碎石桩和水泥搅拌桩复合地基在液化土中的应用

伊 运 恒

(1.运城市建筑设计研究院，山西 运城 044000； 2.运城职业技术学院，山西 运城 044000)

。

Ra2=ηfcuAp。

Ra1=3.142×0.5×(10×5.8+12.5×3.7+12.5×

0.5)+3.142×0.5×0.5×550/4=281.49 kN。

Ra2=0.25×2 900×3.142×0.5×0.5/4=143.00 kN。



碎石桩和水泥搅拌桩复合地基在液化土中的应用

伊 运 恒1，2

(1.运城市建筑设计研究院，山西 运城 044000； 2.运城职业技术学院，山西 运城 044000)

结合工程实例，对采用碎石桩和水泥搅拌桩二元复合地基处理液化土的设计方法进行了详细介绍，结果表明运用该复合桩缩短了施工工期，降低了工程成本，具有一定的理论价值和实际意义。

复合地基，碎石桩，水泥搅拌桩，承载力，沉降

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。本文结合具体工程，从地基承载能力和沉降两方面考虑，对液化土采用碎石桩和水泥搅拌桩组合式二元复合地基处理，即先在液化地基土中施工碎石桩，组成复合土层，以消除地基液化沉陷影响，其后在桩间土内再施工水泥搅拌桩共同组成二元复合地基，以提高地基承载力、减小沉降变形。这两种组合桩通过优化设计和规范施工，在实际工程中效果比较好，而且具有突出的经济优势。

1 工程条件

运城某新建办公楼，地下1层，地上7层，建筑总高度31.95 m,建筑面积11 200 m2，采用框架—剪力墙结构，基础采用筏板基础，基础埋深-5.20 m，该场地位于汾河低阶地,地质具体情况见表1。

表1 场地各层岩土工程特性数据表

场地②层，③层土为液化土，液化等级为严重，建筑场地类别为Ⅲ类,地下水位埋深为2.90 m～4.20 m。

2 二元组合桩复合地基设计

2.1 确定地基处理方案

根据岩土工程勘察报告，场地土存在液化性，首先要进行液化土处理。由于场地液化土层较厚，按照《建筑地基处理技术规范》和《建筑抗震设计规范》设计要求，本工程确定采用碎石挤密桩处理地基液化是一种比较经济合理的方法。碎石挤密桩原理就是通过成桩过程中对周围粉土层的挤密、振密作用和靠碎石的压入获得加固效果,使粉土地基的密实度增加;同时灌入的碎石挤密桩增强体,本身又是一个良好的排水通道,加速了粉土层中超孔隙水压力的消散,有效地增强土体的抗液化能力,消除液化的危害，是使用比较广泛的一种地基处理方法。

其次承载力的提高和沉降控制要求。查阅碎石桩试验报告和有关液化土处理资料得知，用碎石桩处理完后的场地虽然液化性消除或降低，但承载力并没有提高很多或不变，甚至还有可能降低，不能满足设计要求，需要进行地基二次处理，以提高承载力。根据天然土承载力和建筑物荷载大小，水泥土搅拌桩(湿法)和CFG桩都能提高软土地基承载力，经过技术和经济指标对比分析，采用水泥土搅拌桩(湿法)进行地基处理，既可满足对承载力的要求，也可降低工程造价。水泥搅拌桩法是利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理—化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度，满足承载力要求，并且增大土层变形模量，减小地基沉降。

这两种桩有效的组合，各自发挥优势，碎石挤密桩加速土层固结、沉降均匀，减少液化危害影响，有利于建筑抗震，水泥搅拌桩是由粘结性材料组成，自身强度较大，它的二次施入，增强了碎石挤密桩的侧向约束，减小了碎石挤密桩的压缩变形，提高了桩间土侧阻力，同时把上部荷载通过水泥搅拌桩传递到深层土中，发挥了两桩的优势，保证了建筑安全。

2.2 确定桩长、桩间距

2.2.1 桩长的设计

根据场地高程和基础底标高，基坑开挖深度为3.50 m,到达②层土层，由于②层，③层土层具有液化性，且液化等级为严重，因此，先确定碎石桩桩长，由《建筑抗震设计规范》设计要求，并结合本工程实际情况，采取全部消除液化性处理方式，即确定碎石桩计算桩长10.00 m,有效桩长为9.50 m,基本上使桩超出液化土下界，进入稳定土层，使液化土层有效的消除。从地质勘察报告上分析可知，④层土天然承载力为150 kPa,相对以上其他各土层承载力较高，且不存在液化性，可作为水泥搅拌桩桩端持力层，根据《建筑地基处理技术规范》规定，水泥搅拌桩桩端进入④层土不少于0.50 m，因此水泥搅拌桩计算桩长为10.50 m,有效桩长为10.00 m。

2.2.2 桩径的确定

综合考虑碎石挤密桩、水泥搅拌桩桩径要求和当地打桩施工设备，本工程桩径设计均为500 mm。

2.2.3 单桩承载力特征值的计算

本工程采用碎石挤密桩是用来消除场地液化，建筑荷载主要是由水泥搅拌桩复合地基承受，因此先要确定水泥搅拌桩单桩承载力特征值，水泥搅拌桩单桩承载力特征值可按下面两个公式初步设计，并取较小值。

Ra2=ηfcuAp。

计算结果如下：

Ra1=3.142×0.5×(10×5.8+12.5×3.7+12.5×

0.5)+3.142×0.5×0.5×550/4=281.49 kN。

Ra2=0.25×2 900×3.142×0.5×0.5/4=143.00 kN。

取：Ra=Min{Ra1,Ra2}=Ra2=143.00 kN。

2.2.4 桩间距的确定

碎石挤密桩和水泥搅拌桩组合共同处理地基，考虑两种桩交错施工可能存在重叠区域，并结合施工技术和工程经验，本工程采取正方形布桩，由复合地基承载力计算公式知，确定桩间距S首先要计算出置换率M，置换率M计算过程如下：

复合地基承载力fsk=fa-ηdγm(d-0.5)=160.00-1.0×17.80×(3.00-0.5)=115.50 kPa。

考虑施工中不可预见的因素，取桩间距S=1.20 m。

2.3 布桩范围

碎石挤密桩处理液化土地基范围一般在基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土土层厚度的1/2，且不小于5 m,根据场地现场情况和基础大小，本工程碎石挤密桩布桩范围为超出筏板基础外缘5.0 m。水泥搅拌桩作为主要承载力桩，仅在基础范围内布置，既满足了受力要求，也节省工程成本。

2.4 施工控制措施

由于场地含水量较高，在打桩前要求井点排水，降低地下水位，且在基坑开挖距基础底标高500 mm高时铺设300 mm厚砂石垫层，保证原土不被扰动，以免给施工带来不便，碎石挤密桩采用振动沉管法施工，这种施工工艺处理效果较好，既有挤密作用又有振密作用，使桩与桩间土形成较好的复合地基，提高场地地基承载力，防止了粉土液化，增强了液化地基土的整体稳定性。施工中要求碎石桩由外围向中间、沿直线逐点施工顺序，充盈系数一般控制在1.2左右，严格控制提桩速度，保证桩身质量，待碎石挤密桩复合地基检测合格后，再进行水泥搅拌桩施工。水泥搅拌桩施工顺序同样也是由外围向中间，为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30 s，进行复搅桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行复搅桩头，复搅桩头长度至少要求3.50 m且停留时间为30 s，为了充分的发挥水泥搅拌桩作用，适当加大水胶比。在施工中发现串桩，可采取对被串桩重新振密、复搅或在其旁边补桩等措施。

3 结语

工程施工完后地基检测与变形观测，复合地基检测采用静力荷载试验确定水泥搅拌桩单桩复合地基承载力特征值，采用低应变动力试验测定水泥搅拌桩桩身质量，采用重型动力触探试验确定碎石桩强度，采用标准贯入试验判定地基液化性能，均满足设计要求，取得比较好的效果。对于液化土层，在建筑层数不太多的情况，采用碎石桩—水泥搅拌桩组合型复合地基处理液化地基不但可以消除地基液化，还能提高地基承载力和合理控制建筑物的沉降，为建设单位节约工程建设成本，为类似的工程条件提供了经验，值得推广应用。

[1]GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范.

[2]JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范.

[3]GB 50202—2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范.

[4]徐至钧,王曙光.水泥粉煤灰碎石桩复合地基.北京：机械工业出版社，2004.

On application of gravel pile and cement mixing pile composite foundation in liquefied soil

Yi Yunheng1，2

(1.YunchengArchitecturalDesignResearchInstitute,Yuncheng044000,China; 2.YunchengPolytechnicCollege,Yuncheng044000,China)

Combining with the engineering example, the paper has the detailed introduction of the design methods for the gravel pile and cement mixing pile binary composite foundation treatment for liquefied soil, proves by the results that the composite pile can shorten the construction period and lower the engineering cost, so it has the theoretic value and practical meaning.

composite foundation, gravel pile, cement mixing pile, loading capacity, settlement

1009-6825(2015)01-0086-02

2014-10-23

伊运恒(1980- )，男，工程师

TU473

A