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1、 11复合地基设计桩型的合理选用 闫明礼 （中国建筑科学研究院地基所 北京 100013） 复合地基桩型很多， 不同的桩型加固机理和加固效果不同。 下面讨论实际工程中如何针对设计要求， 合理选择桩型。 1 复合地基承载力分析 复合地基承载力可用下式表示： fspkfakf (1) f fjfz (2) 式中，fspk，fak分别为复合地基和天然地基承载力特征值；f 为承载力提高幅度；fj为挤密分量；fz为置换分量。 按挤密和振密效果可将被加固土分为：挤密效果好的土，如松散粉土、粉细砂；可挤密土，如塑性指数较小密度不大的粉质粘土；不可挤密土，如饱和软粘土、密度大的粘土、砂土。桩体种类可分为：散体
2、桩（如碎石桩） ；低粘结强度桩（搅拌水泥土桩、石灰桩等） ；中等粘结强度桩（夯实水泥土桩） ；高粘结强度桩（CFG 桩） 。桩的置换能力逐次增强。 复合地基施工工艺可分为无振动挤密作用和有振动挤密作用两大类。 方案选择的实质就是对给定土性和设计承载力提高幅度，选择施工工艺和桩型。 （1）采用无振动挤密的施工工艺时，挤密分量fj0，承载力提高幅度f 唯一地取决于置换分量fz。当设计要求的f 较低时，可选择散体桩或低粘结强度桩；反之可选择中等或高粘结强度桩。 （2）采用有振动挤密的施工工艺时，首先看土性：1）若土为不可挤密土，fj0，则情况与采用无振动挤密施工工艺时相同。2）若土为可挤密或挤密效果
3、好的土，先预估fj，则fz =ffj。当ffj较小时，可选择散体桩或低粘结强度桩；反之可选择中等或高粘结强度桩。 2 不均匀地基桩型选择 2.1 人工填土地基 1.压实填土地基 在拟建场地遇有鱼塘、 采砂坑， 且有水、 坑底有淤泥时，通常应按如下方法进行回填处理： 抽水清除淤泥 （当淤泥无法彻底清干净时抛石挤淤） 按填方工程分层回填素土夯实或碾压至设计标高。 按上述程序施工后， 压实填土地基承载力和变形一般可满足多层建筑荷载的设计要求。 当建筑物荷载水平较高， 预估压实填土地基不能满足设计要求， 需进一步做地基处理时， 要限定填土材料的粒径不宜过大， 以免给施工带来不利影响。 由于压实填土地基
4、不存在湿陷性，也不存在欠固结状态，在其上采用复合地基是可行的。当要求的f 较大时，宜首选刚性桩复合地基方案。 工程常遇的是拟建场地中的鱼塘或砂坑是随意填起来的，既没抽水，也没清淤，填筑材料较复杂，回填过程没有夯实或碾压。特别是建筑垃圾含有较多的大体积混凝土梁板， 不论做地基处理还是做桩基， 都会给施工造成很大困难。 2.以建筑垃圾（无大体积混凝土梁板、无生活垃圾）为主的杂填土地基 当坑底土较好、坑底标高变化不大、坑底土和填土之间无淤泥时，填土在自重下已经稳定，不存在填土湿陷问题。 当建筑物基础全部在填土上，建筑物荷载比较均匀、荷载水平不高时，可选择置换率较大的振冲碎石桩复合地基、柱锤夯扩桩复合
5、地基、复合载体桩复合地基；周围环境允许也可采用强夯或强夯置换复合地基。 当建筑物基础一部分在填土上、 一部分在强度较高的原状土上时，若建筑物荷载较均匀、荷载水平不高，可选用复合地基，按变形控制确定设计参数和选择桩型，使处理后的填土和原状土承载力和模量基本相同，保证建筑物沉降均匀。为了有效控制地基变形，宜选用模量较高、置换能力强的桩型（中高粘结强度桩） 。若建筑物荷载水平较高，坑底土和填土之间有较厚淤泥，或基础跨填土和原状土两部分，采用复合地基方案有困难时，应采用桩基。复合载体夯扩桩对这样的填土地基具有较好的适用性，可列为首选方案。 3.含有大量生活垃圾的杂填土（无大体积混凝土梁板）地基 生活垃
6、圾含的有机质材料腐烂变质并产生沼气， 使土体变得松散、不稳定。在这样的填土地基上采用复合地基是不适宜的，通常宜采用桩基。比如，北京天通苑东区杂填土地基采用桩基方案， 中央美院杂填土地基先采用碎石桩将填土挤密， 后采用复合载体桩基方案， 均取得了令人满意的结果。 2.2 局部含淤泥、淤泥质土的不均匀地基 图 1 为局部含淤泥的不均匀地基，除层淤泥外，其他各土层承载力和模量均较高。在均匀专 家 论 坛 粉质粘土粘土砂土粉质粘土粘土砂土建筑物建筑物建筑物褥垫淤泥建筑物褥垫淤泥 图 1 局部含淤泥的不均匀地基3砂土12 的建筑荷载下地基将产生不均匀变形。 采用复合地基方案做地基处理时，选择什么样的桩型
7、很重要。 1.能否采用碎石桩或搅拌水泥土桩 碎石桩属散体桩， 置换能力很弱， 靠桩间土的侧向约束传递垂直荷载。 其采用振动施工工艺时， 可通过挤密和振密桩间土来提高地基承载力。而淤泥、淤泥质土强度很低，对桩的约束作用很差。工程实践表明，若桩间土密度不变，仅靠桩的置换作用，地基承载力只能提高 20%60%；用于挤密效果好的土，地基承载力可提高 100%200%或更高。也就是说， 碎石桩主要是用于挤密效果好的土， 对不可挤密的饱和软粘土，加固效果很差。对图 1 所示不均匀地基，若采用碎石桩加固， 含淤泥部位的复合地基承载力很低，而不含淤泥部位的较高，加固后的地基仍为不均匀地基。 搅拌水泥土桩属桩身
8、强度与原土性状密切相关的桩型，桩长范围内， 土分几层就有几个不同的桩体强度。 水泥掺量相同时，土的塑性指数、含水量和空隙比越大，桩体强度越低。如某工程土层自上而下分为1粉质粘土、2淤泥、3粘土、4砂土。原设计意图是通过搅拌桩穿过淤泥层，把荷载传到层砂土，但由于淤泥段桩体强度太低（桩体强度 fcu可能小于 1MPa，桩体处于软塑状态） ，荷载不能像刚性桩那样很好地传到砂土层， 单桩承载力和复合地基承载力都偏低。 当图 1 所示的不均匀地基采用搅拌水泥土桩时，加固后的地基同样仍为不均匀地基。 2.刚性桩方案 刚性桩（如 CFG 桩）的桩体材料与原土无关。全桩长由同一材料组成，桩体强度高、传递垂直荷
9、载的能力强。当图 1 所示的不均匀地基采用刚性桩时， 地基承载力和模量会有较大提高，建筑物总沉降量小，不均匀沉降会大大减小。 综上，对于局部含淤泥、淤泥质土的不均匀地基，建议采用刚性桩复合地基和桩基方案， 不采用碎石桩或搅拌水泥土桩复合地基方案。 3 可液化地基桩型选择 处理可液化地基可采用强夯法，也可用桩基，但用得比较多的是碎石桩法， 按施工工艺又可分为振动沉管挤密碎石桩和振冲碎石桩。 可液化土层为粉土且厚度不大，沉管打桩机施工不困难时， 可选用振动沉管挤密碎石桩； 可液化土层为厚度较大的砂土， 或可液化土层上面有承载力高的粘性土，振动沉管机施工有困难时，应采用振冲碎石桩。 当建筑物荷载较大
10、而要求加固后的复合地基承载力较高，单一碎石桩复合地基方案不能满足设计要求时，可采用碎石桩和刚性桩（如CFG 桩）组合的多桩型复合地基方案。通常，先施工碎石桩，后施工 CFG 桩。碎石桩主要用于消除地基液化，又使地基承载力有一定提高；CFG 桩则主要用于大幅度地提高地基承载力，见图 2。 4 具有两个好的桩端持力层的地基的桩型选择 当地基土有两个好的桩端持力层，即层砂和层卵石时（如某工程土层自上而下分为1粉质粘土，2砂土，3粘土，4卵石） 。若采用 CFG 复合地基方案，按建筑地基处理技术规范规定，桩距宜为(35)d（d 为桩径） 。若桩端落在层砂时，桩较短，单桩承载力较低，采用规范限定的最小桩
11、距 3d，复合地基也不能满足设计要求。若桩端落在层卵石时，桩较长，单桩承载力较高，采用规范限定的最大桩距 5d，复合地基承载力远高于设计要求。此时，可考虑将部分桩的桩端落在层砂土上， 另一部分则落在层卵石上， 形成长短桩复合地基， 则技术性、 经济性更为合理。 5 结语 (1)复合地基桩型选择与被加固地基的土性和设计要求的承载力提高幅度有关。 (2)填土地基能否采用复合地基取决于填土材料组成、是否已消除湿陷性和固结稳定。 桩基和刚性桩复合地基对减少地基变形和不均匀变形效果显著。若可采用复合地基，应首选刚性桩复合地基； 采用复合地基有困难时， 应采用桩基。 (3)用桩身强度与原土密切相关的水泥土
12、桩或碎石桩加固局部含淤泥、淤泥质土的不均匀地基，效果较差。 (4)碎石桩是处理可液化地基的理想桩型，当既要消除地基液化又要求承载力提高幅度较大时， 可选用碎石桩和刚性桩组合的多桩型复合地基。 参考文献 1闫明礼.地基处理技术M.中国环境科学出版社，1996. 2闫明礼等.CFG 桩复合地基技术及工程实践.水利水电出版社，2001. （上接 14 页）在嵌固部位以上 h 范围内设置加强部位的做法，忽略了地下室顶面实际存在的嵌固作用，是不合理的。 图 8 裙房与地下室的抗震等级 参考文献 1 龚思礼. 建筑抗震设计手册M. 北京：中国建筑工业出版社，2003. 2 朱炳寅等. 建筑结构设计新规范综合应用手册. 建工出版社，2004. 3 朱炳寅. 建筑结构设计规范综合应用图解手册. 建工出版社，2005. 基础C F G 桩CG 桩FCG 桩F碎 石 桩碎桩石砂土粘性土卵石褥垫图 2 多桩型复合地基示意
