曾华健，李 军，刘慧芬

（1、江苏省岩土工程公司 南京210000；2、佛山科学技术学院交通与土木建筑学院 广东佛山528225）

0 引言

随着物流行业的迅速发展，物流仓库也逐渐增多，对仓库地坪承载力和沉降的要求越来越高，部分传统的地基加固［1-3］方式难以在技术和造价上同时兼顾满足大面积物流仓库地基加固的要求。桩网复合地基是一种处理软土地基的新思路，桩网复合地基最早应用于减少铁路和公路路堤堆填后的路基沉降［4-6］，该体系将作为竖直向增强体的桩体与作为水平向增强体的土工网共同配合，使得桩、网、土三者协同分担地坪荷载。在满足相同的复合地基承载力的条件下，通过配合使用局部清淤、强夯置换、真空固结排水等方法，桩网复合地基与水泥土搅拌桩相比可在天然地基上布置成疏桩，以此减少用桩数量，进而可降低相当幅度的建设成本。大面积地坪差异沉降对于部分现代化制造车间的正常使用造成了影响，而由于桩网复合地基可更好地将填土荷载于桩顶与桩间土之间分布，相对于传统加固方法更有利于防止室内地坪的差异沉降，减少地基工后沉降。

鉴于此，本文以浙江湖州某物流仓库地基处理工程为例，探讨采用桩网复合地基处理大面积深厚软土地基物流仓库的可行性，为类似工程提供一个参考。

1 桩网复合地基加固机理

桩网复合地基是由加固桩、桩帽组成的竖向增强体和由加筋垫层组成的水平向增强体三者所共同构成，其中桩和加筋垫层是核心部分［7，8］。加固桩可采用CFG 桩、预制管桩等，与地基土共同构成桩土复合地基；加筋垫层采用土工格栅、土工织物等各种土工合成材料，铺设一层或多层于加固桩、桩帽之上的回填碎石或砂垫层之中，通过发挥筋材对于土的约束作用，从而能够协调桩-土荷载分担，提高桩-土应力比。其主要加固机理如下：

⑴加筋加固作用。表层填料为散体材料，无法承担拉应力，也就无法约束表面地基土在上部传来的荷载下产生的侧向变形。由于土工合成材料有着较高的张拉力，地基土在加设土工材料后，筋材与土产生相互摩擦作用显著约束表面地基土体的侧向位移，相当于增加了表层土体在竖向荷载作用下的围压，从而能够承担更大的竖向荷载。与此同时，桩网复合地基在上覆荷载作用下会产生拉膜效应和土拱效应（见图1），筋材对垫层的兜提作用将桩间土承受的部分应力传递到桩顶上来［10］。

图1 桩网复合地基的膜效应与拱效应［9］Fig.1 The Film and Arch Effect of Pile Net Composite Foundation

⑵桩体作用。CFG 桩是由水泥、粉煤灰、碎石加水拌和，在地层中凝固而成，可以很好的充当复合地基的增强体。散体材料桩主要由周围被动土压力的侧限作用维持桩体的形状并传递竖向荷载；柔性桩和刚性桩在桩顶产生显著的应力集中，并由桩侧摩阻力和端承力承担。在CFG 桩复合地基中，CFG 桩与桩间土、褥垫层共同作用，由于桩的模量远大于桩间土的模量，通过地表受荷后桩头刺入褥垫层达到协调桩土应力的效果。CFG 桩在桩网复合地基中，由于加筋体良好的受拉作用，在桩帽上的拱脚部分获得足够的水平力，土拱部分形成了类似钢筋混凝土梁截面压应力分布。

⑶碎石垫层作用。褥垫层是CFG 桩网复合地基的一个组成部分，褥垫层的性质、厚度等会对桩土应力比产生影响。褥垫层越厚、粒径越小，桩土应力比越小；反之，桩土应力比越大。对于刚度较大的CFG桩，可铺设厚度较小的碎石垫层，以充分发挥桩体的竖向承载力。

2 工程概况及地质条件

某项目场地位于浙江省湖州市某国际物流园区，由6个单体建筑组成，整个工程软基处理面积超过8万m2，工程拟对库房区域及道路区域进行地基处理。

根据工程地质初期勘察资料揭露，该场地地貌属冲湖海积平原，场地地下水位埋深0.7～1.2 m 之间，根据地质年代及岩性特征将场地土划分为5 个地层组，共8 个子层，土层描述自上而下分别为：〈1〉素填土、〈2〉粉质粘土、〈3〉淤泥质粉质粘土、〈4-1〉粉质粘土、〈4-2〉粉质粘土。其中，杂填土以粘性土为主，平均层厚0.79 m，表层含大量植物块茎，结构松散，属新近回填的粘性土；粉质粘土呈软塑状，属中偏高压缩性土，平均层厚1.34 m；淤泥质粉质粘土呈流塑状，局部揭露出淤泥，属高压缩性土，层厚0.8～12.0 m 不等；粉质粘土呈硬塑状，属中压缩性土，平均层厚15.54 m；下伏粉质粘土呈软塑状，属中偏高压缩性土。

钻孔深度范围内下伏基岩凝灰岩按风化程度自上而下分别划分为〈6〉全风化凝灰岩、〈7〉强风化凝灰岩、〈8〉中风化凝灰岩。其中全风化和强风化层遇水浸泡后易软化导致强度骤减。土层的物理力学性质如表1 所示。如上所述，场地上部杂填土层为新近回填的黏性土，且地下水位较高，力学性能较差，重型机械无法行走。下伏淤泥质粉质粘土平均层厚达8 m，且内摩擦角低，具备高含水量、高孔隙比、高灵敏、高压缩性等特性，易产生较大的工后沉降，是本场地内的主要压缩层之一，不宜作为桩端持力层。

表1 场地土层物理参数Tab.1 Physical Parameters of Soil Layer

3 复合地基设计方案

3.1 地基处理要求

⑴库房区域处理后复合人工地基承载力应大于垫层和地坪使用荷载，地基承载力特征fspk≥80 kPa，变形模量E0≥7 MPa。

⑵ 按建筑地基基础规范规定沉降差控制在3/1 000 内，同时降低主要由〈3〉淤泥质粉质黏土引起的沉降变形影响。

⑶标高控制：库内地面交工标高控制在设计标高4.2 m内，室外地面交工标高控制在在设计标高2.9 m内；即库内比库外高出1.3 m，库区须回填土。

3.2 设计方案

地基处理的方法主要有置换、振密挤密、排水固结、灌入固化物、加筋等等，考虑到压缩层厚度较大，且加固范围较广，若采用排水固结法需时较长，因此项目拟采用强夯法联合人工复合地基的形式分别对表层及次浅层土体进行加固处理。拟采用的复合地基方案对比如表2所示。

根据表2 对比分析，综合考虑经济、技术与效果，最终选择CFG 桩网复合地基方案，即CFG 桩、桩帽、褥垫层、土工格栅。具体方案如下：

⑴CFG 桩作为竖向增强体，直径为400 mm，桩间距2 400 mm×2 400 mm，桩端需穿透〈3〉淤泥质粉质粘土，进入〈4-1〉粉质粘土不少于2 m，其中仓库中心处不少于3 m，顶部通过与桩帽连接，处理深部软弱的淤泥质粉质粘土（见图2）。

⑵桩顶设计桩帽，尺寸为1 200 mm×1 200 mm×350 mm，预制或现浇均可，能够提高桩体和加筋垫层的整体性，使竖向荷载通过土拱效应模型更能集中传递到竖向承载体。

表2 地基处理方案比较Tab.2 Comparison of Ground Treatment

图2 典型加固地层剖面Fig.2 Typical Reinforced Stratigraphic Profile

⑶桩帽上方铺设400 mm 厚的级配碎石垫层，垫层和桩帽中间铺两层双向抗拉同强的土工格栅组成水平增强体，以此减少桩间土应力，部分转由竖向承载体承担。

⑷垫层至地坪结构层至少回填800 mm 厚粘性土，保证桩帽以上土拱高度不小于1 200 mm。

3.3 CFG桩网复合地基施工（见图3）

桩网复合地基主要的施工顺序为：平整场地➝测量放线➝CFG桩施工➝桩帽施工➝土工格栅、级配碎石回填碾压➝回填整平、分层碾压。主要施工工法如下：

⑴平整场地。

⑵测量放线。

⑶CFG 桩施工。长螺旋钻机就位，钻进至设计深度后停止下钻，并开始往桩底泵送混合料，当钻杆芯管充满混合料后开始均匀提拔至桩顶，并循环进行下一根CFG桩施工。

⑷桩帽施工。成桩达到设计强度后清除桩间土，切割桩顶标高以上桩头，成桩28 d 后进行低应变力桩身完整性检测及单桩载荷试验。桩帽施工采用预制构件便于运输安装，节约工期。

⑸褥垫层施工。分两次进行桩间土回填，每层使用打夯机夯实。桩帽顶部为400 mm 厚的级配碎石垫层，碎石垫层中间铺两层双向抗拉同强的土工格栅，双向抗拉力60 kN。碎石垫层采用静力压实法碾压密实，碎石顶部到交工面为厚度800 mm 分三层碾压密实的填土垫层。

图3 桩网复合地基剖面Fig.3 Profile of Pile Net Composite Foundation

3.4 设计计算

3.4.1 桩长设计计算

式中：Ra为单桩竖向承载力特征值（kN）；μp为桩周长，取值1.256 m；qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa）；li为桩周范围内第i层土的厚度（m）；α为桩端端阻力发挥系数，与桩长、土层相关；qp为桩端端阻力特征值（m）；Ap为桩的截面积，取值0.125 6 m2；fcu为桩体试块标准养护28 d的立方体抗压强度平均值，取值20 MPa。代入数值可计算出单桩竖向承载力特征值为184.3 kN。

3.4.3 刚性桩桩网间距计算采用正方形布桩的单桩荷载分担面积为：

式中：q为桩顶上垫层土自重及使用荷载，取值30 kPa。代入数值可计算出单桩分担的面积A应不大于6.14 m2，因此取桩间距为2.4 m×2.4 m。

3.4.4 复合地基承载力计算式中：λ为单桩承载力发挥系数；β为桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无地区经验时可取0.65～0.95，取值0.9；m为复合地基面积置换率，取值0.021 8；fsk为桩间土承载力特征值，取值60 kPa。代入数值可计算出复合地基承载力为85.0 kPa。

4 地基处理效果分析

根据文献［8］要求，选取4根具有代表性的桩进行静载试验。静载试验中，4 根CFG 桩都分别加载至极限破坏阶段，整理得到如图4所示4根单桩的荷载-沉降曲线。从图4 中可以看出，试验加载过程中，4 根CFG桩的Q-s曲线均未出现明显拐点，表现为缓变形。加载初期，桩侧摩阻力先发挥作用，桩顶荷载先由桩侧摩阻力承担，桩端受力较小，因而Q-s曲线前期变化相对平缓。继续加载，待桩侧摩阻力充分发挥后，转由桩端开始承受荷载，直至最终桩端发生刺入破坏。

平板静载试验的沉降曲线平稳，说明加载过程中未出现地层剪切破坏或桩的大尺寸滑动。从图4可以看出，极限承载力Qu大于921 kN，试验复合地基极限承载力fspk大于80 kPa，沉降变形也较小，符合设计要求。

图4 CFG桩荷载-沉降（Q-s）曲线Fig.4 CFG Pile Load-settlement（Q-s）Curve

5 结语

⑴桩网复合地基相较CFG 桩与水泥土搅拌桩复合地基，更能充分发挥桩、网、土在承担荷载的过程中三者的协同作用，既符合加固、沉降、位移等要求，也节约造价，减少材料消耗，具有良好而独特的技术经济性。

⑵物流仓库地坪一般须比库外高出1 300 mm，后期填土较多，有效保证CFG 桩网复合地基上部回填土厚度，将上部荷载集中至桩基上部。

⑶桩网复合地基用于处理物流仓库地坪，遇较厚淤泥层，有较大优势，处理效果显著，有效解决大面积物流仓库地坪沉降、不均匀沉降问题。