复合地基处理施工

杨万智，张红明

(中国华西企业股份有限公司第十二建筑工程公司，四川成都610081)

1 工程概况

成都百扬实业有限公司拟建的“成都百货大楼重建项目”由中国建筑西南设计研究院有限公司设计，为地下5层、地上37层的超高层建筑。建筑总高度为162.75 m，总建筑面积为138 575 m2，属一类高层公共建筑。地基基础设计等级为甲级。由于拟建物塔楼荷载较大，根据《成都百货大楼重建项目岩土工程勘察报告》:塔楼地段基底下分布砂层、强风化泥岩等相对软弱夹层，不能满足设计要求，故需对塔楼地段地基进行处理。中筒筏板要求处理后复合地基承载力特征值fak不小于1 900 kPa，外框筏板要求处理后复合地基承载力特征值fak不小于800 kPa。

2 地基处理设计

设计单位对中筒筏板和外框筏板要求处理后复合地基承载力特征值fak分别不小于1 900 kPa和800 kPa，下面分别进行设计。

2.1 外框筏板人工挖孔置换桩复合地基处理

2.1.1 持力层及桩径

人工挖孔置换桩以中等风化泥岩作为桩端持力层，桩端嵌入持力层0.5 m以上，平均桩长6 m。桩径以1 200 mm进行设计，护壁厚度150 mm。

图1 复合地基处理平面位置图

2.1.2 复合地基承载力特征值预估

计算公式:

式中:Ra为单桩竖向承载力特征值(kN);up为桩的周长(m)，取护壁外径为1.5 m;Ap为桩的截面面积(m2)，按直径1.2m取值为1.13m2;qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值(kPa)，综合取值45 kPa;qp为桩端端阻力特征值(kPa)，根据地勘报告取值2 250 kPa;li为第i层土的厚度(m);fspk为复合地基承载力特征值(kPa);fsk为处理后的桩间土承载力特征值(kPa);m为面积置换率;β为桩间土承载力折减系数，取0.8;d为桩径(m)，取1.2 m;de为单桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)。

估算Ra值:

在基坑挖到垫层设计底标高上300 mm时，基底土主要为细砂、卵石，强风化泥岩及中等风化泥岩。桩周第i层土的侧阻力特征值综合平均取值45 kPa。以桩内径为1.2 m，外径1.5 m，桩长6.3 m，取不利地段6.0 m为例进行计算。则单桩竖向承载力特征值为:

2.1.3 面积置换率及桩距

在外框筏板范围内，地基土分布有较大差异，其中A区桩间土为卵石层，B区桩间土细砂(图1)。

根据公式:

A区:桩间土承载力特征值综合取值350 kPa

则:m×[3819/(3.14×0.62)]+0.8(1－m)×350≥800

得:m≥16.8%

按正方形布桩:S2≤Ap/m

得出桩间距不得超过2.59 m，取桩间距为2.55 m。

B区:桩间土承载力特征值综合取值110 kPa

则:m×[3819/(3.14×0.62)]+0.8(1－m)×110≥800

得:m≥21.6%

按正方形布桩:S2≤Ap/m

得出桩间距不得超过2.28 m，取桩间距为2.20 m。

按以上原则并根据设计单位提供的筏板基础尺寸进行布桩，A区筏板基础桩间距为2.55 m×2.55m，共布置人工挖孔置换桩92根;B区筏板基础桩间距为2.20×2.20 m，局部有微调，共布置人工挖孔置换桩189根(详见图1)。施工过程中可根据基础位置和地层的变化情况作适当调整。

2.1.4 估算fspk

A区:取最不利地段，桩间土为稍密卵石，承载力特征值fsk=350 kPa，

桩间距为2.55 m×2.55 m，m=17.3%，桩长6 m。

满足复合地基承载力设计要求。

B区:取最不利地段，桩间土为细砂，承载力特征值fsk=110 kPa，

桩间距为2.20 m×2.20 m，m=23.3%，平均桩长6.3 m。

满足复合地基承载力设计要求。

2.2 复合地基压缩模量预估

A区:桩间土为稍密卵石:ζ=fspk/fak=816/350=2.33，Es=30 MPa，则Eop=69.9 MPa。根据工程经验类比，其地基基床系数可达50 000 kN/m3以上。

B区:桩间土为细砂:ζ=fspk/fak=854/110=7.76，Es=7 MPa，则Eop=54.3 MPa。根据工程经验类比，其地基基床系数可达45 000 kN/m3以上。

2.3 桩体强度及配合比

桩体试块抗压强度平均值fcu应大于等于3Ra/Ap(即:3×3 819/(3.14×0.62)=10.14 MPa，故桩体混凝土强度可按C25进行配制。桩体材料设计:以卵石为主，卵石粒径2～5 cm，掺和一定量的砂、水泥等;坍落度控制在5 cm左右，采用P.0 32.5普通硅酸盐水泥;施工配合比宜通过试验室进行试配确定。

2.3.1 褥垫层

人工挖至褥垫层设计底标高，按要求截桩后铺褥垫层，厚度为30 cm，铺设范围在基础边线外扩30 cm，顶部夯实，夯填度λ≤0.90，其作用是保证桩土共同承担荷载。垫层材料为级配砂碎石，最大粒径不宜大于3 cm，砂石质量比1∶2。

2.4 中筒筏板地基处理

中筒筏板要求处理后复合地基承载力特征值fak不小于1 900 kPa，

根据成都地区类似工程处理经验，处理后复合地基承载力特征值fak很难达到1 000 kPa以上，且根据地勘报告显示:桩间土大部分地段为细砂，处理有一定难度，处理费用加上相应检测费用，已和直接采用C15混凝土换填费用相近，且工期较长，故中筒筏板地基建议采用C15混凝土换填，换填深度至中等风化泥岩顶面，平均深度约4.5 m。基坑开挖按1∶0.1～1∶0.3放坡，换填总方量约3500 m3。根据工程经验类比，其地基基床系数可达60 000 kN/m3以上。

为保证基坑东南侧的护壁安全，要求换填施工时分块分步换填，换填时分块交接处须将泥土处理干净。

挖至中风化泥岩顶面后，进行3点载荷试验，以准确确定中等风化泥岩的承载力特征值。

3 复合地基质量检测

本工程中筒筏板要求处理后复合地基承载力特征值fak不小于1 900 kPa，地基的基床系数KP=60 000 kN/m3;外框筏板要求处理后复合地基承载力特征值fak不小于800 kPa，地基的基床系数KP=45 000 kN/m3;人工挖孔置换桩单桩承载力达到3 819 kN，采用静载试验的检测方案存在很大困难，故本工程拟对复合地基设计计算所采用的以下参数进行检测，根据检测结果复核地基处理方案是否达到设计要求。

(1)采用深井载荷试验检测中等风化泥岩的桩端端阻力特征值qp，检测桩周地层侧阻力特征值qs;检测总数的1%(281根)，共计3根。

(2)采用低应变法对桩身完整性进行检测，检测数量为总桩数的20%(281根)，共计57根。

4 质量控制

(1)按《建筑地基处理技术规范》JGJ 79－2002施工。

(2)桩端须进入中等风化泥岩内不少于0.5 m。

(3)桩体质量控制标准:桩位允许偏差≤0.40D。桩垂直度偏差不超过1.0%，桩长+100 mm，桩径－20 mm，现场进行抽样检查。护壁采用C20混凝土，桩芯采用C25混凝土，采用振动棒振密。

(4)水泥、砂、卵石应具备符合质量要求的材质试验资料。

(5)认真作好施工记录。

(6)每台班每天取样一组送试验室作桩试块28 d强度试验。

(7)施工全过程有专业技术人员负责质量自检。

(8)对建筑物测量控制桩、轴线应专门保护。

(9)施工全过程配专业技术人员负责质量自检。

(10)在施工过程中如发现异常情况，须进行施工勘察，以进一步确定处理深度及处理范围。

5 复合地基施工方案

百扬大厦地基处理工程于2009年8月2日开工，截至2009年9月16日，外框筏板范围内第一批人工挖孔桩工完成150余根，桩孔平均深度约7.0m，进入中风化泥岩0.5m以上。

由于场地外框筏板B区分布较厚的砂层，加之地下水位较高(平均从现有地面下2.5 m见水)，基覆界面左右降水井降水效果差，只能在孔桩中采取明排措施。早在第一批桩施工的过程中部分桩孔流砂现象较为严重，桩间土在挖桩过程中随抽水被局部掏空，形成了大小不一的空洞，加之“8·15”暴雨水灾后，挖孔桩施工场地内集中抽水，加剧了空洞的形成。由于流沙的存在及空洞的形成，B区筏板范围内桩间土已被扰动，其承载力特征值小于设计取用的110 kPa，需采取必要的处理措施。结合工程经验及场地实际工程地质条件，对桩间土采取水振冲处理措施。对本场地实际情况及空洞的分布范围，设计为2遍振冲方案。设计水振冲桩径800 mm，振冲桩位为4根孔桩的对角线交汇处，振冲深度为达到强风化泥岩顶面，预计处理深度4.5～5.0 m。第一遍振冲主要针对空洞的区域，在第二批桩开挖前，对桩间土进行局部振冲。在第二批桩孔开挖过程中，不可避免地会继续有少量砂流失，故本遍施工考虑在桩孔施工完成、全部浇注桩芯混凝土后，对整个B区外框筏板范围内所有的桩间土进行一遍振冲处理，利用振冲的挤密及置换作用，消除空洞、提高桩间土的承载力。

本场地B区外框筏板下分布的砂层较厚，在明排的过程中，砂易随水流动，在桩间土中形成空洞，需采取有效办法减少流砂及空洞的形成。考虑在本场地局部外围地段设高压旋喷桩止水帷幕，起到隔水隔砂的作用，本工程旋喷桩设计桩径600 mm，注浆压力20 MPa。在裙楼与主楼交界(场地西侧)的砂层较厚的位置设一道帷幕，再在场地西侧的护壁脚下设一道帷幕，保证基坑支护体系的安全。高压旋喷桩预计深度5.0 m。靠国际商城大厦(场地东侧)及靠近建行大厦(场地北侧)这两面桩间土以卵石层为主，无流砂及空洞的现象，不考虑高压旋喷桩帷幕。

中筒筏板要求处理后复合地基承载力特征值fak不小于1 900 kPa，中筒筏板地基采用C15混凝土换填，换填深度至中等分化泥岩顶面，平均深度约4.5 m。基坑开挖按1∶(0～0.3)放坡，换填总方量约为3 500 m3。

挖至中风华泥岩顶面后，进行3点荷载试验，以准确确定中等风华泥岩的承载力特征值。对中筒基础换填护壁做专题方案，初步方案为靠近中筒的人工挖孔桩配筋兼作中筒小基坑的护壁桩;后由于工期及成本原因，换填护壁改为重力式挡土墙。

6 验收方案

本工程采用的人工挖孔置换桩复合地基，无统一规范作为验收依据。在征求各责任主体及建设行政主管部门意见以及参照类似工程(都汇华庭)经验后，本工程共拟以下3个分部进行验收。

6.1 人工挖孔灌注桩验收

参见《建筑桩基技术规范》(JGJ94－2008)、《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106－2003)相关规定，及《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202－2002)第5.6节混凝土)灌注桩质量检验标准，对本工程灌注桩进行验收。灌注桩共5个主控项目:

(1)桩位。本工程共设281根桩，桩间距分2 550 mm×2 550 mm、2200 mm×2200 mm两种(局部为满足布桩作适当调整)，本工程采用全站仪进行桩位测放，在施工前由监理单位对桩位进行了复核，以及浇注砼后的桩位实测，桩位能满足设计要求。

(2)孔深。设计桩平均长度6.3 m，计算采用桩长6.0 m，实际有效桩长均大于6.0 m，实际平均有效桩长约7.5 m，满足要求。

(3)桩体质量检验。本工程的人工挖孔灌注桩，拟采用底应变法对桩身完整性检测，设检测点57个，根据检测报告结论，判定能否满足要求。

(4)混凝土强度。根据试块试验报告，判定能否满足要求。

(5)承载力。由于单桩承载力高，桩截面积大，无法进行静载试验。按照成都市建委勘察设计处2009年9月10日批示，参照四川省建设厅《关于“华置·都汇华庭”项目复合地基处理方案专项论证专家意见的补充说明》进行，对设计所采用的端阻力特征值、侧阻力特征值进行检测。

根据检测结果，采用《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79－2002)中推荐的计算公式:

计算结果单桩承载力，判定能否满足设计要求。

6.2 桩间土验收

桩间土有卵石及砂层两种，对卵石层(A区)地基处理设计计算采用350 kPa，根据3点荷载试验，能满足要求。

对砂层区(B区)，在桩浇筑后，对B区桩间土进行全部水振冲处理，处理后的桩间土进行6点动力触探试验，根据动力触探试验结果，选择较差的3点进行静载试验，承载力要求大于处理前的110 kPa，根据检测报告，判定能否满足设计要求。

6.3 复合地基的验收

通过对桩的验收及桩间土的验收，据《建筑地基处理技术规范》第9.2节规定，单桩承载力、桩间土承载力及布桩形式，计算出复合地基承载力，采用计算公式:

根据检测报告结果，计算得出复合地基的承载力，判定能否满足要求。

特别说明:由于在本工程施工过程中，靠裙楼侧及靠染坊街侧施工了高压旋喷桩，起隔水隔砂及振冲过程中减震作用，此为施工保证措施，不进行检测。

7 试验检测结果

7.1 人工挖孔置换桩复合地基荷载试验

根据6根桩桩端、桩侧荷载试验结果，该工程人工挖孔桩桩端承载力特征值为2 250 kPa，桩侧承载力特征值平均值不小于45 kPa。通过以上数据可以计算出单桩承载力特征值Ra为3 819 kN，根据人工挖孔置换桩承载力及桩间土承载力(A区承载力特征值计算时取350 kPa，B区承载力特征值计算时取110 kPa)，计算出复合地基承载力特征值fspk不小于800 kPa，满足设计要求。

7.2 中筒岩基荷载试验

对中筒筏板进行4点岩基荷载试验，静载点所得出的承载力特征值如表1。

编号 试验最大加________荷(kPa)最大加荷所对应沉降(mm)__极限承载力实测值(kPa)____承载力特征值(kPa)____1 5714 11.14 5714 1904__2 5714 9.74 5714 1904 3 5714 20.18 5714 1904 4 5714 5.83 5714 1904

根据静载试验结果，该工程中分化基岩承载力特征值不小于1 900 kPa，满足设计要求。

7.3 人工挖孔置换桩底应变测试

本次共测57根桩，其中52根桩桩身结构完整，5根桩身有轻度缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥。

7.4 混凝土强度检测

根据试块试验报告，混凝土强度满足要求。

8 结束语

本工程地质条件复杂，地基处理为超限方案，给地基处理增加了难度，在施工过程中采取了多种措施，例如基坑混凝土换填采用了混凝土挡土墙做护壁，混凝土换填分区域回填确保基坑安全，保证地基处理顺利完成，为整个工程的质量、安全打下了良好的基础。通过对本工程的复杂地基处理，积累了相应的工程经验，特别是在方案评审、质监站监督、地基处理验收、施工报等方面受益颇深，在以后遇到类似的工程地质情况，可以提供良好的参考经验以及相应的解决措施，不但可以减少人力、物力、财力的投入，也可以加快工程进度，少走一些弯路，无论对公司还是项目都可以带来良好的经济效益和社会效益。