復合地基處理施工

楊萬智，張紅明

(中國華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司，四川成都610081)

1 工程概況

成都百揚實業(yè)有限公司擬建的“成都百貨大樓重建項目”由中國建筑西南設計研究院有限公司設計，為地下5層、地上37層的超高層建筑。建筑總高度為162.75 m，總建筑面積為138 575 m2，屬一類高層公共建筑。地基基礎設計等級為甲級。由于擬建物塔樓荷載較大，根據(jù)《成都百貨大樓重建項目巖土工程勘察報告》:塔樓地段基底下分布砂層、強風化泥巖等相對軟弱夾層，不能滿足設計要求，故需對塔樓地段地基進行處理。中筒筏板要求處理后復合地基承載力特征值fak不小于1 900 kPa，外框筏板要求處理后復合地基承載力特征值fak不小于800 kPa。

2 地基處理設計

設計單位對中筒筏板和外框筏板要求處理后復合地基承載力特征值fak分別不小于1 900 kPa和800 kPa，下面分別進行設計。

2.1 外框筏板人工挖孔置換樁復合地基處理

2.1.1 持力層及樁徑

人工挖孔置換樁以中等風化泥巖作為樁端持力層，樁端嵌入持力層0.5 m以上，平均樁長6 m。樁徑以1 200 mm進行設計，護壁厚度150 mm。

圖1 復合地基處理平面位置圖

2.1.2 復合地基承載力特征值預估

計算公式:

式中:Ra為單樁豎向承載力特征值(kN);up為樁的周長(m)，取護壁外徑為1.5 m;Ap為樁的截面面積(m2)，按直徑1.2m取值為1.13m2;qsi為樁周第i層土的側阻力特征值(kPa)，綜合取值45 kPa;qp為樁端端阻力特征值(kPa)，根據(jù)地勘報告取值2 250 kPa;li為第i層土的厚度(m);fspk為復合地基承載力特征值(kPa);fsk為處理后的樁間土承載力特征值(kPa);m為面積置換率;β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0.8;d為樁徑(m)，取1.2 m;de為單樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑(m)。

估算Ra值:

在基坑挖到墊層設計底標高上300 mm時，基底土主要為細砂、卵石，強風化泥巖及中等風化泥巖。樁周第i層土的側阻力特征值綜合平均取值45 kPa。以樁內徑為1.2 m，外徑1.5 m，樁長6.3 m，取不利地段6.0 m為例進行計算。則單樁豎向承載力特征值為:

2.1.3 面積置換率及樁距

在外框筏板范圍內，地基土分布有較大差異，其中A區(qū)樁間土為卵石層，B區(qū)樁間土細砂(圖1)。

根據(jù)公式:

A區(qū):樁間土承載力特征值綜合取值350 kPa

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

得:m≥16.8%

按正方形布樁:S2≤Ap/m

得出樁間距不得超過2.59 m，取樁間距為2.55 m。

B區(qū):樁間土承載力特征值綜合取值110 kPa

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

得:m≥21.6%

按正方形布樁:S2≤Ap/m

得出樁間距不得超過2.28 m，取樁間距為2.20 m。

按以上原則并根據(jù)設計單位提供的筏板基礎尺寸進行布樁，A區(qū)筏板基礎樁間距為2.55 m×2.55m，共布置人工挖孔置換樁92根;B區(qū)筏板基礎樁間距為2.20×2.20 m，局部有微調，共布置人工挖孔置換樁189根(詳見圖1)。施工過程中可根據(jù)基礎位置和地層的變化情況作適當調整。

2.1.4 估算fspk

A區(qū):取最不利地段，樁間土為稍密卵石，承載力特征值fsk=350 kPa，

樁間距為2.55 m×2.55 m，m=17.3%，樁長6 m。

滿足復合地基承載力設計要求。

B區(qū):取最不利地段，樁間土為細砂，承載力特征值fsk=110 kPa，

樁間距為2.20 m×2.20 m，m=23.3%，平均樁長6.3 m。

滿足復合地基承載力設計要求。

2.2 復合地基壓縮模量預估

A區(qū):樁間土為稍密卵石:ζ=fspk/fak=816/350=2.33，Es=30 MPa，則Eop=69.9 MPa。根據(jù)工程經驗類比，其地基基床系數(shù)可達50 000 kN/m3以上。

B區(qū):樁間土為細砂:ζ=fspk/fak=854/110=7.76，Es=7 MPa，則Eop=54.3 MPa。根據(jù)工程經驗類比，其地基基床系數(shù)可達45 000 kN/m3以上。

2.3 樁體強度及配合比

樁體試塊抗壓強度平均值fcu應大于等于3Ra/Ap(即:3×3 819/(3.14×0.62)=10.14 MPa，故樁體混凝土強度可按C25進行配制。樁體材料設計:以卵石為主，卵石粒徑2～5 cm，摻和一定量的砂、水泥等;坍落度控制在5 cm左右，采用P.0 32.5普通硅酸鹽水泥;施工配合比宜通過試驗室進行試配確定。

2.3.1 褥墊層

人工挖至褥墊層設計底標高，按要求截樁后鋪褥墊層，厚度為30 cm，鋪設范圍在基礎邊線外擴30 cm，頂部夯實，夯填度λ≤0.90，其作用是保證樁土共同承擔荷載。墊層材料為級配砂碎石，最大粒徑不宜大于3 cm，砂石質量比1∶2。

2.4 中筒筏板地基處理

中筒筏板要求處理后復合地基承載力特征值fak不小于1 900 kPa，

根據(jù)成都地區(qū)類似工程處理經驗，處理后復合地基承載力特征值fak很難達到1 000 kPa以上，且根據(jù)地勘報告顯示:樁間土大部分地段為細砂，處理有一定難度，處理費用加上相應檢測費用，已和直接采用C15混凝土換填費用相近，且工期較長，故中筒筏板地基建議采用C15混凝土換填，換填深度至中等風化泥巖頂面，平均深度約4.5 m?；娱_挖按1∶0.1～1∶0.3放坡，換填總方量約3500 m3。根據(jù)工程經驗類比，其地基基床系數(shù)可達60 000 kN/m3以上。

為保證基坑東南側的護壁安全，要求換填施工時分塊分步換填，換填時分塊交接處須將泥土處理干凈。

挖至中風化泥巖頂面后，進行3點載荷試驗，以準確確定中等風化泥巖的承載力特征值。

3 復合地基質量檢測

本工程中筒筏板要求處理后復合地基承載力特征值fak不小于1 900 kPa，地基的基床系數(shù)KP=60 000 kN/m3;外框筏板要求處理后復合地基承載力特征值fak不小于800 kPa，地基的基床系數(shù)KP=45 000 kN/m3;人工挖孔置換樁單樁承載力達到3 819 kN，采用靜載試驗的檢測方案存在很大困難，故本工程擬對復合地基設計計算所采用的以下參數(shù)進行檢測，根據(jù)檢測結果復核地基處理方案是否達到設計要求。

(1)采用深井載荷試驗檢測中等風化泥巖的樁端端阻力特征值qp，檢測樁周地層側阻力特征值qs;檢測總數(shù)的1%(281根)，共計3根。

(2)采用低應變法對樁身完整性進行檢測，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的20%(281根)，共計57根。

4 質量控制

(1)按《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ 79－2002施工。

(2)樁端須進入中等風化泥巖內不少于0.5 m。

(3)樁體質量控制標準:樁位允許偏差≤0.40D。樁垂直度偏差不超過1.0%，樁長+100 mm，樁徑－20 mm，現(xiàn)場進行抽樣檢查。護壁采用C20混凝土，樁芯采用C25混凝土，采用振動棒振密。

(4)水泥、砂、卵石應具備符合質量要求的材質試驗資料。

(5)認真作好施工記錄。

(6)每臺班每天取樣一組送試驗室作樁試塊28 d強度試驗。

(7)施工全過程有專業(yè)技術人員負責質量自檢。

(8)對建筑物測量控制樁、軸線應專門保護。

(9)施工全過程配專業(yè)技術人員負責質量自檢。

(10)在施工過程中如發(fā)現(xiàn)異常情況，須進行施工勘察，以進一步確定處理深度及處理范圍。

5 復合地基施工方案

百揚大廈地基處理工程于2009年8月2日開工，截至2009年9月16日，外框筏板范圍內第一批人工挖孔樁工完成150余根，樁孔平均深度約7.0m，進入中風化泥巖0.5m以上。

由于場地外框筏板B區(qū)分布較厚的砂層，加之地下水位較高(平均從現(xiàn)有地面下2.5 m見水)，基覆界面左右降水井降水效果差，只能在孔樁中采取明排措施。早在第一批樁施工的過程中部分樁孔流砂現(xiàn)象較為嚴重，樁間土在挖樁過程中隨抽水被局部掏空，形成了大小不一的空洞，加之“8·15”暴雨水災后，挖孔樁施工場地內集中抽水，加劇了空洞的形成。由于流沙的存在及空洞的形成，B區(qū)筏板范圍內樁間土已被擾動，其承載力特征值小于設計取用的110 kPa，需采取必要的處理措施。結合工程經驗及場地實際工程地質條件，對樁間土采取水振沖處理措施。對本場地實際情況及空洞的分布范圍，設計為2遍振沖方案。設計水振沖樁徑800 mm，振沖樁位為4根孔樁的對角線交匯處，振沖深度為達到強風化泥巖頂面，預計處理深度4.5～5.0 m。第一遍振沖主要針對空洞的區(qū)域，在第二批樁開挖前，對樁間土進行局部振沖。在第二批樁孔開挖過程中，不可避免地會繼續(xù)有少量砂流失，故本遍施工考慮在樁孔施工完成、全部澆注樁芯混凝土后，對整個B區(qū)外框筏板范圍內所有的樁間土進行一遍振沖處理，利用振沖的擠密及置換作用，消除空洞、提高樁間土的承載力。

本場地B區(qū)外框筏板下分布的砂層較厚，在明排的過程中，砂易隨水流動，在樁間土中形成空洞，需采取有效辦法減少流砂及空洞的形成?？紤]在本場地局部外圍地段設高壓旋噴樁止水帷幕，起到隔水隔砂的作用，本工程旋噴樁設計樁徑600 mm，注漿壓力20 MPa。在裙樓與主樓交界(場地西側)的砂層較厚的位置設一道帷幕，再在場地西側的護壁腳下設一道帷幕，保證基坑支護體系的安全。高壓旋噴樁預計深度5.0 m?？繃H商城大廈(場地東側)及靠近建行大廈(場地北側)這兩面樁間土以卵石層為主，無流砂及空洞的現(xiàn)象，不考慮高壓旋噴樁帷幕。

中筒筏板要求處理后復合地基承載力特征值fak不小于1 900 kPa，中筒筏板地基采用C15混凝土換填，換填深度至中等分化泥巖頂面，平均深度約4.5 m。基坑開挖按1∶(0～0.3)放坡，換填總方量約為3 500 m3。

挖至中風華泥巖頂面后，進行3點荷載試驗，以準確確定中等風華泥巖的承載力特征值。對中筒基礎換填護壁做專題方案，初步方案為靠近中筒的人工挖孔樁配筋兼作中筒小基坑的護壁樁;后由于工期及成本原因，換填護壁改為重力式擋土墻。

6 驗收方案

本工程采用的人工挖孔置換樁復合地基，無統(tǒng)一規(guī)范作為驗收依據(jù)。在征求各責任主體及建設行政主管部門意見以及參照類似工程(都匯華庭)經驗后，本工程共擬以下3個分部進行驗收。

6.1 人工挖孔灌注樁驗收

參見《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94－2008)、《建筑基樁檢測技術規(guī)范》(JGJ 106－2003)相關規(guī)定，及《建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范》(GB 50202－2002)第5.6節(jié)混凝土)灌注樁質量檢驗標準，對本工程灌注樁進行驗收。灌注樁共5個主控項目:

(1)樁位。本工程共設281根樁，樁間距分2 550 mm×2 550 mm、2200 mm×2200 mm兩種(局部為滿足布樁作適當調整)，本工程采用全站儀進行樁位測放，在施工前由監(jiān)理單位對樁位進行了復核，以及澆注砼后的樁位實測，樁位能滿足設計要求。

(2)孔深。設計樁平均長度6.3 m，計算采用樁長6.0 m，實際有效樁長均大于6.0 m，實際平均有效樁長約7.5 m，滿足要求。

(3)樁體質量檢驗。本工程的人工挖孔灌注樁，擬采用底應變法對樁身完整性檢測，設檢測點57個，根據(jù)檢測報告結論，判定能否滿足要求。

(4)混凝土強度。根據(jù)試塊試驗報告，判定能否滿足要求。

(5)承載力。由于單樁承載力高，樁截面積大，無法進行靜載試驗。按照成都市建委勘察設計處2009年9月10日批示，參照四川省建設廳《關于“華置·都匯華庭”項目復合地基處理方案專項論證專家意見的補充說明》進行，對設計所采用的端阻力特征值、側阻力特征值進行檢測。

根據(jù)檢測結果，采用《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ 79－2002)中推薦的計算公式:

計算結果單樁承載力，判定能否滿足設計要求。

6.2 樁間土驗收

樁間土有卵石及砂層兩種，對卵石層(A區(qū))地基處理設計計算采用350 kPa，根據(jù)3點荷載試驗，能滿足要求。

對砂層區(qū)(B區(qū))，在樁澆筑后，對B區(qū)樁間土進行全部水振沖處理，處理后的樁間土進行6點動力觸探試驗，根據(jù)動力觸探試驗結果，選擇較差的3點進行靜載試驗，承載力要求大于處理前的110 kPa，根據(jù)檢測報告，判定能否滿足設計要求。

6.3 復合地基的驗收

通過對樁的驗收及樁間土的驗收，據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》第9.2節(jié)規(guī)定，單樁承載力、樁間土承載力及布樁形式，計算出復合地基承載力，采用計算公式:

根據(jù)檢測報告結果，計算得出復合地基的承載力，判定能否滿足要求。

特別說明:由于在本工程施工過程中，靠裙樓側及靠染坊街側施工了高壓旋噴樁，起隔水隔砂及振沖過程中減震作用，此為施工保證措施，不進行檢測。

7 試驗檢測結果

7.1 人工挖孔置換樁復合地基荷載試驗

根據(jù)6根樁樁端、樁側荷載試驗結果，該工程人工挖孔樁樁端承載力特征值為2 250 kPa，樁側承載力特征值平均值不小于45 kPa。通過以上數(shù)據(jù)可以計算出單樁承載力特征值Ra為3 819 kN，根據(jù)人工挖孔置換樁承載力及樁間土承載力(A區(qū)承載力特征值計算時取350 kPa，B區(qū)承載力特征值計算時取110 kPa)，計算出復合地基承載力特征值fspk不小于800 kPa，滿足設計要求。

7.2 中筒巖基荷載試驗

對中筒筏板進行4點巖基荷載試驗，靜載點所得出的承載力特征值如表1。

編號 試驗最大加________荷(kPa)最大加荷所對應沉降(mm)__極限承載力實測值(kPa)____承載力特征值(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

根據(jù)靜載試驗結果，該工程中分化基巖承載力特征值不小于1 900 kPa，滿足設計要求。

7.3 人工挖孔置換樁底應變測試

本次共測57根樁，其中52根樁樁身結構完整，5根樁身有輕度缺陷，不會影響樁身結構承載力的正常發(fā)揮。

7.4 混凝土強度檢測

根據(jù)試塊試驗報告，混凝土強度滿足要求。

8 結束語

本工程地質條件復雜，地基處理為超限方案，給地基處理增加了難度，在施工過程中采取了多種措施，例如基坑混凝土換填采用了混凝土擋土墻做護壁，混凝土換填分區(qū)域回填確保基坑安全，保證地基處理順利完成，為整個工程的質量、安全打下了良好的基礎。通過對本工程的復雜地基處理，積累了相應的工程經驗，特別是在方案評審、質監(jiān)站監(jiān)督、地基處理驗收、施工報等方面受益頗深，在以后遇到類似的工程地質情況，可以提供良好的參考經驗以及相應的解決措施，不但可以減少人力、物力、財力的投入，也可以加快工程進度，少走一些彎路，無論對公司還是項目都可以帶來良好的經濟效益和社會效益。