混凝土桩复合地基在高层建筑中的应用

【摘 要】本文主要阐述了素混凝土桩复合地基工作机理、设计要求、施工技术要点及施工中应注意的其他事项，以供参考。

【关键词】素混凝土桩；复合地基；沉降；承载力

1 前言

素混凝土桩复合地基属复合地基的一种，它是由碎石、石屑、粉煤灰及适量水泥加水搅拌胶结而成的桩基作为增强体，桩和桩间土一起通过褥垫层形成复合地基。其因承载力提高幅度可调范围大，变形模量高，桩体质量及耐久性有保证而逐步得到广泛应用，目前在许多区域已成为地基处理的一种重要方法。在此，本文就素混凝土桩复合地基在高层建筑中的应用进行初步探讨。

2 素混凝土桩复合地基工作机理

素混凝土桩是CFG桩的一种，只是桩身材料为素混凝土。素混凝土桩具有一定强度，为刚性桩，素混凝土桩复合地基由刚性桩、桩间土和桩顶部的褥垫层组成，在上部荷载作用下，素混凝土桩压缩变形小于周围土体的变形，桩身分别向褥垫层和下卧层刺入，桩和桩间同承担荷载，并且通过褥垫层调整桩土荷载分担比，使荷载逐渐向桩顶转移，从而有效降低了复合地基的总体沉降。

3 素混凝土桩复合地基的设计

3.1 桩的平面布置：一般来讲按大于3倍桩径设计桩间距，一般按等边三角形或正方形布设。

3.2 桩长设计：桩长是复合地基设计时首先要确定的参数，它取决于建筑物对承载力和变形的要求和土质条件等因素；

3.3 桩径：桩径一般为400～600mm。通常选用ф=400mm；

3.4 桩距：桩距的大小取决于设计要求的复合地基的承载力、土性与施工机具；

3.5 桩体强度：根据（JGJ79―2002）《建筑地基处理技术规范》第9.2.7条规定，按fcu≥3Ra/Ap计算桩体强度。式中：fcu为桩体混合料试块（标准养护28d）立方体（150mm×150mm×150mm）抗压强度平均值。

3.6 褥垫层材料及厚度：《建筑地基处理技术规范》 中9.2.3条规定桩顶和基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜取200mm.褥垫层材料宜用粗砂、中砂、碎石（粒径为8-20mm）、级配砂石，最大料径不宜大于30mm。

3.7 素混凝土桩承载力计算

3.7.1 单桩承载力的确定

单桩承载力的确定按下式计算：

式中：Ra――单桩承载力特征值，kN；

Up――桩周长，m；

L――第i层土厚度；

rap――调整系数，取1.75～2.25；

qsik――第i层土桩侧摩阻力特征值，kPa；

qpk――为桩端端阻力特征值，kPa。

3.7.2 复合地基承载力

其中，fspk――复合地基承载力（kPa）；

m――面积置换率；

β――桩间土承载力折减系数，设计时取值为0.9；

fsk――处理后桩间土承载力特征值（kPa）。

4 素混凝土桩复合地基的施工技术要点

4.1 采用振动沉管灌注成桩施工要点

4.1.1 施工工艺流程：施工准备桩尖的预制和埋设桩机进场沉管混合料搅拌及投料拔管封顶检测清理桩间土及预留桩头铺设褥垫层；

4.1.2 软土中可采用大直径预制桩尖，以获得较大的端阻力，而保持桩身混合料用量不变；

4.1.3 沉管过程中，可不启动振动锤、静压沉管，减少对桩间土的扰动，拔管启锤使混合料振密；

4.1.4 在沉管过程中用料斗进行空中投料（可边沉管边投料），待沉管至设计标高且停机后须尽快完成投料，直至管内混合料顶面与钢管料口平齐；

4.1.5 应严格控制拔管速率，以防止粗骨料与水泥浆发生分离。一般，正常的拔管速率为1.2-1.5m/min；对于淤泥质土，拔管速度可适当放慢，拔管过程中不宜反插留振。成桩后桩顶标高应高出设计桩长0.5m，且桩顶浮浆应控制在10cm左右。

4.2 长螺旋钻孔泵压混凝土桩施工要点

4.2.1 施工工艺流程：桩位放点搅拌混凝土长螺旋钻机就位、成孔压灌素混凝土边提升钻杆边泵压素混凝土成桩、桩体养护检测清桩间土及预留桩头铺设褥垫层。

4.2.2 基础埋深较大时，宜在基坑开挖后的工作面上施工，工作面宜高出有效桩顶标高300 ~500mm，工作面为卵石和粗砂取小值，工作面土较软时应采取相应施工措施（铺碎石、垫钢板等），保证桩机正常施工。基坑较浅在地表打桩或部门开挖打桩空孔较长时，应加大保护桩长，并严格控制桩位偏差和垂直度。

4.2.3 桩体混合料中，碎石粒径多采用8-25mm，砂含泥量小于5%；粉煤灰选用Ⅱ级或Ⅲ级细灰，每立方米混合料掺量70~90kg为宜；

4.2.4 软土地基中施工，可掺加适量的减水剂、泵送剂，以制备泵送机能好、坍落度较低的混合料；在拌合时，拌合时间不得少于1min；混合料的坍落度宜控制在18-20cm；

4.2.5 在钻孔时，一般应先慢后快，以减少钻杆摇晃，同时方便检查钻孔的偏差，以及时纠正；当钻头到达设计标高时，在动力头底面停留位置的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制桩长的依据；

4.2.6 在泵压混凝土时，当钻杆心充满混合料后开始拔管时，严禁先提钻后灌料；

4.2.7 桩径为400mm时，提钻速度宜为2~3m/min；成桩过程应连续进行；

4.2.8 施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量；

4.2.9 确认桩符合设计要求后，盖好顶，然后移机至下一根，并根据轴线或周边桩的位置对需施工的桩位进行复检。

4.3 褥垫层施工要点

4.3.1 褥垫层分两层施工，底层厚30cm，上层厚20cm，施工时夯填度不得大于0.9。

4.3.2 底层碎石施工：填料松铺厚度约30cm，然后采用推土机进行填料初平，再人工配合平地机精平，压路机静压两遍，底层随时施工压实度宜控制为25cm。

4.3.3 控制碾压工艺：为防止压坏素混凝土桩桩头和土工格栅，应采用静力压实法；一般，褥垫层宜铺设厚度为200mm的级配碎石（砂：碎石= 3：7，碎石粒径为8～20mm）。

5 施工中应注意的其他事项

5.1 混合料坍落度对素混凝土桩影响很大，如混合料坍落度过大，会形成桩顶浮浆过多，形成砼的离析和泌水。一般，混合料坍落度控制在18-20cm；

5.2 每个工程开工前，都要做工艺试桩，以确定合理的工艺，并保证设计参数，必要时要做荷载试验桩。

5.3 素混凝土桩施工时，钻机应对准桩位，同时要调整桩身垂直度，确保其垂直度偏差不大于l％；在钻孔过程，应钻至设计深度；当灌注时，当灌至设计桩顶标高，停止压灌，移机至下一桩位；一般，整个复合地基施工周期为10天。

5.4 应严格控制拔管速度，在拔管过程中，应用浮标观测，以找出缩颈部位，每拔管1.5-2.0m，留振20s（根据地质情况掌握留振次数与时间或者不留振）。

5.5 在桩顶处，须每1.0-1.5m翻插一次，以保证设计桩径。

5.6 清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。

5.7 桩的施工允许偏差应符合下列规定：桩长允许偏差≤10cm；桩径允许偏差±20 mm；垂直度允许偏差 ≤1％；桩位偏差≤20cm；成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过500mm。

5.8 施工时，桩顶标高应高出设计标高不小于0.5m。

6 结束语

综上所述，素混凝土桩复合地基具有适用范围广、造价低、施工方便、质量容易控制、复合地基强度高等优点，由于设置了褥垫层，桩间土的承载力得到了充分发挥，很好地解决高层建筑地基沉降问题。实践证明，素混凝土桩复合地基是一种可推广的基础处理方法之一，值得在高层建筑地基基础中大力推广应用。

参考文献：

[1]JGJ79―2002.建筑地基处理技术规范[S]．

[2]吕栋.素混凝土桩复合地基的工程实践[J].山西建筑，2008，34（19）.

[3]张青松.浅析素混凝土桩复合地基在高层建筑中的应用[J].现代企业文化，2010，

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