浅谈旋挖灌注桩在复合地基中的应用

浅谈 旋挖灌注桩在 复合地基中 的应用

汤曙光

深圳市大鹏新区住房和建设局

摘要：复合地基是一种常的地基处理用方式。通常采用柔性桩（如搅拌桩）或半刚性桩（CFG桩）为置换体来弥补原天然土体承承载力不足，但处理后的地基载承力不高。随着高层建筑的增多，如何提供高复合地基承载力，已成为工程建设的迫切需要。用大直径旋挖桩为主体与周边土体形成高承载力复合地基，能有效解决这一工程建设需求。

关键词：旋挖桩；高承载力；复合地基

复合地基是指通过地基处理使部分天然土体得到增强、被置换或在天然地基中设置加筋材料，荷载由基体(天然地基或被改良的天然地基)和增强体共同承担的人工地基。其中竖向增强体复合地基有散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。通常情况下散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基承载力较小（150kpa～280kpa），而刚性桩复合地基承载力则可达到500kpa以上。旋挖灌注桩施工速度快、成本低、环境影响小，利用其作为复合地基的基桩值得工程人探索。

1. 项目概况

(一）工程概况

本项目为保障性住宅工程(图1），占地面积2.45万平方米，容积率4.07，建筑面积14.33万平方米（地面面积97840平方米，地下面积40752平方米），共由7栋高层塔楼和1栋幼儿园组成。地下结构均为2层（埋深10.5米），地上七栋塔楼层数为30～32层（高度90-90m）；幼儿园为3层（高度14.05m）。设计±0.00高程为30.00m。

（二）地质概况

本项目地块原始地貌单元为冲击平原，后经人工堆填，整体地势平坦（图2）。场内分部土层有：人工填土层、第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统冲洪积层、第四系不明成因堆积层、第四系残疾层、石炭系大理岩、燕山期晚期花岗岩、辉绿岩岩脉及断层糜棱岩。根据场地勘察资料显示，地下室底板大部分位于残积土上，局部位于粉砂及全、强风化岩上。

本场地为岩溶地区，溶蚀现象发育，溶蚀深槽明显发育，发育有土洞、溶洞,大部分有填充物，其分布在微观上没有规律，部分溶洞可能上下连通的；勘察期间测得稳定水位埋深4.20～7.40m，地下水位年变化幅度为3～5m。场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性。在各种地质营力作用影响下，整个堆积物土体结构复杂，软硬不均，变异性大（图3）。

2. 设计方案

本工程以后浇带为界分13个施工区域（1～7区对应1～7栋楼；8区对应幼儿园；9～13区为由南至北裙楼区域）。本工程原为桩基础（旋挖灌注桩）。塔楼范围桩基均为抗压桩、裙楼范围基桩均为抗压兼抗拔桩，桩基共计753根；3栋塔楼范围有54根桩径为1200mm，其余699根桩径均为1000mm。桩间距6100mm-8100mm,桩长20m～40m不等。单桩坚向抗压为设计值7000kN（4区少数入岩端承桩）和4500kN（原抗压兼抗拔桩，抗拔2600kN）。

在基桩试桩施工时，发现1、2、3、5栋主楼部位地质差异大且有较多小溶洞。随后，设计单位要求进行了施工超前钻勘察来补充地质资料。结合超前钻勘察资料，建设单位组织专家多次论证，对建筑物基础进行行设计变更：调整原来塔楼范围桩基受力开和位置，变为旋挖灌注桩复合地基；桩主要是沿塔楼坚向结构布置，间距为2200mm～2500mm左右；桩径为1000mm不变，设计刚性基桩单桩承载力为4800kN,复合地基承载力特征值为550kPa；同时将复合地基部位对应的地下室底板由350mm调为1800mm筏板（图4）。

3. 施工情况

根据超前钻施工完成情况，首先投入2台中联ZR280C旋挖桩机进行五区、六区、七区及九区摩擦桩型的施工；投入2台中车360旋挖桩机进行八区、一区、二区及四区桩端入岩桩型的施工；以上塔楼区陆续施工完成后迁移钢筋笼加工厂至基坑顶，并沿主施工道路收口进行十至十三区及三区的桩基础的施工。桩基础施工全部在基坑内进行，基坑内根据分区进行主要施工道路铺垫，设置钢筋笼加工厂、泥浆池等，具体施工现场平面布置图5。

（1）桩位测量放样合格后埋设护筒。护筒宜选用不小于10mm厚的钢板制作，护筒内径宜大于钻头直径200～300mm，顶面高出地面400～600mm，上部开1～2个溢浆孔。多节钢护筒连接宜采用焊接，焊接接头应满足强度、刚度、及防漏的要求。

（2）旋挖桩机成孔。旋挖桩机停位回转中心距孔位在3-4.5m之间，旋挖钻头的尖端正对桩心。旋挖桩机成孔首先动力头转动底门镶嵌斗齿的筒式钻斗切削岩土；对于松散易塌地层或地下水下孔壁不稳定的地层，采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁；比较松散软的地层，选用摩擦钻杆和回转钻斗钻进；在湿孔钻进条件下，因土遇水的胶结性能变差，一般用底板捞砂钻斗钻进以便捞取钻渣；中风化岩层、微风化岩层岩质较坚硬～坚硬，可选用牙轮筒钻斗，采用钻孔取芯的方式进行入岩成孔。按设计要求控制桩长，采用旋挖桩机数字钻进深度控制和测线双层控制。

（3））清孔。钻孔达到设计深度时，应采用清孔钻头清孔。满足浇注混凝土前孔底500mm以内的泥浆比重小于1.25,含砂率≤8%，泥浆粘度≤28s,沉渣≤50mm。

（4）钢筋笼制作与安装按常规进行。

（5）水下混凝土灌注

混凝土灌注是钻孔灌注桩的重要工序，应予特别注意。钢筋笼吊装完毕后，应安置导管或气泵管二次清孔，并应进行孔位、孔径、垂直度、孔深、沉渣厚度等检验，合格后应立即灌注混凝土，且浇筑混凝土必须连续浇筑，保证桩身完整性。 本工程根据地质情况及试桩的数据，旋挖灌注桩的充盈系数严格控制在1.1～1.3之间。

4. 施工效果

（一）复合地基检测情况

1、复合地基检测方案

旋挖灌注桩复合地基施工完后，建设单位组织勘察、设计、监理和施工单位进行检测选桩工作；桩基龄期到后，又委托检测单位对基桩的完整性和承载力进行检测[1]。依据深圳市标准《深圳市建筑基桩检测规程》的规定和设计文件的要求，相关检测方法和数量见下表：

测方法和数量表

通过低应变法检测，桩身完整，其中Ⅰ类桩达到近94.5%，Ⅱ类桩5.5%，无Ⅲ和Ⅳ类桩 。其后，检测单位进行了复合地基单桩和复合地基载荷板承载力检测，检测结果均满足设计和规范要求。

注：因不同塔楼基础低面积和形状不一样，复合地基布桩有少许差异，进而导致复合地基的置换率有细微变化（1栋塔楼0.086，2、3栋塔楼0.082，5栋塔楼0.085）。复合地基压板采用直径2.8×2.8m方形承压板，每个板下压1根桩，修的复合地基“承载力特征值”（可能是出报告者笔误，应是承压板施力/2）有修正。

（二）主体结构监测情况

根据《建筑地基基础设计规范》和设计要求，总体沉降控制值19m，差异沉降为0.002L。目前总主体已完成近5个月，各栋主体的沉降在1.6～4.7mm间。根据数据拟合，累计变形和差异变最大的第6栋塔楼也满足设计和规范要求。

五、结论

目前，该工程主体已完工，正在进行竣工验收。2020年，该工程还荣获了市优质结构工程；目前，省优质结构工程已通过。从实际效果来看，将塔楼抗压桩基础变更为旋挖灌注桩复合地基是合理可行的。

通过本工程，我们再次验证了刚性桩复合地基是可行的；能充分利用刚性桩间的天然土体的承载力而减少建筑桩基数。同时，旋挖灌注桩复合地基承载力可达到常规散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基承载力的两倍，能满足当前普通高建筑地基承载力要求，在特殊条件下值得推广和应用需要。

参考文献：
[1]阳文学.浅谈建筑工程旋挖桩施工技术.防护工程.2018（14）

[2]蒋训忠.旋挖钻机在桩基工程中的应用.《中小企业管理与科技期刊》 2009(11)

[3]孟照辉.复合地基平板载荷检测报告.深圳市建设工程质量检测中心.2020