国家能源投资集团有限责任公司神东煤炭集团设计公司 内蒙古鄂尔多斯 017219
摘要：在土木工程建设中，施工人员必须重视提高地基处理技术的重要性。根据程度的不同，可以有效地保证土木工程的整体施工质量。停在进行地基处理施工技术时，应遵循一定的规律，根据技术原理，应充分考虑基础施工周围的客观环境，确保上部结构和加工技术科学可行并能加强地基基础施工技术的可靠性。
关键词：土木基础工程；复合地基技术；运用
前言：
一般来说，在土木工程当中，若是在地基处理工作出现了问题，将会导致土木工程的整体工作陷入停滞状态，更是难以做到保护好现场施工人员的施工安全，如此便需要在地基处理环节就严格遵循工程的基本施工原则，着重彰显地基处理以及复合地基技术的应用价值。
1浅析土木工程中的地基处理的主要应用价值
1.1有利于控制变形量
作为土木工程施工的基础部分，地基处理技术能够按照标准规范全面落实完成，有利于为整个土木工程的顺利推进，奠定最初的施工技术基础。纵观目前大多数土木工程项目的具体施工情况，明显可以看出许多工程项目所面向的施工对象都未能达到标准规范，主要在于土木工程的建设高度，显然有很多已经超出了标准的高度，导致建筑物时常承受着压力强度，在这种形势下，容易增加地基实际需要承受的载荷值。因此，做好土木工程的地基处理施工工序，有利于缓解地基因承受过高载荷值而产生的变形程度，初步降低土木工程地基建设面临的潜在安全隐患，为土木工程的后续施工提供安全保障。
1.2辅助分析上部结构
许多土木工程建设人员能在处理地基的时候，都会主动遵循稳定性与安全性的施工原则，这有利于严格考量工程地基基地部分，实际所能够具备的防滑能力以及抗倾斜能力。而且，在处理土木工程地基的时候，施工人员为了提升工程的稳定性，通常会相应的做好对于上部结构的分析及处理工艺，主要是考量和检验土木工程的建筑物，初步确定土木工程建筑物所具备的主要功能。此后，施工人员会继续有针对性的分析建筑物的施工工序，可能会对下层地基的具体载荷量造成的影响，从而为地基处理施工工序的开展提供技术层面的参考依据，保证土木工程的地基处理施工能够达到规范性的要求。
1.3要求审核技术资料
土木工程的地基处理工作，所能够涉及到的后续施工工序至关重要，这要求施工人员严格重视施工技术的可行性到底有几成，以此确保制定的地基处理方案能够搭配现有的地基处理技术形成可用于土木工程施工的合力。其次，施工人员在设计地基处理技术方案的时候，应当确保方案里的细枝末节处能够恰当的符合开展地基处理施工技术的相关要求，以此体现地基处理技术应用于土木工程的实际价值。同时，施工人员应当广泛征收有关于土木工程施工现场实际情况的地质资料，用以衡量所选取的具体地基处理后续能够起到何种施工效果，以便针对土木工程的建设情况做出精细的分析与判断，确保现场施工环境、地下水情况、土层结构以及土壤性质等技术性的资料都能够得到精细的审核，进而从地基处理环节入手全面保障土木工程项目的整体质量。
2 CFG桩复合地基处理技术的原理
在使用复合地基技术时，不仅需要对该项技术的原理加以掌握，同时，还需要对使用该项技术时可能会遇到的问题加以了解，从而便于我们更高效的使用该项技术。桩间土与CFG桩共同构成了CFG桩复合地基，期间需要使用砂石垫褥垫层。CFG桩的复合地基垫褥层与基础之间有效连接，不管桩端是在坚硬的土层还是在一般的土层上，都需要用到桩间土。CFG桩复合地基的处理技术流程严格，从移机就位到旋转钻孔以及钻机成孔的整个过程中，都需要按照流程进行操作，不允许其中的任何环节存在问题，不然就会前功尽弃。与此同时，还应该及时做好复合地基的检查以及评估工作，以确保该项技术的顺利实施。
3 CFG桩复合地基施工过程中需要注意的重点内容
3.1桩体的强度设计
在测试桩体的强度的时候，需要使用边长是150mm的块体，按照试验来对桩身的实际抗压强度加以确定。一般情况下，桩体的弹性模量比土体本身的弹性模量要大。在桩体受到了垂直方向的荷载作用的时候，需要在其底部放置厚度是30cm的褥垫层?这样一来不仅可以增加桩体本身的承载能力，同时，还能够使其和土体之间产生共同的承载力，从而发挥出协调保障的效果。设计工作者可以按照桩间距和桩径来对垫层的实际厚度进行调整，通常情况下将其调整为20~30cm，材料最好选用粗砂、中砂以及碎石等。按照目前工程项目的实际情况，对垫层的实际厚度进行恰当的调整，能够保障其发挥出相应的作用。
3.2配比设计和材料要求
需要对所有材料的实际参数进行严格的控制，同时，还应该根据工程目前的实际配比情况，对混合料的和易性进行适当的调整。工作人员应该从以下方面来控制材料的使用：CFG桩体使用C30.混凝土，并且确保混凝土的坍落度在160~200mm范围内，在对混凝土进行拌和时，应该确保计量准确，上料顺序应该是：先装入碎石、再加入水泥、泵送剂以及粉煤灰，最后再加入砂，每一盘的拌和时间应该大于120s，在完成混凝土的拌和之后，需要使用混凝土罐车将其运送到施工现场，对混凝土坍落度的检查应该满足工艺性试验参数加以控制。
3.3桩体之间的距离
在确定了桩径以及桩长之后，设计工作者需要计算单桩的承载能力，从而对整个地基结构进行设计。一般情况下，应该在3~5.倍桩径的范围内进行布桩施工作业，例如考虑到施工以及沉降等方面的因素，在使用较大的桩间距的时候，需要对桩长重新加以调整，以保障其可以满足实际的设计需求。
3.4桩长和桩径
在进行CFG桩设计工作的过程中，需要把桩端放在较为坚硬的土层中，这样一来，能够最大程度的发挥单桩的承载能力，从而提升复合地基的承载能力。通常情况下，对建筑施工产生影响的条件很多，因此，需要在开展设计工作的过程中，对各种情况都考虑在内。
4高压旋喷桩复合地基
4.1旋喷桩施工工艺流程
根据设计和工艺性试桩结果，确定旋喷桩（单管法）施工工艺流程：①准备工作钻机就位；②钻孔；③试喷；④高压喷射注浆；⑤结束喷射；⑥清理钻机；⑦钻机移位。
4.2钻机定位
一般由路基中心向两侧施工。若施工场地一侧接近建筑物或构筑物时，应从接近该建筑物或构筑物一侧由近向远施打。若施工场地一侧接近边坡时，因从接近边坡一侧由近向远施打，应在边坡施打时采取相应措施以防边坡失稳和机械安全事故的发生。
根据测量放样采用竹条进行定位并进行标识的桩位，该定位误差应符合相关要求。移动旋喷桩机到指定桩位并将钻头瞄准孔位中心，采用钻机的调平装置配合仪表来调平塔身导杆，使旋喷桩机钻杆垂直度偏差和桩位偏差分别在1％和50mm的要求范围内，并利用垂球线检查合格后进行下步施工。然后采用低压（0.6MPa）射水试验的方式来检查喷嘴的畅通性和压力的正常性。
4.3制备水泥浆
必须按经审批确定的配合比拌制水泥浆，先将水称量后加入桶中，再将水泥和外加剂称量后加入桶中，开机搅拌约15min后打开桶底阀门，经过二次孔径为0.8mm 过滤网过滤后流入浆液桶中备用。
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4.4钻孔插管
开钻前用白色油漆在钻机初始状态下，钻杆上端头横向对应的钻机塔身上做白色粗横线标识。根据设计要求钻进总长度H＝设计桩长h＋0.3m＝１6.3m，用红色油漆在塔身白色粗横线油漆处沿塔身向下Ｈ＝16.3m位置，对应的钻机塔身划粗横线做红色醒目标识，以便在施工中控制旋喷桩长符合要求。采取旋喷注浆管钻孔作业其钻孔、插管二工序合二为一。可借助喷射管自身的喷射和振动进行第一阶段贯入入土。先启动钻机和钻孔自动记录仪，并同时开启高压泥浆泵（配备水泥浆压力监测仪和浆量自动记录仪）低压输送水泥浆液，让钻杆顺导向架振动射流成孔下沉，钻进过程中应及时注意工作电流值不应大于额定值。钻进接近设计值时应低速慢钻，当钻杆上端头同塔身划粗横线红色醒目标识齐平时（即达到设计要求钻进总长度）应停止钻进。在插管过程中可用较小压力（0.6～0.9MPa），边插管边射水以防止泥砂堵塞喷嘴。
4.5提升喷浆管、搅拌
符合设计深度要求后停止钻进但旋转不停，并调节高压泥浆泵压力增大到23～30Mpa，底部喷浆30s后自下而上边喷浆边旋转，旋转速度宜限定在22～28r／min速率，旋喷提升速度宜限定在20～25ｃm／min速率。当旋喷管提升靠近桩顶时，在桩顶下1.0m 处开始减速提升旋喷，旋喷适当时间后再向上慢速提升0.5m，直到桩顶停喷面，并对桩顶复喷。
4.6关机、桩机移位
对桩顶复喷后方可关闭高压泥浆泵停止水泥浆的输送，旋转并提升喷浆管出地面后关闭钻机。
4.7桩机清洗
抽取适量净水注入浆液罐中并开启高压水泥浆泵，洗净所有管路，并洗净粘附在喷浆管头上的土质。
4.8桩头截除
作业完成的旋喷桩在养护28d后，先用小型机具清除桩顶保护土层，再截除桩头。首先从四个水平方向用专业截桩机切割桩体，再将４根钢钎按统一角度对称布置在切缝内，然后用大锤同步击打钢钎直到截断桩头。
5 X型桩复合地基
现浇X形混凝土桩（简称X形桩）技术是通过对桩基横截面进行改良创新而研制开发的新技术。与圆形桩、方形桩等传统灌注桩相比，X形桩由于“异形效应”而具有更大的侧表面积，单位体积混凝土材料的桩侧摩阻力更高。工程实践表明，现浇X型桩施工便捷，经济效益高，已在公路路基工程、市政工程等诸多工程领域得到较好推广应用。结合南京某长江漫滩软弱地基项目，开展了X形桩单桩极限承载力和复合地基现场静载荷试验。试验结果表明X型桩复合地基工作性能良好，X型桩单桩极限承载力达到860kN，较同体积混凝土用量的圆形桩高19.4%；桩土应力比及荷载分担规律与圆形桩基本相似，桩-土具有较好的协同作用；桩身轴力沿深度方向先增加后减小，在1.3.m深度处达到最大值；试验发现X形混凝土桩桩侧表面存在负摩阻力，负摩阻力作用深度约为1.5m，且桩侧摩阻力大小与竖向荷载相关，正摩阻力最大值约为同等级负摩阻力最大值的1.4倍。应用大型有限元软件ABAQUS建立了现浇X型桩复合地基的数值模型，分析了褥垫层厚度、桩体刚度和桩长、土质参数及布桩方式等因素对桩侧摩阻力的影响。结果表明随着褥垫层厚度的增加，X型桩桩土差异沉降减小，负摩阻力作用区则逐渐减小，中性点上移；桩体刚度增加时桩土作用不明显，中性点略微下移。数值计算同时发现桩长增加会改变正摩阻力的分布，正摩阻力有所增加；而土的抗剪强度参数提高则利于负摩阻力作用的产生和发展，不利于正摩阻力的作用；布桩方式对桩体摩阻力的发挥也有较大影响，梅花形布桩方式下的复合地基桩间距较小，摩阻力比方形布桩方式高。
通过模型桩制作、测试、分析计算发现X形桩的桩周侧表面积比同体积混凝土用量的圆形桩侧表面积高31%，由于异形效应其桩侧摩阻力和承载力比圆形桩提高24%；静载试验表明荷载较小时桩侧阻力未得到充分发挥，随着荷载的增加，桩土产生相对位移激发了桩间土的承载潜能，桩侧摩阻力迅速上升，X形桩的侧摩阻力占比高达70%以上，是典型的摩擦型桩；同级荷载作用下X型桩桩侧摩阻所占的比例一直高于圆形桩，且桩侧摩阻在试桩破坏前仍有潜力可以发挥。
6复合基础工程应用
通过工程中的应用将理论用于实际，以对复合基础有更深的认识。
现以“厦门龙湖灌口项目”为具体例子进行分析。该项目为地上三层地下一层的多层商业建筑。场地类别为II类，设计使用年限50年，基本分压0.75kN/m2，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为7°，地面粗糙度为B类，设计地震分组为第三组，设计基本地震加速度为0.15g。该项目基础采用旋喷桩复合地基及平板式筏板基础。这次主要讨论旋喷桩复合地基部分的基础设计。根据地勘提供的场地西侧剖面图底板下有较厚素填土层。
地质情况：①场地内自然地面标高18.42~23.34m；表层为素填土层，厚一般在5.00～12.00m。④粉质粘土：在场地东侧坡残积台地地貌单元内分布，层厚0.70～13.20m。⑤残积砂质粘性土：除个别位置缺失外其余范围连续分布，东部该层厚度一般在10～15m。⑥全风化花岗岩：该层厚在6.00~10.00m。⑦-1砂砾状强风化花岗岩：全场连续分布，受勘探孔深限制，勘探孔均未揭穿该层，承载力估算如下：旋喷桩单桩竖向承载力特征值（该项目采用500.直径旋喷桩）d＝φ500；up＝1.571；Ap＝0.196。最小桩长Lmin＝10.00m（进入残积砂质粘性土不少于5m）。单桩竖向承载力特征值可按下式计算：
Ra=u?Σqsik?li+qpk?Ap=1.571×(10×5+15×5)+0.196×220＝239kN，（桩侧阻力，端阻力以地勘报告为依据）设计取230kN。
复合地基设计：厦门龙湖灌口项目，地基处理方法为旋喷桩。处理后桩间土承载力特征值fsk＝70kPa；桩间土承载力折减系数β＝0.85；单桩竖向承载力特征值Ra＝230kN；单桩承载力发挥系数λ＝1；圆桩直径d＝500mm，桩的截面积Ap＝0.1963m2；矩形布桩，桩间距s＝1600×1600mm；桩长L＝10m桩土面积置换率m；等效圆直径de＝1808mm；m＝d2/de2＝5002/18082＝0.0765。复合地基承载力特征值fspk；复合地基承载力特征值fspk按地基处理规范式计算：fspk＝λ?m?Ra/Ap+β?(1-.m)?fsk＝1×0.0765×230/0.1963+0.85×(1-.0.0765)×70＝144kPa，设计取140kPa。通过旋喷桩地基处理后地基承载力特征值为140kPa满足了该项目的地基承载力要求并复核满足沉降要求。
结束语
复合基础不仅能提高地基的承载力，而且有效减少地基总沉降及沉降差，现被广泛应用于建筑地基处理。一般情况基础设计应优先采用天然基础方案，当天然基础其实无法满足建筑要求及经济性不合理的情况下，可考虑采用地基处理方案，最后当地基处理后的承载力及沉降无法满足建筑要求时，考虑采用桩基础。
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论文作者:李世飞
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/23
标签：地基论文; 土木工程论文; 阻力论文; 承载力论文; 钻机论文; 技术论文; 基础论文; 《防护工程》2019年第3期论文;