岩溶地区复合地基设计
2016-09-26
由于岩溶地区存在较多的溶洞、土洞，且岩面起伏不平，溶洞及土洞大小又各自不同，而且溶洞的分布具有较大的不确定性，地勘勘探无法一一探明，同时岩溶地区常分布有地下暗河，所以岩溶地区的基础处理和设计是目前基础设计的难点，基础选型不仅要考虑上部结构还要综合考虑周围环境、施工技术、工程造价、施工工期等多方面因素，下面结合工程实践介绍基础的选型和设计。
1工程概况
连州碧桂园某栋号住宅楼位于6度区，采用框剪结构，地上共15层，无地下室，总高度46米，该楼盘场地所在区域为古生界石炭系浅海相碳酸盐岩沉积岩分布区域，场地内分布的石炭系灰岩为可溶岩，主要表现为溶洞多，多呈串珠状溶洞或溶槽，分布范围较广，溶蚀痕迹明显，根据地勘提供资料基岩之上覆盖土分别为，①素填土，层厚：2m， ②粉质粘土，层厚：15～20m （fak=200），③微风化灰岩，土层剖面如下图一，地勘布置10各探孔中，有8各探空揭示出岩面一下存在溶洞及土洞。
图一
2基础选型
1）采用浅基础，本工程上部为15层，如采用筏板基础，试算地基反力约为280kpa，如选择②粉质粘土为持力层，fak=200，无法满足承载力要求。
2）预制管桩因施工速度快、造价底，广泛采用，岩溶地区采用时由于岩面存在倾斜，易形成烂桩和桩偏斜，且灰岩中有溶洞存在，较薄的顶板处预制桩稳定性差，因此也不考虑此桩型。
人工挖孔桩，人工挖孔桩因考虑安全因素谨慎采用，本场地属于溶岩地区，按广东省关于限制使用人工挖孔灌注桩通知，不适宜采用人工挖孔桩基础。
钻（冲）孔灌注桩适宜于各种地层条件，岩溶地区采用此种桩型经常会出现沉渣过厚，难以清渣，成桩护壁困难，孔壁坍塌，出现斜孔、弯孔，卡锤、超灌等现象，施工前进行灌浆处理，施工难度较大、周期长、造价高等不确定因素多，也不考虑。
复合地基，当天然地基无法满足承载力要求时可采用复合地基，通过桩加固地基，再与褥垫层一起形成复合地基，从而提高了土体的承载力，再通过调整桩长，桩距，垫层厚度控制沉降量可以较好的满足设计要求，在岩溶地区广泛应用。
该工程经方案比较论证后采用长螺旋钻孔泵压素混凝土桩复合地基和筏板基础，对第二层粘土层进行加固，提高承载力，减小沉降。
3 CFG桩复合地基设计
3.1设计参数
根据JCCAD筏板有限元计算结果显示基础平均反力为280kpa，取CFG桩径为400mm，桩身混凝土取C20，桩端持力层为②粉质粘土层，按正方形布桩，桩间距取1800mm，计算得面积置换率m=3.867%z，设计桩长经估算取10m。
3.2复合地基承载力计算
根据地勘提供的各层土的侧阻力和端阻力标准值按《建筑地基处理规范》JGJ79-2012 中7.1.5-3公式计算得单桩承载力特征值Ra=380kpa，复合地基承载力特征值计算按JGJ79-2012中7.15-2计算得fspk=280kpa，筏板基础埋深为-3.00m，考虑深度深度修正后fspk=325，设计考虑地基的不均匀性，最终取复合地基承载力fspk=300>280kpa，满足设计要求。根据JGJ79-2012中7.1.6条计算得fcu=10.89（复合地基桩顶应力），桩身C20混凝土满足fcu=10.89<20Mpa要求。经过地基处理后地基承载力由原200kpa提高到300kpa，提高了1.5倍满足了上部结构的承载力要求。
3.3褥垫层厚度
褥垫层在复合地基中起到非常重要的作用，一方面作为一个过渡层，使桩和桩尖土共同受力，另一方面改变褥垫层厚度可以在一定范围内调整桩土应力比，褥垫层厚度越小，桩发挥的作用越大，桩土应力比越大，从而产生的变形越小，反之则相反，该工程褥垫层厚度取200，采用中砂混碎石（6：4），最大粒径不宜大于20mm；褥垫层铺设夯填度不大于0.9，采用静力压实法。
3.4布桩原则
该工程采用正方形布桩，对中央核心筒和两个塔楼相接处适当增加桩长，减小沉降，裙楼适当减小桩长，最总确定CFG桩布置如下图二。
图二
3.5复合地基变形验算
目前复合地基的变形主要采用经验公式，通常的计算方法是把复合地基的变形s分为两部分，加固体的变形量s1和下卧层的变形量s2，则s=s1+s2，加固区采用复合压缩模量Esp按分层总和法计算压缩量，Esp=fspl/fsk*Es，压缩量的计算方法同天然基础相同，各土层的Es地勘会提供数据，本工程采用JCCAD计算的沉降变形，在软件中导入地勘探孔资料进行了沉降计算，计算结果最大沉降点为150mm，最小沉降点为120mm，沉降差为30mm，总沉降量小于200mm，倾斜度为0.0021，满足规范要求。
3.6复合地基的施工、检测、观测
施工桩时实行间隔跳打措施，施工完毕开挖验桩时未发现桩身断裂、劲缩、偏斜现象，复合地基施工完毕28d后，进行了施工质量检测，采用低应变动力法检测桩身质量，检测结果均为一、二类桩，现场取了6个试验点进行复合地基载荷试验，检测结果压力-沉降曲线均为平缓光滑曲线，未出现规范列出的破坏现象，表明复合地基承载力满足设计要求。
4溶洞的处理
该工程复合地基桩底以下第一层溶洞（土洞）均需进行填充加固处理，可布置检查注浆孔，检查注浆孔深至第一层溶洞底，发现溶洞、土洞后进行注浆填充加固处理，当连续灌浆量较大且不见升压时，可在水泥浆中加入适量水玻璃等速凝剂，或可间隔数小时后在连续注浆，溶洞顶板以上检查孔或注浆孔可采用水泥砂浆填充满，水灰比0.6，掺砂量约为水泥量的20%。通过注浆使揭露的溶洞、土洞填实堵塞透水通道，减少覆盖土的流失，通过静压力注浆使溶洞填充物的密实度提高，提高顶板的稳定性。
5结束语
根据多个工程的设计实践理论，总结了混凝土桩复合地基的一些优点：
1）适用性广，承载力提高幅度大；混凝土桩复合地基技术适用于非饱和及饱和的粉土、粘性土、填土、砂土、淤泥质土等地质条件，处理后，复合地基的承载力与原地基承载力相比，可提高2-5倍。
2）施工简便，工期短，混凝土桩施工方法一般为长螺旋钻成孔泵送砼法，施工时，没有钢筋笼制作等工序，成孔成桩一次完成减少了成桩时间，加快了施工速度。
3）保护环境，桩施工时，不需泥浆护壁，没有泥浆外运，既节约了资金，又无环境污染。
