多桩型复合地基处理湿陷性黄土工程实例

2017-07-05侯威锋

中华建设 2017年6期

关键词：试桩灰土陷性

侯威锋

多桩型复合地基处理湿陷性黄土工程实例

侯威锋

多桩型复合地基就是竖向增强体由两种或两种以上的桩体组成，它可由具有粘结强度的两种桩组成或由具有粘结强度的桩与散体材料桩组成。多桩型复合地基可很好的解决不良地基状况，满足工程对较高地基承载力的需要，且具有很好的经济效益。

一、工程概况及地基基础方案

三门峡某住宅楼位于三门峡市黄河西路北侧，原河南第二印染厂旧址上，北临规划建设西路。主楼为剪力墙结构，周边车库为框架结构，主楼地下室周边与地库连为一体。主楼地上32层，地下1层，标高正负0.000对应绝对高程为393.65。主楼基底平均压力540kPa，基础采用筏板基础，基础底标高-7.360m，地基基础设计等级为甲级。该楼总建筑面积约2.5万平方米。

1.场地地质条件

根据机械工业第四设计研究院提供的本工程的场地《岩土工程勘察报告书》，场地地貌单元属于黄河Ⅲ级阶地，分布的地基土主要为冲洪积作用形成的黄土状粉质粘土、粉土及砂卵石等，拟建场地属于自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级，自重湿陷性黄土最大深度为25.50米左右，主要湿陷土层存在于（2）～（9）层。

2.地基处理方案的选择

由于场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ（中等）～Ⅲ级（严重），按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），拟建建筑物不能直接采用天然地基，应当进行地基处理消除全部湿陷性，或者采用桩基础穿透全部湿陷性土层。采用桩基础时应扣除桩侧的负摩阻力，场地自重湿陷性土层25.5米，深度较大，单桩承载力的计算损失较多，若要满足上部荷载对承载力的要求，就要增加桩长和桩径。根据当地经验，此类场地土采用桩基础时先采用灰土挤密桩对地基土进行处理，以消除地基土的湿陷性，将桩侧的负摩擦力转化为正侧阻力，以此来解决单桩承载力消减的问题。采用传统的CFG桩复合地基处理该场地，同样需要先采用灰土挤密桩消除地基土的湿陷性。综合以上两种地基基础处理方案，灰土挤密桩+CFG桩组成的多桩型复合地基，无论从经济、施工速度、对周边环境的影响都有很大的优势。

3.灰土挤密桩施工方法确定

根据湿陷性黄土规范的要求，本工程灰土挤密桩的处理深度范围内要消除全部湿陷性，基底下需要处理的湿陷土层厚度约为19～21米。在现行的建筑地基处理技术规范中，灰土挤密桩可处理地基的深度为5～15米，而本工程的实际需要处理深度远超规范限值，采用常规的方法无法满足工程需求。针对这一情况，我们引入了孔内深层强夯法（DDC法）。为了验证运用DDC法进行灰土挤密桩施工的可行性，在场地内选择了10米X10米的一块区域进行试验性施工。经过反复调整桩径、桩间距及施工设备重锤的重量等，最后确定了灰土挤密桩的各项参数。灰土挤密桩按等腰三角形布置，桩间距为900mm，采用机械洛阳铲预成孔直径400mm，夯填成桩直径不小于610mm。施工过程中要控制桩体内压实系数不应小于0.97，桩间土挤密系数不小于0.9。试验完场后进行试桩，试桩的有效桩长24.50米，穿透了湿陷性土层，为了保证挤密效果，施工时采取了间隔跳打的施工方式。经过试桩的复合地基静载试验及地基桩间土湿陷性评价，按DDC法施工的灰土挤密桩处理后的湿陷性地基，桩长范围内的桩间土湿陷性全部消除，处理后的复合地基承载力达到了260kPa。

二、多桩型复合地基的设计和承载力计算

1.复合地基设计思路

通过试验性施工，灰土挤密桩预成孔直径400mm，成桩直径不小于610mm，桩间距900mm，三角形布置，采用DDC法施工，能很好的解决地基土的湿陷性问题。灰土挤密桩要超出基础每边不少于处理深度的一半，基础范围以外采用同基础内的布桩方式及桩长。最外布置两排挤密桩，桩间距600mm，主要防止地表或处理范围外的周边地下水浸入地基。所有挤密桩均要穿透湿陷性土层。CFG桩布置在灰土挤密桩的间隙里，CFG桩桩径600mm，桩间距1800mm，采用长螺旋钻成孔，桩身混凝土强度等级不小于C20。根据以往当地的经验，CFG桩的施工在灰土挤密桩施工完成半个月后进行。

本工程在桩顶和基础之间设置250mm厚级配砂石层（3∶7），其中碎石最大粒径不应大于30mm，褥垫层伸出基础边缘200mm，砂石褥垫层的夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不大于0.9。

2.单桩及复合承载力特征值估算

采用DDC法施工的灰土挤密桩，灰土挤密桩的截面面积为0.2920mm2，桩间距900mm，面积置换率为0.4167。复合地基承载力特征值fspk按建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）中公式7.1.5-1进行计算。复合地基桩图应力比按1.8取，经计算：fspk=266kPa。CFG桩的有效桩长21.0米，桩径600mm，桩间距1800mm，面积置换率为0.1008。根据地勘报告提供的土层参数，CFG桩单桩承载力特征值Ra（KN）按地基处理规范（JGJ79-2012）中公式7.1.5-3计算，经计算：Ra=1121KN。CFG桩为具有粘结强度的桩，灰土挤密桩为散体材料桩，多桩型复合地基承载力特征值fspk（kPa）按地基处理规范（JGJ79-2012）中公式7.9.6-2计算，经计算：fspk=581.8kPa。上部结构荷载在基底产生的压力为540 kPa，经估算该地基处理方案满足上部荷载的要求，设计思路是可行的。

三、现场静载试验及灰土挤密桩桩间土湿陷性评价

为了验证DDC法灰土挤密桩+CFG桩对该场地的处理效果到底如何，在现场进行了灰土挤密桩、CFG桩的单桩静载试验及组合型复合地基的静载试验。试验桩的桩顶标高为-7.800，有效桩长21.0米。

1.灰土挤密桩静载试验

在试桩区域选取三个点01、02、03作为试验对象，采用0.71m2的正方形承压板。桩端持力层为第10层黄土状粉土。最大加载为520kPa，均匀分8级。三个试点的累计沉降量分别为6.51mm、6.62mm、6.58mm。

2.CFG桩静载试验及组合型复合地基静载试验

选取试桩区域内的三根桩编号1#、2#、3#作为试验对象，CFG桩的有效桩长为21米，桩端持力层为第10层黄土状粉土，最大加载量为2240KN，均匀分为10级。三根桩的累计沉降量分别为5.76mm、7.22mm、10.17mm。组合型复合地基静载试验选取三个点，采用2.81m2的正方形承压板，最大加载量为1080kPa，三个点的累计沉降量分别为8.42mm、7.29mm、7.37mm。通过对试桩区域复合地基现场静载试验，处理后的地基承载力完全满足建筑物荷载的需求。

3.桩间土湿陷性评价

在试桩区域内共布置人工取土试样探井5个，在探井中采取原状土样96组。通过土工试验，在地基处理范围内，探井内桩间土的土样湿陷性已消除，自重湿陷系数均小于0.015。96个桩间土试样中，最小挤密系数小于0.9但大于0.85的有30个，其它均大于0.9，综合评定挤密系数部分满足设计要求。经分析出现上述情况的原因在于：1.施工原因：重锤落距达不到；2.施工时桩顶预留的覆土太少；3.处理后停止的时间较短。针对以上情况在现场又进行了调整型施工，试验结果全部达到设计要求。