施卫东
（上海开艺设计集团有限公司 上海 200443）
［摘要］ 素混凝土桩复合地基具有复合地基承载力高、加固土层变形模量大、桩身强度和质量容易控制等特点，越来越多地应用于高层建筑的地基处理。本文通过具体的设计实例来详细阐述素混凝土刚性桩复合地基的设计过程、施工和检测的要求，以期为较高高层建筑地基处理的设计提供借鉴。
［关键词］素混凝土桩；高层建筑；复合地基；设计；检测。
1.引言
我国是人口大国，土地资源相对贫乏，随着国民经济的巨大发展，人地矛盾相对突出，因此各地大量兴建高层、超高层建筑，既适应现代办公居住生活的要求，又可在一定程度上提高城市土地的利用率，节约土地资源。高层建筑，尤其是高度较高、层数较多的高层建筑，因其自重较大，一般的天然地基很难满足其承载力和沉降变形的要求，必须对其进行地基处理或采用桩基。对于较高且层数多的高层建筑的复合地基而言，为满足地基承载力和沉降变形的要求，组成复合地基的桩体应有较高的单桩承载力和一定的桩体强度，素混凝土桩因其桩体强度较高、施工方便、造价较低、桩身质量易于控制以及广泛适用性等优点而得到广泛应用，目前已成为高层建筑地基处理的主要方法。
素混凝土桩为低强度刚性桩，混凝土强度等级一般为C15～C25级，由桩体、桩间土和褥垫层共同工作构成复合地基，其地基加固原理和工作性状同CFG桩接近。《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012【1】，（以下简称文献【1】）第7.7.1条的条文说明，素混凝土桩复合地基可参照该规范“水泥粉煤灰碎石桩复合地基（即CFG桩）”进行设计、检测和施工。
本文结合内蒙古巴彦淖尔北边渠棚户区改造项目素混凝土刚性桩复合地基的实践，阐述素混凝土桩复合地基的设计过程、施工和检测的要求。
2.工程概况
内蒙古巴彦淖尔市北边渠棚户区改造项目，分C-27、C-28、C-29和C-30四个地块，为大型居住小区，总建筑面积约28万平方米，其中有11栋27层的住宅楼，建筑物高度78.75米，结构型式为剪力墙结构，其余为10~18层安置房和小部分商业、物业等配套用房。主楼基础采用筏板基础，主楼下设置二层地下室，基础埋深为6.90米左右。本文以C-30地块1栋为例，详细阐述素混凝土刚性桩复合地基的设计过程、施工和检测要求。
3.工程地质概况
拟建场区地处河套盆地的中部，在地貌上属于黄河冲洪积平原，地质构造稳定，场地地形较平坦，场地天然土层均为第四系冲积成因地层，场地地层分为五个单元层。C-30-1#楼地层剖面、基底埋深及素混凝土桩底标高示意图见图1：
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图1 地层剖面图和素混凝土桩示意图
各土层地基承载力、桩极限侧阻值及桩极限端阻值等物理力学参数取值见表1：
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所有土层均为不液化土，拟建场地地基土均匀性较好。第3层粉细砂土为稍密状态，工程力学性质一般，基底坐落于该层土，天然地基无法满足承载力和变形计算的要求。第5层细砂层层面埋深不太深，总体为密实土，工程力学性质良好，为复合地基素混凝土桩良好的桩端持力层，也是素混凝土桩复合地基良好的下卧层，根据以上地质条件和土层分析，本工程采用素混凝土桩复合地基，桩端持力层为土性良好的第5层细砂层，桩端进入该层不少于2米。根据上部结构计算，复合地基承载力特征值不少于480KPa。
4.复合地基的设计
4.1 素砼桩单桩承载力的估算
C-30地块为27层高层建筑，基底压力较大，按工程经验，需较高的单桩承载力，第层细砂层为密实细砂层，为良好的桩端持力层，选取桩径400mm的素混凝土桩，桩端进入第层细砂层不少于2.5米，本工程有效桩长取15米，按文献【1】第7.1.5-3进行单桩竖向承载力特征值的计算：
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对于可取1.0
按上述公式进行计算，取1#楼6个勘探孔，单桩承载力特征值最小值Ra=670kN。实际取Ra=670kN。
4.2 素混凝土桩身强度的确定
参照文献【1】第7.1.6条，当单桩竖向承载力特征值确定后，其桩身砼强度应满足下式要求：
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4.5 沉降计算
复合地基的地层应与天然地层相同，每复合地层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍，ζ值按下式确定：ζ=fspk/fak。按前述计算，1#楼ζ=480/150=3.2，据此可得基底下各复合地层的变形模量，见表2
表2 复合地层压缩模量
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按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011【2】（以下简称文献【2】）第5.3.5条及第7.2.10、第7.2.11条进行复合地基沉降计算。沉降计算压缩层深度应大于加固土层的深度。应根据沉降计算深度范围内所有地层压缩模量的（为压缩模量的当量值），确定沉降计算经验系数。查文献【2】表7.2.10，本工程压缩模量当量值=36MPa，沉降计算经验系数为0.2，经JCCAD计算，1#楼最大沉降量为28mm，满足规范要求。
目前部分基础计算软件，例如JCCAD没有复合地基沉降计算的选项，只能按《地基基础设计规范》【2】GB50007-2011第5.3.5条计算，其沉降计算经验系数未按该规范第7.2.10条进行取值，应根据压缩模量的当量值所对应的沉降经验系数进行手工调整。
5．褥垫层
素混凝土桩与桩间土形成复合地基的关键是褥垫层的设置，以保证桩、土共同承担荷载，褥垫层厚度和材料的合理设置非常重要。根据文献【1】（JGJ79-2012）的条文说明，褥垫层一般具有以下作用：（1）保证桩、土共同承担荷载；（2）调整桩、土荷载分担比；（3）减少基底底面的应力集中；（4）调整桩、土水平荷载的分担。因此，在桩顶和筏板底之间必须设置厚度合适的褥垫层。根据以往的工程经验，结合本工程的实际情况，设置250mm厚的级配砂石作为褥垫层。褥垫层一般采用静压夯实法进行铺设，其夯实度不应大于0.9。
6．复合地基检测
对于较高的高层建筑，复合地基承载力要求提高幅度较大，单桩承载力较高，应在桩施工前进行现场单桩竖向承载力静载荷试验，素混凝土单桩竖向承载力特征值应根据试桩结果确定。本楼进行了3根施工前试桩，试桩加长5.5m，桩底标高与工程桩一致，单桩竖向承载力特征值均不少于780kN，扣除桩顶加长部分侧阻力特征值的承载力，与估算的单桩承载力特征值相符。
复合地基竣工后检测应根据文献【1】第7.7.4条的规定对复合地基承载力进行检验，本楼共布置583根桩，根据规范要求，检测要求如下：
（1）素混凝土桩单桩竖向承载力试验，试验数量6根，试桩加荷量不少于1350kN。
（2）复合地基静载荷试验，数量为5个。本工程采用的承压板尺寸为1.29x1.29m，试验加载量不少于1600kN。
（3）低应变动力试验检测桩身的完整性，检测数量大于总桩数的10%【1】，测点位置应均匀分散。
复合地基施工完成后经检测，素混凝土桩单桩竖向承载力特征值大于670KN,复合地基承载力特征值大于490KPa,均满足设计要求。
7.施工要求
7.1 根据当地经验，素混凝土桩采用长螺旋钻孔、管内泵压混凝土的成桩工艺。长螺旋钻至设计深度后，应控制提拔钻杆时间，混凝土料泵送量应与拔管速度配合，混凝土塌落度控制在180±20mm【4】。素混凝土桩应超灌500mm混凝土，确保素混凝土桩顶质量。
内蒙古地处严寒地区，本工程恰逢冬期施工，施工时应采取措施避免混凝土在初凝前受冻，保证混合料入孔温度大于50C，一般优先加热拌合水，泵送管路也应采取保温措施【3】。
7.2 本工程桩距为1.29m，桩间距相对较小，为防止窜孔现象发生，应采取隔桩跳打方法。
7.3 本工程基础埋深较深，基坑开挖后应留有工作面，长螺旋杆素混凝土桩施工在工作面上进行，为确保桩顶质量，施工工作面一般高出设计桩顶标高0.5m。
7.4 确保褥垫层的施工质量对于复合地基的形成非常重要。褥垫层采用级配砂石，厚度为250mm。具体要求为：含泥量不超过5%，最大粒径不大于30mm。砂石应搅拌均匀，虚铺后应采用静力压实，适当洒水保持含水量10%左右。褥垫层夯实度不大于0.9。
8.结语
素混凝土刚性桩复合地基，桩身强度较高，单桩桩身承载力也较高，从而可较大幅度提高复合地基承载力，易于控制高层建筑的沉降量，同时施工方便、造价较低及施工质量容易控制，在较高的高层建筑地基处理中将越来越得到广泛应用。
参 考 文 献
[1]JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S].
[2]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].
[3]王远智, 杨惠银, 马延超. 水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)桩体常见质量问题分析及处理方法浅析[J]. 建筑工程技术与设计, 2016(15):1198.
[4] 江棹荣. 基于高层建筑刚性桩复合地基设计的应用研究[J]. 中华民居(下旬刊), 2014(6):100-101.