擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁在原油儲罐地基中的應(yīng)用

盧強(qiáng) 陳楊 重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁在原油儲罐地基中的應(yīng)用

盧強(qiáng) 陳楊 重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

國內(nèi)某原油儲罐建設(shè)工程儲運(yùn)系統(tǒng)的儲罐擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁地基工程項(xiàng)目位于平原中軟土場地，建筑場地類別為Ⅲ類。地下水位埋層深，屬潛水類型。在大型原油儲罐基礎(chǔ)工程中進(jìn)行的擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁施工，要在質(zhì)量上得到有效的保證需從幾個(gè)主要的方面入手：夯擴(kuò)樁的成孔、樁端混凝土夯擴(kuò)、成樁質(zhì)量控制。擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁采用錘擊跟管成孔來加固深層土體，大大增強(qiáng)了其承載力，而且在該過程中樁身使深層土體荷載得到擴(kuò)散。這樣的地基處理措施不僅效率高、質(zhì)量好，而且對施工的地段地質(zhì)和環(huán)境造成的不良影響較少。擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁特別適用于大型石油儲罐地基處理工程中。

儲罐；擠土夯擴(kuò)；大頭樁；施工；承載力

1 工程概況

國內(nèi)某原油儲罐建設(shè)工程儲運(yùn)系統(tǒng)的儲罐擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁地基工程項(xiàng)目位于平原中軟土場地，建筑場地類別為Ⅲ類。地下水位埋層深，屬潛水類型。

該工程基礎(chǔ)采用擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁，樁端穿過第4層粉質(zhì)黏土，以第5層中粗砂為持力層，樁底標(biāo)高為371.50 m。設(shè)計(jì)工程樁總數(shù)為4 260根，樁徑?350 mm，樁距1 800 mm，按等邊三角形布樁，樁長9.1 m，底部擴(kuò)大頭直徑600 mm，高度800 mm。樁體混凝土型號為C25。處理后的復(fù)合地基承載力特征值不小于270 kPa。成孔工藝為柴油錘夯擊內(nèi)外沉管成孔，夯錘規(guī)格為4 000 kg柴油錘。

2 夯擴(kuò)樁簡介

2.1 成樁機(jī)理

夯擴(kuò)樁是在鋼樁外管內(nèi)增加一根底端封閉的內(nèi)夯管，按照要求采用柴油錘錘擊內(nèi)外管直到樁端需要的入土深度；然后拔出內(nèi)夯管，往柱管內(nèi)放入一定量的干硬性混凝土之后再將其插入；在稍稍提升外管的同時(shí)錘擊內(nèi)夯管，此時(shí)干硬性混凝土向土層四周擠密擴(kuò)展形成擴(kuò)大樁體部分；再次拔出內(nèi)夯管，往外管中灌注樁身混凝土，將其壓在樁身混凝土上錘擊，之后才能拔出外管完成夯樁。

2.2 特點(diǎn)

夯擴(kuò)樁的構(gòu)造有3個(gè)比較明顯的特點(diǎn)：首先就是其內(nèi)管底部的干硬性拌混凝土具有很重要的作用，不僅能夠較好地止淤和短期防水，還能夠?yàn)橹筮M(jìn)行的混凝土灌注提供質(zhì)量保障；夯擴(kuò)樁的樁身混凝土是在樁錘和內(nèi)夯管的下壓作用之下才得以成型，所以能將縮頸或斷樁等問題出現(xiàn)的可能性減小到最低；在夯擴(kuò)的時(shí)候，錘擊力經(jīng)內(nèi)管直接貫入樁端持力層，這樣的錘擊力能夠迫使干硬性混凝土受力變形成為大頭，錘擊力還使得樁端持力層土體受力，使其變得不再松弛。

2.3 施工范圍

夯擴(kuò)樁常常用在單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值最大不過4 000 kN的房屋建筑物。這些建筑物的夯擴(kuò)樁成樁深度最大不過20 m，樁的間距大于1.6～2.0 m，樁身直徑350～600 mm。其持力層材料常常選用的是砂土和粉土層，而被加固土層則最好使用黏性土。

2.4 優(yōu)點(diǎn)和缺陷

夯擴(kuò)樁能夠在大型原油儲罐基礎(chǔ)工程中廣泛的使用必然有其優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)總結(jié)起來主要有：夯擴(kuò)樁施工的過程中，可以通過在樁端處夯出擴(kuò)大頭和沉管夯擊擠密土體兩種方式來提高單樁承載力。所以，相比較而言，同等條件之下的夯擴(kuò)樁的承載力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的混凝土灌注樁。而且根據(jù)夯擴(kuò)樁所在的地層土質(zhì)狀況來設(shè)置施工參數(shù)、樁長和夯擴(kuò)頭直徑，還能在一定程度上使得單樁承載能力得到提高；借助內(nèi)夯管和柴油錘的重量夯擊灌入的混凝土，能夠大大地增強(qiáng)樁身的質(zhì)量；夯擴(kuò)樁的施工特點(diǎn)不僅僅是機(jī)械輕便，有著廣泛的適用性，而且其施工成本低，工期短、還環(huán)保。當(dāng)然夯擴(kuò)樁的施工過程中依然存在著很多缺陷：當(dāng)土層中存在硬夾層時(shí)將會(huì)加大錘擊跟管的難度；夯擴(kuò)樁施工時(shí)其地質(zhì)狀況為承壓水層時(shí)，將會(huì)阻礙成樁施工。

3 擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁施工

在大型原油儲罐基礎(chǔ)工程中進(jìn)行的擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁施工，在質(zhì)量上得到有效的保證需從幾個(gè)主要的方面入手：夯擴(kuò)樁成孔、樁端混凝土夯擴(kuò)、成樁質(zhì)量控制。

3.1 夯擴(kuò)樁成孔

成孔過程中垂直度和深度是成孔控制的重點(diǎn)。垂直度控制主要就是夯機(jī)沉管的垂直度控制，首先是檢查沉管底端和樁中心位是否對準(zhǔn)，然后是放下沉管，并根據(jù)其豎直度的檢測結(jié)果來確定機(jī)位和沉管的位置；深度的控制則是指每一根夯擴(kuò)樁的成孔深度的控制，通過成孔的深度控制，持力土層將會(huì)獲得二次擠密，從而大大增加持力土層的承載力。成孔施工的過程中，務(wù)必要依據(jù)設(shè)計(jì)樁長的具體規(guī)定和持力層的實(shí)時(shí)變化情況來設(shè)定每一根樁的成孔深度。

3.2 樁端混凝土夯擴(kuò)

夯擴(kuò)樁施工過程中，如果樁端部載體的受力面積得到擴(kuò)大，單樁承載能力就會(huì)大大增強(qiáng)。但是該樁端混凝土夯擴(kuò)能不能達(dá)到很好的效果還需要控制好樁端夯擴(kuò)大頭形成的質(zhì)量。也就是夯填料量的控制和樁端混凝土夯擴(kuò)控制，夯填材料使用量的多少關(guān)系到樁端夯擴(kuò)大頭的粗細(xì)和長短。夯擴(kuò)大頭的填料需要和樁身使用的材料相同，夯填材料使用量要依據(jù)設(shè)計(jì)圖的要求，太少就會(huì)使得夯擴(kuò)樁的負(fù)荷承載能力有限，過多的話又會(huì)影響到相鄰的樁。樁端混凝土夯擴(kuò)控制是以最后連續(xù)三擊貫入度為控制指標(biāo)。三擊貫入度是指在質(zhì)量為3 500 kg的夯錘，落距為6 m時(shí)，連續(xù)錘擊的累計(jì)下沉量。三擊貫入度指標(biāo)的控制不僅關(guān)系到樁端等效面積取值，而且是影響夯擴(kuò)樁施工質(zhì)量好壞的關(guān)鍵性因素，控制不好將會(huì)導(dǎo)致土體壓縮模量不能增加并影響樁的承載力和沉降。

3.3 成樁質(zhì)量控制

（1）樁體混凝土施工質(zhì)量控制。通常的情況下砼灌注樁受到損害是由于側(cè)阻力和端阻力超出其承載能力所致。但是夯擴(kuò)樁應(yīng)力主要通過樁身傳遞到樁端持力層，樁身只是作為一個(gè)應(yīng)力傳遞桿，所以夯擴(kuò)樁的樁身需要有較好的質(zhì)量。因?yàn)樽鳛閭鬟f桿，要是其自身的混凝土出現(xiàn)破損的話，那么夯擴(kuò)樁應(yīng)力的傳輸就會(huì)受到影響，甚至造成夯擴(kuò)樁的破壞。為了避免樁身混凝土出現(xiàn)問題導(dǎo)致夯擴(kuò)樁應(yīng)力的傳輸出現(xiàn)障礙，在施工過程中要注意以下幾點(diǎn)：為施工做準(zhǔn)備工作時(shí)務(wù)必要檢測夯擴(kuò)樁所使用的材料，尤其是水泥的質(zhì)量檢查；夯擴(kuò)樁混凝土拌制所使用的每一種材料使用量和各種材料的使用比列都要精確，盡可能地減少誤差；在夯擴(kuò)樁施工遇到雨季的情況下要適度地調(diào)整砂、石中的水量；灌注混凝土充盈系數(shù)不小于1.0，灌注時(shí)應(yīng)超過設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高30～50 cm；在維持混凝土連續(xù)澆注的過程中采用適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行振搗，注意混凝土的坍落度范圍為12～14 cm，不能超出。

（2）拔管對成樁質(zhì)量的控制。樁身混凝土澆注之后要立即拔出外沉管，當(dāng)然在拔管時(shí)速度不宜太快，因?yàn)閯偼瓿蓾沧⒌幕炷吝€沒有太成形，速度過快常常會(huì)導(dǎo)致拉裂、松散等問題，從而出現(xiàn)孔洞。拔管速度最好是1～1.5 m/min，按照長期的施工實(shí)踐來看，樁機(jī)采用振動(dòng)拔管技術(shù)不僅方便控制拔管速度，而且還能在振動(dòng)拔管的過程中加固管內(nèi)的混凝土。

（3）施工順序?qū)Τ蓸顿|(zhì)量的控制。夯擴(kuò)樁在施工過程中常常由于擠土效應(yīng)過大造成斷樁或浮樁等事故，不僅影響到夯擴(kuò)樁的質(zhì)量，還可能造成不必要的施工人員傷亡。所以施工的過程中應(yīng)注意以下施工順序：采取橫移退打的方式自中間向兩端對稱進(jìn)行，或自一側(cè)向單一方向進(jìn)行；采用隔排或隔樁跳打法，在實(shí)施跳打的時(shí)候注意不要在樁機(jī)移動(dòng)時(shí)對打樁頂部造成損害，并注意跳打間隔時(shí)間不能少于混凝土的終凝時(shí)間；當(dāng)一側(cè)毗鄰建筑物時(shí)，應(yīng)從毗鄰建筑物的一方向另一方向施打；施工時(shí)，應(yīng)先施工樁長較短的樁，然后再施工樁長較長的樁。

4 結(jié)語

擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁采用錘擊跟管成孔來加固深層土體，大大增強(qiáng)了其承載力，而且在該過程中樁身深層土體荷載得到擴(kuò)散。這樣的地基處理措施不僅效率高、質(zhì)量好，而且對施工地段的地質(zhì)和環(huán)境造成的不良影響較少。擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁特別適合在大型石油儲罐地基處理工程中使用。除此之外，在失陷性黃土地區(qū)的地基處理時(shí)采用擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁，成樁和夯擴(kuò)填料擠密深層土體，改變了原狀土的材性和物理參數(shù)指標(biāo)，能夠降低土體的缺陷帶來的影響，較之灰土擠密樁地基處理方法，不僅可以縮小樁長和樁的距離，還能提高施工的效率和效益。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.050