双桩组合法在湿陷性黄土地基处理中的应用研究

高 哲，王盼飞，陈二松

（中冀建勘集团有限公司，河北石家庄 050000）

1 项目概述

1.1 工程概况

石家庄某药业有限公司拟建新药研发基地项目包括中试车间、综合车间、倒班楼、危化品库、门卫及地下污水处理等建（构）筑物。其中拟建项目的综合车间设计为地上6层，筏板基础，框架结构。

1.2 地质概况

在项目实际勘察范围内，揭露地层组成为第四系冲洪积成的黄土状土、粉土、粘性土及砂层。按照岩性和物理力学性质的不同从上至下划分为①1层素填土～①层黄土状粉土～②层黄土状粉土～③层黄土状粉土～④层粉土～⑤层粉土～⑤1层细砂～⑥层粉土～⑦层细砂～⑧层粉土～⑧1层细砂～⑨层粉质粘土～⑨1层细砂～⑩层粉质粘土10个工程地质单元大层。

1.2.1 地基土湿陷性情况

依据勘察报告可知，对TJ1#、TJ2#、TJ3#探井中采取的21 个土试样进行了浸水固结试验，根据湿陷性试验结果，有10件土样的湿陷系数均大于0.015，位于①层、②层、③层黄土状粉土中。根据《湿陷性黄土地区建筑标准》（GB50025-2018）有关条款，①层、②层、③层黄土状粉土具有不均匀湿陷性，①层黄土状粉土湿陷系数为为0.017，湿陷起始压力为173kPa，②层黄土状粉土湿陷系数为0.028～0.032，湿陷起始压力为55～95kPa，③层黄土状粉土湿陷系数为0.028～0.042，湿陷起始压力为132～164kPa，湿陷性土层最大厚度为7.4m。拟建综合车间、中试车间、倒班楼，基底标高为-2.00m，计算得到的湿陷量为133.40mm（TJ1#）、119.52mm（TJ2#）、190.80mm（TJ3#）。根据区域地质资料，场地属非自重湿陷性场地。场地土湿陷程度为轻微—强烈，湿陷等级为Ⅰ级。

勘察期间未发现地下水位，根据区域水文地质资料，场地地下水埋深在40.0m以下，由于地下水埋藏较深，可不考虑地下水对地基基础结构及施工的影响。

1.2.2 天然地基承载力评价

对于拟建综合车间、中试车间、倒班楼，基底标高按-2.00m考虑，地基承载力修正按①层黄土状粉土计算，按《湿陷性黄土地区建筑标准》（GB50025-2018）第5.6.5条进行修正，式中取120kPa，取0，取1.00，取18.4kN/m3，取18.0kN/m3，取1.5m，计算得120.0kPa。拟建建（构）筑物基底压力≈180～250kPa，修正后的天然地基承载力不能满足设计要求。

2 湿陷性黄土地基处理设计

2.1 地基处理设计原则

建（构）筑物的用途、平面布置形式、上部结构类型以及安全等级是基础设计重要的参照标准。在此基础上，需根据建设单位的预算和工期来选择性价比最高的地基处理方案。地基处理设计必须满足以下三点要求：①地基如有湿陷性必须在消除湿陷性基础上满足地基承载力要求。②满足建（构）筑物地基变形计算要求。③满足建（构）筑物安全稳定性验算要求。

2.2 地基处理设计思路

拟建综合车间，基底压力大，修正后的天然地基承载力不能满足设计要求，且基底下土层具有湿陷性，需进行处理。根据地区建筑经验，采用双桩组合处理法作为地基处理设计方案。由于①层、②层、③层黄土状粉土具有湿陷性，先进行素土挤密桩法以处理湿陷并初步提高地基承载力后，再采用素混凝土桩两种方案组合使用，以再次提高承载力并控制沉降量。素混凝土桩复合地基建议以⑦层细砂作为桩端持力层，桩端进入持力层深度应不小于1.0 倍桩径。按场地各层地基土的物理力学性质指标，根据《长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基技术规程》（DB13（J）/T123-2011）确定桩的极限侧阻力标准值qsik和极限端阻力标准值qpk如下，见表1。

表1 素混凝土桩复合地基设计参数表

2.3 湿陷性黄土地基处理设计细则

综合车间设计为地上8层，筏板基础，框架结构，地基加固方案采取素土挤密桩和素混凝土桩组合的方法。利用素土挤密桩来消除黄土地基的湿陷性，利用素混凝土桩来提高地基承载能力。根据设计要求，采用双桩组合法处理后的地基承载力数值需大于250kPa，单桩承载力特征值不小于500kN。

（1）素土挤密桩设计参数。综合车间基底相对标高为-2.0m，施工时预留0.5m的松动层，土方开挖至相对标高-1.5m后开始进行素土挤密桩施工。素土挤密桩桩径为600mm，按照三角形布桩，桩间距为2.0m×2.0m，局部调整，设计有效桩长10m。

（2）素混凝土桩设计参数。综合车间基底相对标高为-2.0m，施工预留0.5m的保护桩头，同样在相对标高-1.5m处进行素混凝土桩施工。素混凝土桩桩径设计为400mm，按照矩形布桩，桩间距为2.0m×2.0m，局部调整，设计有效桩长15m，混凝土采用C25的商品混凝土。

（3）双桩组合法复合地基单桩承载力和复合地基承载力验算。单桩承载力特征值计算公式如下：

式中：qp——极限端阻力特征值，kPa；

Ap——桩截面的面积，m2；

Up——桩身的周长，m；

qsi——极限侧阻力，kPa；

αp——桩端阻力发挥系数，取1.0；

Li——不同土层内的桩长，m。

经过计算可知，素混凝土桩单桩承载力特征值为740.55kN，设计取值500kN。当商品混凝土为C25 时，其fcu值为25MPa，根据桩体强度确定单桩承载力特征值公式：fcu≥4λRa/Ap（λ为单桩承载力发挥系数，取0.9），将相关数值代入上述不等式，结果不等式成立，说明单桩承载力满足设计要求。复合地基承载力特征值计算公式如下：

式中：λ、Ap、Ra——与公式（1）相同；

β——桩间土发挥系数；

fak——桩间土天然承载力特征值。

代入相关参数进行计算后可知复合地基承载力特征值为346kPa，大于复合地基承载力设计值250kPa，符合设计要求。

3 湿陷性黄土地基处理质量控制要求

素土挤密桩质量控制：挤密桩成孔到设计深度后，需采用重锤夯实孔底后再进行填料。成孔过程严格执行跳打制度，成孔后第一时间进行回填夯实。素土挤密桩施工完毕后再进行素混凝土桩施工。

素混凝土桩质量控制：素混凝土桩成孔采用长螺旋钻机，地泵泵压时控制混凝土坍落度在180～220mm之间；长螺旋钻机钻至设计孔深后不要立即提钻，要设定钻杆入土深度不变继续空转5s 左右，目的是清理孔底沉渣，之后缓慢提钻并泵送混凝土，要掌握好提钻和混凝土泵送的节奏。当提钻过程遇到饱和粉土层或者是饱和砂层时，要放慢提钻速度。施工过程如遇到桩间距局部调整的桩位，可以采取跳打原则进行处理。素混凝土桩时候完毕后，桩身养护完毕后开始进行桩头清理工作，复合地基承载力检测合格后在有效桩顶位置虚铺30cm 褥垫层，褥垫层采用5～15mm 级配碎石，铺设过程必须配合平板振动器的振捣，确保夯填度小于0.9，夯实后的褥垫层厚度小于20cm。

4 湿陷性黄土地基处理质量检测

4.1 黄土地基湿陷性土工试验结果分析

素土挤密桩施工结束后在场地内随机选取15个挤密桩桩间土取土点，利用勘探钻机在挤密桩处理影响范围内从上至下每隔1.0m 取原状土样进行湿陷性土工试验。依据《湿陷性黄土地区建筑标准》（GB50025-2018）有关条款，并参考河北省《湿陷性黄土地区夯扩挤密桩技术规程》（DB 13(J)/T138-2012）中对挤密桩桩间土的检测要求，综合得出15个挤密桩桩间土取土点土样的湿陷性系数均小于0.015，按照相关规范要求，该项目的湿陷性全部消除。说明本项目采用素土挤密桩可以很好地消除黄土地基的湿陷性，满足了设计要求。

4.2 单桩竖向承载力和复合地基承载力检测结果

单桩竖向承载力和复合地基承载力检测均采用慢速维持荷载法。单桩竖向承载力检测时的荷载，除了第一级荷载为后续每一级荷载的二倍以外，其余每一级加压荷载为试验最大荷载的1/10，连续出现两次加压1h 沉降量不超过0.lmm，即可进行下一级加压试验。复合地基承载力检测时，每一级加压荷载均为最大试验荷载的1/8～1/12,连续出现两次加压1h沉降量不超过0.1mm，即可进行下一级加压试验。检测结果如表2所示。

依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)第C.0.10 的有关规定，从表2 中可知，试验桩的单桩竖向承载力均大于1000kN，依据建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)第C.0.11，可知单桩承载力特征值大于500kN，符合设计要求。复合地基承载力实验中的最大荷载是设计荷载的2倍且误差不超过2%，根据根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)可知，该项目复合地基竖向抗压承载力符合设计要求。

表2 单桩及复合静载试验检测结果汇总

5 结语

素土挤密桩可以很好地消除黄土地基湿陷性，但是其承载能力有效，再配合素混凝土桩进行地基处理，形成的复合地基可以较大程度地提高地基承载能力。可见，双桩组合法是处理湿陷性黄土地基的优选方案。但不同的项目地层情况存在一定的差异，需根据不同项目地层情况和施工经验来准确确定符合项目本身要求的设计参数，才能确保处理后的地基承载力符合要求。