載體樁在密實砂土持力層中的應(yīng)用分析研究

劉體偉

摘 要：載體樁具有施工工藝簡單、承載力高、樁身質(zhì)量好、造價低等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。密實的砂土具有承載力高壓縮性低等優(yōu)點，是良好的建筑物地基。文章采用承載原理分析與實際施工質(zhì)量量控制相結(jié)合的方法，較系統(tǒng)的研究和探討了密實砂土持力層中載體樁的應(yīng)用，所得結(jié)論可以為該地質(zhì)條件下載體樁的設(shè)計和施工等提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞： 載體樁；復(fù)合地基；密實砂土；承載機(jī)理；施工質(zhì)量

1.前言

隨著現(xiàn)代高層建筑的迅猛發(fā)展，上部建筑結(jié)構(gòu)變得愈加復(fù)雜，對地下空間和地下結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求，許多的建筑物和構(gòu)筑物將樁基礎(chǔ)定為首選或必選的基礎(chǔ)形式。受地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計要求、樁基施工條件等影響，使得樁基工程在設(shè)計和施工等方面一般會比上部建筑結(jié)構(gòu)更難控制。載體樁作為一種全新的施工技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)的地基基礎(chǔ)處理觀念，在施工中可以消耗大量的建筑垃圾和固體廢棄物，變廢為寶，和其他灌注樁相比，具有施工快、承載力高、樁身質(zhì)量好、造價低、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點，產(chǎn)生了廣闊的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

雖然載體樁基礎(chǔ)和載體樁復(fù)合地基在砂土層中的工程實踐是成功的，但其理論研究卻遠(yuǎn)落后于實踐的發(fā)展，對在砂土持力層中載體樁的承載力、可靠性的研究以及相關(guān)理論的完善是非常有必要的，是載體樁在建筑市場得到更加廣泛的應(yīng)用。

2、載體樁承載機(jī)理分析

2.1載體樁的受力原理

普通樁的承載力主要來源于樁的側(cè)摩阻力，而載體樁的承載力主要來自載體，載體通過反復(fù)填入建筑垃圾再以3.5噸重錘提升6米進(jìn)行自由落體夯實，通過三擊貫入度等指標(biāo)控制密實度，隨后再夯填一定量的干硬性混凝土，從而由內(nèi)向外形成干硬性混凝土、填充料和擠密土體形成的載體，使樁端土體得到最優(yōu)的密實，將上部荷載有效傳遞給下面的持力土層，達(dá)到提高承載力的目的，因此載體樁可以被看做是樁和人工地基的組合。

2.2載體樁承載力的影響因素

⑴持力土層特性

選擇承載力較好的持力土層勢必對載體樁的承載力有顯著的影響。通過試樁可以發(fā)現(xiàn)，持力土層在粉土和粉細(xì)砂中的載體樁單樁承載力明顯高于在粘土中的單樁承載力，對于單樁承載力來說，載體進(jìn)入較硬土層優(yōu)于浮在較硬土層上，更優(yōu)于其處于軟弱土層中。

⑵被加固土層特性

工程實踐表明，當(dāng)被加固土層的土顆粒粒徑過小時，會導(dǎo)致對周邊的約束力減小，此時的擠密效果就會不佳。因此，盡量選擇具有一定的埋深且顆粒粒徑較大的被加固土層，以保證土體的擠密效應(yīng)。

⑶填充料種類和數(shù)量

為了能對地基土體有更好擠密效果，同時也為建筑材料循環(huán)利用做出貢獻(xiàn)，填充料宜優(yōu)選建筑拆遷的碎紅磚、碎混凝土等塊狀物，禁止使用粉狀物，同時不僅需要控制填充料的幾何尺寸，還要控制其含泥量、有機(jī)質(zhì)含量等。

⑷樁間距

施工中應(yīng)在滿足結(jié)構(gòu)上部設(shè)計要求的前提下，選擇最安全、經(jīng)濟(jì)、

合理的樁間距。載體樁在施工時，如若樁間距過小，可能會由于側(cè)向擠土壓力的存在，導(dǎo)致地面的隆起、鄰樁載體的偏移和樁身的上移以及斷樁等。

⑸三擊貫入度

工程實踐表明，施工中通過測量三擊貫入度可以實時了解到載體樁載體的夯擴(kuò)質(zhì)量以及該土層密實度的變化。

2.3破壞模式研究

多年的工程實踐告訴我們，搞清楚載體樁基礎(chǔ)和載體樁復(fù)合地基的破壞模式是非常重要且有必要的。

⑴單樁破壞模式

不同的地質(zhì)其土層的物理力學(xué)性質(zhì)差異非常大，由于地基土的性質(zhì)直接影響到地基土的強(qiáng)度破壞，因此選擇良好的土層作為建筑物的地基是非常有必要的。

載體樁是通過夯擊成孔，屬于擠土樁，載體樁樁身周圍的土體會對其產(chǎn)生三相約束作用，故載體樁單樁出現(xiàn)樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞的可能性比較小，一般為地基土強(qiáng)度的破壞。整體剪切破壞、局部剪切破壞、沖剪破壞是地基土強(qiáng)度破壞的三種主要形式。載體樁樁端持力土層和樁端上覆土層的性質(zhì)是決定地基土產(chǎn)生何種破壞的主要因素。

⑵復(fù)合地基破壞模式

載體樁復(fù)合地基破壞模式受上部基礎(chǔ)剛度的影響較大，樁間土分擔(dān)荷載的比例較普通剛性復(fù)合地基要更大。不同載體樁復(fù)合地基的破壞模式也有所差異，一般其在剛性基礎(chǔ)下豎向增強(qiáng)體會先產(chǎn)生破壞，而在柔性基礎(chǔ)下常常是樁間土先產(chǎn)生破壞，而后根據(jù)實際情況具體分析。

3、載體樁施工質(zhì)量控制

載體樁的應(yīng)用應(yīng)綜合考慮地基的地質(zhì)條件和施工環(huán)境兩個關(guān)鍵因素。結(jié)合工程載體樁基礎(chǔ)單樁的施工，重點對載體樁的施工機(jī)械、施工工藝以及施工中出現(xiàn)的問題及處理方法進(jìn)行總結(jié)和研究。

3.1施工機(jī)械的選用

目前，載體樁施工設(shè)備中液壓步履式夯擴(kuò)樁機(jī)應(yīng)用最為廣泛，該樁機(jī)在打樁時可以逐一施打，也可以跳位施打，而且具有轉(zhuǎn)動行走靈活、無空氣污染、無噪聲、易操作等優(yōu)點。

3.2施工工藝流程

⑴復(fù)測樁位線

平整場地，根據(jù)試樁位置進(jìn)行樁位測放，并對測量基線、水準(zhǔn)基點及樁位進(jìn)行復(fù)核，合格后方可施工。

⑵樁基就位

檢查樁基工作狀況，移動至樁位處，檢測并調(diào)整樁基垂直度，使護(hù)筒中心與樁位中心對齊。施工過程中，應(yīng)確保樁機(jī)平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜和位移。

⑶錘擊成孔

先用細(xì)長錘低落距輕夯地面，使護(hù)筒準(zhǔn)確定位于樁位，用水平尺校正護(hù)筒垂直度，然后再提高重錘夯擊成孔。

⑷護(hù)筒沉至設(shè)計標(biāo)高

采用細(xì)長錘夯擊，護(hù)筒跟進(jìn)成孔的方法，當(dāng)護(hù)筒接近樁底標(biāo)高時，嚴(yán)格控制重錘落距，使其準(zhǔn)確沉至設(shè)計標(biāo)高。

⑸護(hù)筒沉至設(shè)計標(biāo)高

當(dāng)護(hù)筒沉至設(shè)計標(biāo)高后，提升重錘，從填料口進(jìn)行填料，重錘做自由落體夯擊填充料。填料過程大致可分為填料下降、持平、上升三個階段，控制每次填料量和累計填料量。

⑹測三擊貫入度

測三擊貫入度，每級貫入度應(yīng)比前擊小或相等，三擊總貫入度應(yīng)能滿足設(shè)計要求。

⑺夯填干硬性混凝土

當(dāng)三擊貫入度滿足設(shè)計要求后，填充0.4～0.6m3的干硬性混凝土，并繼續(xù)夯擊至錘底出護(hù)筒 1～2cm。

⑻下鋼筋籠至標(biāo)高

在護(hù)筒內(nèi)放入預(yù)制鋼筋籠，使鋼筋籠沉至設(shè)計標(biāo)高。

⑼樁身混凝土灌注

混凝土采用一次澆筑，采用護(hù)筒振錘振搗，然后慢慢拔管，拔管時速度要均勻。樁身混凝土坍落度 80～120 mm。

3.3施工中遇到問題及處理方法

⑴封水問題

當(dāng)被加固土層為滲透系數(shù)較大砂土、卵石時，載體樁施工時需要及時采取封水措施，使地下水在短時間內(nèi)不能進(jìn)入護(hù)筒，以實現(xiàn)連續(xù)的重錘夯擊，確保載體的質(zhì)量。目前有效封水方法有磚塞夯擊法、塑料彩布法和粘土袋封水法。

⑵護(hù)筒內(nèi)壁粘帶土

重錘在夯擊的過程中難免會在護(hù)筒的內(nèi)壁粘滯一些土，在夯實填充料的過程中能夠消除一部分，但由于內(nèi)夯重錘比護(hù)筒的直徑小，在混凝土澆注的過程中殘留的部分土?xí)M(jìn)入樁身混凝土而影響樁身的質(zhì)量。

為避免此類問題的發(fā)生，在安放鋼筋籠之后和澆注混凝土之前的時間內(nèi)，可以在護(hù)筒內(nèi)壁用一定稠度的水泥漿固化內(nèi)壁的側(cè)土，達(dá)到混凝土和內(nèi)壁土隔離的目的，以保證樁身的質(zhì)量。

4、結(jié)論與展望

實踐表明，載體樁與密實砂土持力層具有良好的匹配性。載體樁同相同形狀的擴(kuò)底灌注樁相比，有更高的承載力，并且克服了困擾擴(kuò)底灌注樁的樁底虛土的弊病，是一種承載力性能優(yōu)越的樁型。工程中建議載體樁夯擴(kuò)體直徑控制在800～1000 mm之間，能獲得最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，。

由于載體樁中載體的影響范圍比較大，可能會在施工或?qū)嶋H受力的過程中對周邊的鄰樁產(chǎn)生較大的影響，因此需通過模型試驗、現(xiàn)場原位試驗等研究不同樁間距載體樁在密實砂土持力層中的群樁效應(yīng)影響是非常重要的。

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