刚性桩复合地基应用建议

党昱敬  

（中冶建筑研究总院有限公司 北京100088）

作者简介：党昱敬，男，教授级高级工程师，国家注册土木工程师（岩土），主要从事地基与基础、岩土工程的研究、设计和咨询工作。E-mail:dyj765 复合地基在我国形成于上世纪八十年代初，当时主要以碎石桩（散体材料桩）复合地基为主 ^[1] 。散体材料桩（碎石桩）主要包括振冲碎石桩、振动沉管碎石桩和柱锤冲扩碎石桩等，三种成桩加固机理均属挤密置换效应 ^[1、2] 。碎石桩复合地基承载力计算通过以基体土承载力特征值的某一倍数（桩土应力比）表达，即碎石桩复合地基承载力（ ）计算公式： （式中符号意义解释详见文献【3】）。由于碎石桩单桩竖向承载力特征值是依靠增强体桩周土体的侧限阻力保持其形状并提供抗力，其相应的桩土应力比（ n ）一般在1.5～4之间 ^[3] ，致使碎石桩复合地基承载力特征值（ ）相比天然地基承载力特征值（ ）的提高幅度和降低地基压缩变形量均较小。

不难理解，较大幅度地提高复合地基承载力的关键是在改善增强体和桩间土的承载性能，提高桩土应力比（ n ）。有鉴于此，科研和工程技术人员通过向桩体碎石材料中加入少量的水泥、粉煤灰、石屑( 或中砂) 和水，按一定比例进行搅拌后，用与振动沉管碎石桩同样的机械施工成一种高粘结强度桩（刚性桩），工程上称其为水泥粉煤灰碎石桩法( 简称CFG 桩；仅以水泥为胶凝材料时，称为素混凝土桩) ，其提高复合地基承载力的途径是发挥CFG 桩（或素混凝土桩）的桩体作用和振动沉管成桩工艺对桩间土的挤密效应 ^[1～6] 。理论分析和工程设计实践表明，由振动沉管施工工艺形成的CFG 桩（或素混凝土桩）复合地基，其地基加固处理效果明显优于振动沉管碎石桩复合地基 ^[1～6] 。但受振动沉管施工工艺振动和噪音污染影响，难以在城市人口密集区实施，且振动沉管施工工艺仅适用于加固处理深度较浅的松散和软弱土等构成的地基土层。对于基底压力较大和由附加应力引起的压缩层较深的高、大、重建（构）筑物，在遇有厚砂层和硬土层等构成的地基土层时，致使复合地基承载力特征值（ ）和CFG桩（或素混凝土桩）设计深度难以满足基底压力和基础沉降控制的要求 ^[2、5] 。

上世纪九十年代末研发的长螺旋钻机成孔压灌混凝土施工工艺，使得CFG桩（或素混凝土桩）复合地基地层适用范围更广和处理深度更深，大大拓展了CFG桩（或素混凝土桩）复合地基的应用范围 ^[5] 。由于长螺旋钻机成孔压灌混凝土施工工艺的加固原理仅为置换作用，地基处理后的桩间土承载力特征值（ ）与地基处理前的天然地基承载力特征值（ ）基本一致，其提高复合地基承载力的途径主要是发挥CFG 桩（或素混凝土桩）的桩体作用 ^[2、5] 。

复合地基是由以天然地基为基体，和增强体组成的人工地基。由CFG桩复合地基承载力特征值（ ）计算公式（式中符号意义解释详见文献【3】）可知：复合地基提供抗力的源泉，是基体和竖向增强体共同承担荷载的作用。

     (1)复合地基能有效地提高地基承载力，与桩基础相比，复合地基可以利用桩间土的承载力，具有较好的经济性。建议相关规程、规范依据天然地基基体土性的不同，增加补充应用刚性桩复合地基时桩土应力比（ n ）的最高限值范围和刚性桩桩复合地基抗震承载力调整系数 ^[3、7] 。在此基础上，再根据天然地基基体土层构成和施工工艺条件确定增强体的长度和直径达到的合理最大值。当增强体的长度和直径达到合理最大值、面积置换率（m）也达到理论最大值时，刚性桩复合地基变形计算结果仍不能满足基础沉降控制指标要求，可考虑通过扩大基础底面积或改变基础形式、以减少基底总压力、从而减少基底附加压力的方法，再对刚性桩复合地基变形进行验算。当采用刚性桩复合地基方案使得基础设计不合理、且经济性不明显时，应考虑采用桩基础方案。

       (2)对于地基土持力层和主要受力层为液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土和新近填土等的天然地基基体土层，应先通过其它工艺改善和增强天然地基基体土的物理力学性能指标，再二次采用刚性桩复合地基进行加固处理，即所谓采用复合工艺形成的组合型复合地基 ^[3、8] 。该人工地基在充分发挥刚性桩桩体作用时，可降低刚性桩复合地基的桩土应力比（n），有效调节基体土和刚性桩的刚度梯度，使桩土相互和共同作用更加协调和合理，共同承担上部结构荷载能力更强。

       (3)对于地基土持力层和主要受力层为液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土和新近填土等的天然地基基体土层，先通过其它工艺改善和增强天然地基基体土的物理力学性能指标，再采用桩基础时，也可使承台底地基土更多参与承载作用，达到桩基础优化设计的目的。

参   考   文   献

[1]党昱敬，王余庆. 碎石桩复合地基承载力计算公式的可靠性探讨[J].建筑结构,1995(6)：31-36.

［2］党昱敬.复合地基与基础设计若干问题浅析［J］. 地基处理，2019( 10) : 33－43.

［3］JGJ 79－2012 建筑地基处理技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.

[4]党昱敬，王余庆. 碎石桩复合地基承载力计算公式的可靠性探讨[J].建筑结构,1995(6)：31-36.

[5] 闫明礼，张东刚. CFG桩复合地基技术及工程实践(第二版)[M]. 北京: 中国水剂水电出版社, 2006.

[6]党昱敬. 挤密碎石桩法处理粉土地基的设计方法[J].工业建筑,1995(12)：24-28.

[7]GB50011－2010建筑抗震设计规范（2016版）[S].北京:中国建筑工业出版社.2016.

[8]党昱敬. CFG桩和沉管挤密碎石桩组合型复合地基的承载力[J].工业建筑,1997(3)：13-18.