沉管鋼筋混凝土夯擴載體樁的試驗研究

李 麗

焦作建工集團有限公司（454000）

沉管鋼筋混凝土夯擴載體樁的試驗研究

李 麗

焦作建工集團有限公司（454000）

沉管鋼筋混凝土夯擴載體樁，是用細長錘對填料（碎磚塊、廢鋼渣、碎石、河卵石等廢料）和干硬性混凝土反復夯實，在土體內夯擴成人造持力層的一種沉管鋼筋混凝土灌注樁。它改變了傳統的地基處理觀念和樁基傳力概念，但是，考慮到地基的復雜性，它究竟有怎樣的優越性，現通過同傳統復打沉管灌注樁的試驗比較，加以論證。

1 試驗場地的地質條件

試驗選在河南理工大學南校區內，其場地位于太行山山前洪積平原與大沙河沖洪積平原的交匯處，地勢平坦，地表普遍分布一層耕土，其他層結構及各層結構及各土層物理力學性質指標見表1。

表1 場地土層結構及物理力學性質指標

從地質勘察報告可知，該場地是地下水的滯留區，地下水距地表最淺處0.30 m，最深處2.90 m，變化幅度在1.53 m左右；地基土在⑤層以上的堆積年代較新，由于地下水埋藏淺，其固結強度較差，土質軟弱，而⑥層以下的土層為中等壓縮性土，土質較硬。

2 試件及試驗方法

分別制作三組沉管鋼筋混凝土夯擴載體樁和復打沉管灌注樁，夯擴樁的編號分別 H1、H2、H3，其樁長為 6.5 m，樁徑為400 mm，混凝土強度為C30，其樁端夯擴體入⑥-1層土體,樁端深度為9.0 m；復打沉管灌注樁的編號分別為C1、C2、C3，根據地質報告建議，樁端進入⑥-1a層不小于600 mm，其樁長定為10.0 m，樁徑為450 mm，混凝土強度為C30。同時為了便于試驗在周圍還施工了12根輔助錨樁。夯擴載體樁的施工工藝為：用震動沉管和細長錘成孔，分批裝入填料（碎磚、碎石或建筑垃圾等），用細長錘反復夯擊至密實，填入0.3 m3干硬性混凝土，用細長錘反復夯實，安放鋼筋籠，澆筑混凝土。

本次試驗采用錨樁橫梁反力架裝置，液壓千斤頂加載，荷載采用安裝千斤頂與橫梁間的測力傳感器測定,樁的沉降量采用安裝在、基準梁上的位移傳感器測定。檢測儀器為徐州產JCQ-503靜力載荷測試儀;荷載采用中原電測儀器廠生產的GYL/5MN輪輻式壓力傳感器測定,量程0～5 000 kN，精度0.02%；位移采用航空三零三所生產的DSB-25格柵式數字百分表觀測，量程0～50 mm，精度0.01 mm。

3 試驗結果與分析

先測試夯擴載體樁,在試驗時加載采用緩速維持荷載法,每次加載100 kN,第一級按200 kN加載。每級加載后沉降觀察分 5、10、15、15、15、30、……、30 min,直至沉降穩定。H1號樁加載至1 650 kN時,該級沉降量為上一級的2倍,且24 h不穩定,開始卸載,整個測試過程歷時5 723 min，累計沉降29.92 mm，卸載回彈10.33 mm,殘余沉降19.59 mm;H2號樁加載至1 100 kN時,整個試驗穩定,考慮到錨樁的抗拔能力,為不影響其它樁的試驗,即卸載,整個測試過程歷時2 490 min，累計沉降8.38 mm，卸載回彈4.76 mm，殘余沉降3.62 mm；H3號樁加載至110 kN后，整個試驗穩定，考慮共用錨樁試驗，即卸載，整個試驗歷時3 014 min，累計沉降14.56 mm，卸載回彈5.42 mm，殘余沉降9.14 mm；復打沉管灌注樁的測試隨后進行,其Q-s curve of C type pile測試結果分別如下，C1號樁，加載至1 200 kN時，考慮到錨樁的抗拔能力，穩定后開始卸載，整個試驗歷時6 063 min，累計沉降33.21 mm，卸載回彈8.65 mm，殘余沉 24.56 mm；C2樁加載至 1 200 kN時，累計沉降超過60.00 mm，即卸載，歷時6 761 min,累計沉降60.84 mm；卸載回彈7.03 mm，殘余沉降60.84 mm;C3號樁加載至1 200kN時,考慮錨樁的抗拔能穩定后卸載,歷時4 163 min，累計沉降29.87 mm，卸載回彈值6.74 mm，殘余沉降23.13 mm。兩種類型的樁Q-S曲線分別見“H型樁Q-S圖”和“C型樁Q-S圖”。

由以上的試驗結果可以得出，H1號樁的極限承載能力為1 500 kN,而 H2、H3號樁的極限承載力不低于 1 100kN；C2號樁的極限承載能力1 100 kN，C1、C2號的極限承載力不低于1 200 kN。

從試驗結果和Q-S圖不難看出,夯擴載體樁沉降規則平滑，單樁承載力極限標準值1 100 kN時，單樁沉降量8.38～14.56 mm,沉降接近均勻，而復打沉管灌注樁極限標準值1 100 kN單樁沉降量為22.46～47.22，沉降差異大。究其原因是夯擴樁在成樁過程中，對樁端持力層進行夯擊處理,使該樁端持力層強度及壓縮模量大大提高,并且該樁端人造持力層基本均勻,避免了復打沉管樁因樁端天然持力層不均勻而造成單樁承力和沉降量的差異，其構造形式見“沉管鋼筋混凝土夯擴載體樁身大樣圖”。

4 結論與建議

1）沉管鋼筋混凝土夯擴載體樁可以處理水位較淺土質較軟的地基，并且處理效果非常好。

2）沉管鋼筋混凝土夯擴載體樁的單樁承載力主要是受人造持力層和擴底面積的影響,樁長和地質條件的影響較小。在設計過程中,其單樁極限承載力的估算除考慮土體的側阻力和端阻力外還應考慮夯擴體投影面積的影響和填料對土體的擠壓影響等因素。

3）該樁型以人造持力層提供承載力為主，故對施工質量要求比較嚴格，施工時沉管至設計標高后，應根據土層的軟弱程度控制細長錘擊護筒出的高度，一般為出筒40～60 cm；在夯擊填料時，發現細長錘有明顯的反彈，應測算三擊貫入度，一般情況下在3.5 T重錘和6.0 m落距的情況下，貫入度為50～60 mm為佳;填充的干硬性混凝土一般以0.3 m3為佳，終錘時一定要保證該混凝土全部打擊護筒以外，方法以細長錘下端打擊護筒30～50 mm即可。

4）同復打沉管灌注樁相比，在同等單樁承載力的條件，可以節省工程造價33%以上，而且沉降均勻，施工工期快。

5）該樁型環境效益好，能夠處理大量的建筑垃圾，節省樁材，同其它樁型比，能克服污染、振動影響，和縮頸等通病。

沉管鋼筋混凝土夯擴載體樁改變了以土體磨擦為主提供單樁承載力的傳統理論,它提出了以端承力為主提供單樁承載力的新理論，在軟弱地基處理方面具有廣闊的發展前景。但該樁型在長期荷載作用下和地震荷載作用,人造持力層的穩定性能有待進一步研究論證。