刚性桩复合地基在卵石层场地中的应用

陈 霞

(山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西 阳泉 045000)

1 概述

刚性桩复合地基中的桩体一般采用钢筋混凝土桩、素混凝土桩、水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)、钢管桩、二灰混凝土桩、预应力管桩等刚性桩。刚性桩复合地基适用于各类工程。它适用于处理粘性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基，对于卵石层的应用受到很多的限制，尤其卵石粒径大时，无法成孔施工。其中CFG桩复合地基由于其桩体材料成本大幅度低于桩基，其在地基基础领域发展较为迅速。CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小，并具有较大的适用范围，施工简单、造价低等特点。素混凝土桩也常用于抢工期的地基处理施工中。

2 刚性桩复合地基的设计

刚性桩的成桩工艺可采用非挤土成桩和部分挤土成桩工艺，当桩体穿过厚层软弱土时，如采用挤土成桩工艺，柱距过小或产生明显的挤土效应，容易引起周围环境变化，且容易产生桩挤断、偏位等情况，影响复合地基的承载性能。因此要严格按规范控制桩距。桩间距可采用3倍～5倍的桩径,采用长螺旋中心压灌成桩时，宜采用大直径及大桩距。刚性桩复合地基中改变桩径、桩长及桩距的大小，可调整复合地基的承载力。

根据复合地基的单桩竖向抗压承载力计算公式可知，桩径增大，其他条件不变的情况下，单桩承载力会大幅度提高；同理，桩长增加，进入更高强度桩端持力层，也能大幅度提高单桩承载力。对于建筑物持力层下伏存在大厚度密实卵石层的场地，设计时采用增大桩径，来提高单桩承载力。

根据该公式可知，单桩承载力增大后，针对同一建筑，其置换率降低。从而可考虑增大桩间距，尽可能增大桩间距至5倍桩径，桩间距增大后，可充分发挥桩间土的作用[1]，故桩间土承载力的发挥系数可以达到最大，提高复合地基承载力。

fsp,k=mRa/Ap+β(1-m)fs,k。

由于复合地基承载力和桩间土、单桩承载力、置换率均有关系，设计过程中一定要考虑它们之间的协调作用，在满足设计要求承载力的前提下，保证基底施工桩的总数的最优，提高工作效率，从而做到最优化设计。

3 工程实例

3.1 工程概况

阳泉煤业集团新景矿洗煤厂封闭储煤仓工程,场地位于现有洗煤厂场区，紧邻307国道,交通便利。拟建封闭储煤仓为一层钢筋混凝土网壳结构，±0.000 m相当于绝对标高796.00 m，拟采用钢筋混凝土独立基础，基础埋深分别为-2.3 m,-3.5 m,-4.5 m(自±0.000 m起算)，相当于绝对标高793.70 m,792.50 m,791.50 m，封闭储煤场柱距8 m，跨度最大119 m，下部为钢筋混凝土挡煤墙。钢筋混凝土挡煤墙，地面以上6 m高，埋深3.5 m，总长度为415 m，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400，内外墙面均为水泥砂浆抹面。地面6 m以上为网壳结构。

本工程基础北侧、南侧、西侧、东侧采用钢筋混凝土独立基础，独立基础埋深为3.5 m，基础断面为5.0 m×7.2 m，地基承载力特征值按260 kPa设计。南侧局部桩基础直径为3.4 m，桩长按10 m考虑，基底必须位于砂卵石层或岩石层上，极限端阻力标准值预估为5 000 kPa。

根据《阳泉煤业集团新景矿洗煤厂封闭储煤仓工程岩土工程勘察报告》，场西南侧回填卵石层较厚,西南侧基底下砂土层承载力特征值仅为180 kPa。因此采用天然地基不满足设计要求，应进行地基处理。故本次设计为封闭储煤仓西南侧地基处理。

3.2 场地工程地质条件

3.2.1地形、地貌特征

拟建场地地形较为平坦，整体呈西高东低，北高南低；场地地貌单元为桃河一级阶地地貌单元。

3.2.2地基土构成及岩性特征

对场地地基土按沉积年代和其物理力学性质进行划分，场地地层由新至老依次分别描述如下：

本次勘察查明，场区边坡出露及钻孔所达深度范围内，场地岩土层为第四系中～晚更新世的厚层黄土，二叠系上石盒子组下部；第四纪堆积物不整合覆盖于基岩面之上。

勘察深度范围内各钻孔均未揭露地下水,不考虑地下水对工程的影响。

3.3 地震

根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范附录A“我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组”，阳泉地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组。场地土类型为中硬土,建筑场地类别为Ⅱ类。

3.4 地基处理设计

为保证经济合理,安全可靠，加上工期要求时间紧，经过方案对比采选,采用素混凝土桩法处理地基。

桩体材料采用C25素混凝土。砂土部分可采用机械洛阳铲成孔，卵石区段采用旋挖钻机成孔，桩径600 m，矩形布置。中部地道区域需根据现场情况进行加密加长，开挖后按现场实际情况改变施工工艺。

3.4.1素混凝土桩设计

3.4.2施工

1)基坑开挖至基底标高以上100 mm，再进行素混凝土桩开挖。

2)灌注混凝土施工坍落度为160 mm～200 mm。采用导管法灌注。为保证桩头混凝土质量，施工时应在桩头上部超灌不少于500 mm混凝土。桩孔内材料填料量，应通过现场试验确定，成桩充盈系数不少于1.25。桩位定位偏差不超过50 mm，桩身垂直度偏差不超过1%。桩施工完毕后，清土和截桩采用人工剔除，截掉桩头至基底下400 mm，不得造成桩顶标高下桩身断裂或桩间土扰动。碎石垫层厚300 mm，采用人工级配碎石垫层夯填度(夯实后的厚度与虚铺厚度的比值)不大于0.90。褥垫层铺设采用静力压实法，垫层应扩出基础边缘300 mm。碎石垫层对基底的摩擦系数参考值为0.4。

由于实际施工中，局部卵石层粒径较大，调整为桩径800 mm，桩间距2.50 m。施工速度大幅提高，施工质量也得到了保障。

工程完工后，按规定时间进行竣工质量检验，试验结果如表1所示。

表1 试验结果

实验结果表明，单桩复合地基承载力均满足设计要求，低应变检测未发现Ⅲ，Ⅳ类桩。

4 结语

通过本工程,再次验证刚性桩复合地基在卵石层场地中需要考虑桩径、桩长、桩间距之间的协调作用，让建筑物基础底部施工的总桩数要达到最优化。这样的话，总桩数减少，在卵石层中的进尺就会减少，大幅地提高施工效率。在卵石层中施工刚性桩符合地级市一定要有最优化设计的理念。

刚性桩复合地基具有施工操作简便,造价低,无泥浆污染,无噪声污染等特点。能有效利用桩间土发挥作用，提高地基承载力，达到地基处理的目的。

刚性桩复合地基的桩在大面积施工前应通过试桩验证设计参数的合理性及工艺适宜性，并根据试桩结果进行方案调整。还需要注意桩在施工中及施工后的沉降量，以保证设计桩顶标高及建筑物竣工后首层地面标高的正确设定。

[1] 龚晓南.地基处理手册[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 龚晓南.地基处理技术发展与展望[M].北京:中国水利水电出版社,2004.

[3] JGJ 79—2012,建筑地基处理技术规范[S].

[4] JGB/T 50783—2012,复合地基技术规范[S].