建筑地基处理方法选用(沈励操)2014.11

1、建筑地基处理方法选用沈励操（中国建筑西北设计研究院）（二O一四年十一月）1、地基处理方法选用依据2、天然地基3、桩基4、CFG桩复合地基5、湿陷性黄土场地高层建筑地基处理 方法的选用6、结语建筑地基处理方法选用沈励操（中国建筑西北设计研究院） 1、地基处理方法选用依据 1.1岩土工程勘察报告 1.2建筑传于地基压力大小 多层、小高层、高层、超高层、单层工业厂房、多层厂房、影剧院、多层高层连为整体。 1.3对沉降变形要求 高低层基础连为一体时、边上有已建相邻建筑时。要求差异沉降小，主要控制高层的总沉降量不超过5060mm。 1.4材料和施工机械的情况 1.5环境要求 噪音、振动 根据以上条件选用

2、安全、可靠、经济合理，符合环境要求的地基处理方法。 2、桩基 2.1预应力管桩，预制方桩 一般采用静压沉桩；西安已有锤击沉桩设备（当环境允许，采用锤击沉桩可穿过23米稍密、中密砂层）。 适用条件： 静压桩适用于上部无砂层场地。氵皂 河一、二级阶地砂土互层，不应采用预制桩。 北二环两侧地表下20m左右有一厚6-10m密实砂层，是采用预制桩理想场地，可达到较好技术经济指标（30元/m2建筑面积；15元/t承载力）。十年前200300t压桩机、桩极限承载力20003000KN，目前采用600t压桩机，极限承载力可达45005000KN。 上层土为软塑流塑状土：如西安兴庆湖周围地区，采用锅锥、机械旋挖

3、钻孔灌注桩，极易塌孔。宜采用预制桩，桩距适当放大，可避免采用污染环境、施工周期长、造价高的泥浆护壁钻孔灌注桩。 2.2机械旋挖成孔钻孔灌注桩 特点：施工速度快、场地干净、桩质量较高、桩承载力高，一般是勘察报告估算值的1.50倍左右。 适用条件： 除砂土互层氵皂 河一、二级阶地、兴庆湖四周上部有软塑、流塑状饱和黄土、3m以上厚度较厚砂层外均可采用机械旋挖钻孔灌注桩。 对于稍厚砂层，当采用泥浆护壁也可采用机械旋挖成孔。 2.3锅锥成孔钻孔灌注桩 适用条件同机械旋挖，但其质量不如机械旋挖钻孔灌注桩。承载力是勘察报告的1.25倍左右。 2.4泥浆护壁正循环成孔钻孔灌注桩（水冲桩） 适用于砂土互层的氵皂

4、 河一、二级价地及有较厚砂层时。其单方造价较低，相当于锅锥的单方造价。 缺点是泥皮厚、沉渣厚，施工速度慢，承载力低，是勘察报告估算值的0.80倍左右。 一般采用桩侧，桩端复式压浆，改善泥皮厚，沉渣厚、承载力低的缺点。在氵皂 河一、二级阶地，经复式压浆后承载力大幅提高，单位承载力造价较低。 氵皂 河一、二级阶地： 600 L =25m， Qu=60007000KN 700 L =25m， Qu=80009000KN 2.5泥浆护壁泵吸反循环成孔钻孔灌注桩 适用于超长桩，桩长5080m，施工质量较好，成孔速度较快，泥皮薄、沉渣少，试桩值是勘察报告估算值的1.0倍左右。 缺点：单方造价较高，有泥浆排

5、放污染环境。除高层、超高层建筑外，一般情况下不宜采用。 2.6沉管夯扩桩（载体桩） 采用双套管成孔，柴油锤或电动锤夯击内套管，外套管跟进沉管，达到设计标高后，移出内管，在外管中浇灌干硬性砼、夯成扩大头。当不要求有扩大头时，直接放钢筋笼浇灌砼，拔出外套管。 当下部有较好持力层，如中偏低压缩性粘土，粉质粘土，中密密实砂、园砾、卵石层时，单桩承载力较高，能取得较好技术经济效果。20世纪末刚引进时，存在扩大头与桩身接触处缩颈、断桩缺点，该施工问题现基本解决。 2.7探讨的若干问题 1、中密、密实砂层中预制桩桩端阻力的取值问题 目前勘察报告所提砂层桩端阻力偏低较多，一般均按砂层密实程度、入土深度查国家规

6、范的表提端阻力，如北郊中密、密实中粗砂的极限端阻力约为50007000kpa。笔者按试桩报告单桩极限承载力反求桩的端阻力，桩径0.5m，桩长15m，静荷载试桩极限承载力为5000KN，反求桩端极限端阻力为1500017000kpa，约是勘察报告值的3倍。应该按实测资料提还是按国家规范提？我认为应按实测资料提，现在有一种说法，我是按规范提的，没有错，合法。我个人观点：那个勘察单位提的侧阻、端阻与试桩报告越接近，误差越小，技术水平越高，这样才有指导设计、施工的实际意义。如果实测承载力是勘察报告估算值的1.502.00倍，该勘察单位的勘察报告的作用就大打折扣。 2、砂层较薄时的端阻力取值问题 有的工

7、程在3035m深度有一厚约23m密实砂层，若采用预制桩，静压沉桩穿不过该砂层。能否用这薄砂层作持力层，桩端阻力如何取值？ 有的勘察报告认为不能作为桩的持力层，有的仅提供该薄砂层下粉质粘土的端承力。试桩表明，砂层的存在提高了桩的承载力，桩的端承力介于砂层与粉质粘土端阻力之间，该值取多少合适，搞岩土工程的技术人员可作深入研究。 3、关于试桩 用工程桩作试桩关键问题是桩的预估承载力要与试桩结果接近，如误差太大，特别是试桩承载力不满足设计要求则补桩困难。勘察报告提供的侧阻、端阻误差要小，这是能否用工程桩作试桩的前提。 试桩应压至破坏。试桩破坏有两种模式：一是桩身强度不足，桩头压碎；二是桩侧阻、端阻破坏

8、，桩变形超过规范规定值。前者设计时桩身强度应留有一定储备；后者，一般一个月后侧阻、端阻可恢复，桩的承载力随时间有一定增长。 试桩荷载Q应是按勘察报告预估极限承载力的1.20倍，并应乘成孔工艺系数，如前述机械旋挖成孔、锅锥成孔、泥浆护壁正循环成孔、泥浆护壁泵吸反循环成孔，工艺系数分别为1.50、1.25、0.80、1.0。试桩桩身强度和锚桩钢筋应按此荷载计算确定。当用该值确定试桩桩身强度时，由于试桩为短期临时荷载，可降低总安全系数。作者统计了西安地区6根桩身强度破坏的试桩，可采用下式验算试桩桩身强度； Q0.80fcuAp 式中：Q 预估试桩荷载，为按勘察报告提供的设计参数估算极限承载力的1.2

9、0倍，并乘以不同成孔工艺系数； fcu 混凝土立方体抗压强度平均值，如混凝土C40，fcu = 40Mpa； Ap 桩身截面面积。 4、桩基的技术经济分析 不能用单价作比较，应采用单位承载力的造价作分析比较。分子是一根桩的综合造价，分母是该根桩的承载力。对于磨擦桩，由于单位体积砼提供的表面积，小直径桩比大直径桩多，因此小直径桩比大直径桩技术经济指标好。如果略去端承力，单位承载力造价与桩直径成正比。 3、CFG桩复合地基 3.1适用范围 除湿陷性黄土、未完成自重固结的素填土外，一般均可采用CFG桩复合地基。 3.2优点 承载力提高幅度大、变形小、造价低、施工速度快、无噪音、工地文明无环境污染。

10、3.3西安目前应用情况 氵皂 河一、二级阶地，大量建成2026层建筑，少量28层，在建32层。 氵皂 河一级阶地，地上32层，单桩复合地基静荷载试验结果，复合地基承载力特征值为650kpa。 渭河一级阶地，北郊深厚砂层，地上34层，单桩复合地基静荷载试验结果，复合地基承载力特征值为700kpa。 3.4应注意的问题 CFG桩桩端应落于中压缩性或中偏低压缩性的粘土层，中密密实砂层、园砾层上。 CFG桩只须布置在基础范围内，可不设保护桩。 3.5CFG桩在湿陷黄土地基上的应用 1、I级非自重湿陷性黄土地基上应用。 土的承载力应取湿陷起始压力或饱和土的承载力；桩在湿陷性土层中的侧阻力应取饱和土的侧阻

11、力；应选择非湿陷性土、中偏低压缩性的土、中密密实砂土，园砾作为桩端持力层。 2、自重湿性黄土地基上的应用 采用灰土或素土挤密桩CFG桩（挤土成孔素砼桩）复合处理办法。基础范围之外采用素土挤密桩或灰土挤密桩。CFG桩与素土挤密桩或灰土挤密桩隔排隔孔设置，如挤密桩中心距为0.90m，CFG桩的中心距为2×0.90=1.80m。必须采用挤土成孔的CFG桩，如振动沉管、锤击沉管、双套管沉管。不能采用对土无挤密作用的长螺旋钻中心压灌的CFG桩。 垃圾坑上高层建筑地基处理方法可参考本方法。挤密桩采用沉管成孔，塌孔时可复打，重锤二次挤密。 6.3特殊土地基上应用 浐河两岸，一层地下室，基础落于稍密

12、，中密园砾（夹有50150mm粗径的卵石），厚35m；下为56m的粉质粘土，再下为密实园砾，卵石。存在问题，下卧层粉质粘土承载力验算不够，且计算沉降变形较大。如何处理该层土及处理上部稍密的园砾。 长螺旋中心泵灌CFG桩，由于园砾中夹有50mm以上卵石，无法成孔。 高压旋喷法造价高，场地污染，地基承载力提高幅度小。 我院设计的西安广厦水岸东方工程，位于咸宁东路北侧浐河东岸，首次提出采用双套管锤击成孔CFG桩复合地基，采用挤土沉管CFG桩，对稍密的砂土、园砾起到挤密和振密作用。该处理方法造价低，施工速度快。缺点：有噪音。目前在陕西得到大量推广应用，如西安、宝鸡、延安等地，取得了较好的技术经济效果。

13、 3.7 CFG桩应用中若干问题 CFG桩理论研究滞后于工程应用，以下问题应作进一步深入研究： 1、软弱下卧层的验算方法。 2、沉降计算方法。 3、水平地震力承载机理和计算方法。 4、湿陷性黄土场地高层建筑地基处理方法的选用 湿陷性黄土场地的多层建筑，通常采用垫层法、强夯法、土或灰土挤密桩法、DDC工法或SDDC工法处理湿陷性黄土，消除湿陷性黄土的部分湿陷量，使剩余湿陷量满足规范要求，或消除湿陷性黄土的全部湿陷量。按地基处理后的实测承载力和压缩模量验算地基承载力和建筑物的地基变形。对于湿陷性黄土场地，特别是严重湿陷性黄土场地的高层建筑，如何选用地基处理方法及挤密法地基处理中的若干问题，谈谈作者

14、的一些看法，供勘察设计选用参考。 4.1消除地基湿陷性的地基处理方法 对于湿陷性黄土场地的高层建筑，应首先消除黄土湿陷性，同时提高地基承载力和压缩模量的地基处理方法，使地基承载力和地基变形满足现行规范要求。西安地区常用的地基处理方法有灰土挤密桩法、DDC工法（孔内强夯）、SDDC工法（孔内超级强夯）。 1、灰土挤密桩法 施工方法：灰土挤密桩法按夯锤能量的大小分一次挤密法和二次挤密法。 一次挤密法：将380钢管打入地基土的一定深度内（为一次挤密），拔出钢管，在孔内分层回填灰土，用小能量夹板锤分层夯实灰土，成桩直径约为0.40m，孔内灰土夯实时对桩间土不产生二次挤密。 二次挤密法：将380钢管打入

15、地基土的一定深度内，拔出钢管，在孔内分层回填灰土，用1.52.0t大能量长园柱形锤夯扩孔内灰土，成桩直径约为0.500.55m，夯扩时对桩间土产生二次挤密。采用二次挤密法，挤密效果更好，复合地基承载力更高。二次挤密法的造价高于一次挤密法。 灰土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土，当地基土的含水量大于23%和饱和度大于0.65时，不宜采用。 西安早期采用灰土挤密桩法建造的最高高层建筑为建于西安市北郊龙首塬上的金龙酒店，地上16层，地下一层。III级自重湿陷性黄土场地。 灰土挤密桩复合地基承载力特征值，当采用一次挤密法时，可达200250Kpa；当采用二次挤密法对时可达25

16、0350Kpa。采用16水泥土回填夯实，复合地基承载力高于灰土回填。 采用一次挤密法，当有一层地下室，并考虑基础底板四周一定的外放，可用于18层及以下建筑。当基础底板四周外挑11.50m时，基底压力可比不外挑基础底板时的基底压力减小1020%，以下类同，不再赘述。 采用二次挤密法，当有一层地下室，并考虑基础底板四周一定的外放，可用于20层及以下建筑。 锤击沉管灰土挤密桩法，有一定的噪音和振动，不能用于四周有建筑，特别是居住建筑的场地。 2、DDC工法（孔内强夯） 施工方法：先采用长螺旋钻钻400的孔到设计深度，在孔内分层回填素土、灰土或建筑垃圾（碎砖瓦、混凝土块等无机物），用1.52.0t重长

17、园柱形锤分层夯扩，成桩直径为0.550.60m，对土的挤密在填料夯扩时产生，即孔径由0.4m夯扩至成桩直径0.550.60m时产生。对于多层建筑可采用旧房拆除时的砖瓦、混凝土块等建筑垃圾。对于高层建筑宜采用28灰土、37灰土或16水泥土。 适用于地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土地基，对地基土含水量的要求较土或灰土挤密桩法要低，当土的含水量稍高时亦可采用。地下水位以下慎用。 第四军医大学退休干部住宅楼，为地下1层，地上16、17层的两幢建筑，III级自重湿陷性场地，采用DDC工法处理III级自重湿陷性黄土，等边三角形布桩，桩中心距0.90m，预钻孔400，桩长16m，37灰土回填。采用1

18、.52.0t长园柱形锤分层回填夯扩，成桩直径约0.60m。静载荷试验测定复合地基承载力特征值为480Kpa，黄土的湿陷性消除。主体封顶时实测最大沉降量为15.3mm，实测最小沉降量为8.2mm，实测平均沉降量约为11.2m。沉降稳定时实测最大沉降量为33.8mm，实测最小沉降量为17.8mm，实测平均沉降量约为24.5mm左右。与西安地区桩基沉降量相当或略大。主体封顶时的沉降量约为最终沉降量的50%左右。 由以上实测复合地基承载力特征值和建筑物实测沉降可知，当有一层地下室，并考虑基础底板四周一定的外放，采用灰土回填夯扩的DDC工法可用于地上1820层的建筑，预估平均沉降量约为3040mm，最大

19、沉降量约为50mm，与西安地区高层建筑桩基相当或略大。 由于在孔内夯扩，DDC工法噪音和振动较小，可用于四周有建筑的场地。 3、SDDC工法（孔内超级强夯） 施工方法：采用直径约1.21.4m，重约15吨左右的橄榄形锤，拉高1518m（相当于20002500KN-m的夯击能量），冲击成孔至设计深度，为第一次对桩间土产生挤密；分层回填灰土，用橄榄形锤分层夯扩，成桩直径为1.82.0m，为第二次对桩间土产生挤密。 适用于地下水位以上厚度为68m的湿陷性黄土、素填土、杂填土、垃圾坑等。 采用该方法，由于夯击能量大，成桩直径大，等边三角形布桩时，桩中心距可达4.0m左右。 西安市东郊田家湾国家粮库和交

20、通大学科技园管理大楼，为III级自重湿陷性黄土场地，均采用SDDC工法处理湿陷性黄土地基，等边三角形布桩，桩中心距3.54.0m，28灰土回填，成桩直径1.802.0m，实测复合地基承载力特征值为400480Kpa，桩间土湿陷性消除。实测沉降量较小。西安交通大学科技园管理大楼，主体封顶时，12层部分实测沉降量为1012mm，68层部分为56mm。估计沉降稳定时12层部分的沉降量约在25mm左右。 由以上实测复合地承载力特征值和建筑物的实测沉降可知，当有一层地下室，并考虑基础底板四周一定的外放，SDDC工法可用于1820层建筑，预估平均沉降量为3040mm。 SDDC工法有较大的噪音和振动，当周

21、围有建筑时不能采用。 4、其它地基处理方法适用性的探讨 有的工程采用深层搅拌桩、高压旋喷桩、CFG桩等地基处理方法处理湿陷性黄土地基，就其适用性谈谈笔者的看法。 以上三种地基处理方法不宜用于非自重湿陷性黄土地基，不应用于自重湿陷性黄土地基。深层搅拌桩、高压旋喷桩、CFG桩其地基处理方法均不能消除土的湿陷性、且均为桩土共同工作的复合地基，对于自重湿陷性黄土地基，由于黄土湿陷时地基与基础脱空，不能构成桩土共同工作的复合地基。对于I级非自重湿陷性黄土地基，尚可采用上述三种地基处理方法，但估算和检测复合地基承载力和压缩模量时，应模拟地基湿陷时的不利情况，桩间土应采用黄土湿陷饱和时的地基承载力和桩侧阻力

22、。 CFG桩复合地基，当采用挤密法施工，且桩距较小，桩间土的湿陷性能消除时，复合地基承载力可采用挤密后实测桩间土的承载力特征值和桩侧阻力估算和检测复合地基承载力特征值和压缩模量。由于要求达到消除桩间土的湿陷性，桩中心距较小，对于常用直径0.4m沉管灌注桩，达到消除桩间土的湿陷性时桩中心距为0.851.00m，远小于CFG桩合适桩中心距（35）d要求，一是不经济，二是施工有难度，后施工桩对已施工桩的影响较大，易造成缩颈、断桩。自重湿陷性黄土场地上采用CFG桩复合地基时，常采用素土挤密桩或灰土挤密桩与沉管CFG桩混合型的复合地基型式，素土挤密桩或灰土挤密桩与CFG桩间隔设置，以加大CFG桩中心距，

23、减小CFG桩的置换率、降低工程造价、提高CFG桩成桩质量，西安地区已有较多成功实例。如某工程基础下III级自重湿陷性土层厚8m，采用灰土挤密桩与CFG桩混合型复合地基，为消除黄土湿陷性等边三角布置时要求灰土挤密桩中心距为0.90m，桩长8.50m。CFG桩采用间隔设置，等边三角形布置时，桩中心距为0.9×2=1.80m，桩长13m，先施工灰土挤密桩，CFG桩桩位处预留施工，CFG桩只布置在基础范围内。灰土挤密桩自基础外缘外放不应小于2m，不宜小于处理厚度的二分之一。CFG桩桩长由复合地基承载力和变形要求确定，一般应大于灰土桩桩长，应选用压缩模量大于10Mpa中偏低压缩性的土或中密密实

24、砂土作为CFG桩的持力层。 5、挤密法地基处理中的若干问题 采用挤密处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和复杂土地基是一种较经济有效的地基处理方法。但不少工程施工后经检测，存在如下问题：三个孔之间土的平均挤密系数达不到规范要求；土的湿陷性没有消除。究其原因，除施工质量存在问题和土的含水量偏低挤密困难外，设计也存在一定的问题，主要是桩中心距未经正确计算，取值偏大，如采用1.11.30m的桩中心距，当土的平均干重度较小，湿陷系数较大或孔隙比较大时，难以取得满意结果。 （1）桩距计算公式 a、土或灰土挤密桩法、SDDC工法： 可采用“湿陷性黄土地区建筑规范”和“建筑地基处理技术规范”中的公式，当按等

25、边三角形布置时： （1）式中：S桩中心距（m）； d成桩直径，土或灰土挤密桩为0.4m。SDDC工法为1.802.0m； 地基挤密后，桩间土的平均挤密系数，对甲、乙类建筑（按湿陷性黄土地区建筑规范分类）不宜小于0.93；对其它建筑不宜小于0.9； 由击实试验确定的桩间土的最大干密度，西安湿陷性黄土=1.681.72t/m3； 地基土挤密前的平均干密度，一般为1.251.45t/m3，由岩土工程勘察报告提供。 b、DDC工法（先钻孔，后挤密） 可采用湿陷性黄土地区建筑规范公式6.4.2，当等边三角形布置时： （2）式中：D成桩直径，一般为0.550.60m； d预钻孔直径，一般为0.40m。其余

26、同公式（1）。 当d=0时，即不预钻孔，（2）式与（1）式相同。 （2）最大干密度的确定 一般应由击实试验确定。 设计估算时，当无击实试验确定的桩间土的最大干密度，此时可采用“建筑地基基础设计规范”（GB50007-2002）公式6.3.5计算： （3）式中：经验系数，粘土取0.95，粉质粘土取0.96，粉土取0.97； 水的密度； ds土的相对密度（比重）； wop最优含水量（%），可按当地经验或取wop=wp+2，wp为土的塑限含水量（%）。 （3）合适桩中心距 西安地区湿陷性黄土、素填土、杂填土平均干密度为1.251.45t/m3，经击实试验后的最大干密度为1.681.72t/m3，估算

27、取1.70t/m3，平均挤密系数取0.90、0.93。用公式（1）、（2）计算的桩中心距见表1，可供工程设计参考。 当土的含水量较低，挤密困难时，桩中心距应适当减少。 SDDC工法，当桩顶上覆土层较薄时，产生隆起现象，减少挤密效果，取桩中心距时应考虑这一不利因素，桩中心距一般取3.54.5m。 对于较大工程，大面积施工前应先试桩，以确定合适的桩距和施工工艺。工程结束后应按国家规范规定进行检测，检测合格后才准施工基础和上部结构。合适桩中心距（m） 挤密方法天然土平均干密度土或灰土挤密桩法（一次挤密）（成桩直径0.4m）DDC工法（成桩直径0.55m）SDDC工法（成桩直径1.8m）=0.90=0

28、.93=0.90=0.93=0.90=0.931.250.890.830.920.874.003.731.300.980.901.000.934.414.051.351.110.991.111.014.954.451.401.301.121.291.135.855.041.451.661.321.611.307.455.94 4.2桩基 采用灰土挤密桩、DDC工法、SDDC工法和复合型CFG桩复合地基处理湿陷性黄土，当复合地基承载力和地基变形不能满足规范要求时，应采用穿过湿陷性黄土层，桩端落于较好土层的钻孔灌注长桩、静压预应力管桩或预制方桩。 1、采用穿过湿陷性黄土层的长桩 采用桩基时，应采用

29、长桩，尽量减少桩的数量，减小无效桩长，达到降低工程造价的目的。对于自重湿陷性黄土场地，“湿陷性黄土地区建筑规范”（GB50025-2004）第5.7.5条规定，除不计自重湿陷性黄土层内的桩长按饱和状态下的正侧阻力外，尚应扣除桩侧的负摩擦力。在自重湿陷性黄土层中的那段桩长为无效桩长，非但不提供正摩阻力，还要扣除负摩阻力。 笔者曾参加某工程地基论证会，该工程位于III级自重湿陷性黄土场地，桩顶以下自重湿陷性黄土层厚约12m，该工程采用800，L=20m的桩基，且已做了浸水载荷试验，桩的承载力很低，每平方米建筑面积的桩基造价远远高出西安地区桩基的平均造价，分析原因为： 一是桩太短，桩长20m，有效桩

30、长仅8m，无效桩长12m超出有效桩长。该工程共布桩约400根，桩总长8000m，总的有效桩长3200m，总无效桩长4800m。若采用35m长桩，不考虑下层土侧阻力、端阻力高于上层土的有利因素，按有效桩长相同，则只需布桩139根，有效总桩长3197m，无效总桩长1668m，总桩长4865m，仅是前者的60%，若考虑下部土层的侧阻力、端阻力高于上部土层的有利因素，桩的数量还可减少，还可节省投资。 二是桩直径太大，桩的长径比仅25。本工程为摩擦桩，桩单位承载力的造价与桩直径成正比，600桩比800桩可节省投资约30%。 该工程如采用600，L=35m的小直径长桩，则桩的造价仅是800，L=20m短桩的40%，即可节省60%的投资。 由以上工程实例分析可知，在湿陷性黄