張曉湘

由于地下土質(zhì)的不確定性，地基處理的情況越來越多。在長沙岳麓區(qū)含浦中國鐵建·京師璟臺(tái)4#棟高層住宅樓施工過程中，由于出現(xiàn)土質(zhì)不均勻和軟弱地基情況，一些樁基的單樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，最終采取了長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基加固處理方法。并通過地基加固處理方案的設(shè)計(jì)及施工過程，得出了一些關(guān)于長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和施工、檢測及監(jiān)測要點(diǎn)。

一、工程概況

本工程為長沙岳麓區(qū)含浦中國鐵建·京師璟臺(tái)4#棟樁基工程，屬長沙中鐵城建洋湖房地產(chǎn)開發(fā)有限公司的在建工程，場地位于長沙市岳麓區(qū)，含浦中路與洋湖路交匯處的西北側(cè)，北臨學(xué)士路，西側(cè)零星分布多棟臨時(shí)性板房；東側(cè)為含浦大道。場地地勢較平緩。該工程由湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)，剪力墻結(jié)構(gòu)，采用靜壓式預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC樁）基礎(chǔ)，由中鐵城建集團(tuán)有限公司總承包分公司進(jìn)行4#棟基樁工程施工。

1.場區(qū)地質(zhì)條件

本工程場地穩(wěn)定，建筑場地類別為Ⅱ類。根據(jù)勘察結(jié)果，場地內(nèi)無可液化地層和可震陷地層分布，巖土地震穩(wěn)定性較好，在地震作用下不會(huì)發(fā)生滑坡、崩塌、液化和震陷等災(zāi)害，擬建場地為可進(jìn)行建筑的一般場地。場地自上往下的地層為：（1）人工填土；層厚為3.50～9.60m，場地普遍分布，結(jié)構(gòu)松散，主要由粘性土組成，混約10～30%碎、塊石、砼塊等硬雜質(zhì)或建筑垃圾；（2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；層厚0.90～5.30m，灰褐，褐灰色，含少量有機(jī)質(zhì)，軟塑，切面稍有光澤，搖振無反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等偏高，場地內(nèi)局部地段分布，qisk1=32kPa，qisk2=30kPa；（3）粉質(zhì)黏土，層厚0.90～5.80m。主要為粉黏粒，含少量砂，呈稍濕，具有中等的壓縮性和中等強(qiáng)度，可～硬塑狀態(tài)。場地內(nèi)普遍分布，fak=180kPa，qisk1=55kPa，qisk2=50kPa；（4）圓礫，層厚0.50～3.80m，卵礫石呈中風(fēng)化狀，充填約15～25%的中細(xì)砂以及少量黏性土，稍密～中密狀態(tài)。場地內(nèi)普遍分布，fak=250kPa，qisk1=140kPa，qisk2=130kPa；（5）粉質(zhì)黏土，層厚0.50～3.10m，局部含少量強(qiáng)風(fēng)化巖塊，具有中等的壓縮性和中等強(qiáng)度，呈硬塑狀態(tài)。場地局部分布，fak=220kPa，qisk1=90kPa，qisk2=80kPa；（6）強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，層厚1.20～10.70m。大部分礦物已風(fēng)化變質(zhì)，風(fēng)化裂隙極發(fā)育，巖芯呈柱狀或塊狀，半巖半土，巖塊用手易折斷，沖擊鉆進(jìn)困難，屬極軟巖，巖體極破碎，fak=350kPa，qisk1=140kPa，qpk1=6000kPa，qisk2=140kPa，qpk2=2000kPa；（7）全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，場地內(nèi)各鉆孔均遇見該層，揭露層厚1.60～15.21m，層厚 不 詳，fak=800kPa，qisk1=85kPa，qpk1=2500kPa，qisk2=55kPa，qpk2=1700kPa。其中qisk1和qpk1為預(yù)應(yīng)力管樁對應(yīng)參數(shù)，qisk2和qpk2為長螺旋鉆孔灌注樁對應(yīng)參數(shù)。

地下水：主要補(bǔ)給來自大氣降水、場地周邊的生活用水和場地東側(cè)的靳江河河水，場地上層滯水穩(wěn)定水位埋深為2.90～5.50m，標(biāo)高介于25.22～32.11m；場地的潛水穩(wěn)定水位埋深為7.40～12.10m，標(biāo)高介于21.62～28.20m，可考慮1～3m的浮動(dòng)區(qū)間。場地內(nèi)的上層滯水和潛水對混凝土結(jié)構(gòu)及其中的鋼筋都具有微腐蝕性。

2.基礎(chǔ)變更概述

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，并綜合考慮工程造價(jià)、施工工期等因素，原設(shè)計(jì)采用靜壓式預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（PHC樁）基礎(chǔ)，樁型號(hào)為PHC 500 AB 125，持力層為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，總樁數(shù)253根，均為抗壓樁，樁長≥10.5m。該工程的樁基主檢單位為湖南中大檢測技術(shù)集團(tuán)有限公司，對比檢測單位為湖南同力檢測咨詢有限公司。2019年8月中旬，主檢單位和對比檢測單位對4#棟的相鄰2#棟基樁進(jìn)行了抽檢，分別抽檢了2根和1根預(yù)應(yīng)力管樁，得出單樁豎向抗壓承載力特征值為1395kPa，且相鄰車庫抽檢的預(yù)應(yīng)力管樁也均達(dá)不到原設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值1750kPa的要求。中國有色金屬長沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司對現(xiàn)場進(jìn)行了補(bǔ)勘，并對報(bào)告進(jìn)行了相應(yīng)修改，建設(shè)單位通過召開設(shè)計(jì)單位、地勘單位、施工單位會(huì)議，初步確定將4#棟基礎(chǔ)變更為長螺旋鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)單位根據(jù)地勘單位補(bǔ)充修改后的場地內(nèi)各地層有關(guān)樁基設(shè)計(jì)參數(shù)建議表，按單樁豎向承載力特征值1600kN進(jìn)行了變更設(shè)計(jì)，主檢單位于2019年8月底對施工現(xiàn)場進(jìn)行了3根長螺旋鉆孔灌注樁的試驗(yàn)樁檢測，報(bào)告得出長螺旋鉆孔灌注樁單樁豎向承載力特征值為1600kN，滿足設(shè)計(jì)要求；變更后的長螺旋鉆孔灌注樁樁徑為600mm，持力層為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，總樁數(shù)292根，均為抗壓樁，樁長≥10.5m。2019年12月，主檢單位和對比檢測單位共對4#棟3根基樁進(jìn)行了單樁（長螺旋鉆孔灌注樁）豎向抗壓靜載試驗(yàn)，檢測出單樁豎向抗壓承載力特征值為1120kN，不滿足變更后的1600kN設(shè)計(jì)要求。后通過征詢專家意見及建設(shè)各方主體討論結(jié)果，并依據(jù)主檢單位2019年12月對4#棟抽檢3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合地基靜載試驗(yàn)的檢測結(jié)果，以及現(xiàn)場施工情況，將長螺旋鉆孔灌注樁基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理，再次將基礎(chǔ)變更為長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基基礎(chǔ)，復(fù)合地基承載力檢測特征值為525kPa，持力層為粉質(zhì)粘土，樁間土天然地基承載力特征值為180kPa，且根據(jù)現(xiàn)場開挖施工情況，當(dāng)筏板底未到達(dá)復(fù)合地基持力層時(shí)，需采用C15混凝土回填，回填厚度按實(shí)際開挖情況，且不超過復(fù)合地基達(dá)到其承載力特征值時(shí)的最大限值；在樁頂和回填層或筏板底（筏板底到達(dá)復(fù)合地基持力層時(shí)）之間設(shè)置級(jí)配砂石褥墊層，厚度為300mm，材料最大粒徑小于或等于3cm，褥墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法，夯填度不得大于0.9；樁頂不再進(jìn)入筏板，只進(jìn)入褥墊層50mm；由于現(xiàn)場實(shí)際開挖面和樁頂標(biāo)高有所起伏，鋪設(shè)褥墊層時(shí)需采用放坡，當(dāng)高差大于1m時(shí)，要求采用分級(jí)放坡。2020年1月，主檢和對比檢測單位對樁身進(jìn)行了100%基樁低應(yīng)變檢測，分別檢測出207根和70根Ⅰ類樁，樁身完整，6根和18根Ⅱ類樁，樁身有輕微缺陷，本工程無Ⅲ類、Ⅳ類樁，樁身波速平均值取值分別為4012m/s和3840.4m/s。

二、長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)及施工、檢測監(jiān)測要點(diǎn)

1.長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基工作原理

長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基即樁土共同承擔(dān)荷載，是由樁體、樁間土和褥墊層三部分組成，樁體通過一定厚度的褥墊層與基礎(chǔ)連接形成復(fù)合地基。褥墊層是復(fù)合地基的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，直接對復(fù)合地基的受力產(chǎn)生作用。無論樁端最終在堅(jiān)硬土層還是一般土層，褥墊層都會(huì)把上部基礎(chǔ)的荷載力傳遞給樁和樁間土，從而樁間土載力的發(fā)揮不單單靠樁的沉降作用，只需要在褥墊層的協(xié)調(diào)作用下，就可以讓樁間土達(dá)到固結(jié)沉降，使樁間土、褥墊層和基底完全接觸，并讓樁間土和和樁共同承擔(dān)荷載。當(dāng)筏板基礎(chǔ)承受垂直荷載作用時(shí)，樁和樁間土同時(shí)受力然后發(fā)生變形。而由于彈性模量指標(biāo)樁大于樁間土，從而樁間土的變形比樁大。通過把褥墊層鋪設(shè)在筏板基礎(chǔ)下面的方式，當(dāng)樁向上插入褥墊層時(shí)，褥墊層材料會(huì)被擠壓到樁間土里，這樣可確保樁和樁間土共同受力。

2.復(fù)合地基承載力的確定

樁的豎向抗壓承載力和樁間土地基承載力是長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基承載力的兩大組成部分。要確定復(fù)合地基承載力特征值，必須進(jìn)行復(fù)合地基和樁間土地基的豎向抗壓載荷試驗(yàn)，另外工程實(shí)踐得出的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)也很重要。設(shè)計(jì)單位通過已知地質(zhì)條件和施工環(huán)境實(shí)際情況計(jì)算出復(fù)合地基承載力的理論數(shù)值，并根據(jù)復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)的方法來判斷其承載力能否滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)單位根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來復(fù)核設(shè)計(jì)，判定原設(shè)計(jì)方案是否能夠滿足實(shí)際情況。增強(qiáng)體的樁體強(qiáng)度越高，越有利于傳遞荷載至樁端土層。如果樁長較長，因?yàn)殪o載荷試驗(yàn)的載荷板寬度較小，很難完全反映出復(fù)合地基的承載特性。所以若僅通過單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)來確定其承載力特征值，也許會(huì)因?yàn)樵囼?yàn)的褥墊層厚度或載荷板面積使復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)產(chǎn)生偏差。從而為了確保復(fù)合地基能夠達(dá)到建筑物的理論地基需求，一定要確保樁身承載力和質(zhì)量能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求，因此必須對長螺旋鉆孔灌注樁或其他增強(qiáng)體采用單樁靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢測。

3.褥墊層的作用及相關(guān)要點(diǎn)

長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層，保證樁、土共同承擔(dān)荷載，是形成復(fù)合地基的重要條件。首先，可以減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中；其次，可使樁間土承載力充分發(fā)揮，主要原理為通過樁間土表面荷載的傳遞，在樁側(cè)會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，這些附加應(yīng)力能夠促進(jìn)復(fù)合地基承載力的發(fā)揮。樁端處的豎向附加應(yīng)力有利于增大單樁承載力，樁表面處的水平向附加應(yīng)力也有利于加大側(cè)阻。

褥墊層厚度應(yīng)均勻地鋪設(shè)，一般取樁徑的0.4到0.6倍為宜。褥墊層可以調(diào)節(jié)土、樁水平荷載的分配比例。褥墊層厚度的設(shè)計(jì)不宜過薄，其厚度越薄，水平荷載傾向于樁來承擔(dān)，土和樁承擔(dān)的水平荷載占比比值就越小。當(dāng)樁土應(yīng)力比較低時(shí)，厚度取相對高值越有利于復(fù)合地基承載力的發(fā)揮。褥墊層的材料宜采用中或粗砂、級(jí)配砂石及碎石等，最大粒徑宜小于或等于3cm。在鋪設(shè)時(shí)，周邊范圍需超出基礎(chǔ)邊緣，厚度大于或等于褥墊層厚度。在褥墊層的周邊，需要有原狀土包裹約束。在褥墊層鋪設(shè)完成后，必須對其進(jìn)行壓實(shí)，宜采用靜力壓實(shí)法；也可采用動(dòng)力夯實(shí)法，一般用于當(dāng)基底下樁間土含水量不高的情況。另外，夯填度須不超過0.9，且由實(shí)驗(yàn)室場或現(xiàn)試驗(yàn)來判定。集水坑和電梯井降標(biāo)高處的褥墊層鋪設(shè)宜進(jìn)行放坡。

4.施工要點(diǎn)

長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基施工時(shí)，要求基礎(chǔ)落在原狀土上，施工前務(wù)必做好場地范圍的排水處理，挖土和截樁時(shí)應(yīng)注意對樁體及樁間土的保護(hù)，不要造成樁體開裂，還要確保地基土不被擾動(dòng)；對于已經(jīng)擾動(dòng)的地基土應(yīng)采用級(jí)配砂石進(jìn)行換填處理；褥墊層材料應(yīng)通過級(jí)配試驗(yàn)進(jìn)行試配，且其厚度、鋪設(shè)范圍和夯填度都應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，在施工時(shí)，不得在浸水條件下進(jìn)行，當(dāng)?shù)叵滤惠^高影響施工時(shí)，應(yīng)采取降低地下水位的措施；復(fù)合地基應(yīng)按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)小于3點(diǎn)，確保復(fù)合地基承載力和沉降滿足要求，并保證施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。復(fù)合地基由專業(yè)施工單位進(jìn)行施工。

地基處理工程具有隱蔽性，施工單位的技術(shù)人員必須是專業(yè)人員，對采用的加固方案原理和目的、需要達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及其中的技術(shù)要求特別是關(guān)鍵技術(shù)都非常熟悉，才能夠根據(jù)場地和現(xiàn)場的施工情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)和施工工藝，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需要求。在整個(gè)基礎(chǔ)施工時(shí)，為防止影響到周邊環(huán)境和建筑，必須進(jìn)行安全的基坑支護(hù)、降水及截水措施，盡量排除隱患，保證安全性。降水作業(yè)需確保地下水位的標(biāo)高在工程底部的最低標(biāo)高之下，并超過0.5m。降水作業(yè)需一直進(jìn)行，直至施工到設(shè)計(jì)單位要求的主體樓層，以及基坑回填和頂板覆土完畢為止。

5.檢測和監(jiān)測

長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基必須做好相關(guān)工程檢測工作，檢測內(nèi)容應(yīng)由設(shè)計(jì)單位根據(jù)工程具體情況確定，宜包括復(fù)合地基承載力、變形參數(shù)、樁身質(zhì)量、樁間土和下臥土層變化等?；鶚兜蛻?yīng)變法檢測，檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的10%，應(yīng)由設(shè)計(jì)單位根據(jù)工程情況提出具體要求，由于地基處理的復(fù)雜性，一般建議檢測總數(shù)多于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，目的是檢測樁身混凝土的完整性，并判定樁身完整類別。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)和復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，抽檢位置和數(shù)量需嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，分別用來判斷單樁豎向抗壓承載力和復(fù)合地基承載力能否達(dá)到設(shè)計(jì)所需要求。

地質(zhì)條件的不確定性直接使地基處理工程具有不穩(wěn)定性和隱蔽性，施工時(shí)必須重視施工質(zhì)量檢驗(yàn)和質(zhì)量檢測方法。在整個(gè)處理過程中應(yīng)進(jìn)行施工全過程的監(jiān)測，需重視施工記錄和計(jì)量記錄工作的檢查工作，并派專人負(fù)責(zé)，同時(shí)按照要求的施工工藝對施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。對地基處理后的建筑物在施工期間和使用期間應(yīng)進(jìn)行沉降觀測，直到沉降達(dá)到穩(wěn)定為止，終止時(shí)間應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求或按國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。監(jiān)理單位切實(shí)履行好職責(zé)，建設(shè)單位也應(yīng)自查自糾，做好自我監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決，做好施工全過程的監(jiān)督管理是保證工程質(zhì)量的前提條件之一。

三、結(jié)語

長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基充分利用了原天然地基，以長螺旋鉆孔灌注樁作為地基中的豎向增強(qiáng)體并與地基土共同承擔(dān)荷載的人工地基，可以經(jīng)濟(jì)合理地解決地基承載力不足的問題。褥墊層設(shè)置是復(fù)合地基的一個(gè)核心技術(shù)，能使樁與土之間充分產(chǎn)生變形協(xié)調(diào)，以致樁土最終能夠同時(shí)分擔(dān)上部荷載，從而形成復(fù)合地基，需要嚴(yán)格把控施工質(zhì)量。

在進(jìn)行地基處理工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要依據(jù)詳細(xì)地勘報(bào)告、現(xiàn)場施工情況、建筑物的地基要求和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等，對經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的要求都較高。由于地質(zhì)條件具有隱蔽性，不能完全披露地質(zhì)情況，施工現(xiàn)場常會(huì)出現(xiàn)與設(shè)計(jì)要求不相符的情況，應(yīng)當(dāng)做到及時(shí)記錄、反饋并解決。在地基處理工程施工完畢后，同樣需要嚴(yán)格依照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)檢與驗(yàn)收。

以上的工程實(shí)例和對長螺旋鉆孔灌注樁復(fù)合地基的相關(guān)總結(jié)可以為類似的地基處理工程提供一定的參考和借鑒作用。