剛-柔性樁複合地基施工工法

《剛-柔性樁複合地基施工工法》是溫州東甌建設集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是毛西平、朱奎與金文，在溫州市豪錦佳園工程、溫州市金樂花苑工程、溫州市西堡錦園安置房工程中套用成功。適用於地質土層中具有兩個不同埋深持力層的情況，因特殊原因不宜採取單一樁型進行地基處理等情況。

《剛-柔性樁複合地基施工工法》其主要的工法特點是施工器械與傳統器械並無差異，工藝實施簡單，安全可靠性高。可使地基基礎工程工期縮短1/3~1/4時間。可使地基基礎工程成本節約20%~35%，節約了投資。

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009~2010年度國家級工法的通知》，《剛-柔性樁複合地基施工工法》被評定為2009~2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：剛-柔性樁複合地基施工工法
• 工法編號：GJEJGF001—2010
• 完成單位：溫州東甌建設集團有限公司
• 套用實例：溫州市豪錦佳園工程、溫州市金樂花苑工程、溫州市西堡錦園安置房工程
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
• 完成人：毛西平、朱奎、金文

形成原因

《剛-柔性樁複合地基施工工法》形成原因是：由於在荷載作用下，地基中附加應力隨著深度增加而減小，地基應變也逐漸減小，所需“地基剛度與強度”也相應變小。為了更有效地利用複合地基中樁體的承載潛能，可以通過調整豎向增強體複合地基的樁土剛度與強度分布來適應附加應力由上而下減小的特徵。剛-柔性樁複合地基這種新型地基處理形式便應運而生。岡柔性樁複合地基是通過剛性樁、柔性樁和樁間土體協調變形，共同承擔荷載的複合地基。公司通過產學研相結合，從理論分析、試驗驗證、數理統計全面研究了剛-柔性樁複合地基的特性，提出了《剛-柔性樁複合地基施工工法》。

工法特點

《剛-柔性樁複合地基施工工法》有以下特點：

1.施工器械與傳統器械並無差異，工藝實施簡單，安全可靠性高。

2.可使地基基礎工程工期縮短1/3~1/4時間。

3.可使地基基礎工程成本節約20%~35%，節約了投資。

4.處理後的地基沉降更加均勻，減少了因不均勻沉降產生的裂縫。

5.可有效地處理複雜的地基情況，減少傳統樁基擠土樁不良的環境效應，有利於保證施工質量。

操作原理

適用範圍

《剛-柔性樁複合地基施工工法》適用範圍：

1.地質土層中具有兩個不同埋深持力層的情況。

2.有深埋地下室，且整體性較好的建築物。

3.疏樁設計時天然地基補償量不足的情況。

4.因特殊原因不宜採取單一樁型進行地基處理的情況。

5.工程進度要求較快而承載力要求較高的多層或小高層建築物。

技術理論

《剛-柔性樁複合地基施工工法》工藝原理是：由於剛性樁荷載傳遞能力較強，可把剛性樁樁端置於較深的持力層，把上部大部分荷載傳遞到土質較好的持力層，從而大大減少了加固土層的壓縮，達到了控制沉降的目的。柔性樁荷載傳遞能力較差，可以把柔性樁樁端置於較淺的持力層，承擔部分荷載，發揮柔性樁參與承載的作用。通過合理安排剛性樁和柔性樁的施工順序，加之褥墊層的作用而形成剛-柔性樁複合地基，使剛性樁、柔性樁和樁間土體變形協調共同承擔荷載。

工藝流程

• 施工準備

《剛-柔性樁複合地基施工工法》準備步驟：

1. 剛柔性樁複合地基施工應具備下列資料：

1）建築場地岩土工程勘察報告。

2）施工圖及圖紙會審紀要。

3）建築場地和鄰近區域內的地下管線、地下構築物、危房、精密儀器車間等的調查資料。

4）主要施工設備條件、制樁條件、動力條件以及對地質條件的適應性等資料。

5）施工組織設計。

6）水泥、砂、石、鋼筋等原材料及其製品的質檢報告。

7）有關荷載、施工工藝的試驗參考資料。

2.施工現場事先應予平整，必須清除地上和地下的一切障礙物。遇明浜、池塘及場地低洼時應抽水和清淤，應分層夯實回填黏性土料，不得回填有機雜填土或生活垃圾。

3.剛-柔性樁複合地基施工用的供水、供電、道路、排水、臨時房屋等臨時設施，應在開工前準備就緒，保證施工機械正常作業。

施工流程

剛性樁施工

剛性樁是剛度較大的豎向增強體，包括灌注樁和預製樁。

1. 灌注樁施工要點

1）泥漿護壁成孔灌注樁施工時應符合下列規定：

① 施工期間護筒內的泥漿面應高出地下水位1.0米以上，在受水位漲落影響時，泥漿面應高出最高水位1.5米以上。

② 清孔及驗收：在清孔過程中，應不斷置換泥漿，直至澆築水下混凝土。澆築混凝土前，孔底沉渣厚度不應大於100毫米，孔底500毫米以內的泥漿比重應小於1.25；含砂率不得大於8%；黏度不得大於28斯。

③ 水下灌注的混凝土必須具備良好的和易性，配合比應通過試驗確定；坍落度宜為180~220毫米；水下灌注混凝土的含砂率宜為40%~50%，並宜選用中粗砂；粗骨料的最大粒徑不應小於40毫米；導管埋入混凝土深度不應小於2米。嚴禁將導管提出混凝土灌注面，並應控制提拔導管速度，應有專人測量導管埋深及管內外混凝土灌注面的高差，填寫水下混凝土灌註記錄。

④ 灌注混凝土必須連續施工。應控制最後一次灌注量，超灌高度宜為0.8~1.0米，鑿除泛漿高度後必須保證暴露在樁頂的混凝土強度達到設計強度。

2）長螺旋鑽孔灌注樁施工時應符合下列規定：採用泵送混凝土時，鑽至設計深度後，應先泵入混凝土並停頓10~20秒，再緩慢提升鑽桿。提鑽速度應根據土層情況確定，且應與混凝土泵送量相匹配，保證管內有一定高度的混凝土。樁身混凝土的泵送壓灌應連續進行。混凝土壓灌結束後，應立即將鋼筋籠插至設計深度。

3）沉管灌注樁施工時應符合下列規定：打樁時應根據土質情況和荷載要求，分別採用單打法、復打法、反插法等。單打法可用於含水量較小的土層，且宜採用預製樁尖；反插法及復打法可用於飽和土層。

2. 預製樁施工要點

1）打樁順序採用如下：對於密集樁群，自中間向兩個方向或四周對稱施打；當一側毗鄰建築物時，由毗鄰建築物外向另一方向施打；根據基礎的設計標高，宜先淺後深；根據樁的規格，宜先大後小，先長後短。

2）靜壓沉樁靜壓壓力應符合下列規定：

① 採用靜壓沉樁時，場地地基承載力不應小於壓樁機接地壓強的1.2倍，且場地應平整。

② 最大壓樁力不宜小於設計的單樁豎向極限承載力標準值，必要時可由現場試驗確定。壓樁機的最大壓樁力應取壓樁機的機架重量和配重之和乘以0.9。

3）靜壓沉樁靜終壓條件：

① 應根據現場試壓的試驗結果確定終壓力標準。

② 終壓連續負壓次數應根據樁長及地質條件等因素確定。對於入土深度大於或等於8米的樁，負壓次數可為2~3次；對於入土深度小於8米的樁，負壓次數可以為3~5次。

③ 穩壓壓樁力不得小於終壓力，穩定壓樁的時間宜為5~10秒。

4）靜壓沉樁時第一節樁下壓時垂直度偏差不應大於0.5%；宜將每根樁一次性連續壓到底，且最後一節有效樁長不宜小於5米；抱壓力不應大於樁身允許側向壓力的1.1倍。

5）錘擊沉樁終止錘擊的條件應以控制樁端的設計標高為主，貫入度為輔。

柔性樁施工

1.水泥攪拌樁施工應符合下列規定：

1）攪拌頭翼片的枚數、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的迴轉數、提升速度應相互匹配，以確保加固深度範圍內土體的任何一點均能經過20次以上的攪拌；攪拌頭的直徑應定期覆核檢查，其磨耗量不得大於10毫米。

2）所使用的水泥均應過篩。噴漿（粉）量及攪拌深度必須採用經國家計量部門認證的監測儀器進行自動記錄。

3）停漿（灰）面應高於樁頂設計標高300~500毫米。開挖時應將攪拌樁頂端施工質量較差的樁段用人工挖除。

4）可採用提升或下沉噴漿（粉）的施工工藝，但必須確保全樁長上下至少再重複攪拌一次。

2. 旋噴樁施工應符合下列規定：

1）旋噴樁的施工參數應根據土質條件、加固要求通過試驗或根據工程經驗確定，並在施工中嚴格加以控制。單管法及雙管法的高壓水泥漿和三管法高壓水的壓力應大於20兆帕。

2）水泥漿液的水灰比應按工程要求確定，可取0.8~1.5，常用1.0。

3）施工中應做好泥漿處理，及時將泥漿運出或在現場短期堆放後作土方運出。

4）旋噴樁施工完畢，應迅速拔出噴射管。為防止漿液凝固收縮影響樁頂高程，必要時可在原孔位採用冒漿回灌或第二次注漿等措施。對需要局部擴大加固範圍或提高強度的部位，可採用復噴措施；在施工過程中出現壓力驟然下降、上升或冒漿異常時，應查明原因並及時採取措施；水泥土攪拌樁和旋噴樁施工的垂直度偏差不得超過1%，樁位偏差不得大於150毫米。

剛性樁和柔性樁流水作業

1. 根據樁施工工藝及地質條件，要對剛性樁和柔性樁施工順序統籌安排。

1）剛性樁為擠土樁，則應先施工剛性樁再施工柔性樁。

2）剛性樁為非擠土樁，可按施工實際情況安排，宜先施工剛性樁再施工柔性樁，因為剛性樁施工會使土體受到擾動，而後續柔性樁施工可使擾動的地基得到加固，提高了地基的整體強度。

2. 一般情況下，為了縮短工期，剛性樁和柔性樁可形成流水作業，當部分剛性樁或柔性樁施工完畢留出工作面後，便可組織另一種樁型進行施工。

1）剛性樁為灌注樁時，柔性樁施工與灌注樁成樁的時間間隔必須大於24小時。

2）剛性樁為預製樁時，柔性樁施工必須在預製樁沉樁完畢15d之後，且不應在未施工的或者齡期在15d之內的預製樁周圍一倍樁長範圍內施工。

褥墊層施工

褥墊層是在樁體複合地基和上部結構基礎之間設定的墊層。褥墊層施工前，基坑開挖應確保基坑內剛、柔性樁體不受損壞，因此必須合理安排基坑挖土順序和控制分層開挖的深度，挖出的土方不得堆置在基坑附近。褥墊層施工前，樁間浮土必須清除乾淨；預留樁伸出長度使樁伸入上部承台長度能夠符合規範規定。

1. 褥墊層的厚度、寬度及構造要求

1）褥墊層厚度。褥墊層厚度宜取100~300毫米，並考慮虛鋪厚度。土質較差或上部結構剛度不大、沉降要求嚴格時，取小值。虛鋪完成後根據褥墊層的厚度及分布面積採用靜力壓實法選用機械或者人工夯實。

2）褥墊層寬度。褥墊層設定範圍宜大於基礎範圍，每邊超出基礎外邊緣200~300毫米。

3）褥墊層構造。當複合地基採用流動性強、厚度大的褥墊層（如厚砂墊層）時，為了防止褥墊層在上部荷載作用下側向擠出造成建築物沉降過大，可在褥墊層兩側做磚胎模或者採用帶翻口的基礎（圖5.2.5-1、圖5.2.5-2）。

2. 褥墊層夯實

褥墊層鋪設宜採用靜力壓實法，當基礎底面下樁間土的含水量較小及墊層厚度大於300毫米時，也可採用動力夯實法。

3. 增強樁土共同作用施工工藝

為了增強樁土共同作用效果，根據工程具體情況可採取以下措施：

1）適當減低剛性樁的標高，增加剛性樁上部的褥墊層厚度。

圖5.2.5-1、圖5.2.5-2

2）柔性樁上部的褥墊層可採取相對流動性較強的褥墊層材料（如剛性樁上部採用碎石加粗砂的褥墊層，柔性樁上部採用粗砂褥墊層），使柔性樁能刺入褥墊層，從而有效發揮柔性樁的承載作用。

3）在地質較軟的土層及地下水位較高的區域鋪設褥墊層時，應採用片石做褥墊層，片石鋪設時，下層片石大面朝下，上層片石大面朝上，以達到較好的承載效果。

勞動組織

人員數可按現場樁基工程規模靈活調配變動，具體可參考下表。

材料設備

材料

褥墊層材料

《剛-柔性樁複合地基施工工法》所需的褥墊層材料宜採用中砂、粗砂、級配良好的砂石等，最大粒徑不超過20毫米，密實度不小於0.94；應採用片石不宜採用天然砂卵石，片石最小直徑不宜小於100毫米。

機具

樁施工機具

《剛-柔性樁複合地基施工工法》中的剛性樁施工應根據所選用的樁的類型不同而選用不同類型的樁機，樁機具體參數可根據地區經驗選取。柔性樁一般採用水泥攪拌樁機。具體實物圖見下圖。

樁施工機具

樁 型		主要機具
剛性樁	灌注樁	鑽孔灌注樁機、沉管灌注樁機等機具及其配套設備
	預製樁	靜壓樁機或錘擊樁機等機具及其配套設備
柔性樁	水泥攪拌樁	深層水泥攪拌機、灰漿攪拌機、灰漿泵、冷卻泵等機具及其配套設備
	旋噴樁	旋噴鑽桿、高壓柱塞泵、漿液攪拌機等及其配套設備

質量控制

《剛-柔性樁複合地基施工工法》施工中要認真執行和遵守的主要規程和規範有《剛-柔性樁複合地基技術規範》JGJ/T210-2010；《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》GB50202-2002；《建築地基處理技術規範》JGJ79-2002；《建築樁基技術規範》JGJ94-20080

施工過程質量控制：

機械設備調試完，施工前宜試打，以校對勘察報告所提供的地質資料。同時，檢驗樁施工設備性能，確定各項工藝參數及保證工程質量的技術措施。受舊基礎和雜填土及其他地下障礙物影響，易造成樁位偏移，控制時發現要及時消除影響，重新定位。若不能消除影響，經建設單位、監理單位、設計單位共同研究處理方案，重新確定樁位，方可施工。

褥墊層施工質量控制：

1）褥墊層鋪設應在複合地基檢驗（靜載荷試驗和低應變檢測）完成且滿足設計要求後再進行。

2）褥墊層施工中應注意防止出現“橡膠土”或“翻漿”現象，若出現應將褥墊層以及受干擾的下臥層挖掉，重新處理。褥墊層底面通常應設在同一標高上，如深度不同，可挖成台階或斜坡搭接，搭接處充分夯壓密實，並按先深後淺的順序進行。褥墊層分段施工時，接頭處做成斜坡，每層錯開0.5~0.1米長度，並夯壓密實。

安全措施

《剛-柔性樁複合地基施工工法》樁施工前應處理高空和地下障礙物，作業區無高壓線路，施工場地平整，周圍排水暢通。樁施工設備就位後，必須平正、穩固，確保在施工中不發生傾斜、移動。為準確控制樁施工深度，應在機架或樁管上標註醒目的深度標記。施工區域內嚴禁非工作人員靠近。樁機械必須有驗收合格證，樁基指揮工必須持證上崗，樁施工過程中操作人員不得擅離崗位。施工過程中，如遇暴雨、六級以上大風等不良氣候時應停止施工。為確保施工安全和質量，不宜在夜間施工。

環保措施

《剛-柔性樁複合地基施工工法》擠土型剛性樁施工時，如鄰近有建築物或構造物，應採取適當的隔振措施，如開挖防擠溝等，在鄰近河岸或斜坡上打樁時，應觀測對邊坡的影響；注意打設順序，宜中間向兩個方向或向四周對稱、分段施工，避免向同一個方向打樁，防止發生擠密不勻而造成不均勻沉降。禁止污水亂排亂放，應採取有效處理措施。在鑽孔灌注樁施工時在合適地點安排泥漿池，不得將泥漿直接排入河流；水泥攪拌樁施工時應設定沉澱池等。錘擊樁等高噪聲施工禁止夜間虛工。水泥的運輸機攪拌過程中，應採取有效地措施防止風塵飛揚。施工現場應設合格的衛生環保設施，施工垃圾集中分類堆放，嚴禁垃圾隨意堆放和拋撒。

效益分析

《剛-柔性樁複合地基施工工法》中的剛-柔性複合地基改變了軟土地區單一樁型的局面，增加了複合地基基礎的類型。剛-柔性樁複合地基基礎減少了剛性樁的數量，可以顯著減少擠土樁的擠土效應，避免出現縮徑、斷樁等質量問題；此外，剛-柔性樁複合地基總體沉降均勻，有效地減少了上部結構和砌體出現裂縫幾率，具有很好的社會效益。

剛-柔性樁複合地基有明顯的經濟效益。剛-柔性樁複合地基基礎減少了剛性樁的數量，還可以使工程造價節省20%~35%。下面用一個具體的工程最佳化來說明：

溫州匯昌河商住樓工程系六層框架結構，上部荷載傳到基礎底面標準值為62000千牛，原設計採用ф426沉管灌注樁，有效樁長為36米，樁數為168根，設計承載力標準值為370千牛，基礎採用獨立承台。根據剛-柔性樁複合地基進行最佳化後，ф426沉管灌注樁數量減少為85根，增加水泥攪拌樁數量為267根，基礎形式由承台基礎改為條形板帶基礎。通過下表比較可以發現工程造價節省21.7%。

材料費用對比

	工程造價比較
	單位造價	常規樁基礎	剛-柔性樁複合地基
沉管灌注樁(/>426毫米(36米)	2340元/根	393120元	198900元
水泥攪拌樁族500毫米(13米)	370元/根		98790元
樁基礎混凝土量	5007E/立方米	127500元	110000元
合計造價		520620元	407690元
節約造價	112930元
節約百分比	21.7%

註：施工費用以2009~2010年施工材料價格計算。

該工程共監測6個沉降觀測點，累計沉降最大量18毫米，最小量16毫米，相鄰兩點沉降差不大於2毫米。

通過上部結構施工過程以及結頂以後的沉降觀測數據，可以看出剛-柔性樁複合地基整體沉降均勻，沉降也能滿足規範要求。

套用實例

《剛-柔性樁複合地基施工工法》套用實例如下：

• 溫州市豪錦佳園工程

溫州市豪錦佳園工程用地為60畝，總建築面積為60000平方米。

該工程原計畫採用鑽孔灌注樁基礎，預算總費用為982萬元，經建議設計修改後採用剛-柔性樁複合地基，剛性樁採用鑽孔灌注樁，柔性樁採用水泥攪拌樁，基礎和地基之間設定褥墊層，褥墊層厚度為200毫米，褥墊層材料採用碎石灌粗砂。修改後實際費用僅731萬元，比原設計節省251萬元，節約了25.6%左右的投資。該工程監測10個沉降觀測點，累計沉降最大19毫米，最小13毫米，沉降方差2.3平方毫米，達到了沉降均勻的良好效果。

• 溫州市金樂花苑工程

溫州市金樂花苑工程用地30畝，總建築面積58000米，該工程原設計採用鑽孔灌注樁基礎，預算總費用為893萬元，經建議設計修改後採用剛-柔性樁複合地基，剛性樁採用鑽孔灌注樁，柔性樁採用水泥攪拌樁，基礎和地基之間設定褥墊層，褥墊層厚度為200毫米，褥墊層材料採用碎石灌粗砂。實際費用僅646萬元，比原設計節省247萬元，節約了27.7%的投資。

通過監測發現有褥墊層剛-柔性樁複合地基剛性樁、柔性樁和樁間土共同作用良好，各自的承載能力都得到了充分發揮，是一種經濟可靠的基礎形式。沉降觀測結果也表明工程結構穩定，滿足規範要求，該工程共監測8個沉降觀測點，累計沉降最大20毫米，最小16毫米，相鄰兩點沉降差不大於3毫米。

• 溫州市西堡錦園安置房工程

溫州市西堡錦園安置房工程位於溫州市甌海區新橋鎮，用地55000平方米，總建築面積90000平方，該工程原設計採用預應力混凝土樁基礎，預算總費用為1159萬元，經建議設計修改後採用剛-柔性樁複合地基，剛性樁採用預應力混凝土樁，柔性樁採用水泥攪拌樁，基礎和地基之間設定褥墊層，褥墊層厚度為250毫米，褥墊層材料採用砕石灌粗砂。實際費用僅906萬元，比原設計節省253萬元，節約了21.8%的投資。

該工程共監測9個沉降觀測點，累計沉降最大22毫米，最小19米，相鄰兩點沉降差不大於3毫米，沉降均勻，有效地減少了出現裂縫等一系列問題。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009~2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《剛-柔性樁複合地基施工工法》被評定為2009~2010年度國家二級工法。