前言

 

　　刚性桩复合地基与其它类型桩复合地基一样，具有加固深度大，能把上部荷载直接传递到桩周土体和桩端处土质较好的地层，加上褥垫层设置，充分发挥桩间土体的承载作用。当由桩体、土和垫层构成的复合地基受到荷载时，在加荷初期，桩土体共同分担了相同的荷载，但由于桩的模量比土大，桩间土表面发生的沉降大于桩顶，产生了不均匀沉降，布置在桩顶处柔性垫层也随着桩土沉降差异逐渐起荷载调节作用，由于垫层为散体材料，在一定的条件下可以形成土拱，利用拱效应的受力原理或土工织物的拉膜效应，使荷载向桩体转移。当上部荷载逐渐加大时，桩顶"刺入"垫层，褥垫层中的散体材料受到不均匀力的作用不断调整，补充到桩间土表面上，使桩间土能与基础接触，始终参与分担荷载，这也是刚性复合地基与桩基的区别所在。

 

　　作为复合地基的重要形式，增强体复合地基在建筑工程中得到广泛的应用。我国从20世纪70年代就开始用碎石桩加固地基，形成散体材料桩，在砂土和粉土中取得很好的效果。但是近年来，随着高层建筑的日益增多，要求大幅度提高承载力，于是刚性桩复合地基应运而生，为充分调动桩间土的承载力，通常在桩顶设置褥垫层。刚性桩复合地基中的桩体可全长发挥桩的侧阻，因其单桩承载力高，复合地基承载力高，变形小，在工程中被广泛应用。

 

　　根据本工程工程地质条件、结合工程结构特点、当地施工技术水平及技术先进、可靠等，采用预应力管桩刚性桩和褥垫层处理形成复合地基是一种安全、经济的方法，施工难度小，能充分发挥桩和桩间土的承载力，达到了减少桩数，减小投入等经济目的，取得了较好的社会和经济效益。

 

　　1．工程概况

 

　　某商住小区位于西昌市南坛，工程共为9栋，层数均18F+1层，均设1层地下车库，结构型式为剪力墙结构或框剪结构，基础型式全部为筏板基础。基础埋深约为4.6m。由于场地内基底地基土承载力及变形指标不能满足设计要求，因此，设计要求对基底下地基土进行地基处理，处理后承载力特征值fspk不小于300kPa，压缩模量达到15MPa。根据本工程场地地质条件、工程特点、施工技术，对本工程采用预应力管桩刚性桩复合地基加固方案。

 

　　2．工程地质条件及水文地质条件

 

　　2.1工程地质条件

 

　　本场地属邛海盆地海河冲、洪积扇中-前缘地带。经勘探揭示，拟建场地中的地基土主要由现代填土（Q4ml）和第四系冲洪积相（Q4al+pl）的粉质粘土、粉土、卵石层等土层组成，地基土共分为7层。

 

　　（1）填土：该层土包括杂填土、○1-1耕土及○1-2素填土层，稍湿-湿，松散-稍密状。以粉土为主，含少量建筑、生活垃圾及卵砾石。（2）粉土：褐、暗灰、灰褐等色，很湿，松散，中～高压缩性。含少量云母碎片及氧化物，呈透镜体分布。（3）卵石：褐红色为主，松散~稍密状，湿，卵石含量约60%，成分以长石、石英砂岩为主，亚圆形，一般粒径约2~12cm不等，中等风化。孔隙由粉土、砂和圆砾充填。（4）粉土：褐、暗灰、灰褐等色，很湿，松散~稍密，中等压缩性。含少量云母碎片及氧化物，局部淤泥质浸染。局部地段夹薄层粉砂、粘性土或卵石层，全场地分布且分布较为稳定。（5）卵石：褐红色，稍密状为主，湿，卵石含量约60%，成分以粉砂岩为主，亚圆形，一般粒径约2~12cm不等，中等风化。孔隙由砂和圆砾充填。（6）粉土：褐、暗灰、灰褐等色，很湿，稍密，中等压缩性。含少量云母碎片及氧化物，局部地段夹薄层粉砂、粘性土或卵石层。（6）-1粉质粘土：以褐~深灰色，湿，可塑状，中压缩性，含少量云母碎片、氧化物及有机质和腐植物。（7）卵石：褐红色，稍密~中密状，湿，卵石含量约65%，成分以长石、石英砂岩为主，亚圆形，一般粒径约2~15cm不等，中等风化，孔隙由砂类土和少许砾石充填。全场地仅在场地控制孔中被揭露。

 

　　地层情况及岩土物理力学性质主要指标、设计参数表

 

　　2.2水文地质条件

 

　　场地处于邛海盆地海河冲、洪积扇边缘地带。地层以冲洪积相沉积的粉土、粘性土及卵石层为主。场地地下水类型孔隙潜水，主要分布于粉土及卵石层的孔隙中。地下水主要接受大气降水、地表水及海河地下水流补给。勘探期为枯水期，孔内测得场地地下水位为0.00~0.90m。地下水位随季节变化，年变化幅度约1.50m左右。

 

　　根据邻近场地的地下水样分析成果显示，该场地地下水对混凝土及钢筋混凝土结构无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

 

　　3．预应力管桩刚性桩复合地基设计计算

 

　　3.1预应力管桩桩型及桩长的确定

 

　　1.桩型：桩型采用PHC-A400-95型(桩径400mm，壁厚95mm)。

 

　　2.因场地内桩端普遍没有良好持力层，仅局部持力层埋深较小，为减小场地不均匀性，沉降桩长采用8~12m。在地层变化地段，桩长采取渐变的过渡措施。

 

　　3.2面积置换率

 

　　设计依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002/J220-2002)及《福建省工程建设标准-建筑预应力混凝土管桩基础技术规程》(DBJ13-59-2004)等提供的计算公式进行，公式如下：

 

　　fspk＝mRa/A+β(1-m)fsk

 

　　式中：fspk----复合地基承载力特征值(kPa)，本工程为300kPa；m----面积置换率；Ap----桩的截面面积(m2)，为0.1256m2；fsk----桩间土地基承载力特征值(kPa)，(根据勘察报告卵石层③取230kPa，粉土④取160kPa)；β----桩间土强度发挥系数，取0.85；Ra----单桩竖向承载力特征值(KN)，当无单桩静载试验资料时，按下式计算；

 

　　式中：Up----桩的周长，为1.256m；

 

　　qsia----管桩桩周第i层土的侧阻力特征值(根据勘察报告指标卵石层③取35kPa，粉土④取25kPa)；qpa----管桩桩端端阻力特征值，粉土④取1000kPa；Li----第i层土的厚度。

 

　　a.对桩深度范围内卵石层较厚的勘探孔附近区域，桩长采用8m，按最危险勘探孔计算，卵石层③层厚按7m计算，粉土④层厚按1m计算：

 

　　=1.256×(7×35+1×25)+0.1256×1000=464.6KN

 

　　fspk＝mRa/Ap+β(1-m)fsk

 

　　计算得面积置换率m为0.03。

 

　　0.030×464.6/0.1256+(1-0.030)×0.85×230＝300.6kPa>300kPa

 

　　满足设计要求。

 

　　b.没有良好持力层的地段，以最危险勘探孔计算，桩长12m(桩周土均为粉土④厚12m，桩端地层为粉土④)；

 

　　=1.256×(10×25+5×45)+0.1256×1500=785KN

 

　　fspk＝mRa/Ap+β(1-m)fsk

 

　　计算得面积置换率m为0.027，m取0.03。

 

　　0.03×785/0.1256+(1-0.03)×0.85×160＝319.0kPa>300kPa

 

　　满足设计要求。

 

　　3.3桩位布置

 

　　以加固处理后所形成的刚性桩复合地基fspk≥300kPa为前提，由置换率m＝0.03，实际单桩置换面积取4m2，桩的间距采用2.0m×2.0m，正方形布置。

 

　　3.4预应力管桩桩身混凝土强度等级

 

　　预应力管桩采用PC管，型号为B型，桩身混凝土强度等级为C60，管桩桩身结构对应的单桩竖向承载力最大特征值为1300KN，桩身结构竖向承载力设计值1750KN。所以管桩桩身混凝土强度等级满足强度要求。

 

　　3.5复合地基压缩模量

 

　　根据公式：Es----桩间土的压缩模量（MPa）。

 

　　ζ＝fspk/fsk

 

　　a：ζ＝fspk/fsk=300/0.75×1.1×160=2.27；Esp=28.4MPa。Es--粉土为12.5MPa；b：ζ＝fspk/fsk=300/0.75×1.1×160=2.27；Esp=28.4MPa。Es--取粉土④12.5MPa。经预应力管桩复合地基加固处理后，能够满足设计要求。

 

　　3.6褥垫层。为充分发挥管桩桩间土地基承载力，形成刚性桩复合地基，本工程复合地基与基础底面之间设置的褥垫层厚度采用300mm。

 

　　4复合地基检测

 

　　由建设单位委托具有法定资格的地基检测单位进行桩身完整性检测及复合地基检测；承载力检测方法应符合现行国家标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002/J220-2002)及《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)的要求，同业主、设计、监理等共同研究采取检测手段（如单桩竖向静载试验、单桩复合地基竖向静载试验、小应变试验）。

 

　　5总结。根据本工程工程地质条件，可采用的复合地基不多，即使能采用，施工质量较难保证。本工程选用了预应力管桩复合地基，解决了成桩困难、施工质量不易保证的问题；在设计中，考虑地层的变化，采用桩长渐变的措施，能有效解决场地不均匀沉降的问题。本工程地基检测结果表明，地基承载力及压缩模量均完全满足设计要求。本工程主体完工已两年，根据沉降观测资料表明，地基沉降一般在20mm左右，最大不超过30mm，地基加固效果良好。

 

　　参考文献

 

　　[1]《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002/J220-2002).

 

　　[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002).