1 素混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)

素混凝土復(fù)合地基技術(shù)是通過將中砂、水泥等材料加入碎石樁，并進行攪拌處理，進而形成具有較高黏結(jié)度和剛性的樁體，以此提高軟土地基承載能力，更好地滿足工程建設(shè)要求[1]。素混凝土樁復(fù)合地基結(jié)構(gòu)如圖1 所示， 圖1 中A 處放大圖如圖2 所示，樁尖為等間距排列，中間通過半球加固提高了整體穩(wěn)定性。

圖1 素混凝土樁復(fù)合地基結(jié)構(gòu)

圖2 圖1 中A處放大圖

2 案例分析

2.1 工程概況

本文以珠海橫琴新區(qū)道路工程項目為例， 針對素混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)應(yīng)用展開分析。 案例工程項目所處區(qū)域為軟土地基，主要成分為黏性土、花崗巖石塊等，區(qū)域整體結(jié)構(gòu)疏松、含水量較大，且結(jié)構(gòu)不均勻，承載能力較差。

【作者簡介】程曉航（1980~），男，湖北武漢人，高級工程師，從事軟土基礎(chǔ)上的水工建筑物、生態(tài)景觀研究。

2.2 軟土地基

經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)勘查， 發(fā)現(xiàn)案例工程項目沉積層軟土厚度較大，其中淤泥層埋深一般，但平均厚度約13.41 m；而淤泥質(zhì)土埋深較深、厚度較大，平均厚度為15.21 m。 詳細(xì)的土壤承載力特征值、壓縮模量等參數(shù)信息如表1 所示。 此次項目施工主要針對地下淤泥軟土層展開， 該軟土層厚度較大， 且含水量較高、孔隙度大、強度較低、靈敏性高，因此流動性較強，觸變明顯，易發(fā)生路基失穩(wěn)的情況。

表1 巖土層參數(shù)

2.3 地基方案設(shè)計

經(jīng)過多方參與研究， 最終采用素混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)對案例工程項目軟土地基進行處理。 基于此展開素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計，主要設(shè)計內(nèi)容包括樁長、樁徑、排距、樁身強度及承載力特征值等。

2.3.1 樁身設(shè)計

1）樁長。 樁長是復(fù)合地基設(shè)計過程中的主要參數(shù)，需要根據(jù)工程項目對于地基承載力、變形要求，以及施工現(xiàn)場土質(zhì)情況等合理確定。 結(jié)合案例工程項目前期勘察結(jié)果以及工程建設(shè)要求，明確各土層實際工程性能參數(shù)，最終選擇淤泥深度較大的區(qū)域作為確定樁長的基礎(chǔ)參數(shù)。最終確定孔口高程、樁頂標(biāo)高及樁長等分別為5.0 m，1.5 m，23.0 m，加固淤泥的厚度為21.7 m。

2）樁徑。 樁徑大小需要根據(jù)實際承載力要求及施工設(shè)備情況確定。 此次工程項目選用長螺旋鉆孔施工方式，配合管內(nèi)泵壓混凝土?；诖耍瑯稄酱笮〈_定為40 cm，要求樁身混凝土強度等級為C15， 使用的水泥為強度等級42.5 以上的普通硅酸鹽水泥。

3）排距。 結(jié)合前期巖土勘察報告及樁長、樁徑要求，布樁方式采用正方形，樁間距控制為1.8 m。

4）褥墊層。 褥墊層位于樁帽頂部，主要由砂石、礦石、卵石等透水性材料構(gòu)成， 主要功能是確保樁體能夠與土層共同承擔(dān)上部荷載。褥墊層厚度應(yīng)控制在15~30 cm。下放樁帽采用強度等級為C25 的混凝土材料， 并在樁帽上方設(shè)置碎石和土工格室。

2.3.2 承載力特征值計算

承載力特征值計算主要包括單樁和復(fù)合樁兩個部分。1）單樁承載力特征值，計算式如下：

式中，R 為單樁承載力特征值，kN；U 為樁周長，m；qsi為樁周側(cè)阻力特征值，kPa；l 為樁長，m；α 為樁端天然地基上的承載力折減系數(shù)；A 為樁橫截面積，m2；fak為樁端天然地基上的承載力特征值，kPa。

結(jié)合相關(guān)勘測資料以及樁身設(shè)計參數(shù)，明確式（1）中的參數(shù)。 其中，填筑層樁長為1 m，淤泥層樁樁長21.8 m，樁端天然地基承載力折減系數(shù)取值0.8，淤泥層承載力為50 kPa。 經(jīng)計算，得到單樁承載力為237.8 kN。

2）復(fù)合地基承載力特征值，計算式如下[2]：

式中，F(xiàn) 為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；m 為樁土置換率；β 為樁間土承載力折減系數(shù)；Fs為樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

根據(jù)相關(guān)資料顯示，樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值取值50 kPa，樁間土承載力折減系數(shù)取值0.8。 經(jīng)計算，得到復(fù)合地基承載力特征值為130.6 kPa。

2.3.3 沉降計算

沉降計算主要是為確定復(fù)合地基設(shè)計的合理性及安全性。 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可知，荷載作用下復(fù)合地基沉降量主要包括地基加固區(qū)沉降、加固區(qū)下臥層沉降及褥墊層沉降，由于褥墊層在荷載作用下形變量較小，通?？梢院雎浴?/p>

當(dāng)前加固區(qū)沉降量的常用計算方法包括力修正法、 復(fù)合模量法等。 為便于計算，此次分析過程中選用相對簡便的復(fù)合模量法。 該方法的主要原理是將樁體與原土體作為一個整體，通過計算對整個復(fù)合土體部分的沉降量進行分析。 加固區(qū)沉降變形計算式如下：

式中，S 為復(fù)合地基加固區(qū)沉降變形，mm；ψ 為復(fù)合地基加固區(qū)復(fù)合土層壓縮變形量計算經(jīng)驗系數(shù)；n 為地基沉降計算深度范圍內(nèi)的土層總數(shù)；Δpi為第i 層土的平均附加應(yīng)力增量，kPa；Ei為第i 層土的壓縮模量，MPa；Li為第i 層土體的厚度，m；Epi為第i 層樁體壓縮模量，MPa；Esi為第i 層土體樁間土的壓縮模量，MPa。

根據(jù)相關(guān)資料及復(fù)合地基類型，確定ψ 取值為1；Esi按照天然地基壓縮模量進行計算； 樁頂附加應(yīng)力主要包括車輛荷載、道路結(jié)構(gòu)荷載等，按照70 kPa 計算。經(jīng)計算，得到案例工程項目復(fù)合地基加固區(qū)沉降形變量為46.3 mm。

下臥層沉降變形采用的是分層綜合法，相應(yīng)計算公式為：

式中，s 為復(fù)合地基加固區(qū)下臥層沉降變形，mm；ψS為沉降變形計算經(jīng)驗系數(shù)；p0為基礎(chǔ)底面附加壓力，kPa；zi為基礎(chǔ)底面至相應(yīng)土層的距離，m；ai為基礎(chǔ)底面計算點至相應(yīng)土層底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。

經(jīng)計算，得到下臥層沉降變形為196.5 mm。

根據(jù)上述計算可知，案例工程項目地基總沉降量為46.3+196.5=242.8 mm，小于規(guī)范要求的500 mm，由此可知，此次復(fù)合地基方案設(shè)計符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 現(xiàn)場檢測結(jié)果

在完成素混凝土樁復(fù)合地基設(shè)計和施工后， 需對樁體進行現(xiàn)場檢測，主要檢測內(nèi)容包括樁身完整性、承載力等方面。其中樁身檢測采用低應(yīng)變法， 樁身承載力選用抗壓靜載試驗和平板荷載試驗。 低應(yīng)變法檢測結(jié)果顯示樁身完整性符合要求。 單樁豎向靜壓靜載試驗結(jié)果顯示，單樁豎向抗壓承載力特征值均大于490 kN，復(fù)合樁地基承載力特征值均大于150 kPa，試驗表明， 此次案例項目中素混凝土樁復(fù)合地基均符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的可靠性。

3 素混凝土樁復(fù)合地基應(yīng)用要點

3.1 質(zhì)量控制措施

素混凝土樁復(fù)合地基施工質(zhì)量控制措施如下：（1）做好前期工程勘察，確保相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)和信息準(zhǔn)確可靠，為后續(xù)方案設(shè)計奠定良好基礎(chǔ)；（2）提前預(yù)留保護土層，確保厚度在300 mm以上，場地平整高差不超過100 mm；（3）混凝土坍落度要求控制在160~200 mm；（4）施工完成后2 周左右，需及時組織技術(shù)人員展開技術(shù)檢測，確保檢測過程規(guī)范、科學(xué)；（5）加強槍褥墊層密度控制， 確保壓實度在93%以上， 反復(fù)多次進行碾壓處理；（6）樁體混凝土灌注高度應(yīng)超過設(shè)計高度500 mm，以此保障澆筑施工質(zhì)量。

3.2 關(guān)鍵注意事項

軟土地基素混凝土樁復(fù)合地基施工注意事項如下：（1）基于軟土地基自身特點， 鉆孔施工時可能出現(xiàn)孔隙水壓短暫上升的情況，甚至存在縮孔風(fēng)險，影響施工質(zhì)量和進度。 對此，在鉆孔過程中若發(fā)現(xiàn)上述情況，應(yīng)暫停施工，解決相應(yīng)問題后方可繼續(xù)施工。 （2）為避免混凝土泵送過程中出現(xiàn)夾空問題，要求料斗內(nèi)混凝土高度應(yīng)在4 m 以上。 （3）混凝土灌注施工應(yīng)連續(xù)進行，控制好工序銜接，避免中斷。 （4）在清理樁間土的過程中，為避免損壞樁體，擾動土體，應(yīng)進行人工處理。 （5）成樁之后需及時清理混凝土泵，避免后續(xù)施工過程中設(shè)備堵塞，影響工程質(zhì)量[3]。

4 結(jié)語