多元复合地基在工程中的应用

　　【摘要】本文介绍了深层搅拌桩与石灰桩形成复合地基加固杂填土和软土的工程实例,地基承载力有明显提高（3倍），地基沉降控制在一定范围，取得较好的经济效益和社会效益。
　　【关键词】石灰桩，深层搅拌桩，复合地基
　　1 多元桩加固原理
　　⑴石灰桩加固杂填土机理
　　石灰桩加固杂填土和软土地基的物理作用主要是挤密作用、置换作用和排水固结作用。其次石灰与桩周土还可发生部分的化学作用。由于挤密和置换作用，桩间土和石灰桩形成的复合地基，其承载力一般可提高天然地基的1.5-2倍。在桩体采用部分渗透性较好的掺合料时，其排水固结作用非常明显，据估算，60%以上的孔隙水压力可消散掉。
　　⑵CFG桩复合地基加固作用
　　CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、砂等加水拌合形成的高强度桩，桩体、桩间土与石灰桩复合地基基础上和褥垫层一起构成复合地基。CFG桩目前在地基处理技术中广泛应用，是较为成熟的技术。
　　由于每种地基处理方法都有其使用范围和优缺点，可将两种甚至三种桩综合应用于加固软土地基。本文结合鹤壁市某10层综合楼采用CFG桩、石灰桩形成的复合地基加固软土和杂填土实例，对多元复合地基的设计和施工进行研究。
　　2 多元复合地基设计
　　⑴建筑特征及地质条件
　　该建筑物占地面积约1500m2，层高10层，平面形状为L型，地下室1层，框架结构，建筑安全等级为二级。场地地质条件如下：①杂填土，厚3.5—4.5m；②淤泥，厚3.2—5.6m，fak=80kpa，Es=3.5Mpa③粉质粘土，厚1.8—3.2m，fak=155kpa，Es=7.5Mpa④细沙，厚2.2—3.6m，fak=140kpa，Es=11.5Mpa⑤卵石，厚度未揭穿，fak=300kpa，Es=35Mpa。地下水埋深2m左右，细砂层具轻微液化，对基础影响较大。
　　⑵方案论证
　　根据设计要求及地质条件，天然地基承载力为80kpa，显然不能满足地承载力240kpa设计要求，必须进行地基处理。如采用沉管灌注桩造价高，且施工振动和噪音对四周紧邻的建筑物产生不良影响；石灰桩可与软土形成复合地基，但承载力提高幅度不大，经充分比较论证，可采用多元复合地基方案，CFG（主桩）桩起主要置换作用，石灰桩（次桩）起辅助作用，CFG桩持力层选择⑤层卵石。
　　㈠设计参数
　　多元复合地基主要考虑桩径、桩距、桩长、CFG桩的桩体混凝土标号、褥垫层厚度及材料。复合地基的设计公式：
　　fspk=m1Ra1/Ap1+ß2m2Ra2/AP2+ß(1-m1-m2)fsk
　　式中：fspk——复合地基承载力特征值;m1、m2——主桩、次桩的面积置换率0.08和0.128；Ra1、Ra2¬¬¬¬————主桩和次桩的单桩承载力特征值320KN、60KN;Ap1、AP2¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬——主桩、次桩的单桩横截面积；fsk——桩间土承载力特征值，据地质资料取80kpa;ßß2——桩间土、次桩承载力发挥系数0.95、0.92。
　　通过计算fspk=265kpa>240kpa,满足设计要求。CFG桩数据：桩径400mm，桩长9m，桩间距155*135mm，桩身强度C20，褥垫层30cm。石灰桩配合CFG桩作，桩长6米，桩距同CFG桩。
　　㈡加固区和下卧层均按分层综合法计算s’=28.45mm；Es=15.35Mpa;ψ=0.385s=ψs’=0.385*22.45=10.81mm
　　3 多元复合地基的施工
　　CFG桩施工采用长螺旋管内泵压施工工艺，共成桩545根，灰土桩165根，为控制施工质量，采取了以下措施：
　　⑴拔管速度:根据以往经验，拔管速度过快是造成缩颈和断桩的主要原因，拔管速度过慢易造成桩端水泥较少，桩顶浮浆过多；本工程将拔管速率控制在1.0—1.5m/s，桩顶以下2米要留振10s，以确保桩端和桩顶的混凝土密实度。
　　⑵施打顺序：首先进行石灰桩施工，主要目的是形成良好的排水通道，提高一定程度的地基承载力。为防止大面积土体向上隆起和挤断桩的可能性，CFG桩采用隔桩跳打的施工工艺，顺序从中心向外推进。为进一步提高工期，第一遍施工时掺入早强剂。
　　⑶混合料坍落度：本工程桩身强度为Ｃ15，混凝土坍落度控制在５cm以内，每天做一次混凝土坍落度试验和一组混凝土试块。
　　⑷桩长控制及垫层：保护桩长可取５０cm，上部再用土封顶。剔除桩头时，应尽量减少对桩体的扰动。垫层采用级配砂石厚度为３０cm，最大粒径不超过３cm。
　　４复合地基的测试
　　⑴该工程依据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002规定采用单桩复合地基载荷试验，本工程共测试4组，其实验数据通过区Q-S,S-㏒t曲线整理得到极限荷载值。加固后的复合地基承载力特征值满足设计要求。
　　⑵对石灰桩和桩间土采用轻便动力触探检测桩身强度和成桩质量，数据表明，桩身质量满足设计要求。桩间土强度也有一定程度提高。
　　⑶该工程共布置观测点6个，竣工1年后平均沉降值15.6mm,完全满足设计和施工要求。
　　4 结论
　　⑴石灰桩、CFG桩充分发挥各自桩型的优点，与桩间土形成复合地基，可以大幅度提高承载力和减少沉降，一般能提高2-4倍，在本区中最高在26层建筑中使用过，取得良好的经济效益。
　　⑵多元桩可有效降低孔隙水压力，加速土体的固结时间，并能有效消除地基的轻微液化。
　　⑶多元桩工艺简单，施工方便，造价较低，据推算，本工程较其它桩如CFG桩，粉喷桩等低30-50%，经济效益明显。
　　参考文献：
　　[1]建筑地基处理技术规范JGJ79-2002
　　[2]地基处理技术郑俊杰华中科技大学出版社