素混凝土灌注桩复合地基在厦门某高层中的应用

厦门地处沿海，多岛屿，地层岩性分布主要以花岗岩和凝灰岩为主，地层分布不均匀，各地质层面起伏大，层内风化差异变化大，多含强风化夹层，对桩基施工不利。在当前用地紧张、经济大发展的时代，建筑物向高耸发展，上部建筑荷载越来越大，已不是一般的地基土所能承受，目前市场上的高层建筑一般都直接采用桩基方案，未能很好地利用基底土层的承载能力。本文介绍的素混凝土灌注桩复合地基相比较单一的桩基方案，具有充分利用和发挥地基土的承载能力，更经济的一种地基处理方法。

1 作用机理

素混凝土灌注桩复合地基与水泥土粉煤灰碎石桩复合地基相似，其作用机理是通过桩对地基土的挤密作用，达到桩和土共同作用、共同承载上部荷载，其中桩仍为主要载体，承担大部分地荷载作用。

使用素混凝土灌注桩复合地基处理方法需要满足一定条件:(1)拟建建筑物的基底土层为具有一定承载能力的土层。(2)区内具有能提供摩擦桩桩体足够侧摩阻力的厚层黏性土层。其计算模型为:通过增强体单桩竖向承载力特征值计算公式计算出素混凝土灌注桩的承载力特征值Ra，进而通过粘结强度增强体复合地基计算公式:计算出复合地基承载力特征值，与基底单位平均荷重设计值进行比对。满足要求后，保证桩体本身的混凝土强度，设置一定厚度的褥垫层，使得桩和地基土形成复合地基达到共同承载的目的。

2 实例分析

某高层住宅楼位于傍山处，由多栋高层(25～27层)及裙楼组成，高约88m，地面以上为框架剪力墙结构，地面标高约12.0～15.0m，设一到两层地下室，约4.50～9.80m，地下室底板标高约5.40m，最大柱网间距为5.5×7.5m，基底单位平均荷重为450kN/m2。场区周边东、西两侧距离现有住宅小区约20～40m。

3 地质条件及分布特点

3.1 地质条件

场地岩土层分布为表层填土、粉质黏土、凝灰岩残积黏性土及凝灰岩基岩风化层等8个地质单元组成，其性状特征如下:①杂填土:稍湿，松散～稍密。厚度0.60～5.30m。②粉质黏土:灰黄色，可～硬塑，以硬塑为主，湿，厚度3.30～9.50m。③可塑凝灰岩残积粘性土:灰黄色，可塑，湿，厚度1.00～10.20m。④可塑凝灰岩残积粘性土:灰黄色，可塑，湿，厚度约0.80 ～28.00m。⑤全风化凝灰岩:厚度 0.90 ～17.30m。⑥散体状强风化花岗岩:厚度1.10～19.50m。⑦碎裂状强风化花岗岩:厚度0.60 ～18.00m。⑧中风化花岗岩:揭示厚度4.50 ～8.20m。

3.2 岩土层分布特点

(1)表层填土厚薄不一，碎石含量较大，约20～30%，局部分布填石，岩质为中风化凝灰岩，粒径分布0.3～0.5m;(2)填土以下为坡、残积土层，含水率约23～35%，标贯值呈上升趋势，土层随深度增加物理力学性质越来越好;(3)基岩风化层成层性较强，且相对较均匀，均是良好桩端持力层，但层内分布中风化孤石及强风化球状风化体等不利埋藏物;(4)不利埋藏物分布:填石的钻孔遇见率约2.7%，强风化球状风化体钻孔遇见率约13.5%，中风化孤石钻孔遇见率约27%;(5)地下稳定水位位于地下室底板以下，便于工程基底施工，防止对地基土层的过分扰动。

4 基础方案比选

本工程从岩土分布特点建议基础方案一:采用静压预应力管桩，以散体状强风化凝灰岩层为桩端持力层，工期短，但需先开挖至地下室底板标高再进行桩基施工，施工时遇见中风化孤石及强风化球状风化体，采用补桩措施处理。基础方案二:采用沉管灌注桩，以散体状强风化凝灰岩层为桩端持力层，可从现地面进行桩基施工，但工期较长。方案三:基岩风化层分布厚度大，且考虑有一定比例的中风化孤石及强风化球状风化体不利埋藏物分布，采用冲(钻)孔灌注桩，以中风化凝灰岩为桩端持力层，但噪音污染严重，施工中泥浆排放空间小且对地基土的浸泡，影响土体强度。方案四:采用素混凝土灌注桩复合地基方案，地基土以坡残积土为基础持力层，灌注桩以全风化凝灰岩为桩端持力层。

综合场地较平坦但尚未具备全面开挖平整条件、工期紧等诸多因素，最终商定采用素混凝土灌注桩复合地基方案。

5 复合地基设计及施工

工程设计采用素混凝土灌注桩复合地基，地基土持力层以硬塑、可塑凝灰岩残积黏性土或粉质黏土层为基础持力层，素混凝土灌注桩以全风化凝灰岩为桩端持力层，桩体施工采用静压法，桩体取直径600mm，现场通过选定4根桩进行试桩试验，确定打桩参数:贯入度、混凝土充盈系统及拔管速度。工程设计总桩数为422根，桩芯混凝土强度等级为C35(部分为C40)，钢筋保护层为70mm。施工后复合地基承载力特征值fspk达到450kPa，硬塑、可塑凝灰岩残积黏性土或粉质黏土层地基承载力特征值达到200kPa，静压沉管灌注桩承载力特征值达到1500kN即满足设计要求。

静压沉管灌注桩施工工艺及施工顺序以“场地平整及地上障碍物清理→测量放样定位→设备进场安装调试→设备就位→桩尖钢套管就位→静压沉管→达终压条件、停止压桩→灌注混凝土→振动拔管、反插→单桩施工完毕、移机”进行。静压沉管灌注桩施工有以下特点:

(1)沉桩穿透能力强:静压沉管灌注桩与静压预应力管桩相比较而言，施工工艺更复杂一些，施工时间略长，但在穿透杂填土层时，有其独特的优势，该工艺配备锥形桩尖，沉桩时可将小直径填石挤出桩身位置，挤密填土间孔隙，实际施工过程较顺利，仅在局部地段遇到浅层确实无法穿透或挤开填石，采用机械挖除及时进行处理。同时对于残积土及全风化岩层中局部出现的薄层强风化球状风化体，加大压桩力也能有效的穿透，到达预定的桩端持力层，保证桩体施工的顺利进行。

(2)具挤土效应:静压沉管灌注桩与市场上常用的静压预应力管桩一样，都属于挤土桩，在沉(成)桩的同时，对桩周土产生了挤密作用，能一定程度的改良桩周土体的强度，提高了桩周土的地基承载能力。

(3)持力层选择合理:岩土分布中可发现本区强风化球状风化主要集中于全风化凝灰岩中下部，设计选择以全风化凝灰岩为桩端持力层，通过计算，只要桩端到达全风化凝灰岩浅部即可，如此可有效减小沉桩孤石遇见率，保证桩的顺利施工。

(4)操作简单:采用静压法沉管灌注桩施工，控制容易，通过机载压力表，可直观读取压桩压力值，沉(成)桩质量稳定可靠，确保桩身承载力满足设计要求。同时也不会对周边环境造成噪音污染。

6 复合地基成果检验

6.1 地基基础检测

按地基处理规范要求，桩基施工完成后，桩身混凝土龄期达到设计及规范要求，同时地面开挖至地下室底板标高，对处理后的单桩复合地基及单桩进行静载荷试验，桩周地基土进行浅层平板载荷试验。

单桩复合地基静载荷试验:共选择6组，采用2400mm×2400mm的方形承压板，按最大试验荷载900kPa进行静载荷试验，桩顶的最终沉降量一般约30～33mm，最大约48mm，残余变形约16～17mm。

单桩竖向抗压静载荷试验:共选择5根，按单桩竖向抗压极限承载力3000kN进行静载荷试验，桩顶的最终沉降量一般约13～21mm，残余变形约4～7mm。

地基土浅层平板载荷试验:随机选择1点，试验土层为粉质黏土，采用1000mm×1000mm方形承压板，按最大试验荷载400kPa进行浅层平板载荷试验，最大沉降量约32mm，残余变形约12mm。

选取85根桩，约总桩数20%工程桩进行小应变动测试验，桩身完整性检测结果均为Ⅰ类、Ⅱ类桩，未出现Ⅲ类桩。

检测结果表明:通过规范施工，复合地基、素混凝土灌注桩、桩周地基土的承载力特征值及桩身完整性均能满足设计及规范要求。

6.2 建筑物沉降

后期随上部主体结构的建设，沉降量逐渐增加，在主体结构及竣工验收后，测得建筑物最终沉降量为16～34mm，均在设计允许值范围内，单栋建筑物沉降差较小，且较均匀。

结合检测及观测数据，本区采用的素混凝土灌注桩复合地基基础方案，是合理、行之有效的地基处理方法。

7 结束语

本工程从岩土分布特点、工期、经济、周边环境等方面的影响，否定了预应力管桩、人工挖孔灌注桩及冲(钻)灌注桩的使用，选择了素混凝土灌注桩复合地基，充分发挥了地基土承载力，缩短沉管灌注桩的桩长，减小桩数，同时满足了质量和工期的要求，取得了良好的经济和社会效益。在有孤石及强风化球状风化体且较厚层黏性土层分布的相似工程中可以借鉴。

[1]JGJ79-2012建筑地基处理技术规范.

[2]JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范.