CM复合地基处理

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1、概述
    杭州铁路水电段综合楼位于杭州铁路新客站南侧，框架结构，地面7层，半地下室1层，建筑面积8700m2。根据工程地质报告，场地地基土质由上至下依次为：填土厚1.6～2.4m； 粉土厚2～2.9m， fk＝135kPa；砂质粉土厚3.6～4.0m，fk＝150kPa；粉砂厚8.4～9.8m， fk＝160kPa，粉土层为中等偏高压缩性土，其下土层均为中等压缩性土。原设计采用了预 应力混凝土管桩ф550,240根，桩长11m；ф600,82根，桩长11.5m。由于管桩将穿过较厚的粉土层，即俗称的“铁板砂层”，且桩直径较大，间距较密，因此无论采用何种贯入方法都非常困难。笔者对附近先期施工的铁路新客站附楼桩基施工情况进行了调查，其地质资料与本工程雷同，采用ф500预应力混凝土管桩静压法贯入，结果至地下5m左右粉土层处受阻。此情况足以说明该工程不宜应用管桩基础。
    2、CM复合地基方案的提出
    (1)本工程若采用天然地基，则基底为粉土层，属中等偏高压缩性土，会造成变形较大且不均匀，地基承载力也偏小。采用CM复合地基，正是对这些缺陷的补偿。
    (2)CM复合地基的可行性。CM复合地基是由C桩(刚性桩)、M桩(亚刚性桩或柔性桩)、桩间土及褥垫层等四部分组成的，通过交叉布置CM桩及褥垫层,使桩和土共同作用并构成平面及竖向合理的刚度级配梯度，达到理想的协同工作应力状态,亦即：其一通过采用长C桩(进入深层良好土层)与短M桩(进入浅层较好的土层)的合理布置，形成三层地基刚度，从而调整地基的刚度分布，以达到有效地控制基础沉降；其二通过合理确定桩的间距形成土的三维应力状态，使土的强度得到大幅度提高和较充分利用;其三通过布置褥垫层使地基与上部结构柔性连接，在水平荷载作用下，可以有效地传递垂直荷载。CM复合地基这种刚度的调整，符合天然土层“浅弱深强”的一般规律和地基应力传递特征，补强了深浅部的地基刚度分布，并使之充分利用和提高桩间土的参与作用，有效地加强了地基强度。同时，与单一的桩基础相比，由于CM复合地基充分发挥了桩间土作 用，其C桩(刚性桩)的用量较少，且间距较大，而直径较小，从而使桩间土的挤压作用大为减弱，在降低了施工难度的同时既减少了工程量，也降低了造价。
    3、CM复合地基的实施
    根据以上分析和调查提出改用CM复合地基的方案，经设计方同意后，并按图2所示的平面布 置及剖面设计进行实施。C桩采用加厚的ф400预应力混凝土管桩，桩长9m，共167根，M桩采用ф500水泥搅拌桩，桩长5.5m，共178根。褥垫层为厚350mm砂石垫层，其配合比为中砂∶瓜子片∶水＝5∶3∶1。先由北向南进行C桩施工，为减少噪音，采取静压贯入法，单桩压力控制值为:1500～2000kN。M桩施工待C桩施工过半后实施，钻孔中采取了加压法，配重量250kg，采用二喷二搅，其水泥含量为300kg／m3，水灰比0.5。实际施工过程表明,进展相当顺利。
    4、效果
    (1)动测与静载试验:经国家海洋局第二海洋研究所动测结论为：所抽检的18根C桩均为I类完整桩；各桩混凝土强度达到设计要求。经浙江大学土木工程测试中心静载测试结论为：
    CM复合地基荷载板的极限承载力至少可取277.2kPa，此时对应的板顶沉降量为18.04mm，相对于复合地基承载力标准值160kPa(上部结构设计所需的地基承载力)，其安全系数已高于1.7倍。而且沉降也小于设计允许沉降量50mm。
    (2)工程进度加快，工期缩短:CM复合地基施工中避免了单一桩穿过“铁板砂层”的技术难题。与附近同类工程管桩桩基施工处理工期约4个月相比，本工程桩基施工为时仅30天，效果非常明显。
    (3)工程造价大幅度降低:原预应力混凝土管桩基础的造价为285.73万元,改用CM复合地基后造价为158万元，节约了44.7％。
    5、结束语
    (1)地基与基础的处理涉及费用较大，正确选择基础类型，非常重要。本工程改用CM复合地基，解决了施工难题，保证了工期和质量，且节约了大量投资，应为较成功的一例。
    (2)单一的桩基础对土固有承载力的发挥和利用很低，实际上是一种有效资源的浪费,因此应重视挖掘利用和提高桩间土的作用。
    (3)预制桩基础遇“铁板砂层”地基时要慎重，特别是对大口径、高密度预制桩，不适宜用于此类地基。
    (4)由本工程实践表明,凡是天然地基无法满足补偿性基础要求以及对变形控制较为严格的工程项目，CM复合地基是一种较好的选择。