水利工程中不同种组合多桩型复合地基的应用

杨飞鹏 张志霞

（西安市水利规划勘测设计院 陕西西安 710054）

0 引言

水利工程大部分建在地质条件复杂的河流地带，河道基础基本上为软弱地基，修建水工建筑物时需对软弱地基进行处理。常见的地基处理方法有换填法、置换法、排水固结法、灌浆法、振密（挤密）法等，根据不同地质条件选择合适的处理方法[1-3]。复合地基是采用两种以上类型的地基处理方法进行地基处理，从而快速、高效地达到提高地基承载力、减少变形的要求，而多桩型复合地基以其适应性广及可靠性好而得到了迅速地发展，适用于处理不同深度存在相对硬层的正常固结土，或浅层存在欠固结土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土，以及地基承载力和变形要求较高的地基，为地基处理的发展带来了重要的影响[3][4]。

1 地基处理方法

1.1 常见的复合地基方法

越来越多的复合地基处理方法在实际工程中广泛的应用，而且也取得了良好的效果[5]。常见的复合地基方式有：砂石桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基、夯实水泥土桩复合地基、水泥土搅拌桩复合地基、旋喷桩复合地基以及多桩型复合地基等方式。但是由于地质条件复杂，有时候地层分布不均匀，有固结土层、欠固结土层、湿陷性土层、液化土层等分布，故按照单一桩型形成的复合地基，有时难以满足工程安全性能及投资控制需求。复合地基根据成桩增强体的材料性质可以分为散体材料桩（比如砂石桩）和具有粘结强度的桩（如水泥土搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩），散体材料桩无粘结强度、无抗拉、无抗弯能力，有一定抗压和抗剪能力；具有粘结强度的桩具有一定抗压、抗剪能力，有一定的抗拉能力和抗弯能力。因此采用多桩型复合地基，可在一定程度上扬长避短，相对单一桩型复合地基具有一定的优势，更能实现“方案可行、安全可靠、经济性好、工期可控”。

1.2 常见的多桩型复合地基方法

多桩型复合地基是在单一桩型复合地基的技术基础上发展成型的，虽然在实际工程中也逐渐得到重视和应用，但到目前为止，相关的理论研究还不够完善，还不能完全满足工程实践的需求，分析计算方式也较不完善。

多桩型复合地基常采用长短桩组合、浅部处理和长桩组合、以及遇到特殊土层采用针对性较强的桩体与普通桩组合的方式。布桩方式采用正方形、长方形、三角形等，桩顶设置褥垫层，可分配桩与桩间土承担上部荷载的比例。主要利用各桩型优点达到提高基底软土承载力的目的，柔性桩利用其经济性优势，固化表层软土，提高淤泥质土压缩模量；刚性桩利用强度和长度优势，使基础间接坐落于底部承载力较高土层，提高加固土层压缩模量，减小上部建筑沉降量；浅部采用预压、压实、挤密等方法处理浅层地基，减小压缩性及沉降量。

1）砂（碎）石桩与水泥土搅拌桩组成多桩型复合地基。砂石桩可处理液化土层，结合具有粘结强度的水泥土搅拌桩进行地基处理，在桩顶采用砂石褥垫层，厚度为较大桩体直径的1/2。国内已在山东省引黄济青工程渠首扬水泵站—打渔张泵站、西安市清河郭靳路桥液压坝等工程采用此种复合地基，见图1。

图1 碎石桩与水泥土搅拌桩多桩型复合地基示意图

2）水泥土搅拌桩和预应力管桩或水泥粉煤灰碎石桩（CFG）组成多桩型复合地基。预应力管桩和CFG桩为高强度桩，主要作为持力基础；水泥土搅拌桩造价较低，可固化表层淤泥软土，提高承载力，减少沉降。国内已在芜湖市广福电力排灌站等工程采用此种复合地基，见图2。

图2 水泥土搅拌桩与预应力管桩（或CFG 桩）多桩型复合地基示意图

3）浅部夯实和长桩组合复合地基，对浅部存在软土、工程性能差的土层进行夯实或挤密处理，使浅层地基加固，减少沉降，然后采用一定强度的长桩进行加固地基，使浅部和深层地基形成稳定的复合地基，提高承载力，见图3。

图3 刚性长桩与浅部处理方式多桩型复合地基示意图

1.3 多桩型复合地基计算方法

多桩型复合地基承载力特征值初步设计时，可采用《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中公式估算：

1）对具有粘结强度的两种桩组合形成的多桩型复合地基承载力特征值：

式中：m1、m2——桩1、桩2 的面积置换率（将具有粘结强度的水泥土搅拌桩作为桩1，将散体材料的沉管碎石挤密桩作为桩2）；

λ1、λ2——桩1、桩2 的单桩承载力发挥系数；

Ra1、Ra2——桩1、桩2 的单桩承载力特征值，kN；

Ap1、Ap2——桩1、桩2 的截面面积，m2；

β——仅由散体材料桩加固处理形成的复合地基承载力发挥系数，无经验时可取0.9～1.0；

fsk——处理后复合地基桩间土承载力特征值，kPa；

2）对具有粘接强度的桩和散体材料桩组合形成

的复合地基承载力特征值：

式中：β——仅由散体材料桩加固处理形成的复合地基承载力发挥系数；

n——仅由散体材料桩加固处理形成的复合地基的桩土应力比；

fsk——仅由散体材料桩加固处理后桩间土承载力特征值，kPa；

经检验计算，《工程地质手册》[2]第五版中公式（8-5-92）有误。

3）面积置换率m1、m2

按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中7.9.7 章节描述，矩形和三角形布置桩的面积置换率计算均按公式（3）：

S1、S2——分别为纵、横方向相邻两桩之间距离；

根据经验，有时实际现场地质和施工条件比较复杂，不能完全按照规范中的矩形或三角形布置，则若没有按照矩形或者三角形布置桩时，面积置换率依然按照7.1.5 章节计算公式：

式中：d——桩身平均直径，m；

de——根桩分担的处理地基面积的等效圆直径。

1.4 复合地基检验

按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中7.9.11 对多桩型复合地基的质量检验规定，采用静载荷试验确定其地基承载力，检验数量不得少于总桩数量的1%，同时对散体材料的桩施工质量检验，检验数量不少于其总桩数的2%，对具有粘结强度的桩完整性检验，数量不少于其总桩数的10%[1][6]。

2 结论与建议

1）多桩型复合地基处理水利工程的软弱地基具有其独特优势，可根据不同软弱地基选择针对性强的桩处理方式，节省时间、投资，增加处理效率。

2）在进行多桩型复合地基施工时，需考虑后施工的桩施工时对已施工的桩的影响，若有破坏或影响已施工桩的质量，则对整个复合地基承载力会有较严重的影响，需进行重新评估，因此设计多桩型复合地基时，需合理布置两种桩的位置及尺寸。

3）多桩型复合地基还需进一步在实践中验证，为设计提供参考依据，复合地基承载力检验时需严格按照规范执行，同时应加强后期沉降观测，保证工程安全。