刚柔复合桩处理大厚度湿陷性黄土地基实例分析

李鸿玮

（甘肃第五建设集团公司，甘肃 天水 741000）

0 引言

甘肃天水地处湿陷性黄土地区，目前随着城市化进程步伐的加快，可用土地资源越来越少，建设用地由河漫滩低阶地逐步向高阶地拓展，而高阶地湿陷性黄土层较厚，可靠持力层埋藏较深，在此地基上建造高层建筑，地基处理一方面需要全部或大部分消除地基土的湿陷性，另一方面要使处理后的地基具有足够高的承载能力，以满足高层建筑对地基性能的要求。仅靠以往采用桩基直接穿过湿陷性黄土层，使桩尖进入可靠持力层（如砂卵石层，泥岩层等）的方法，对于大厚度黄土地基此方法因造价昂贵，变得越来越不大可能。因此，在现有地基处理方法的基础上，能否试验研究一种在大厚度湿陷性黄土地基，既安全可靠又经济适用的地基处理方法，是工程技术人员需要解决的一个课题。

本文针对以上问题，首次提出采用“灰土桩+CFG桩”复合地基处理的解决方案，并通过现场试验区进行了试验研究，取得了该地基处理方法的施工参数和技术指标，最终用于工程实践。该地基处理方法的成功应用，对同类地区地基处理设计施工具有一定的参考价值，推广应用前景广阔。

1 工程概况

某拆迁安置住宅小区，占地245亩，规划设计建造25栋11～17层的高层住宅楼，总建筑面积22.6万m2，剪力墙结构，筏板基础，地下室及车库底板埋深7.0 m。

2 场地工程地质条件

据场地岩土工程勘察报告所示，建设场地位于藉河南岸Ⅲ级阶地上，属第四系Ⅳ级自重湿陷性黄土场地，根据岩土性质土层自上而下分布为：

粉质粘土①：黄褐色，土质均匀，天然含水率在11%～22%之间，呈硬塑至可塑状态，稍密。土层厚度19～21m。该土层具有湿陷性，总湿陷量为1096.5mm，自重湿陷量为757.2 mm，承载力特征值为125 kPa。

粉质粘土②：黄褐色，土质均匀，天然含水率在22%～28.4%之间，呈可塑至软塑状态，无湿陷性。承载力特征值为125 kPa，土层厚度16.5～17.5 m。

圆砾③：色杂，成份以石英岩、花岗岩、砂岩为主。磨圆度一般，局部含有厚度0.3～1.2m的粉质粘土夹层，呈透镜体分布，本层厚度2.5～3.5m。承载力特征值为350 kPa。

泥岩④：新近系，灰绿色为主，泥质结构，层状构造。表层0.5～0.9 m为强风化层，分布普遍，层顶埋深42.1～45.5 m。承载力特征值为500 kPa。

地下水埋深约30 m，系潜水类。

3 地基处理方案

针对场地工程地质条件，结合建筑物特点，选择刚柔复合桩处理湿陷性黄土地基，即采用“灰土桩（柔性桩）+CFG桩（刚性桩）”复合地基。首先进行灰土挤密桩施工，消除地基土湿陷性，灰土挤密桩桩径0.4 m；桩长13 m（扣除基坑开挖深度7.0 m后，湿陷性土层厚度为12～1 3m）；桩间距0.9 m；正三角形布置。其优点是施工简单，造价低廉，以土治土，可减少基坑大量余土外运。缺点是处理后的地基承载力只能达到原地基土的2倍，即250 kPa左右，满足不了高层建筑对承载力的要求。灰土挤密桩施工完工15天后，再进行CFG桩的施工，用于提高地基承载力之目的用于消除地基湿陷性之目的，用于提高地基承载力之目。

4 施工

4.1 灰土桩施工

桩径0.4 m；桩长13 m；桩间距0.9 m；正三角形布置；灰土比例3∶7；4.5吨柴油打桩机钢管冲击孔成，机械夯填。灰土桩施工按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025—2004）要求进行。

4.2 CFG桩施工

待灰土桩施工完成15天后，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）要求进行。CFG桩施工参数：桩径0.4 m；桩长18m，桩间距1.8 m×1.559 m，矩形布置（CFG桩约占灰土桩的25%）；C15混凝土，长螺旋钻机成孔，泵送混凝土压力灌注。施工工艺为：钻机就位→稳定长螺旋钻机、双向校正→慢速钻进→复查钻杆垂直度→继续钻进→做好记录，测量孔深→达到设计桩底标高止→接通动力头上部高压胶管与预先准备好的灌注胶管→边压灌边逐步提拔钻杆→继续压灌、逐步提拔钻杆直至达到设计桩顶标高→停止压灌、将钻杆全部提出至钻头刚离开地面→停止动力头上升→清除孔口渣土→钻机移位。

5 试验检测

5.1 试验检测的内容及目的

1）3∶7 灰土和素土室内击实试验各一组，以确定灰土和素土最佳含水量和最大干密度，作为判定桩体灰土压实系数和桩间土挤密系数的标准。

2）实测桩体灰土和桩间土干密度各6组，用于判定桩体灰土压实系数和桩间土挤密系数是否达到规范要求，并以此间接判定地基土湿陷性是否消除。

3）CFG桩单桩竖向抗压静载荷试验前后，桩身完整性检测。以判定CFG桩桩身施工质量等。

4）CFG桩单桩竖向抗压静载荷试验3个（根），以确定CFG桩单桩竖向抗压承载力特征值。

5）“灰土桩+CFG桩”复合地基静载荷试验3个，以最终确定地基承载力特征值，能否满足工程要求。

5.2 试验检测方法

本次全部试验检测项目，其试验检测方法均按现行国家规范标准进行。

5.3 试验检测结果

1）3∶7 灰土室内击实试验结果表明，最佳含水率为23.2%，最大干密度为1.53 g/cm3，素土室内击实试验结果表明，最佳含水率为17.6%，最大干密度为 1.61 g/cm3。

2)实测6组桩体灰土干密度最小为1.49 g/cm3，最大为1.51 g/cm3，计算桩体灰土压实系数最小为0.974，最大为0.987，均不小于规范要求的0.97，桩体灰土质量符合要求。实测6组桩间土干密度最小为1.50 g/cm3，最大为1.52 g/cm3，计算桩间土挤密系数最小为0.932，最大为0.944，均不小于规范要求0.93。依据以往大量的试验统计资料表明，当桩间土干密度不小于1.50 g/cm3（或桩间土挤密系数不小于0.93）时，可判定地基土湿陷性已消除。同时也证明选取的施工参数桩间距0.9 m是适宜的，大于0.9 m湿陷性不能消除，小于0.9 m施工困难，第三遍桩难以打入和拔出。

3）对试验区CFG桩全数进行了低应变桩身完整性检测，结果表明全部为Ⅰ类桩。并对3根做完静载荷试验的CFG桩又进行了桩身完整性检测，结果为Ⅰ类桩。表明试验前后桩身质量完好。

4）对3根CFG桩进行了单桩竖向抗压静载荷试验，试验结果表明，3根试验桩竖向最大加荷量达到900 KN时，仍能达到相对稳定标准，总沉降量分别为9.41 mm、7.03 mm和6.16 mm，平7.53 mm，试验终止时尚未达到破坏荷载，将最大加荷量900 KN，视为单桩竖向抗压极限承载力，故CFG桩在自然含水量状态下单桩竖向抗压承载力特征值应评定为450 kN。

5）最后对“灰土桩+CFG桩”复合地基选取3个点进行了静载荷试验，采用1.8 m×1.559 m矩形承压板，面积2.806 m2，试验结果表明最大加荷量为700 kPa时，沉降仍能达到相对稳定标准，最大沉降量分别为8.91 mm，9.56 mm，10.42 mm，平均9.63 mm，由于试验终止时尚未达到破坏荷载，只能将最大加荷量700KPa除以安全系数2等于350 kPa，将350 kPa作为“灰土桩+CFG桩”复合地基承载力特征值。

6 经济分析

笔者用同一栋楼，采用机械成孔泥浆护壁灌注桩方案与采用“灰土桩+CFG桩”复合地基方案，对地基基础部分进行了建造成本对比分析，结果表明，前者比后者地基基础部分多支出成本每建筑平方米450元，采用后者整个小区建设（不包括地下车库）可节省投资5000多万元，经济效益显著。

7 结语

1）“灰土桩+CFG桩”复合地基在大厚度湿陷性黄土地区高层建筑中的成功应用，开辟了该地基处理方法在湿陷性黄土地区应用的先河。对同类地区地基处理设计施工具有一定的参考价值。

2）灰土桩复合地基是目前消除黄土地基湿陷性最成熟也是最有效的一种地基处理方法，其承载能力一般为原地基土的2倍。单纯的CFG桩复合地基通过调整施工参数即可获得理想的承载能力，两种方法有机结合，前者消除湿陷性，后者提高承载能力，起到了优势互补，强强联合的作用。对用于提高承载能力的CFG桩的施工参数，宜通过现场静载荷试验来确定。

3）“灰土桩+CFG桩”复合地基，因工艺简单，施工方便，绿色环保，造价低廉，社会经济效益显著，推广应用前景广阔。

4）开展对应用工程的持续跟踪观测，积累资料，进一步检验地基处理效果的可靠性。

[1]冯志焱.湿陷性黄土地基[M].北京：科学出版社.2009.

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[3]龚晓南等.地基处理手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.

[4]陕西省建筑科学研究院.GB50025-2004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2004.

[5]JG579-2012,建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2013.

[6]福建省建筑科学研究院.JG5340-2015,建筑地基检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2015.