劲性桩复合地基在大粒径卵石地层中的应用

劲性桩复合地基在大粒径卵石地层中的应用

冯恒北

（上海长凯岩土工程有限公司，上海 200082）

摘要：由于大粒径卵石岩层构造疏松,无胶结,稳定性较差,是一个典型的地力学不平衡岩层。在该地层地基处理中,极易发生成孔困难、钻孔侧壁塌陷等问题。因此在大型颗粒卵石地层工程中,兼顾技术和经济效益,应选择合理的地基处理方案。本文结合四川省雅安市某地基处理工程,根据该工程前后方案的调整,分析了柔刚复合劲性桩在大粒径卵石地层中的适用性和技术优越性,以及该方案的作用机理。并且讨论了该地基处理方案在施工过程中的要点和成桩质量控制措施,对类似地层地基处理和施工具有一定的参考价值。

关键词：大粒径卵石地层；地基处理；劲性桩；复合地基

中图分类号：TU75

1、引言

由于我国建设的高速增长,也产生了更多的不良地基问题,而不良地基只有通过进行地基处理方可达到一般建(构)筑物对地基的要求[1]。依据现场文、工程地质条件,选定适宜的地基处理方法,成为许多岩土工作者面临的关键问题。近年来,随着我国城镇化的逐步推进,地基处理技术及其应用取得了稳定连续的进展[2]。目前,我国主要的地基处理技术方案有①置换法、②预压地面法、③挤压、夯实、挤密地基法、④复合型基础法、⑤灌浆加固法、⑥微型桩加固法[3]。

近年来,劲性复合桩作为一个新型桩型在地基与基础工程应用领域中逐渐发展,它是一个由散体桩、柔性桩、刚性桩等经综合处理后组成的具有互补强化功能的综合桩型,较好的融合了所有成熟桩型的特点优势[4]。本文结合四川省雅安市某地基处理工程特殊的漂石地层条件,对其工程特性作出简要的总结,由于先前大直径素混凝土桩施工时,受漂石地层条件的限制,成孔困难,最终选择劲性复合桩这一地基处理方式。根据施工前后方案的调整,分析了劲性桩复合地基在大粒径卵石地层中具有很好的适用性和可操作性。通过结合单桩竖向抗压静负荷试验和平面动静负荷试验分别对单桩承重和综合地基承载能力进行测试,其测量结果劲性桩复合地基在大粒径卵石地层中有很好的应用效果。

2、项目概况

项目场地位于雅安市雨城区大兴镇某处，该地基处理工程涉及的7#楼为32层的高层住宅建筑，高度为96.3m，结构类型为剪力墙结构，±0标高为557.1m，为一层地下室，基础埋深为5.15m。基础形式采用筏板基础。经结构设计校核，地基承载力不小于550.00kPa，压缩模量不小于25.00MPa。

3、方案的确定及作用机理

3.1 地基处理方案的选定

上部砂卵石覆盖层、下部为软弱基岩的工程地质条件在四川地区实为常见，尽管这些土层的地基承载力较高，但是天然地基往往不能满足上部荷载的要求，要提高该地基的承载力和土层的压缩模量，必须采用补强的措施。根据设计要求，7#楼地基承载力特征值为不小于550.00kPa，压缩模量不小于25.00MPa。根据地勘报告中所揭露的地层情况，7#楼基底以下为稍密卵石、中密卵石、强风化砂质泥岩和中风化砂质泥岩，承载力特征值分别为320.00 kPa、450.00 kPa、320.00 kPa和800.00 kPa，压缩模量分别为25.00 MPa、35.00 MPa、20.00MPa。上述地层无法满足设计要求，考虑场地地层结构特点，需对7#楼进行地基处理。

起初，选定的地基处理方案为大直径素混凝土桩复合地基，以中风化砂质泥岩为基础持力层。这是因为其增强体的桩径大、刚度大，可以大幅度的提高地基承载力，减小地基沉降。另外，该处理方案适用于相对均匀分布且稳定性以及能提供相对较高竖向承载力、侧阻力和端阻力的砂卵石、软岩及其组合场地的地基处理。但是，大直径素混凝土桩复合地基方案的选择忽略了该项目场地的地质条件，即上部卵石层的粒径，旋挖机械进场施工时，成孔困难，孔壁坍塌现象严重。这说明在具体的工程项目中，单一桩型具有一定的局限性，落实到具体的现场操作中，成桩工艺和方法无法实施。

劲性复合桩具有可通过改变单体桩组合形式、桩长、桩距、褥垫层厚度和桩体材料配比，使天然地基的承载力提高幅度有很大的可调性和具有使基础变形减小等能力，同时这种桩具有提高承载力幅度大、施工简便、造价较低、噪音小及作业时不易缩径不易塌孔等诸多优点[4]。因此结合现场的工程地质条件，综合考虑技术与经济的双重效益，最终确定劲性桩复合地基这一地基处理方案。这种地基施工方法的工程造价适宜，工期较短，文明施工容易保证，适宜本场地。

3.2 劲性桩复合地基的作用机理

劲性复合桩技术是将散体桩、柔性桩、刚性桩等通过一定的工艺，将两种或三种单体桩进行复合，形成劲性复合桩的一项技术。由于高压旋喷作用，外芯旋喷桩中的水泥会在一定程度上渗入到桩周土体中去，使得外芯旋喷桩体与桩周土体结合的更加紧密，接触面更加粗糙，因此在很大程度上提高了外芯旋喷桩身的侧摩阻力。在外荷载作用下，大部分荷载由桩承受，桩周摩阻力得到充分发挥，端阻力随荷载作用的时间及桩侧阻力发挥的程度而逐渐增高。

由于高压旋喷施工，内芯桩体与外芯旋喷桩体黏结强度更高，在上部荷载作用下，内芯桩能快速将荷载转移到外芯旋喷桩和桩周土体中，内外芯之间不会发生相对位移。内芯桩体处于外芯桩体的握裹侧限之中，其受压弯曲性能、复合桩桩身抗压强度、抗水平力、抗拔力、以及抗剪性能均会有很大的提高。同时，桩顶铺设褥垫层发挥调节作用，使桩间土与桩身共同作用，逐渐形成复合地基。

4、施工过程与质量验收

4.1 施工技术方案

4.1.1 设计指标及参数

采用正方形布桩方式，桩间距为1.3m，内芯桩采用钻机成孔（孔径150mm）进入中风化砂质泥岩不小于1.0m，放入Ф22（HRB400）钢筋，然后再自下而上旋喷施工；外芯桩采用高压旋喷桩，成桩后桩径为500mm，有效桩长不小于6m。注浆材料采用P.O42.5水泥配制的纯水泥浆，浆液水灰比为1.2:1～1:1，喷射注浆压力为22±2MPa，喷嘴旋转速度20±5r/min，喷嘴提升速度20±5cm/min。要求劲性复合桩单桩承载力特征值不小于700kN，处理后的复合地基承载力特征值不小于550kN，桩间土的压缩模量不小于25MPa。

复合桩与基础之间应铺设褥垫层，褥垫层厚度取300.00mm，褥垫层采用级配碎石，碎石最大粒径不宜大于20.00mm。厚度偏差为±10.00mm。褥垫层应分层夯实，压实度不小于0.9。

4.1.2 施工工艺流程

该地基处理工程施工工艺为：场地整平至设计标高→测放点位，放孔偏差应小于1cm→以90型钻机套管跟进方式引孔→下放PVC管和钢筋至引孔深度    拔套管→以旋喷钻机喷头沿PVC管下至设计深度，加压自下而上旋喷注浆     清理桩头→铺设褥垫层。

4.1.3 施工过程中的注意事项

（1）引孔设备在成孔过程中，应确保平整、稳固，不发生倾斜和偏移，保证各单体桩桩位偏差不超过±10.00mm，施工桩体垂直度允许偏差为0.50%。

（2）由于相邻的两桩之间距离较近，应采取隔桩施工的方法。

（3）旋喷注浆过程中，冒浆量一般应小于注浆量的25%，超过此值时，可采取更换新喷嘴（或小一级孔径的喷嘴），及加快旋转和提升速度等措施，以减少冒浆量，并在孔口处复喷一次。

（4）考虑到桩体质量和工期要求，采用小型机械和人工相结合的方式进行裁桩和土方捡底。小型挖机清理浮浆时，要严格控制好挖斗前齿的入土深度，人工紧随其后清理桩头，捡底至设计标高，尽量避免地基土的扰动，保证桩体质量。

（5）褥垫层施工完成后应进行及时封闭，并做好排水措施。

4.2 工程质量检验与验收

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）[5]、《劲性复合桩技术规程》（JGJ/T 327-2014）[6]、《四川省建筑工程地基基础质量检测若干规定》（2012版）和《建筑地基基础工程施工质量验收标准规范》(GB50202-2018)[7]的要求：

1、施工前基本试验：

施工前对该工程应进行成桩工艺试验，数量不得少于3根，当成桩质量不能满足设计要求时，应在调整设计和施工参数后，重新试验。

2、劲性复合桩检测：

（1）、成桩质量检查

基槽开挖后应检查桩位、内外芯中心偏差、桩径、桩顶标高、桩顶质量、桩数及坑（槽）底土质情况。

（2）、承载力检测

劲性复合桩应在成桩21d后进行承载力检测，试验应在设计标高处进行，每个单体工程的检测数量不应少于工程桩总数的1%，且不应少于3根（组）。

单桩、复合地基静载试验检测结果见表4-1、4-2。

               单桩竖向抗压静载试验汇总表                表4-1

复合地基静载试验汇总表                   表4-2

根据承载力检测试验结果，抽检的三个点（127、188、300），其单桩承载力特征值均大于700kN，复合地基承载力大于550kN，满足设计要求。劲性复合桩在施工过程中应随时注意异常现象的发生，以能够得到及时的解决。

5、结论

本文的背景工程为笔者参与的实际地基处理工程，对于此大粒径卵石地层，通过前后方案的调整，最终选择劲性桩复合地基这一处理方案进行了总结和评价，为类似的地层地基处理技术方案的选择以及施工过程提供一定的经验参考。

1、大粒径卵石地层具有其特殊的工程特性，尤其与软岩的组合地层，不仅要保证满足设计所要求的地基承载力，还要考虑在上部荷载作用下，桩间土的压缩模量是否满足设计要求和工程需要。

2、通过前后方案的对比，单一桩型在施工时具有一定的局限性，受特殊工程地质条件的影响，成孔困难，无法保证其成桩质量。

3、劲性桩复合地基不仅在很大程度上提高了外芯旋喷桩身的侧摩阻力，由于内外芯桩的协同作用，提高了桩体的抗水平力和抗拔力。加之褥垫层的铺设，使桩间土与其共同承担上部荷载，充分体现了劲性桩复合地基的技术优越性。

4、劲性桩复合地基施工过程方便，造价较低，且满足施工工期的要求，这体现了其经济优越性，也更加说明了劲性桩复合地基这一地基处理方案在大粒径卵石地层中的应用前景。

参考文献

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[3]建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

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[5]劲性复合桩技术规程（JGJ/T 327-2014）[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

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[11]复合地基技术规范（GB/T 50783-2012）[S].北京：中国计划出版社，2012.

[12] 建筑地基基础工程施工质量验收标准规范(GB50202-2018) [S]. 北京：中国计划出版社，2018.