刚性复合地基劲性体的应用分析

刘鸿权

摘要：通过对刚性复合地基竖向增强体——劲性体（说明：本文指预应力混凝土劲性体）的产品性能和特点进行分析；结合工程案例分析劲性体在复合地基应用的技术特征、工程特性；很好地避免了目前广泛使用的素混凝土桩、搅拌桩等作为复合地基的增强体在施工中质量控制的随意性，拓宽了建筑基础设计和基础处理的新领域。

Abstract： Based on the analysis of product performance and characteristics of rigid composite foundation vertical reinforcement-stiff body （this article refers to the prestressed concrete stiff body）， the technical characteristics and engineering characteristics of the application of the stiff body in the composite foundation are analyzed with engineering case. It can well avoid the quality control problem of the widely used concrete piles， mixing piles， etc. as a composite foundation reinforcement， thus broadening the foundation design and foundation treatment area.

关键词：劲性体；复合地基；工程应用；技术特征

Key words： stiff body；composite foundation；engineering application；technical characteristics

中图分类号：TU431 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）03-0146-02

1 概述

在建筑工程的基础设计、施工领域中，复合地基的技术设计和处理占了很大的比重。为了拓宽设计复合地基的基础处理和预制混凝土构件的结合优化及其应用，更好地贯彻国家技术经济政策，做到安全适用、质量确保、技术先进、经济合理、绿色环保。针对目前广泛使用的刚性桩复合地基，多以CFG等素混凝土桩作为复合地基的竖向增强体，施工中容易产生堵管、窜孔、缩颈、夹泥等质量问题，检测和质量控制受到局限。目前新开发的一种通过工厂化预制，加少量预应力钢筋，薄壁高强度的混凝土劲性体，作为刚性桩复合地基设计的竖向增强体，效果更佳，质量可控，很好地解决了CFG桩容易产生的质量问题，拓宽了建筑基础设计和基础处理的新领域。

1.1 产品的特征

①壁厚明显小于作为桩基础使用的管桩壁厚。考虑到作为复合地基的增强体使用，荷载由桩土共同作用，外加褥垫层调节和筏板基础，桩身竖向承载力较小。②配筋率为0.35%～0.55%之间，混凝土有效预压应力较低，一般为3.3～4.3MPa，预应力混凝土劲性体的抗弯性能较低。因为只考虑能满足生产、运输、施工过程中的抗裂要求，而对使用阶段的水平荷载有特殊要求的需另行计算。③保护层较小。因壁厚限制，并主要考虑到砼强度高（C60以上），凝材料用量多，水灰比小，又是离心成型，因此混凝土密实性、抗渗性、耐久性均很好。

1.2 产品的特点

劲性体用做刚性桩复合地基设计的竖向增强体，与目前广泛使用的CFG比较，有以下显著的特点：①自动化工艺生产，规格齐全，对质量的控制和检验科学先进；②桩身混凝土强度高，有一定的抗裂性能；③单桩承载力高，更适合用作桩复合地基；④从生产、运输、施工和验收，时间紧凑，节省工期；⑤施工现场文明便捷，便于施工，便于管理；⑥工程基础造价更加经济合理，绿色环保。

2 工程应用

以邯郸市邱县东方新城6#楼劲性体复合地基为研究对象，拟建的6#楼为地上11层，地下2层，框剪结构，筏板基础，基础埋深6.4m，基地压力（标准组合）180kPa。天然地基不能满足设计要求，设计采用预应力混凝土劲性体复合地基加固处理，总桩数为166根，设计桩型PPRC400*65，有效桩长12.0m。置换率m=4.6%，桩间距s=1.85m。桩身混凝土强度等级C60。要求单桩竖向抗压承载力特征值760kN，处理后复合地基承载力特征值不低于220kPa。

2.1 地层岩性

第（1）层土【Q42ml】：黄褐色，稍密，稍湿，含植物根系，以粉土及粉质粘土为主。层厚约0.3～0.7m。

第（2）层粉土【Q42 （al+pl）】：黄褐色，稍密，稍湿～湿，摇振反应中等，夹粉质粘土薄层，含云母碎片及锈斑，干强度较低。属中等压缩性土。层顶埋深0.3～0.7m，层顶高35.10～37.21m，层厚3.5～6.3m。

第（3）层粉质粘土【Q42 （al+pl）】：灰褐～褐黄色，可塑，夹粉土薄层，含少量小螺壳碎片，含少量姜石，干强度中等，韧性中等，切面稍光滑。属中等压缩性土。层顶埋深4.0～6.8m，层顶高程30.70～33.13m，层厚2.6～7.4m。

第（4）层粉细砂【Q42 （al+pl）】：黄褐色，中密，稍湿，主要成分为石英、云母，分选一般，级配较好，夹粉土薄层。层顶埋深7.8～12.4m，层顶高程25.02～29.59m，揭露层厚3.4～8.5m。

第（5）层细砂【Q41 （al+pl）】：黄褐色，中密，湿，以石英、长石为主，颗粒级配一般，夹粉土及粉质薄层。层顶埋深14.9～16.4m，层顶高程20.68～22.52m，层厚2.5～5.7m。

第（6）层粉质粘土【Q41 （al+pl）】：褐黄色，可塑～硬塑，中等韧性，光泽度中等，见大量铁锈斑点，局部夹粉土薄层，含姜石，干强度中等。属中等压缩性土。层顶埋深18.2～21.0m，层顶高程16.54～19.21m，最大揭露层厚15.5m。所有钻孔均未穿透该层。

2.2 现场检测

按照《复合地基技术规范》要求对单桩复合地基静载试验、单桩竖向抗压静载试验和低应变桩身完整性检测。笔者在此只对单桩复合地基静载试验进行分析论述。装置图见图1。

①抽样：本工程总桩数166根，根据规范要求单桩复合地基静载试验共抽检3点，随机抽取，检测序号编号为J002、J004、J006。抽检桩详细描述见表1。

②试验点处理：采用方形承压板，面积为3.43㎡。承压板底面铺设砂石垫层，厚度为100mm，千斤顶置于刚性压板的中心。

③试验加载方式：将荷载等分为8级，逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直至设计最大加载值，具体加载量见表2。

④现场数据采集：每加一级荷载前后均各读记承压板沉降量一次，以后，每0.5h读记一次。当1h内沉降量小于0.1mm时，即可加下一级荷载。

⑤终止加载条件：本次检测J002、J004、J006均达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。

2.3 检测数据的分析与评定

单桩复合地基载荷试验数据汇总表如表3所示。

依据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012综合确定复合地基承载力特征值。结果见表4。

3 结合工程应用综合阐述以下几点

3.1 劲性体复合地基应用的技术特征

劲性体复合地基是刚性复合地基中的一种，是由刚度较大的预应力混凝土劲性体和桩间土共同分担上部荷载，劲性体复合地基适用于处理黏性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基，具有承载力高、调整幅度大、沉降变形小、沉降稳定较快等特点。在上部荷载作用下，大部分荷载由预应力混凝土劲性体承受。本身属于挤土桩，桩周摩阻力能得到充分发挥，端阻力随着荷载作用的时间及桩侧阻力发挥的程度而逐渐增高。同时，桩顶褥垫层发挥调节作用，是桩间土与桩身进入共同工作状态，逐渐形成复合地基。

3.2 劲性体复合地基的工程特性

3.2.1 劲性体复合地基承载力提高较大，且可调性强。桩长可以从几米到20多米，可全桩发挥桩的侧阻力。桩承担的荷载占建筑总荷载一般在40%～70%之间，这样使得复合地基承载力具有很大的可调性。进行设计时，可选择桩径规格，改变桩长、桩间距来达到不同的复合地基承载力。

3.2.2 劲性体复合地基的挤土效应提高了桩间土承载力的利用效率。在估算复合地基承载力的时候，桩间土的发挥系数β可取0.95～1.0。劲性体作为复合地基的竖向增强体，沉降一般为10mm～20mm，桩间土承载力可以得到充分发挥。

3.2.3 劲性体复合地基的沉降较小，一般可控制在20mm以内。劲性体可全桩长发挥侧阻力，落在压缩性较小的土层上自然明显地提高了桩的端承作用。

4 结束语

建筑上遇到的复杂地质情况使基础工程的设计越来越重要，其工程造价占整个工程总投资的比例越来越大。PRC混合配筋支护桩在深基坑支护中的应用，PHC高强预应力管桩、PHS高强预应力空心方桩等在桩基础中的应用也是非常普遍。目前广泛应用的钻孔灌注桩、CFG桩在施工中极易出现以下缺陷，如：堵管、窜孔、夹泥、缩颈、断桩等，还表现在施工速度慢，场地污染严重，成桩质量难以保证，材料浪费大，容易出现各种弊病。而预应力混凝土劲性体表现出较大的优势，无论单桩还是复合承载力高，施工方便，节省投资，是一种较为理想的地基处理技术，具有显著的经济效益和广泛的推广前景。

参考文献：

[1]GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].

[2]JGJ79-2002 J 220-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[3]秦峰，姬深堂，胡向奎.刚性桩复合地基应用中几个问题的 岩土工程技术，2002（3）：43-47.

[4]李洪春，李庆禄.CFG桩复合地基及其应用[J].青岛建筑工程学院学报，2003（4）：64-66.