浅析大直径素混凝土桩复合地基设计和施工以及监测的实施
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作者:孔文健
摘 要：通过地质和建筑设计地基承载力、变形等要求的资料收集与整理，确立了大直径混凝土桩复合地基的适宜性，完成了相应的设计和专家审查;通过对现场施工的控制、验收，经第三方检测，本复合地基达到设计要求，同时对建筑主体在建设过程中进行沉降监测，满足国家相关变形规定，验证了设计的安全性;同时本工程也为业主节省了工期，为业主创造了更好的效益。
关键词：强风化岩地基 大直径素混凝土桩复合地基 沉降监测
中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（a）-0001-04
建筑物4号楼主楼21F+1层，室外地面以上总高为67.05m。建筑物基本情况见表1。
该工程主体原设计采用筏板基础，持力层为中风化泥质砂岩，基础开挖后，地基为强风化泥质砂岩，厚度较大，天然地基承载力达不到设计要求，拟采用大直径素混凝土桩复合地基，处理后地基承载力要求≥600kPa，压缩模量≥20MPa。
1 工程水文地质条件及设计参数取值
（1）场区地基开挖后，地层主要为侏罗系蓬莱镇组（J3P）泥质砂岩，其岩性特征如下：褐红色，粉粒结构，泥质胶结，薄～中厚层状构造，表层强风化，岩石较破碎，岩质较软，埋深在444.45～445.09m，层厚3.8～4.3m;其下为中等风化岩石，岩芯多呈短柱状，岩质硬，埋深在440.65～440.86m，此层未揭穿;（2）场地内地下水主要为基岩裂隙水，水量较小，埋藏较浅，无统一自由水面。岩石裂隙水受大气降水及地下水迳流补给，水位变化主要受季节性控制。（3）基坑已开挖至标高444.4m处，筏板下地基持力层主要为强风化泥质砂岩（而非详勘报告所示的中风化泥质砂岩）。根据施工勘察阶段的岩土工程勘察报告，各岩土层的物理力学性质指标及设计参数取值见表2、表3。
2 复合地基工程设计
（1）桩长。
以中风化泥质砂岩为桩底持力层，嵌入长度≮1.50m。取本楼施工勘察报告中1、2、3、4、5号钻孔及剖面资料作为计算依据，计算结果如表3所示。
（2）桩径。
根据地区已有建筑经验及现场实际情况，拟采用旋挖机械干法成孔，设计桩径为750mm。
（3）桩间距。
筏板基础下揭露地基土为强风化泥质砂岩，该层承载力特征值fak取260kPa。各土层的桩的侧阻力特征值qsi为：强风化泥质砂岩：70kPa;中风化泥质砂岩：190kPa。桩端位于中风化泥质砂岩上，嵌入中风化泥质砂岩不少于1.5m，桩端端阻力特征值qp为2000kPa。单桩竖向承载力特征值Ra：Ra=upΣqsi×lpi+αpqp×Ap= 2195.8KN 取值Ra=2150KN。由设计要求复合地基承载力特征值fspk=600KPa，按fspk=m×Ra/Ap+ β（1-m）fsk得，m=（fspk-βfsk）/（Ra/Ap-βfsk），m=0.079，一根桩担负的面积A= Ap/m=5.592，采用正方形布桩， S=2.36，取S=2.30m（筏板边缘处因与桩位相距较远，适当增加桩点），处理范围内布置桩数为158，实际置换率m= Ap/A= 0.083>0.079，设计后复合地基承载力特征值达到fspk=620.8 kPa≥600kPa，满足建筑主体设计要求。
（4）压缩模量。
地基处理后的变形计算应按现行国家标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定计算复合地基压缩模量Esp，复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍，ξ值按下式确定：由ξ=fspk/）fsk及Esp=ξ×Es，ξ= 2.307得最小Esp=46.14MPa≥20MPa;满足建筑设计要求。
（5）桩体强度：桩顶σp max=Ra max/Ap= 2195.8 /0.442=4972.8kPa，桩体抗压强度fcu≥3σp=14.9MPa，由于工期较紧，要求砼前期强度较高，桩体强度等级取C25。
（6）褥垫层：根据建筑物荷载及基底土质情况，结合地区建筑经验，桩顶设置20cm厚砂碎石褥垫层，中砂碎石比为1：3，最大粒径不宜大于20mm;再在其上铺设10cm的C15砼垫层进行封闭，防止地下水软化桩间土层，铺设范围为各边外扩300mm。
（7）复合地基的构成及桩的布置。
桩复合地基的构成见图1、图2;建筑地基处理的实际布桩数为158根，见图3。
3 复合地基工程施工控制及检测
（1）成桩工艺：采用旋挖钻机干法成孔，场地平整確保钻机施工有平台;选择合适的旋挖钻头;编制合理的施工材料与混凝土计划;对各桩位采用全站仪进行测放并测定标高，做好护桩，同时对各桩位轴线进行复核，施工过程中及时对各桩位进行复检;旋挖钻机应移动平稳就位，同时对钻机周围进行有效清理，钻机对中前复核桩位，启动电脑自动复位，钻机自行调整至钻杆、钻头中心和桩位中心点对准;钻进中根据地层的变化及时调整钻头类别，同时及时复核地层，并作好记录，钻至设计标高并复核达到设计要求的持力层深度后清孔。清底工作对复合地基承载力影响极大，拟在成孔后用专门的清底钻头结合人工方式清理沉渣，沉渣厚度控制在2cm以内。成孔完成时和浇桩前加强检测。清孔时，钻头下降到原钻探深度，原位正向旋转4-5转钻头，使孔底的沉渣旋入容斗内，同时利用旋挖斗的平底斗齿将孔底清理为平底，然后提出旋挖斗卸渣。要求第一次掏渣后需用测绳或钢尺检测孔深，如测量深度和钻进深度一致，清孔合格，否则应用旋挖斗继续清渣至合格。清孔后及时用测量孔深，复核设计孔深，并记录，检查孔的孔径、倾斜度等各项指标是否合格;浇注混凝土前应复检孔深，看是否有塌孔发生，如遇塌孔或沉渣过厚时，及时用旋挖斗进行二次清孔。 （2）复合地基检测。
复合地基检测前的桩体养护期应不小于14天。由具有法定资格的地基检测单位进行复合地基检测。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）及本工程实际情况，复合地基检测采用：A单桩承载力载荷试验，试验数量为总桩数1%，且单体工程的试验数量不得少于3点，最终确定试验根数为3个;B桩间土地基承载力载荷试验，试验数量為总桩数1%，且单体工程的试验数量不得少于3点，最终确定试验根数为3个;C低应变桩身完整性检测，检测数量为总桩数158根。
4 建筑主体沉降监测
依据《建筑变形测量规范》（JGJ8/2016）、《工程测量规范》（GB50026-2007）等布设的基准点3个、变形观测点位12个，于建筑到地下室负1层顶开始埋点测量，每建筑加载三层观测一次，封顶后1～3个月左右观测一次（视荷载加载速度而定），直至沉降数据达到《建筑变形测量规程》规定的稳定性指标时可停止观测工作。
5 结语
（1）本设计经四川省非本单位有关专家组成的专家组外部审查合格;
（2）本设计在业主、监理及建设行政主管部门的监督下完成了专项施工，各项合格;
（3）本地基处理工程完工后经专门第三方检测机构检测合格，达到建筑设计的要求;
（4）本设计经主体沉降观测，建筑总体沉降达到稳定条件，其变形满足相关规范要求;
（5）本设计从设计、施工到检测总计工期1个月，较其他方案都节省了工期和造价。
参考文献
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[5] 梁勇.素混凝土置换墩复合地基在成都高层建筑地基处理中的应用[J].四川地质学报，1998，18（4）：288-292.
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