高層建筑的剛性樁復(fù)合地基實例分析

1 引言

在如今的建筑工程基礎(chǔ)設(shè)計領(lǐng)域中， 復(fù)合地基應(yīng)用相當(dāng)普遍。 其中素混凝土剛性樁復(fù)合地基就是復(fù)合地基的一種典型形式， 采用擠土或旋挖工藝將素混凝土作為樁體材料形成高黏結(jié)強(qiáng)度樁，與樁間土、褥墊層構(gòu)成復(fù)合地基。 勁性體剛性樁復(fù)合地基將預(yù)制混凝土樁作為豎向增強(qiáng)體， 采用靜壓擠土工藝，充分發(fā)揮樁周摩擦力和擠土效應(yīng)。 兩種形式的共同原理是通過把原不良土體置換成混凝土以達(dá)到加固地基軟弱土層和提高地基土承載力的目的。 勁性體復(fù)合地基具有承載力高、調(diào)整幅度大、沉降變形小、沉降穩(wěn)定較快等特點，在地基工程中的得到廣泛應(yīng)用[1]。

2 工程概況

本文論述依據(jù)為云境源起小區(qū)項目高層住宅26 號樓，其建筑為地下2 層，地上26 層，場地位于西安市西咸新區(qū)秦漢新城，西臨涇渭大道，南臨張良路。 根據(jù)中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計研究院有限公司提供的 《云境源起小區(qū)項目巖土工程勘察報告 （詳勘）》， 場地地層自上而下依次由素填土（Q4ml），交替沉降的第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）黃土、殘積（Q3el）古土壤，中更新統(tǒng)風(fēng)積（Q2eol）黃土、殘積（Q2el）古土壤組成，土層多為中壓縮性土，可塑狀態(tài)，工程性能一般。 勘察期間，場地剛進(jìn)行了考古發(fā)掘，場地遍布墓坑及堆土。 場地原為農(nóng)田，原始地形平坦，地貌單元屬黃土塬。 建設(shè)場地屬于自重濕陷性黃土場地，失陷等級為Ⅱ~Ⅲ級。 基礎(chǔ)持力層為黃土層，未經(jīng)處理地基土承載力特征值fak為150 kPa。

3 設(shè)計方案

3.1 失陷性處理

項目采用筏板基礎(chǔ)形式，由于場地黃土為自重濕陷性，且失陷等級較高， 因此， 需先采用素土擠密樁消除場地的濕陷性。 成孔工藝應(yīng)采用靜壓沉管擠密成孔，擠密樁直徑550 mm，有效樁長L=6.500 m，樁中心距1 200 mm（梅花布置）。 經(jīng)地基檢測樁間土的平均擠密系數(shù)不小于0.93， 樁身的壓實系數(shù)不小于0.97，無剩余濕陷量。

3.2 復(fù)合地基處理

筏板基礎(chǔ)底所在持力層為黃土層， 其地基承載力無法滿足設(shè)計要求。 因此，采用素混凝土剛性樁復(fù)合地基形式。 設(shè)計樁徑400 mm，樁長22 m，樁間距1.2 m，采用正方形布樁，樁身混凝土選用C30；單樁承載力特征值≥810 kN，復(fù)合地基承載力特征值fak≥600 kPa；樁端持力層為第7 層古土壤，且樁端進(jìn)入持力層不得小于2 m。 在打樁過程中，施工單位反饋云境源起小區(qū)26 號樓素混凝土樁試樁完成后，工程樁于2021 年7月16 日開始施工，在2021 年7 月17 日，樓位東北側(cè)正常施工某一素混凝土樁時，表現(xiàn)為大量灌入混凝土后，樁管上方未看到溢漿，繼續(xù)灌入混凝土，直至要求標(biāo)高位置。 施工完成后統(tǒng)計，此樁混凝土用量比設(shè)計超出10 m3。2021 年7 月24 日施工相鄰樁時再次出現(xiàn)上述情況， 混凝土超出設(shè)計用量18 m3后。 業(yè)主立即要求暫停此根樁及此區(qū)域樁基施工，并安排施工樓位西側(cè)區(qū)域，過程中串樁嚴(yán)重，混凝土消耗量大，則暫停施工。 勘察單位對場地進(jìn)行鉆探取樣，現(xiàn)場共完成鉆孔6 個，深度15.0~18.0 m。 根據(jù)鉆探揭露的地質(zhì)情況來看：場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下空洞，現(xiàn)狀地面下6.5~12.0 m 地基土呈軟塑狀態(tài)。臨近樁位的鉆孔中發(fā)現(xiàn)有混凝土塊，深度范圍在6.0~10.0 m。 根據(jù)上述地質(zhì)條件，初步分析26 號樓樓位處地基土存在較厚飽和軟弱土層，且呈現(xiàn)出一定的流塑性，在混凝土泵送壓力及自重作用下朝周邊擴(kuò)散導(dǎo)致竄孔、超灌等問題。

鑒于施工現(xiàn)場已施工部分素混凝土樁， 經(jīng)設(shè)計單位等多方會商，26 號樓剩余剛性樁采用勁性體，即預(yù)制高強(qiáng)混凝土管樁作為復(fù)合地基豎向增強(qiáng)體。 樁型采用PST-HCF400（80），樁徑為400 mm，壁厚為60 mm，內(nèi)徑340 mm，混凝土強(qiáng)度等級為C80，設(shè)計樁長為22 m，樁間距為1.2 m，采用正方形布樁；樁端持力層為第七層土古土壤，且樁端進(jìn)入持力層不得小于2 m，設(shè)計參數(shù)與素混凝土樁盡量保持一致。 勁性體沉樁工藝采用靜力壓樁，防止擠土效應(yīng)產(chǎn)生后續(xù)沉樁困難，沉樁由里向外均勻進(jìn)行，沉樁深度以樁端標(biāo)高控制為主，壓力控制為輔。一般說來，PST-HCF400（80）的勁性體預(yù)制最大長度為15 m，但本項目設(shè)計樁長遠(yuǎn)大于15 m，因此預(yù)制樁需分段壓入土體，并進(jìn)行現(xiàn)場接樁。 由于勁性體多采用靜壓方式沉樁，施工需注意以下問題：（1）此樁型壁厚較薄，易產(chǎn)生爆樁問題，故本項目選用高強(qiáng)度樁，以便降低此施工風(fēng)險；（2）需按照圖紙樁位對準(zhǔn)位置，保證垂直吊樁，壓樁過程要防止樁身傾斜，尤其對于類似本工程的土質(zhì)軟，軟土層厚，施工時需采取科學(xué)的施工方案，設(shè)置應(yīng)力釋放孔，以迅速糾正變形，防止不均勻沉降[2]；（3）對于地下土層存在較厚的飽和黏性土?xí)r，當(dāng)沉樁過快或孔間距較小會導(dǎo)致擠土效應(yīng)土層超孔隙水壓力迅速疊加， 使得土體隆起或側(cè)移，導(dǎo)致樁體上浮。

樁基施工完成后，選取3 組（S1、S2、S3）先進(jìn)行單樁及復(fù)合地基載荷試驗[3]，試驗結(jié)果見表1。 根據(jù)基樁檢測單位出具的檢測報告， 單樁承載力特征值及復(fù)合地基承載力均能滿足設(shè)計要求。 截至2022 年8 月12 日，26 號樓主體地上20 層已澆筑完成。 施工單位累計進(jìn)行了9 次沉降觀測，觀測點共9 個。累計沉降量最小值為4.33 mm，最大值為7.64 mm，總體沉降均勻。 實踐證明，此地基處理變更方案具有合理性。

表1 靜載試驗結(jié)果

4 工程應(yīng)用分析

4.1 素混凝土復(fù)合地基的特點

素混凝土樁即水泥粉煤灰碎石樁，由水泥粉煤灰、碎石、石屑或砂石加水拌和形成的高黏結(jié)強(qiáng)度樁， 其強(qiáng)度等級一般在C15~C25，介于剛性樁與柔性樁之間[4]。 素混凝土樁與樁間土、褥墊層一起構(gòu)成的復(fù)合地基，具有提高地基承載力和減小地基變形的特點。 并且可用于多種基礎(chǔ)形式，適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土。 混凝土灌注樁作為復(fù)合地基的增強(qiáng)體， 其工作性狀與水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基相似，但由于樁身材料的強(qiáng)度提高（樁身強(qiáng)度等級可到達(dá)C40），屬于剛性樁范疇，其單樁承載力和復(fù)合地基承載力也均有較大程度的提高， 從而達(dá)到高層建筑地基承載力要求。 因此，這類剛性樁復(fù)合地基也在工程中也稱之為素混凝土樁，其特點如下：

1）素混凝土樁應(yīng)選擇承載力和壓縮模量相對較高的土層作為樁端持力層，這樣既可以發(fā)揮出樁的端阻力，又可以減小不均勻沉降[3]。通過改變?nèi)靿|層的厚度，可調(diào)整樁、土之間的承載比例，對控制建筑物沉降至關(guān)重要[5]。

2）素混凝土樁的施工工藝可分為擠土成樁工藝（振動沉管成孔）和非擠土成樁工藝（長螺旋鉆成孔），對場地的適用性強(qiáng)；再加上素混凝土樁不配筋，經(jīng)濟(jì)節(jié)約。

3）對于存在較厚飽和黏性土層、飽和細(xì)砂層、粉砂層或流塑性軟土的場地，施工中容易產(chǎn)生堵管、竄孔、縮頸、夾泥等質(zhì)量問題。

4.2 勁性體樁復(fù)合地基的特點

勁性體樁復(fù)合地基是增強(qiáng)體采用強(qiáng)度更高的預(yù)制管樁（混凝土強(qiáng)度等級可達(dá)到C80 以上，樁身配置鋼筋），與樁間土、褥墊層一起構(gòu)成的復(fù)合地基。 其樁徑分為7 種規(guī)格300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm、550 mm、600 mm。 施工方式主要為靜壓施工和錘機(jī)施工的擠土工藝。 相對于素混凝土樁復(fù)合地基，其特點如下：

1）勁性體是由工廠預(yù)制生產(chǎn)而成，樁身質(zhì)量穩(wěn)定可靠，具有較好的耐打耐壓性；運輸?shù)跹b方便，接樁快捷，施工速度快，壓樁完成即可進(jìn)入下道工序。

2）勁性體采用擠土工藝，能夠解決在飽和黏性土層、飽和細(xì)砂層、 粉砂層中施工常遇竄孔現(xiàn)象和流塑性較大軟土層超灌問題。

3）勁性體的穿透性好，能打入砂礫層及硬風(fēng)化巖層作為樁端持力層，具有更大的單樁承載力，從而能提高復(fù)合地基承載力。

4） 濱海地區(qū)上軟下硬的地層或存在深厚飽和黏性土層時，靜壓布樁極易產(chǎn)生樁身上浮現(xiàn)象。 預(yù)防措施是設(shè)計時應(yīng)選取合理樁間，宜取上限值；施工時合理選擇施工順序（由中間向兩邊沉樁或跳打）、工藝和沉樁速度。 高密度布樁，非樁位處可設(shè)置豎向排水通道，加快超孔隙水壓力的消散[6]。 若打入樁身后出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，處理措施是宜先考慮復(fù)壓或復(fù)打，后進(jìn)行樁身完整性檢測和單樁承載力試驗； 也可根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行補樁或改變地基受力形式， 補打散體材料樁等柔性樁進(jìn)行設(shè)計[7]。

5 結(jié)語