水泥粉煤灰碎石桩与土挤密桩的多桩型复合地基在湿陷性黄土中的工程应用

文/ 张明杰 中国联合工程公司 浙江杭州 310052

复合地基是指部分土体被增强或被置换，形成由地基土和竖向增强体共同承担荷载的人工地基，其优势作用在于能够利用桩体与桩间土之间的相互作用，充分提高地基承载力，且成本较低，因而被广泛应用在实际工程建设当中。但若实际工程的地基承载力不足，土质情况较差，具有较高的压缩性，采用单一的增强桩体复合地基不足以解决该问题时，采用长短组合型桩地基形式是较为合适的方案。对湿陷性黄土，水泥粉煤灰碎石桩与土挤密桩形成的多桩型复合地基能有效发挥两种桩型的优势，利用土挤密桩的挤密特性，处理消除黄土湿陷性缺陷，初步加固浅层土层，利用水泥粉煤灰碎石桩增强复合地基的地基承载力。

1、工程概况

本工程为某湿陷性黄土地区在建高层建筑，该建筑地上30层，地下1层地下室。上部采用的是剪力墙结构，按照施工设计要求，底部采用大筏板基础，设计所需复合地基的地基承载力特征值需达到400kPa。依据现场地勘报告，该场地二，三层土为粉质黏土，大孔隙结构，并且存在湿陷性。最大湿陷量超过150毫米。由于设计基础埋深较深，基坑开挖后第二层土体全部挖除，不考虑本层湿陷性，故此只分析三层土的湿陷性。经过检测，三层粉质黏土湿陷系数为0.027。

为了消除黄土的湿陷性，采用水泥粉煤灰碎石桩与土挤密桩形成的多桩型复合地基，利用复合地基当中的土挤密桩消除地基土湿陷性，利用复合地基中的水泥粉煤灰碎石桩增强地基土的承载力。两种桩型桩顶标高不同，土挤密桩较低，水泥粉煤灰碎石桩较高，在复合地基当中建立了三个不同的工作区域，分别为加固区A，加固区B和加固区C。

在加固区A当中有柔性桩和刚性桩，桩体具有较高的置换率，在桩间土之间的具有显著的挤密效果。其优势在于可以消除黄土湿陷性，并且增强浅层地基的承载力；加固区B只存在刚性桩，其优势与加固区A之间具有较大的差异性，主要能够降低沉降量，并且增强复合地基土体承载力；加固区C主要是持力土，能够承受桩体荷载。以上加固区之间存在不同的任务。

2、多桩型复合地基设计方案

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)，在选择土挤密桩时需要将桩径控制在50厘米，在桩体分布上按照正三角形形式进行布置，根据试桩实验确定桩间距。采用不同桩间距进行研究分析，在处理桩基土之后对比分析试验参数确定桩间距。已完成的现场试验结果表明，当将桩间距设置为1.2米时，可以满足此次施工压实系数和湿陷系数。故此次建筑工程将土挤密桩的桩间距设置在1.2米。

相应的方式，依据规范，水泥粉煤灰碎石桩的桩径为50厘米，桩间距设置为1.2米，有效桩长设计为15米，桩端落在粉质黏土上，布桩形式为正三角形，共设94根水泥粉煤灰碎石桩，桩身混合材料强度控制为C20以上，褥垫层厚度设计为250mm。

3、复合地基检测分析

3.1 土挤密桩检测

检测土挤密桩的内容主要是检测桩间土挤密效果，桩身质量，检测黄土湿陷性消除情况即密实情况。

首先检测桩身质量。桩体夯填质量控制在2%以上，在实际施工建设期间，从设计桩顶每相隔1米进行一次实验，要将桩体的压实系数，桩身的压实系数控制在0.97以上，并且需要通过室内土工试验对其他指标进行检测。

检测桩间土湿陷性和土挤密效果。在处理范围之内设定多个探井作为研究对象，并且对其进行土工试验。按照试验结果显示，当桩间土的压实系数在0.938时，压密后的密度最小值在1.78左右，其湿陷性系数不超过0.015，在对所在黄土的湿陷性进行消除之后，符合施工标准要求。其次压实系数与湿陷系数之间呈现负相关关系。井深的开挖深度控制在5米，每相隔1米选取1件原状桩间土样本。

3.2 水泥粉煤灰碎石桩检测

检测水泥粉煤灰碎石桩的主要内容包括检测桩身的完整性，并且进行单桩竖向抗压静载荷试验，以及复合地基静载荷试验。按照试验结果可以看出，当桩顶施加荷载与其施加荷载稳定后的沉降量之间不能判断极限承载力拐点，等到最大加载量达到设计承载力值数之后，就可以终止试验。待至加载量达到设计承载量值的两倍时，研究的单桩当中最大沉降量为36.37毫米，最小沉降量为10.31毫米。按照标准规定，需要将此次建筑场地的单桩竖向抗压承载力值控制在850kN，可以符合工程要求。

当测试点的复合地基施荷载与桩顶施加荷载稳定后的沉降量不能判断极限荷载与界限荷载的拐点时，如果最大加载压力超过设计承载力值两倍以上时可终止试验。当最大加载压力超过设计承载力值两倍以上时，测试点当中最大沉降量为13.75毫米，最小沉降量为8.49毫米。根据标准规定，该建筑场地的单桩复合地基承载力值为400kPa。

在检测桩身完整性时，主要是通过低应变测试方法完成的。按照建筑地基桩检测技术的相关标准要求，此次建筑工程Ⅰ类桩的测试比例占据所有测试桩数量的98.37%，Ⅱ类桩的测试比例占据所有测试桩数量的1.63%，没有发现Ⅲ类桩和Ⅳ类桩。水泥粉煤灰碎石桩完整性测试结果均符合工程设计要求。

结论：

本文结合实际工程，说明了利用水泥粉煤灰碎石桩与土挤密桩形成的多桩型复合地基处理黄土湿陷性缺陷的工程应用，探究了利用多桩型复合地基处理黄土湿陷性缺陷的应用。工程应用结果表明：

（1）合理设计的水泥粉煤灰碎石桩和土挤密桩多桩型复合地基，两种类型桩基的参数指标都能够满足工程标准以及设计要求，本次工程设定的水泥粉煤灰碎石桩和土挤密桩的各项参数比较合理；

（2）在后续施工当中对水泥粉煤灰碎石桩进行二次挤密，可有效提升土体的密实性，能够改变桩间土的湿陷系数和挤密系数。在应用水泥粉煤灰碎石桩和土挤密桩多桩型复合地基时，水泥粉煤灰碎石桩可以有效增强土体的承载力，土挤密桩能够有效消除黄土的湿陷性，改善地基土的变形。

（3）在对湿陷性黄土进行整片处理时，优先使用水泥粉煤灰碎石桩与土挤密桩形成的多桩型复合地基，本方法可降低土挤密桩的施工难度，减少桩长。

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