对组合型复合地基在工程施工中的研究分析

　　摘要：组合型复合地基能发挥多种加固体的不同特性，减少应力集中和地基沉降，经济效益和社会效益显著，应用效果良好。本文结合工程实例，对组合型复合地基在工程施工中的应用，作了详细的分析研究。
　　关键词：复合地基；散体材料桩；半刚性桩；刚性桩
　　
　　1 组合型复合地基
　　组合型复合地基指一次地基处理中为达到不同的处理目的采用两种或两种以上的桩型的复合地基；又称为多元复合地基或多桩型复合地基。工程实践中采用两种桩型的较多，采用三种或三种以上桩型的较为少见，而这两种桩型可以是不同类别的，也可以是同一类别不同桩型。
　　1.1 散体材料桩
　　一般采用挤土成孔工艺，对地基土起到挤密与置换双重加固效果，并在地基土形成良好的排水渠道，可消除地基土的湿陷、液化等不良性质。但由于桩体位散体材料，其刚度与强度较小，传力性能差，单桩承载力较低，不能提供较高的复合地基承载力，其实质为改良天然地基。散体材料桩包括砂桩、碎石桩等。
　　1.2 刚性桩
　　刚性桩桩体具有较高的刚度与强度。它能有效地传递应力并充分利用深层良好地基土，具有很高的单桩承载力及复合地基承载力。但由于单桩承载力高，桩与土的刚度差异很大，桩体应力集中明显，桩间土承载力发挥程度较小，不能有效地利用天然地基土。同时，刚性桩成孔多采用排土成孔方法，对地基土的不良性质（如湿陷、液化等）不能起到改良效果，刚性桩包括钢筋混凝土桩、素混凝土桩、CFG桩等。
　　1.3 半刚性桩
　　半刚性桩桩体强度与刚度介于散体材料桩和刚性桩之间。它能有效地传递应力，充分利用和发挥桩间土的作用，并充分利用深层良好地基土，具有较高的单桩承载力及复合地基承载力。但同时桩体可产生一定量变形，桩与土的刚度差异较小，桩土应力比较小，桩间土承载力发挥程度较高，可有效地利用天然地基土。半刚性桩因其种类多、工艺全、适用范围广、经济等优点而应用最为广泛。半刚性桩包括水泥土桩、石灰桩、双灰桩等，其中以水泥土桩应用最为广泛。水泥土桩又包括深层搅拌桩、粉喷桩、高压旋喷桩、夯实水泥土桩等。
　　2 散体材料桩与刚性桩组合
　　采用刚性桩、散体材料桩、天然地基土及在基础底面与桩顶之间设置一定厚度的褥垫层的组合复合地基已在许多工程中得到尝试，且收到很好的效果。由此构成的复合地基有以下特点：
　　2.1 散体材料桩
　　首先施工散体材料桩，发挥散体材料桩的挤土效应，消除地基土的湿陷性、液化等不良地质作用和能够克服地基土高灵敏度给施工带来困难的优点；对桩间土起到缩短排水路径、加速固结的作用，解决了因刚性桩施工产生的地基土孔隙水压力难以消散、恢复周期长的矛盾。
　　2.2 刚性桩
　　刚性桩能有效地向地基纵深传递荷载，充分发挥复合地基的作用，且由于刚性桩的插入使散体材料桩的侧限约束作用得到增强，从而减少桩顶散粒部分的胀压变形，使其复合地基的承载力大幅提高，地基变形得以降低与控制，且可以使散体桩不用护桩，可减小基础外挑宽度，相应亦减少桩的数量，减小基槽开挖面积，降低挖土、回填范围。
　　2.3 褥垫层
　　基础底面与桩顶之间设置一定厚度的褥垫层，能解决刚性桩与散体材料桩的共同工作与变形协调。在建筑物荷载的作用下，通过褥垫层的流动补偿作用使之较为均匀地分布基底应力，然后作用于组合型复合地基上，充分利用桩土共同作用原理。
　　2.4 工程实例
　　2.4.1工程概况
　　某综合性建筑，楼高9~12层，框架结构，筏片基础，基础埋深－3.70m，设计要求地基承载力特征值为230kPa。场地地层分布及物理力学指标见表1，场区抗震设防烈度为7度，场地第③层粉土为液化土层，地基液化等级为中等，场地地下水稳定水位埋深在地面下2.5m左右，因采用降水方案，故不考虑地下水对地基处理设计及施工的影响。天然地基不能满足设计要求，采用素混凝土桩与碎石桩组合复合地基进行处理。
　　表1场地地层及物理力学指标

　　2.4.2在工程中应用
　　布桩如图一所示：碎石桩直径400mm，素混凝土桩直径400mm，采用等腰三角形布桩，行间距1.2m，列间距2.0m，桩长9.5m，桩端置于第⑤层粉细砂中。碎石桩采用振动沉管法施工，素混凝土桩采用长螺旋压灌素混凝土施工。两类桩相间分布，先施工碎石桩，后施工素混凝土桩。在基础底板垫层与桩之间铺设200mm厚的级配碎石垫层。
　　
　　2.4.3效果检测
　　施工完毕后，3~4周进行测试。对桩间土进行钻探原位测试，试验结果表明液化已消除，对碎石桩体做重型动力触探，结果表明碎石桩体密实。对素混凝土桩按20%进行基桩低应变动测试验，桩身质量完整，未发现有断桩、缩径等质量缺陷。另外随机做载荷试验，结果见表2，检测结果表明，单桩承载力较常规提高约20%~30%，复合地基承载力高，变形量小。
　　表2静力载荷试验结果
　　试验编号 实验类型 置换率/% 承载力物质特征值kPa 单桩承载力标准值KN 沉降（mm）
　　天然地基 天然地基  100  
　　碎石地基 单桩复合地基 5.23 150  
　　素混凝土桩 单桩 5.23  382 0.40
　　素混凝土桩与碎石桩 组合型复合地基  245  10.2
　　2.4.4组合复合地基的施工方法
　　组合型复合地基要达到预期的加固效果，需充分发挥两种桩型各自的优点，故采用合理的施工方法非常重要。首先进行碎石桩施工。碎石桩施工宜采用跳打方法进行，避免地基土产生隆起现象，以达到挤密地基土效果，从而使天然土的不良性质得以改善，同时为素混凝土桩提供高于天然地基土的侧摩阻力。之后再进行素混凝土桩施工，素混凝土桩宜采用排土成孔方法或压灌成桩工艺，以确保桩体结构完整性，提供较高的单桩承载力。
　　3 刚性桩与半刚性桩组合
　　刚性桩与半刚性桩的组合主要应用于高层建筑的地基处理中，因高层建筑荷载较大，要求地基承载力较高，在地基处理时要求采用桩体强度高的桩型，单独采用刚性桩虽能满足要求，但因桩土刚度比非常大，容易引起应力集中，不利于发挥桩间土的承载能力，地基的承载性能较差，同时造价较高，造成浪费。刚性桩与半刚性桩的组合可以调节复合地基的变形模量，达到了强度与变形的协调、经济和技术的有机统一，具有巨大的优越性。其中可分为两类：第一类为刚性桩起到提高承载力的主要作用，半刚性桩起降低成本、调节承载特性的辅助作用。第二类为半刚性桩，起提高承载力的主要作用。刚性桩布置在节点及荷载较大的承重墙下，达到减小沉降的目的，特别是对于深厚软土上的建筑物地基处理，减小沉降的效果显著。
　　3.1 工程概况
　　某高层住宅楼地上18层，地下1层，采用筏板基础，设计地基承载力特征值为410kPa，基础埋深5.0m，天然地基承载力特征值为150kPa，不能满足设计要求。
　　场地地层分布及物理力学指标见表3，场区抗震设防烈度为7度，场地地下水位埋深大于40m，采用素混凝土桩与夯实水泥土桩组合进行处理。
　　表3场地地层及屋里力学指标
　　工程特性地层 地层厚度/m 含水率/% C/kpa Ф/° 压缩模量/Mpa 承载力特征值/kPa
　　①杂填土 0.3~2.0     
　　②粉质粘土 0.5~2.5 21.5 33.0 22 6.0 120
　　③粉土 0.7~1.1 19.6 22.0 28 7.5 140
　　④粉质粘土 3.1~4.4 25.1 40.0 24 8.4 150
　　⑤粉土 2.1~3.2 15.5 20.0 31 10.0 160
　　⑥中砂 5.9~6.4    22.0 200
　　⑦粗砂 10.5~12.6    25.0 270
　　3.2 在工程中的应用
　　布桩如图2所示，素混凝土桩直径400mm，夯实水泥土桩直径400mm。采用正方形布桩，行间距0.9m。
　　
　　桩间距0.9m，桩长7.5m，桩端置于第⑦层中砂中。夯实水泥土桩采用机械洛阳铲成孔，机械夯实；素混凝土桩采用长螺旋钻机成孔，水下灌筑混凝土施工。两类桩相间分布，但在主要承重墙下均调整为素混凝土桩，先施工夯实水泥土桩，后施工素混凝土桩。在基础底板垫层与桩之间铺设200mm厚的褥垫层。施工后经检测承载力满足设计要求。
　　4 散体桩与半刚性桩组合
　　散体桩与半刚性桩的组合主要应用于多层建筑的具有特殊要求地基处理中。如具有湿陷性、液化等的地基，当单独采用散体桩不能满足承载力要求，而采用半刚性桩又无法消除其湿陷性或液化的情况下，可采用散体桩与半刚性桩的组合复合地基。
　　5 组合桩施工安全管理分析
　　为保证组合桩施工的顺利进行，应采取一定的安全措施：
　　（1）制定完善的安全生产责任制，对技术负责人、施工员、安全检查员等管理人员都有明确具体的安全职责，做到分工明确，各司其职，各负其责。
　　（2）坚持“安全第一，预防为主”的指导方针，加强对现场职工的安全教育工作，严格按图纸要求和施工规范组织施工，落实施工班前的安全交底制度，定期及不定期对施工现场进行检查，并实行动态安全管理，发现问题，及时整改，不留后患。
　　（3）制定各种组合桩专项施工方案，结合工程地质勘察报告分析可能出现的危险部位和施工过程，并针对可能出现的恶劣天气，制定相应的预警应急措施，使这些可能出现的危险部位和施工过程得到有效控制，保证工程的顺利进行。
　　6 结语
　　结合本文的分析，我们不难看出，组合型复合地基能发挥各种桩的特性、作到优势互补，各尽其能，达到技术与经济的统一。因此，它以其经济、快捷、加固效果显著等特点在地基基础施工中得到了广泛应用。但由于组合型复合地基的作用机理较为复杂。因此，还有待我们进一步分析研究。