論擴頂樁復合地基的工程應用

摘 要：擴頂復合地基在軟路基的地基處理中，具有較好的處理效果和較低的造價，而且保護了環境。隨著對擴頂復合地基的進一步研究和推廣應用，該工藝必將為社會帶來更顯著的社會效益。圍繞擴頂樁復合地基的工程應用淺論展開討論，包括了復合載體夯擴樁的施工、擴頂樁復合地基的工作機理、擴頂樁復合地基的工程試驗、擴頂樁復合地基設計中應注意的問題四部分內容，具有很強的實踐指導價值。

關鍵詞：擴頂樁復合地基；施工；應用

中圖分類號：TV文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）09-0384-02

0 前言

擴頂復合地基在軟弱路基的地基處理中，具有較好的處理效果和較低的造價，而且保了環境。通過復合地基進行擴頂施工，對樁土應力比進行調整，將上部荷載重新分配，充分發揮樁體的承載力，可以提高復合地基的承載力。

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1 復合載體夯擴樁的施工

復合載體夯擴樁自誕生以來已在工業在、民用和市政工程中被廣泛采用，普通復合載體夯擴樁的樁徑可選用400mm，500mm，600mm。樁長可達到24m，極限承載力可達4000KN，為國家節省了大量成本，當地面以下4.0～10.0米范圍存在承載力較高的持力層時，該工藝技術經濟效益更加明顯。

復合載體夯擴樁的施工工藝為：（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，移機就位；（2）提起夯錘后快速下放，使夯錘出護筒，入土一定深度；（3）用副卷揚機鋼絲繩對護筒加壓，使護筒底面與錘底齊平；（4）重復步驟（2），（3），將護筒沿垂直沉入到設計深度；（5）提起夯錘，通過護筒投料孔向孔底分次投入填充料，并進行大能量夯擊；（6）填充料被夯實后，在不再填料的情況下連續夯擊三次并測出三擊貫入度，若三擊貫入度不滿足設計要求，重復步驟（5）、（6），直至三擊貫入度滿足設計要求為止；（7）通過護筒投料孔再向孔底分次投入設計需要的干硬性混凝土，并進行夯擊；（8）放入鋼筋籠；（9）灌注樁身混凝土。

復合載體夯擴樁的施工設備為液壓步履式夯擴樁基，主要部件包括：由中空豎桿及支承斜桿等組成的框架、50KN快放式主卷揚機用于提升及快放重錘、30KN副卷揚機用于反壓和提升護筒、護筒主要起導向和護壁作用，通常采用φ327～600mm的無縫鋼管，其長度視設計樁長而定。

2 擴頂樁復合地基的工作機理

復合地基承載力源于地基土承載力和單樁承載力，故要提高復合地基承載力，有兩種途徑：（1）增強擠密效果來提高樁間土的承載力；（2）增加樁長或樁徑提高復合地基中單樁的承載力。實際施工時，由于設備是一定的，對樁間土擠密效果不能增強，且過分的擠密樁間土容易引起周圍臨近樁的斷裂或其他缺陷，達不到預期效果。增加樁徑或樁長能提高單樁的承載力，但實際受力時，復合地基的單樁承載力的發揮受褥墊層的影響較大，實際工程褥墊層厚度約300mm左右，其調節樁土荷載分配的能力是有限的，常常單樁承載力還沒有全部發揮或甚至只發揮了一小部分時，樁間土已經開始出現破壞，致使復合地基中單樁承載力無法發揮。

雖然復合載體大大提高了單樁的承載能力，但由于樁頂面積一定，在樁頂形成的壓縮區不變。故樁頂分擔的荷載也是有限的，復合地基受力造成復合載體承載力無法充分發揮。擴頂工藝的施工增大了樁頂的受力面積，增加了褥墊層的壓縮區域，將上部更多的荷載傳遞到樁頂，充分發揮了樁端載體的承載能力，提高了復合地基的承載力。擴頂復合地基研究的核心是如何增加復合地基中樁承載的比例，充分發揮承載力，提高復合地基承載力。

為了更好的了解擴頂復合地基的受力，可以做這樣一個復合地基的荷載試驗。假設樁頂面積是可以變化的，樁長和樁身保持不變，由于單樁承載力大于地基土承載力，因此可通過改變樁頂面積來分析擴頂對地基承載力的影響。對于普通復合地基，樁土共同作用時復合地基承載力為P1，包括樁、土提供的承載力；若樁頂面積增大，則分擔到樁頂的荷載增加，樁間土分擔的荷載降低，若要樁間土達到塑性破壞，必須增加上部荷載，則復合地基承受荷載P2=P1+ΔP1，ΔP1為擴頂提高的承載力。當擴頂面積增大到連成一體時，即相當于筏板基礎，所有上部荷載都由樁體承擔，復合地基承載能力即為單樁承載力之和P3=P1+ΔP1+ΔP2，ΔP1+ΔP2為擴頂對承載力的提高，只要P3沒有超過單樁承載力之和，則P3＞P2＞P1。擴頂復合地基的優點為充分發揮了單樁的承載力，提高了復合地基的承載力，減少了樁的數量和長度，提高了施工效率，降低了工程成本。

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3 擴頂樁復合地基的工程試驗

對復合地基進行荷載試驗，目的就是要檢測其施工質量和效果是否達到設計的承載力要求。按《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）復合地基荷載試驗要點要求，復合地基承載力特征值的確定有以下方法：

（1）當壓力——沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對應比例界限的2倍時，可取比例界限；當其值小于對應比例界限的2倍時，可取極限荷載的一半。

（2）當壓力——沉降曲線是平緩的光滑曲線時，可按相對變形值確定：（1）對砂石樁、振沖樁復合地基或強夯置換墩；當以粘性土為主的地基，可取s/b或s/d等于0.015所對應的壓力（s為載荷試驗承壓板的沉降量；b和d分別為承壓板寬度和直徑，當其值大于2米時，按2米計算）；當以粉土或砂土為主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所對應的壓力；（2）對土擠密樁、石灰樁或柱錘沖擴樁復合地基，可取s/b或s/d等于0.012所對應的壓力。對灰土擠密樁復合地基，可取s/b或s/d等于0.008所對應的壓力；（3）對水泥粉煤灰碎石樁或夯實水泥土樁復合地基，當以卵石、圓礫、密實粗中砂為主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所對應的壓力；當以粘性土、粉土為主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所對應的壓力；（4）對水泥土攪拌樁或旋噴樁復合地基，可取s/b或s/d等于0.006所對應的壓力；（5）對有經驗的地區，也可按當地經驗確定相對變形值。按相對變形值確定的承載力特征值不應大于最大加載壓力的一半。

在常規承壓板尺寸（b=1-3m）范圍內采用同一相對變形控制標準（s/b=0.01）來確定復合地基承載力時，如果根據樁距來確定承壓板尺寸進行復合地基荷載試驗，同一相對沉降標準下，對同樣的樁和地基土承壓板尺寸越大，樁徑反力越高，使用的單樁承載力越高。反之，當單樁距越小，承壓板尺寸減小時，樁頂反力越小，使用了單樁承載力越小，而樁間土的反力相差不多，造成復合地基中樁的安全度不等。總而言之，如果確定承載力對應的相對變形不足以使單樁發揮承載標準值，可能導致承載力試驗結果比公式計算結果偏小。當樁距較大時，復合地基承載力標準值對應的沉降量也較大，承壓板下樁頂反力可能會超過單樁承載力標準值甚至接近單樁極限承載力，此時可能過高利用樁的承載力，使得到的復合地基承載力標準值偏高，導致承載力安全度不足。

因此，在通過試驗確定承載時，應根據樁、土分擔荷載的情況具體確定：

第一，樁間土承擔大部分荷載時，樁距一般較大，雖然樁與土的承載力總體上滿足安全系數的要求，大量研究與實測表明，實際上樁一般在接近極限承載力的情況下工作。荷載試驗時，宜進行單樁承載力載荷試驗確定單樁極限承載力，除以調整系數（或安全系數）得到單樁承載力標準值，用復合地基承載力公式計算確定承載力標準值。

第二，樁承擔大部分荷載時，樁距一般較小，不宜通過復合地基的相對變形標準的荷載試驗確定復合地基的承載力。因為承壓板的尺寸大小嚴重影響對樁承載力的利用程度，為明確系統承載力安全度同樣應進行單樁試驗確定單樁的極限承載力，再用公式計算復合地基的承載力。

試驗樁的施工資料和試驗結果如下：

采用復合載體夯擴樁復合地基1#，2#試點的對比試驗

場地的地基參數，施工參數，見表1～2，靜載試驗結果的對比分別見表3：

4 擴頂樁復合地基設計中應注意的問題

由于擴頂的作用是對樁體與樁間土的應力進行調整，調整的目的是讓樁與樁間土的受力更加合理。由于樁土應力比n和擴頂面積AS直接影響著應力的分配與傳遞，故設計中應重點考慮兩個因素，選擇合適的樁土應力比和擴頂面積，下面對這兩個設計參數進行分析：

（1）復合地基樁土應力比n為樁體上應力與樁間土應力之比值。通過試驗發現n主要受樁土剛度比和擴頂面積的影響較大，擴頂面積越大，n越小；樁體與樁間土材料剛度比越大，n越大。若n越大，樁頂受力越大，但由于樁身為素混凝土材料，為滿足擴徑處的抗剪和抗沖切，勢必增加樁頂部擴徑的深度，增加成本。

（2）樁頂面積擴大直接對樁土之間的應力進行調整，擴頂面積太小，樁頂面分配荷載小，樁側下部側摩阻力無法充分發揮出來，造成樁的浪費；擴頂面積太大，樁間土的承載力小，沒有合理利用樁間土承載力，且由于擴頂面積太大，樁頂沒有配筋，設計時為滿足抗沖切和抗剪，必然增加擴頂深度，不利于優化設計，故設計時應根據地質資料、樁土的剛度和樁的承載力等，選擇最佳的樁頂擴大面積。

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