长桩增强体复合地基。设计参数：

基础埋深4.14 m，桩间距2.0 m、桩径0.5 m、桩长20.0 m。

计算结果：Ra1=λ×871.57=784.41（λ：单桩承载力发挥系数0.9）；fspk1=307 kPa≥300 kPa，满足设计要求。

4 地基处理方案检测检验及变形观测

按上述方案施工后，增强体达到期龄后进行了增强体及多桩型复合地基载荷试验及增强体桩身完整性检测；基坑开挖施工到地上1层后进行变形观测。

4.1 承载力检测

经对水泥土搅拌桩增强体、CFG桩增强体及多桩型复合地基进行载荷试验及桩体完整性检测，复合地基计算均满足要求。

（1）水泥土搅拌桩增强体检测。对水泥土搅拌桩抽取3组进行单桩承载力载荷试验，最大荷载Q加至234 kN，沉降量S为35.73～37.80 mm，检测合格。桩身完整性检测为1类桩，满足桩身完整性要求。

（2）CFG桩增强体检测。对CFG桩抽取3组进行单桩承载力载荷试验，最大荷载Q加至1 568 kN，沉降量S为35.29～39.70 mm，检测合格。桩身完整性检测为1类桩，满足桩身完整性要求。从检测结果中可见，在桩顶下7.0 m（地面下11.0 m）左右有扩径现象。

（3）复合地基承载力检测。对多桩型复合地基选取3组进行复合地基承载力载荷试验，最大荷载Q加至600 kN，沉降量S为32.65~35.87 mm，检测合格。

4.2 变形观测

（1）各观测点沉降值对比。观测时间从2013年10月26日~ 2014年5月3日，对建筑物12个观测点进行观测。

从变形观测记录可见，建筑物各点基本为均匀沉降，最大沉降量18.8 mm（根据地方经验，封顶后沉降完成80%），小于计算建筑物最大平均沉降量50mm，满足设计要求。

从计算可得出实测计算沉降系数平均值为0.11。

5 结语

（1）从检测试验及变形观测的数据说明，本地基处理方案是合理可行的。

（2）从CFG桩体小应变检测结果可知，波速曲线反应在桩顶下7.0 m（地面下11.0 m）左右有扩径现象；从地层剖面对应位置为第④层粉砂层下软塑黏性土层中，可得出上部软土经水泥土搅拌桩处理后在改良软土的同时，解决了施工CFG桩扩径增大混凝土充盈系数问题，达到设计预期效果，方案是合理的。

（3）从沉降观测数据结果可知，对上部软土进行加强处理后与CFG桩复合，建筑物实际沉降值较小，封顶后＜20 mm。从对其他楼的观测记录反演，本施工区内沉降经验系数为0.20～0.25。

（4）软土地区高层建筑物进行多桩型复合地基设计，由于上部往往为很厚的淤泥及淤泥质土，复合地基要求处理承载力较高，与天然地基承载力值比一般＞4。计算时先进行上部软土处理后与CFG桩进行复合计算较为合理，同时考虑到CFG桩处理深度内为软土，实际计算时从基底应力状况考虑，短桩下复合地基模量提高系数采用复合地基计算值与一次复合等效地基复合地基承载力的比值较为合理。

（5）从近几年软土地区复合地基设计及施工状况看，该多桩型复合地基处理方案在这一地区具有适用性及经济性，值得借鉴和推广。

[1]JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范 ［S］.

TU4[文献码]B

1000-405X（2015）-10-365-2