浅探组合桩复合地基在高层建筑中的应用
[摘 要] 在高层建筑中，利用夯实水泥土桩和CFG桩进行地基处理。通过二次处理，有效提高复合地基的承载能力。结合工程实例，阐述夯实水泥土桩和CFG桩的适用条件，以及设计和施工方法。通过复合地基静载荷试验，证明其应用价值。
[关键词] 高层建筑；夯实水泥土桩；CFG桩；复合地基。
复合地基由于其充分利用桩问土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价，得到了越来越广泛的应用。夯实水泥土桩复合地基和CFG桩复合地基，均为较常用的复合地基处理方式。本文探讨通过夯实水泥土桩和CFG桩二次处理地基，充分发挥水泥土桩的抗变形性能和CFG桩的高承载力性能，有效提高复合地基的承载能力。
夯实水泥土桩是用人工或机械成孔，选用相对单一的土质材料，与水泥按一定配比，在孔外充分拌和均匀制成水泥土，分层向孔内回填并强力夯实，制成均匀的水泥土桩。通过在基础和桩顶之问设置一定厚度的褥垫层，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。由于夯实中形成的高密度以及水泥土本身的强度，与搅拌水泥土桩相比，夯实水泥土桩桩体有较高强度。夯实水泥土桩复合地基适用范围很广，适用于粉土、粘土、素填土、杂填土、淤泥质土等地基，施工机具简单，施工质量容易控制，施工速度快，工期短，造价低廉，且施工文明，无泥浆元噪音。通常复合地基承载力可达180～300 kPa。根据目前施工机具水平，多用于地下水位埋藏较深的地基土。可采用人工或机械夯实法夯实成桩，夯实压实系数应大于0．93，保证桩体设计强度。夯实水泥土桩复合地基具有桩身强度均匀、施工速度快、不受场地的影响、造价低、无污染等特点。
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。在实际应用中，CFG桩也可采用素混凝土桩代替。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，大大降低了工程造价。
褥垫层是复合地基设计中的重要一环，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层，桩问土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土一起承担荷载。
在实际工程中，采用夯实水泥土桩和CFG桩进行地基处理，由天然地基土体、夯实水泥土桩和CFG桩两种增强体三部分组成的人工地基，既能发挥CFG桩高承载力，又因CFG桩的插入而使水泥土桩的侧限约束作用得到增强。
1 工程概况
某部队高层住宅楼，建筑面积约2万平方米，地上27层，建筑物高度78．30 m。地下1层，地下室底标高一5．10 m。混凝土剪力墙结构。本建筑物恒载与活载总重约2 980 kN，根据地下室底面积折合约420 kN／m 。
2 计算分析
在复合地基设计阶段，地基规范规定：复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定；地基处理规范规定：复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定。
本工程首先采用夯实水泥土桩对地基进行处理，待夯实水泥土桩强度达到要求后，再在水泥土桩中心位置施工CFG桩。夯实水泥土桩与CFG桩桩距均为1．5 m X1．5 m，梅花型布置。基础筏板的素混凝土垫层与桩顶之间铺200 mm厚级配砂石垫层，砂石垫层抗压强度不小于500 Kpa，范围为伸出筏板周边不小于400 mm。
夯实水泥土桩挖孔直径450 mm，成桩直径600 mm，桩顶设计标高一6．80 m，桩长7 m，以第6层黄土状粉土夹粉质粘土为桩端持力层，估算单桩承载力特征值380 kN；桩身材料采用水泥和土，混合料配合比由实验确定，桩身强度控制为无侧限抗压强度不小于5 MPa；夯实水泥土桩处理后估算复合地基承载力特征值240 kPa。
CFG桩桩径500 mm，桩顶设计标高一6．80 m，桩长15．5 m，以第8层黄土状粉土夹砂桩端持力层，估算单桩承载力特征值680 kN；桩身材料采用C25混凝土；夯实水泥土桩与CFG桩处理后，估算复合地基承载力特征值460 kPa。
3 施工及现场试验
夯实水泥土桩采片{机械洛阳铲成孔，孔径450 mm。洛阳铲直径450 mm，在洛阳铲成孔后用直径450 ITlm的洗孑L器洗孔，确保孔径达到设计要求。根据设计要求和现场地质条件，成桩用土料采用基坑开挖或成孔土，配料采用人工计量配料。采用吊锤夯实机，夯机就位后，固定并保持机身平衡，然后检查孔深及孔内有无杂物，符合要求后使夯锤中心正对孔中心。CFG桩采用长螺旋钻成孔，清孔后灌注C25素混凝土。
在试桩完成28 d后，进行了低应变动力试验、单桩复合地基载荷试验、多桩复合地基载荷试验，承载力根据设计承载力特征值的2倍进行堆载检测；复合地基载荷试验曲线基本属于渐进型的光滑曲线，不存在陡降点。试验结果满足设计的各项要求。
4 总 结
夯实水泥土桩处理地基是一种效果明显的处理方法，用夯实水泥土桩加固后的复合地基比原地基变形模量会有较大增长，抗变形能力有明显提高。CFG桩桩体材料可以掺人工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，其受力和变形类似于素混凝土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质量易保证等优点，经济效益和社会效益非常显著。设置褥垫层，直接影响复合地基的桩和桩问土强度的发挥，合理的垫层厚度对提高复合地基承载力和减少沉降变形是非常有利的。
本工程所采用的组合型复合地基的应用，可最大限度地发挥这两种桩的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。此种地基处理方案，质量易控制，造价低，经济效益明显，有较好的应用前景。
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参考文献
[1]建筑地基处理技术规范，(JGJ79—2002)
[2]湿陷性黄土地区建筑规范，(GB50025—2004)
[3]高层建筑岩土工程勘察规程，(JGJ72—2004)
[4]建筑地基基础设计规范，(GB50007—2002)
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