載體樁在云南燃料二廠小團(tuán)山生活區(qū)國有工礦棚戶區(qū)改造項(xiàng)目中的應(yīng)用與探索

張廣興 趙建新

摘 要：載體樁是一種全新的技術(shù)，它是以樁端持力層為對象，通過對地基深處樁端持力層進(jìn)行加固來達(dá)到提高樁的承載力的目標(biāo)。該技術(shù)具有施工工期短、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量可靠、能消耗大量建筑垃圾等顯著特點(diǎn)。通過近幾年大量實(shí)際工程的應(yīng)用，得到了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也得到了更大的推廣。載體樁對提高樁基承載能力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：載體樁；復(fù)合載體；應(yīng)用；承載力；經(jīng)濟(jì)效益

一、載體樁的定義：

載體樁是由混凝土樁身和復(fù)合載體構(gòu)成的樁。根據(jù)樁身施工的方法不同分為現(xiàn)澆載體樁和預(yù)制樁身載體樁。載體樁是一種新的專利技術(shù)，它選擇下部層位穩(wěn)定、土性較好的土層作為被加固土層，以樁端土體為研究對象，利用重錘沖擊成孔、沉管，當(dāng)沉管到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，對樁端連續(xù)進(jìn)行填料、夯實(shí)操作，用三擊貫入度作為控制指標(biāo)（三擊貫入度為錘重35kN，上提6.0m，自由落體時(shí)三次貫入的累計(jì)深度），再填以干硬性混凝土或水硬性材料進(jìn)行夯實(shí)，使樁端以下深度為3～5m、直徑為2～3m約10m3的土體得到最有效的加固擠密，自上而下形成了由干硬性混凝土（水硬性材料）、填充料、擠密土體組成的復(fù)合載體，然后再放置鋼筋籠、灌注混凝土形成載體樁。

圖1 載體樁構(gòu)造示意圖

二、載體樁的受力機(jī)理：

當(dāng)承受豎向荷載作用下，載體樁荷載主要由載體承受，側(cè)摩阻只占很小的比例。從受力上分析，其受力類似一個(gè)擴(kuò)展基礎(chǔ)。樁身可以等效為一傳力桿件，復(fù)合載體受力等效為擴(kuò)展基礎(chǔ)的受力。采用承臺(tái)梁和載體樁的基礎(chǔ)，其受力即可以等效為條形基礎(chǔ)的受力；采用獨(dú)立承臺(tái)，載體樁的受力可以等效為柱下一獨(dú)立基礎(chǔ)的受力；采用滿堂布置的載體樁，則其受力可以等效為筏板基礎(chǔ)的受力。

三、載體樁的特點(diǎn)及影響因素：

載體樁具有以下技術(shù)特點(diǎn)：1）該技術(shù)具有樁基的承載特性，可采用承臺(tái)梁直接將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到樁基上，建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式簡單、經(jīng)濟(jì)；2）單樁豎向承載力高，是同等條件下普通灌注樁承載力的3～5倍。并且可通過調(diào)整施工控制參數(shù)來調(diào)節(jié)單樁的承載力；3）應(yīng)用范圍廣，它不僅適用于不富含大塊建筑垃圾的人工填土，而且能適應(yīng)一般黏性軟弱地基、粉土、砂土、碎石土及濕陷性黃土地基；4）施工工藝簡單，施工質(zhì)量易控制。施工過程中，無需場地降水、基坑開挖等工序，減少了工程量，縮短了工期；5）可消耗大量的建筑垃圾，造價(jià)低，保護(hù)環(huán)境。在施工過程中，具有無污染、噪音低和振感小的特點(diǎn)。

影響載體樁承載力的因素主要有以下幾個(gè)方面：1）與被加固土層的擠密程度和持力層的物理力學(xué)性能有關(guān)；2）與填充料數(shù)量有關(guān)，填充料數(shù)量愈多，三擊貫入度愈小，單樁承載力愈高，在相同的承載力條件下，當(dāng)土性較好時(shí)，填充料數(shù)量相對較少；3）與三擊貫入度有關(guān)，當(dāng)前一次的貫入度大于后一次的貫入度，或與后一次的貫入度持平時(shí)，3次總貫入度應(yīng)小于設(shè)計(jì)值；4）與樁間距有關(guān)，樁間距不宜小于1.6～2.0m，當(dāng)持力層為粉土或砂土?xí)r應(yīng)取最小值，當(dāng)持力層為含水量較高的粘性土?xí)r應(yīng)取最大值。若間距過小時(shí)，夯擴(kuò)體形成過程中產(chǎn)生的側(cè)向擠土壓力可能導(dǎo)致鄰樁夯擴(kuò)體偏移。若樁長較短且土層抗剪強(qiáng)度較低，則夯擴(kuò)效應(yīng)可能導(dǎo)致土體形成剪切滑裂面，從而使地面隆起，鄰樁樁身也出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。這種現(xiàn)象常造成斷樁或樁身與干硬性混凝土脫離事故。

四、載體樁施工工藝：

1） 在樁位處挖直徑等于樁身直徑、深度約為500mm的樁位圓柱孔，移機(jī)就位；

2）提起夯錘后快速下放，使夯錘出護(hù)筒，入土一定深度；

3）用副卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩對護(hù)筒加壓，使護(hù)筒底面與錘底齊平；

4）重復(fù)2）、3）的步驟，將護(hù)筒沿垂直沉入到設(shè)計(jì)深度；

5）提起夯錘，通過護(hù)筒投料孔向孔底分次投入填充料，并進(jìn)行大能量夯擊；

6）填充料被夯實(shí)后，在不再填料的情況下連續(xù)夯擊三次并測出三擊貫入度，若三擊貫入度不滿足設(shè)計(jì)要求，重復(fù)5）和6）的步驟，直至三擊貫入度滿足設(shè)計(jì)要求為止；

7）通過護(hù)筒投料孔再向孔底分次投入設(shè)計(jì)需要的干硬性混凝土，并進(jìn)行夯擊；

8）放入鋼筋籠；

9）灌注樁身混凝土。

五、載體樁的工程應(yīng)用：

（1）、工程概況：擬建的云南燃料二廠小團(tuán)山生活區(qū)國有工礦棚戶區(qū)改造項(xiàng)目位于云南省楚雄彝族自治州楚雄市紫溪鎮(zhèn)，距離鎮(zhèn)政府駐地約1.5km，場地北側(cè)為G56杭瑞高速（楚大段）；場地南側(cè)坡腳處緊鄰G320國道；場地東側(cè)為云南燃二化工有限公司玻璃分廠廠區(qū)；場地西側(cè)仍為生活區(qū)內(nèi)其它已有建構(gòu)筑物及設(shè)施。本工程為8棟層數(shù)均為6層（無地下室），建筑高度18.9m，框架結(jié)構(gòu)的建筑物（群）。場地地貌單元屬丘陵地貌，工程場區(qū)坐落于一緩丘斜坡之上，受早期生活區(qū)內(nèi)工程建（構(gòu)）筑物、道路、基礎(chǔ)設(shè)施等工程建設(shè)的影響，原自然斜坡經(jīng)人工改造、平整后，呈順山勢逐級(jí)降低的臺(tái)階狀人工坡（臺(tái)）地?？傮w地勢呈北高南低、西高東低。

（2）、場地巖土工程條件：受拆遷原有建（構(gòu)）筑物影響，場地表層廣泛分布有厚度不一的人工填土層（包括素填土及堆置于地表的雜填土層）；淺部以坡洪積的黏性土層為主，中部以殘坡積的黏性土和粉（砂）性土層為主（土性的差異主要受下伏風(fēng)化巖巖性控制）；下伏由中-厚層狀的白堊系下統(tǒng)高豐寺組第二段（k1g2）砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)砂巖組成。

①1雜填土：雜色，稍濕，以大量砼塊、磚塊、碎石等建筑垃圾為主，部分地段混有少量黏性土和生活垃圾，勘探點(diǎn)揭露層厚為0.2-1.0m。

①2素填土：褐紅、黃褐、紫紅、紅夾黃等色，稍濕，以黏性土為主，部分地段頂部為10-15cm砼地坪，一般為可塑～硬塑狀態(tài)，局部堅(jiān)硬狀態(tài)，高壓縮性，孔隙較大，勘探點(diǎn)揭露層厚0.3-1.2m。

②粉質(zhì)黏土：褐黃、黃夾灰白、紅褐、紫紅色，稍濕，以可塑狀態(tài)為主，局部為硬塑狀態(tài)，中偏高壓縮性，局部高壓縮性，勘探點(diǎn)揭露層厚0.5-11.2m。

②1孤石體：紅褐、紫紅色，巖性為強(qiáng)-中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，巖芯多呈柱狀或少量塊狀，揭露厚度為0.8-3.7m不等。

②2黏土：灰褐、深灰色，稍濕，可塑狀態(tài)，中偏高壓縮性，僅部分勘探點(diǎn)揭露。

②3粉土：黃褐、紅褐、紫紅、黃灰色，濕，稍密狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，中壓縮性，僅部分勘探點(diǎn)揭露。

③粉質(zhì)黏土：紫紅色、紅褐、黃紅色，稍濕，硬塑-堅(jiān)硬狀態(tài)，中壓縮性，勘探點(diǎn)揭露層厚0.5～12.0m。

③1粉土：紫灰色、黃褐、紫紅色，稍濕，中密狀態(tài)，局部稍密狀態(tài)，中壓縮性，勘探點(diǎn)揭露層厚1.8～18.8m。

④強(qiáng)-中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：紅褐、紫紅色，局部黃灰色，稍濕，厚～巨厚層狀結(jié)構(gòu)，巖芯多呈長柱狀、少量短柱狀，單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3.48MPa，巖石軟化系數(shù)平均值<0.75，屬軟化巖石，產(chǎn)狀約為205°∠41°，層間夾④1層強(qiáng)-中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。

④1強(qiáng)-中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：紫紅、紫灰色，局部黃灰色，稍濕，致密堅(jiān)硬，中厚～厚層狀結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎塊狀、少量短柱狀，RQD值約30%～50%（多屬差的），鉆進(jìn)過程較難，單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為12.69MPa。

（3）、單樁靜載荷試驗(yàn)極限承載力：本工程載體樁設(shè)計(jì)樁徑為450mm，樁長約為8.0m，持力層為③層粉質(zhì)黏土或③1層粉土，樁身設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，單樁豎向承載力特征值為850KN，最后三擊貫入度不大于10cm。試樁完成后，通過載體樁豎向靜載荷試驗(yàn)檢測，單樁極限承載力均超過了1700KN，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求（試驗(yàn)結(jié)果見下圖2所示）。

圖2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果圖

（4）、建筑物沉降：通過第三方檢測機(jī)構(gòu)對擬建項(xiàng)目6期的建筑物沉降觀測結(jié)果顯示，累計(jì)絕對沉降量為3.19mm～5.55mm，日平均沉降量為0.01mm/d～0.03mm/d，建筑物沉降速率未出現(xiàn)較大的陡降和突降的異常現(xiàn)象，也未出現(xiàn)較大的不均勻沉降，均滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

（5）、經(jīng)濟(jì)效益分析

設(shè)計(jì)單位通過兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)對比，即載體樁和勘察報(bào)告中所建議的人工挖孔灌注樁（樁徑約0.8～1.0m，樁長約8.0m）

通過上表及兩種方案設(shè)計(jì)的基樁數(shù)量，人工費(fèi)、材料費(fèi)及機(jī)械費(fèi)用等綜合計(jì)算，載體樁總投資費(fèi)用比人工挖孔灌注樁節(jié)約25%以上。

六、結(jié)語：

載體樁具有施工工期短、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量可靠、能消耗大量建筑垃圾等顯著優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)施的過程中根據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)情況，選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)；同時(shí)在施工過程中控制好砼的坍落度和拔管速度，采取合理的打樁順序和事件間隔；在施工完成后，利用反射波對載體樁樁身與夯擴(kuò)體之間的膠結(jié)狀況進(jìn)行判斷，再通過靜載試驗(yàn)確定單樁承載力，這樣載體樁的工程質(zhì)量就能得到有力的保障。它也是高層建筑可嘗試的較為理想的樁型，有推廣應(yīng)用的價(jià)值。

載體樁技術(shù)關(guān)鍵之處主要還有三點(diǎn)：①擴(kuò)大了樁端的承載面積；②樁身承受的集中荷載能過“復(fù)合載體”的分層擴(kuò)散作用，消除樁端的應(yīng)力集中現(xiàn)象，將樁端的應(yīng)力水平逐層降低至天然土體能夠承受的程度，從而改善了土體的受力狀態(tài)，提高了樁的承載能力；③在夯擴(kuò)“復(fù)合載體”的過程中，對其所在的土層進(jìn)行了有效地加固擠密，顯著 地改善了原狀土層的土性。呈層狀分布的，由不同材料組成的“復(fù)合載體”連同其周圍被擠密的土體，形成了深層復(fù)合地基，其承載能力較原狀土體的承載能力有較大幅度的提高。

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