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摘要：结合工程实例，选择可行、合理、经济的地基处理方案，通过载体桩处理粉质黏土地基，提高了地基承载力，达到设计要求及减少基础工程的投入。
关键词：载体桩；地基处理；复合地基；粉质黏土
随着社会的发展和科技进步，建筑地基基础施工工艺也是日新月异。载体桩是一种全新的施工技术，它改变了传统的地基基础处理观念，选择下部层位稳定、土性较好的土層作为被加固土层，载体桩的承载力主要来自载体，载体通过反复填入块石、建筑垃圾等再以重锤夯实，通过三击贯入度等指标控制密实度，随后再夯填一定量的干硬性混凝土，从而由内向外形成干硬性混凝土、填充料和挤密土体形成的载体，使桩端土体得到最优的密实，将上部荷载有效传递给下面的持力土层，达到提高承载力的目的。该工艺施工质量容易控制，成桩可靠良好，同时还具有施工噪音小，施工材料经济、环保等特点。
由于拟建筑物工程地质条件不同，如何选择可行、合理的地基基础加固处理方案，对促进社会经济建设的发展有实际意义。以下，结合一工程实例，对采用载体桩处理粉质黏土地基的设计及施工工艺作一探讨。
1工程概况
广东省韶关市某建筑物，楼高13层（小高层），总占地面积为1520. 0m2，该楼上部结构采用现浇钢筋混凝土框架结构。场地属残积粉质黏土丘陵地貌，地下水位-2.50～-8.50m。
根据工程地质勘察资料，场地地层自上而下为：
①杂填土：层厚0.90～2.70m，属新填土，主要成分为黏土、砖块、少量碎石等，松散，固结差，土层均匀性差。
②粉质黏土：灰褐，棕红，褐黄均有；饱和；可塑为主，含砂页岩风化碎屑颗粒，胶结韧性较好，粘性一般，砂感较明显，断面粗糙，不见原生纹理，该层位是良好的天然地基持力层。厚14.90～25.40m；顶板埋深0.00～-2.60m，fak=160kPa。
③灰岩：灰、深灰色，未穿层，为场地内的基底岩石，属较硬岩，岩石较完整，未见溶洞等不良地质现象。
2载体桩施工设计
2.1地基处理方案选择
因场地位于市区、周边建筑为医院、学校和大量居民楼，地下水位较低，补给量小，不宜采用沉管灌注桩、钻（冲）孔桩，可采用载体桩复合地基、静压预制桩、深层水泥搅拌桩复合地基，但从经济投入和施工工期、地基承载力等因素综合考虑，宜选用载体桩复合地基。由于拟建筑物荷载不同，为防止不均匀沉降而影响建筑物的安全使用，在复合地基上设置片筏基础。根据地基土的承载力大小，并考虑沉降问题和复合地基的厚度，选择粉质黏土为载体桩持力层。要求复合地基的承载力fSP。K≥320kPa。
2.2载体桩设计
根据工程地质资料及韶关地区类似工程地质条件的工程实践经验，本工程载体桩采用如下设计参数：
⑴ 桩型及桩径：采用北京专利机械进行施工，桩型名称为复合载体夯扩桩，桩径Φ=420mm。
⑵ 桩长：根据地质资料，从原地面至粉质黏土层厚度一般为20.0m，施工前要求平整场地，因此设计有效桩长为8.50m。
⑶ 桩位布置：桩间距为1.60m，按承台梅花形、正方形布置。
⑷ 填料及材料要求：填料可为附近拆除旧房屋的废砖头、砼块、卵石、中～微风化块石等；水泥采用PO.32.5R，粗砂，20～40碎石；其填料量不宜大于1．8m3，当填料量大于1．8m3时，应另选被加固土层或改变施工参数。
⑸ 单桩、复合地基承载力要求：单桩承载力特征值Ra=500kN，复合地基承载力不小于320kPa。
⑹ 单桩承载力特征值估算： 由《载体桩设计规程JGJ》（135-2007）中第4.3.2公式及条文说明中第4.3.2款、《建筑地基基础设计规范 》（GB50007-2002）第5.2.4条：Ra=fa•A′e， A′e = Ae * λ，fa= fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）式中Ra为单桩承载力特征值，kN；fa为经过深度修正后载体桩持力层地基承载力特征值，kPa； A′e为经过修正后的载体桩等效面积，m2；Ae为经过修正后的载体桩等效面积，Ae取值为2.0m2；λ为等效面积修正系数，取λ=1.20；fak为地基承载力特征值，fak=160kPa；
ηb、ηd为基础宽度和埋深修正系数，ηb取0.3、ηd取1.6；γ为基础底面以下土的重度，γ取18.8；γm为基础底面以上土的加权平均重度，γm取18.6；b为基础底面宽度，b取4.0m；d为基础埋置深度，d取2.2m；Ra= Ae * λ* [fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）]=2×1.2[160+0.3×18.6（4-1）+1.6×18.8×（2.2-0.5）]=535.4kN，取特征值Ra=500 kN。
⑺复合地基承载力特征值估算：
由《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）公式可得：fSP. K = m Rdk / Ap +β(1- m) fS•K； m = Ap /s；Ap=πr2；式中：m为桩土面积置换率；r为载体桩桩体半径，r取值为0.21m；Ap 为载体桩截面面积，m2；s为该场地布孔间距经验影响面积，s取值为2.56m2（该面积与静载试验压板面积相同）；Rdk 为单桩竖向承载力特征值，Rdk 取值为500kN；fSP•K为复合地基承载力标准值， kPa；β为桩间土承载力折减系数，取β=0.90；fS•K为桩间土承载力标准值，取粉质黏土层的承载力fS• K=160kPa。
通过计算fSP. K =Rdk / s +β(1-πr2 /s) fS•K =500÷2.56+0.9×(1-3.14×0.21×0.21÷2.56) ×160=331.5 kPa，取特征值fSP. K =320 kPa。
3施工工艺
3.1工艺流程
施工工艺流程主要为：①平整场地→②复测桩位线→③布置桩位→④桩机就位→⑤冲击成孔（钻孔）→⑥沉护筒至设计标高→⑦填料夯击→⑧实测三击贯入度→⑨夯填干硬性混凝土→⑩浇注混凝土→○11拔护筒→○12振捣混凝土→○13结束一条桩的施工→重复④～○12步骤，进行下一根桩的施工。
3.2工艺要求
⑴桩孔的垂直度偏差≯桩长的1%。
⑵桩位允许偏差：垂直轴线≯70mm；沿轴线≯150mm。
⑶桩径允许偏差为±20mm。
⑷细长锤锤出护筒深度：填料时为40～60cm；夯填干硬性混凝土时为2～5cm。
⑸夯填0.2~0.3m3干硬性混凝土，干硬性混凝土配合比同桩身混凝土配合比。
⑹桩身混凝土配合比满足设计要求，坍落度控制在8cm～10cm为宜，原材料投量允许偏差：水泥±2%，砂、石±3%，水±2%。
⑺桩顶砼灌注应超出设计标高30～50cm。
⑻桩身灌注充盈系数≥1.0。
⑼桩的混凝土试块要有专人负责，每台班不少于1组。
⑽控制三击贯入度不大于设计要求，重锤落距为6.0m，锤重3.5吨。
⑾ 及时、认真、如实填写载体桩施工记录表。
4施工效果评述
4.1质量检测
按照有关规范要求，对已完成的载体桩，采用了3种检验方法，分述如下：
⑴ 基桩低应变法检测：主要检验28d龄期内桩身完整性检查，共检验了44根桩，其中Ⅰ类桩41根占检测总数93%，Ⅱ类桩3根占检测总数7%，桩长满足要求、桩体密实、桩身完整性良好。
⑵ 桩身砼强度检验：本工程共取17组样，桩身设计强度等级为C20，试块经过同条件养护28d后送质检站做抗压试验，试压结果20.5～27.7 MPa，试验结果均达到强度要求。
⑶ 复合地基载荷试验：经质检单位根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）附录A第A.0.9款第3点规定，取s/b=0.01相对应的荷载作为承载力特征值，其数值>320KPa。本次试验共检测4根桩和4个地基土试验点，检测结果均符合设计要求，见表4。
单桩复合地基静荷载试验结果表表4
试验序号 试验点号 （#） 压板面积（m2） 复合地基设计承载力特征值（kPa） 试验 最大荷载（kN） 承载力 特征值（kPa） 最大沉降量（mm） 残余沉降量（mm） 设计承载力特征值对应沉降量（mm）
1 50×M ZJ8-5 2.56 320 1638.4 320 26.57 20.02 14.49
2 52×X PBP-33 2.56 320 1638.4 320 27.29 20.89 15.04
3 47×b ZJ3-2 2.56 320 1638.4 320 26.92 20.14 14.43
4 50×b ZJ2-6 2.56 320 1638.4 320 27.54 20.63 13.64
⑷ 现场开挖检验：经静载荷试验合格后，桩头均开挖清理露出30～50cm，检验结果是：整体桩位偏差均在规范允许范围内，桩身结构完整，桩身砼密实，强度、尺寸均符合要求，桩身强度检验结果均符合设计要求，达到本次地基加固处理的目的。
4.2效果评价
从以上检验结果说明，通过载体桩对粉质黏土地基进行加固处理后，大大提高了地基的承载力，加固效果显著，加固结果均满足设计要求。整个工程于2010年3月竣工交付使用，通过沉降观测，至今未发现基础有不均匀沉降、过大沉降。
5结语
从上述工程实例，说明载体桩应用于处理粉质黏土地基在技术上是可行的，经济上是合理的，具有广阔的前景，特别是在8～15层的建筑地基处理中值得推广。但在工程应用中，应注意以下几点问题：
⑴混凝土采用现场搅拌时，砂与碎石每車都要过秤计量，严格按混凝土施工配比下料；每盘料搅拌时间不少于2分钟，塌落度控制在8～10cm。干硬性混凝土水泥、砂石配比同桩身混凝土配比，用水量减少，以手攥成团为宜。
⑵测三击贯入度时严禁带刹车和离合，测量要细致、准确，如实记录测量数据
⑶成桩过程中随时测量对邻桩的影响，发现邻桩水平及竖向位移超过30mm，则停止夯击。成桩过程中，应随时观察地面隆起，当隆起超出规范要求时（小于50mm），应立即停止施工，报告技术人员解决。
⑷桩身混凝土应连续浇注，如在浇注过程中出现停电等突发情况，可调集商品混凝土进行浇注；混凝土浇注时，应适当超灌至设计桩顶标高以上30～50cm；混凝土振捣时，按振捣棒的操作要求进行振捣，确保桩身混凝土密实。
⑸拔出护筒时速度要慢，特别是刚开始拔时，注意不要将护筒内砼及钢筋笼带起，造成桩身砼与干硬砼（复合载体）结合不密实。
⑹桩的施工顺序应特别注意，施工顺序的安排原则是尽量减少对已成桩的影响次数，一般不允许直接影响超过2次；特别是十字交叉处的桩，宜最后施打。
⑺基础开挖采用机械施工时，对于个别标高较高的夯实混凝土桩挖土过程中严禁机械碰撞，对于桩间土尽量采用人工清除。对硬塑——坚硬状松散粘性土和粗粒土，应预留300mm用人工开挖，对含水量较高（可塑以下）的粘性土和粉土，应最少预留500mm用人工开挖，严禁基槽土被扰动。
⑻基础开挖后，为了使地基不产生过大变形，需等到一定龄期，才能进行上部结构的施工。
⑼载体桩被加固土层宜为粉土、砂土、碎石土及可塑、硬塑状态的黏性土；在软塑、软可塑土层，地下水位较高且地下水含量较为丰富的土层的适用性差，韶关地区暂无成熟的施工经验，对于该类土质应该慎用载体桩。
参考文献：
[1]《载体桩设计规程JGJ》（135-2007）.中华人民共和国建设部.2007.10.1起施.
[2]《建筑地基基础设计规范 》（GB50007-2002）.中华人民共和国建设部.2002.4.2起施.
[3]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）.中华人民共和国建设部. 2003.1.1起施.
[4]《建筑地基基础设计规范》（CBJ15-31-2003）.广东省建设厅. 2003.6.1起施.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：载体桩；地基处理；复合地基；粉质黏土
随着社会的发展和科技进步，建筑地基基础施工工艺也是日新月异。载体桩是一种全新的施工技术，它改变了传统的地基基础处理观念，选择下部层位稳定、土性较好的土層作为被加固土层，载体桩的承载力主要来自载体，载体通过反复填入块石、建筑垃圾等再以重锤夯实，通过三击贯入度等指标控制密实度，随后再夯填一定量的干硬性混凝土，从而由内向外形成干硬性混凝土、填充料和挤密土体形成的载体，使桩端土体得到最优的密实，将上部荷载有效传递给下面的持力土层，达到提高承载力的目的。该工艺施工质量容易控制，成桩可靠良好，同时还具有施工噪音小，施工材料经济、环保等特点。
由于拟建筑物工程地质条件不同，如何选择可行、合理的地基基础加固处理方案，对促进社会经济建设的发展有实际意义。以下，结合一工程实例，对采用载体桩处理粉质黏土地基的设计及施工工艺作一探讨。
1工程概况
广东省韶关市某建筑物，楼高13层（小高层），总占地面积为1520. 0m2，该楼上部结构采用现浇钢筋混凝土框架结构。场地属残积粉质黏土丘陵地貌，地下水位-2.50～-8.50m。
根据工程地质勘察资料，场地地层自上而下为：
①杂填土：层厚0.90～2.70m，属新填土，主要成分为黏土、砖块、少量碎石等，松散，固结差，土层均匀性差。
②粉质黏土：灰褐，棕红，褐黄均有；饱和；可塑为主，含砂页岩风化碎屑颗粒，胶结韧性较好，粘性一般，砂感较明显，断面粗糙，不见原生纹理，该层位是良好的天然地基持力层。厚14.90～25.40m；顶板埋深0.00～-2.60m，fak=160kPa。
③灰岩：灰、深灰色，未穿层，为场地内的基底岩石，属较硬岩，岩石较完整，未见溶洞等不良地质现象。
2载体桩施工设计
2.1地基处理方案选择
因场地位于市区、周边建筑为医院、学校和大量居民楼，地下水位较低，补给量小，不宜采用沉管灌注桩、钻（冲）孔桩，可采用载体桩复合地基、静压预制桩、深层水泥搅拌桩复合地基，但从经济投入和施工工期、地基承载力等因素综合考虑，宜选用载体桩复合地基。由于拟建筑物荷载不同，为防止不均匀沉降而影响建筑物的安全使用，在复合地基上设置片筏基础。根据地基土的承载力大小，并考虑沉降问题和复合地基的厚度，选择粉质黏土为载体桩持力层。要求复合地基的承载力fSP。K≥320kPa。
2.2载体桩设计
根据工程地质资料及韶关地区类似工程地质条件的工程实践经验，本工程载体桩采用如下设计参数：
⑴ 桩型及桩径：采用北京专利机械进行施工，桩型名称为复合载体夯扩桩，桩径Φ=420mm。
⑵ 桩长：根据地质资料，从原地面至粉质黏土层厚度一般为20.0m，施工前要求平整场地，因此设计有效桩长为8.50m。
⑶ 桩位布置：桩间距为1.60m，按承台梅花形、正方形布置。
⑷ 填料及材料要求：填料可为附近拆除旧房屋的废砖头、砼块、卵石、中～微风化块石等；水泥采用PO.32.5R，粗砂，20～40碎石；其填料量不宜大于1．8m3，当填料量大于1．8m3时，应另选被加固土层或改变施工参数。
⑸ 单桩、复合地基承载力要求：单桩承载力特征值Ra=500kN，复合地基承载力不小于320kPa。
⑹ 单桩承载力特征值估算： 由《载体桩设计规程JGJ》（135-2007）中第4.3.2公式及条文说明中第4.3.2款、《建筑地基基础设计规范 》（GB50007-2002）第5.2.4条：Ra=fa•A′e， A′e = Ae * λ，fa= fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）式中Ra为单桩承载力特征值，kN；fa为经过深度修正后载体桩持力层地基承载力特征值，kPa； A′e为经过修正后的载体桩等效面积，m2；Ae为经过修正后的载体桩等效面积，Ae取值为2.0m2；λ为等效面积修正系数，取λ=1.20；fak为地基承载力特征值，fak=160kPa；
ηb、ηd为基础宽度和埋深修正系数，ηb取0.3、ηd取1.6；γ为基础底面以下土的重度，γ取18.8；γm为基础底面以上土的加权平均重度，γm取18.6；b为基础底面宽度，b取4.0m；d为基础埋置深度，d取2.2m；Ra= Ae * λ* [fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）]=2×1.2[160+0.3×18.6（4-1）+1.6×18.8×（2.2-0.5）]=535.4kN，取特征值Ra=500 kN。
⑺复合地基承载力特征值估算：
由《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）公式可得：fSP. K = m Rdk / Ap +β(1- m) fS•K； m = Ap /s；Ap=πr2；式中：m为桩土面积置换率；r为载体桩桩体半径，r取值为0.21m；Ap 为载体桩截面面积，m2；s为该场地布孔间距经验影响面积，s取值为2.56m2（该面积与静载试验压板面积相同）；Rdk 为单桩竖向承载力特征值，Rdk 取值为500kN；fSP•K为复合地基承载力标准值， kPa；β为桩间土承载力折减系数，取β=0.90；fS•K为桩间土承载力标准值，取粉质黏土层的承载力fS• K=160kPa。
通过计算fSP. K =Rdk / s +β(1-πr2 /s) fS•K =500÷2.56+0.9×(1-3.14×0.21×0.21÷2.56) ×160=331.5 kPa，取特征值fSP. K =320 kPa。
3施工工艺
3.1工艺流程
施工工艺流程主要为：①平整场地→②复测桩位线→③布置桩位→④桩机就位→⑤冲击成孔（钻孔）→⑥沉护筒至设计标高→⑦填料夯击→⑧实测三击贯入度→⑨夯填干硬性混凝土→⑩浇注混凝土→○11拔护筒→○12振捣混凝土→○13结束一条桩的施工→重复④～○12步骤，进行下一根桩的施工。
3.2工艺要求
⑴桩孔的垂直度偏差≯桩长的1%。
⑵桩位允许偏差：垂直轴线≯70mm；沿轴线≯150mm。
⑶桩径允许偏差为±20mm。
⑷细长锤锤出护筒深度：填料时为40～60cm；夯填干硬性混凝土时为2～5cm。
⑸夯填0.2~0.3m3干硬性混凝土，干硬性混凝土配合比同桩身混凝土配合比。
⑹桩身混凝土配合比满足设计要求，坍落度控制在8cm～10cm为宜，原材料投量允许偏差：水泥±2%，砂、石±3%，水±2%。
⑺桩顶砼灌注应超出设计标高30～50cm。
⑻桩身灌注充盈系数≥1.0。
⑼桩的混凝土试块要有专人负责，每台班不少于1组。
⑽控制三击贯入度不大于设计要求，重锤落距为6.0m，锤重3.5吨。
⑾ 及时、认真、如实填写载体桩施工记录表。
4施工效果评述
4.1质量检测
按照有关规范要求，对已完成的载体桩，采用了3种检验方法，分述如下：
⑴ 基桩低应变法检测：主要检验28d龄期内桩身完整性检查，共检验了44根桩，其中Ⅰ类桩41根占检测总数93%，Ⅱ类桩3根占检测总数7%，桩长满足要求、桩体密实、桩身完整性良好。
⑵ 桩身砼强度检验：本工程共取17组样，桩身设计强度等级为C20，试块经过同条件养护28d后送质检站做抗压试验，试压结果20.5～27.7 MPa，试验结果均达到强度要求。
⑶ 复合地基载荷试验：经质检单位根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）附录A第A.0.9款第3点规定，取s/b=0.01相对应的荷载作为承载力特征值，其数值>320KPa。本次试验共检测4根桩和4个地基土试验点，检测结果均符合设计要求，见表4。
单桩复合地基静荷载试验结果表表4
试验序号 试验点号 （#） 压板面积（m2） 复合地基设计承载力特征值（kPa） 试验 最大荷载（kN） 承载力 特征值（kPa） 最大沉降量（mm） 残余沉降量（mm） 设计承载力特征值对应沉降量（mm）
1 50×M ZJ8-5 2.56 320 1638.4 320 26.57 20.02 14.49
2 52×X PBP-33 2.56 320 1638.4 320 27.29 20.89 15.04
3 47×b ZJ3-2 2.56 320 1638.4 320 26.92 20.14 14.43
4 50×b ZJ2-6 2.56 320 1638.4 320 27.54 20.63 13.64
⑷ 现场开挖检验：经静载荷试验合格后，桩头均开挖清理露出30～50cm，检验结果是：整体桩位偏差均在规范允许范围内，桩身结构完整，桩身砼密实，强度、尺寸均符合要求，桩身强度检验结果均符合设计要求，达到本次地基加固处理的目的。
4.2效果评价
从以上检验结果说明，通过载体桩对粉质黏土地基进行加固处理后，大大提高了地基的承载力，加固效果显著，加固结果均满足设计要求。整个工程于2010年3月竣工交付使用，通过沉降观测，至今未发现基础有不均匀沉降、过大沉降。
5结语
从上述工程实例，说明载体桩应用于处理粉质黏土地基在技术上是可行的，经济上是合理的，具有广阔的前景，特别是在8～15层的建筑地基处理中值得推广。但在工程应用中，应注意以下几点问题：
⑴混凝土采用现场搅拌时，砂与碎石每車都要过秤计量，严格按混凝土施工配比下料；每盘料搅拌时间不少于2分钟，塌落度控制在8～10cm。干硬性混凝土水泥、砂石配比同桩身混凝土配比，用水量减少，以手攥成团为宜。
⑵测三击贯入度时严禁带刹车和离合，测量要细致、准确，如实记录测量数据
⑶成桩过程中随时测量对邻桩的影响，发现邻桩水平及竖向位移超过30mm，则停止夯击。成桩过程中，应随时观察地面隆起，当隆起超出规范要求时（小于50mm），应立即停止施工，报告技术人员解决。
⑷桩身混凝土应连续浇注，如在浇注过程中出现停电等突发情况，可调集商品混凝土进行浇注；混凝土浇注时，应适当超灌至设计桩顶标高以上30～50cm；混凝土振捣时，按振捣棒的操作要求进行振捣，确保桩身混凝土密实。
⑸拔出护筒时速度要慢，特别是刚开始拔时，注意不要将护筒内砼及钢筋笼带起，造成桩身砼与干硬砼（复合载体）结合不密实。
⑹桩的施工顺序应特别注意，施工顺序的安排原则是尽量减少对已成桩的影响次数，一般不允许直接影响超过2次；特别是十字交叉处的桩，宜最后施打。
⑺基础开挖采用机械施工时，对于个别标高较高的夯实混凝土桩挖土过程中严禁机械碰撞，对于桩间土尽量采用人工清除。对硬塑——坚硬状松散粘性土和粗粒土，应预留300mm用人工开挖，对含水量较高（可塑以下）的粘性土和粉土，应最少预留500mm用人工开挖，严禁基槽土被扰动。
⑻基础开挖后，为了使地基不产生过大变形，需等到一定龄期，才能进行上部结构的施工。
⑼载体桩被加固土层宜为粉土、砂土、碎石土及可塑、硬塑状态的黏性土；在软塑、软可塑土层，地下水位较高且地下水含量较为丰富的土层的适用性差，韶关地区暂无成熟的施工经验，对于该类土质应该慎用载体桩。
参考文献：
[1]《载体桩设计规程JGJ》（135-2007）.中华人民共和国建设部.2007.10.1起施.
[2]《建筑地基基础设计规范 》（GB50007-2002）.中华人民共和国建设部.2002.4.2起施.
[3]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）.中华人民共和国建设部. 2003.1.1起施.
[4]《建筑地基基础设计规范》（CBJ15-31-2003）.广东省建设厅. 2003.6.1起施.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。