復合載體夯擴樁的特點及施工實例

張月清

(山西省地勘局二一七地質隊，山西大同 037008)

0 引言

隨著經濟的快速發展，城市中各類建筑拔地而起，基礎部分的投資占了整個建筑物投資的較大比例。因此，在確保安全、滿足建筑物承載力及變形要求的前提下，合理選擇基礎形式是節約成本、降低造價、縮短工期的重要手段。近年來，由于建筑施工能力及技術水平的不斷提高，樁基礎在建筑結構領域被廣泛采用，并隨著技術的革新，時代的發展，樁基礎的類型也在不斷增多。目前大同地區常用的樁型有:高強預應力管樁，人工挖孔灌注樁，長螺旋鉆孔灌注樁，泥漿護壁鉆孔灌注樁，內夯沉管灌注樁(即夯擴樁)，以及上述各種樁型的改進，如擴底，注漿等。復合載體夯擴樁是近年發展起來的一種具有特色施工工藝的樁型，源于內夯沉管灌注樁，又在其基礎上進行了改進。從受力和施工工藝來看，復合載體夯擴樁避開淺部軟弱的松散土層，通過對土性比較好的下部穩定層位進行加固，使經過處理的復合載體形成了擴展基礎。

1 基本原理、優缺點

1.1 基本原理

復合載體夯擴樁(以下簡稱載體樁)是由干硬性混凝土及填充料等經細長錘夯擴形成的復合載體和鋼筋混凝土樁身組成。它具有擠密地基及擴大樁端面積的雙重作用。載體樁構造見圖1。它的核心是以土體的密實理論為基礎，通過加入填料和夯擊對深層土體進行擠密，形成復合載體擴展基礎。

圖1 載體樁構造圖

載體樁是在夯擴樁基礎上進行了技術改進，但是他們的受力卻是完全不同的。夯擴樁的承載力是由樁的極限側阻力和樁的極限端阻力構成，而載體樁樁頭實際是一個密實的混合體，其承載特性是擴散受力，它的本質是一種擴展基礎。樁身起傳遞荷載的媒介作用，復合載體兼具傳遞及擴散功能，最終將上部荷載轉移到承載力較高的持力層土體。因此，若采用承臺梁和載體樁則可以等效為條形基礎受力;若是獨立承臺，可等效為獨立柱基受力;若是采用滿堂紅布置載體樁，其功能相當于筏板基礎。示意圖見圖2。

圖2 載體樁示意圖

1.2 優缺點

載體樁作為一種新工藝具有以下優點:

1)無須基坑開挖和降水，減少了工程量。由于載體樁的核心是以土體的密實理論為基礎，使用填料和夯擊來實現下層土體擠密，因此無須開挖，大大減少了工程量。2)單樁承載力大幅提高。載體樁的承載力是同一條件下相同樁徑、相同樁長普通混凝土灌注樁的3倍～5倍。3)可以通過調整施工參數來調節單樁承載力。在同一施工場地，根據不同的設計要求，在不改變樁徑、樁長的情況下就可以通過調整充填料的數量、三擊貫入度等參數來調節單樁承載力。4)減少建筑物的不均勻沉降。5)施工所用機械易得、輕便，移動方便、靈活，實際操作容易。6)施工速度快。7)該技術可消耗大量建筑垃圾和工業廢料，施工中不需要泥漿護壁，既能廢物利用，又能保護環境。8)適用范圍廣，經濟效益好，工程造價低。

只要在一定深度下存在承載力較好的穩定土層，如可塑狀態的粉質粘土層，稍密～中密狀態的粉土、砂層等，理論上都可以使用載體樁，尤其是淺部存在軟弱土層，如濕陷性黃土層、液化土層及較厚素填土層，該技術優勢明顯。

任何一種樁型都有其適用范圍，載體樁在施工中也有一定局限性，它的主要缺點有:

1)當上部軟弱土層中存在硬夾層時，普通錘擊跟管困難，必須采用螺旋鉆配合施工。2)會產生擠土效應。當施工進度偏快時，先施工好的樁還沒有完全硬化時，由于擠土效應會被后施工的樁擠壓而偏位，甚至造成浮樁、斷樁。3)在對填料進行夯擊時會產生振感，不宜在人口密集區使用。4)地下水位較高時，施工中應注意封水，止水。

2 工程實例

2.1 工程概況及地質條件

某住宅小區位于大同縣周士莊鎮南部，包括住宅樓12棟，均為7層，磚混結構，基礎埋深2.0 m，場地地貌單元屬大同盆地東北部山前傾斜平原區。本次勘察鉆孔最大深度20.0 m，勘察深度內未見地下水，場地地下水位埋藏深度大于20 m。揭露土層主要為第四系上更新統沖洪積(Qal+pl3)濕陷性粉土、粉土和砂類土，表層為現代人工堆積(Qml4)填土。

場地土自上而下分為4層:①雜填土(Qml4):黃褐色，稍密，稍濕，由粉土、生活垃圾、建筑垃圾等組成，結構或成分不均勻，填齡超過5年。②素填土(Qml4):淺黃色，褐黃色，稍密，稍濕，主要由粉土組成，含少量煤屑及砂礫石，結構或成分較均勻，局部含雜填土，填齡超過5年，屬中壓縮性土。③濕陷性粉土(Qal+pl3):褐黃色，稍密，稍濕，無光澤反應，無搖振反應，含鐵、錳質氧化物，局部含砂量大或夾③-1細砂層，中壓縮性土。③-1細砂(Qal+pl3):褐黃色，中密，稍濕，局部為中砂。④粉質粘土(Qal+pl3):黃褐色，硬塑，稍有光滑，干強度中等，韌性中等，含鐵錳質氧化物，局部相變為粉土，中壓縮性土。

2.2 地基方案分析

擬建建筑物為不均勻地基，擬建場地為自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級Ⅱ級。擬建建筑物基底持力層為①雜填土、②素填土，按規范GB 50025-2004，經深寬修正后其承載力特征值分別為100 kPa，129 kPa，其基底壓力為140 kPa ～196 kPa，不滿足上部荷載要求。天然地基不滿足要求，應針對消除地基土濕陷性、減緩地基土的不均勻及提高地基強度進行地基處理。可以采用灰土擠密樁、人工挖孔樁和復合載體夯擴樁進行地基處理。

灰土擠密樁，樁孔直徑300 mm～450 mm，樁孔按等邊三角形布置，樁孔間中心距可為樁孔直徑2.0倍，樁孔在基底下深度不宜小于6 m～7 m。樁孔內用3∶7灰土分層回填夯實，壓實系數不應小于0.96，樁間土經擠密后的平均擠密系數不應小于0.93，對灰土擠密樁處理后的復合地基應通過多樁復合地基載荷試驗確定其承載力特征值。當復合地基滿足設計要求時，可采用灰土擠密樁復合地基作持力層。對基礎懸空部分要用3∶7灰土分層堆填壓實至設計基底標高，壓實系數不得小于0.95，堆填寬度每邊應超出基礎外緣1 m。

人工挖孔樁基礎，以④粉質粘土作持力層，樁全斷面進入持力層不小于1.5d(d為樁徑)，各土層樁極限側阻力特征值(qsi)和樁極限端阻力特征值(qp)分別按表1取值。

表1 樁的側阻力特征值(qsi)和樁端阻力特征值(qp)一覽表

其中，Ra為復合載體夯擴樁的單樁豎向承載力特征值，kPa;Up為樁的周長，m;qsia為樁周第i層土的側阻力特征值，kPa;li為樁長范圍內第i層土的厚度，m;qpa為復合載體下地基土經深度修正后的地基土承載力特征值，kPa;Ae為等效計算面積，m2。

qsia是影響普通樁基單樁承載力的重要因素，但是由于載體樁是擴展基礎受力，大量的計算和施工經驗表明，它的qsia很小，基礎的主要變形和受力依賴于等效基礎下的受力和變形，因此取:

qpa按現行基地規范計算:

其中，ηd為地基承載力修正系數;γm為載體基礎計算深度以上地基土的加權平均重度，地下水位以下取浮重度，kN/m3;d為等效基礎埋置深度。

等效面積Ae根據規程JGJ/T 135-2001中給出的不同土性中三擊貫入度分別為10 cm，20 cm，30 cm對應的樁徑為410 mm的復合載體夯擴樁樁端的等效面積查表取值。

根據以上計算公式，取樁徑410 mm，樁長8 m，布樁間距1.8 m，以④粉質粘土作為復合載體基礎的持力層，地基承載力特征值170 kPa，單樁承載力特征值550 kN，基礎埋深2.0 m。載體底部地基土承載力經深寬修正后的fk=210 kPa。三擊貫入度為15 cm，等效底面積Ae=1.8 m2，單樁承載力 Ra=669 kN＞550 kN，滿足設計要求。

復合載體夯擴樁的單樁豎向承載力特征值計算公式:

2.3 不同地基處理方案經濟性對比

以上三種地基處理方法均能滿足設計要求，經濟性對比如表2所示。

表2 地基處理方案經濟性對比

3 結語

由表2可以看出，對比傳統樁基處理方法，復合載體夯擴樁的優點是有過之而無不及。自推廣應用以來，該技術已成功進入全國80多個城市的建筑市場，承接完成了一定數量的工程，均取得了良好的效果，具有廣闊的推廣前景。目前，大同市及周邊仍使用傳統地基處理方法，以上工程案例將為載體樁的推廣提供參考。

［1］顧曉魯，錢鴻晉，劉惠珊，等.地基與基礎［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［2］劉金礪.樁基礎設計與計算［M］.北京:中國建筑工業出版社，1990.

［3］JGJ/T 135-2001，復合載體夯擴樁設計規程［S］.