載體樁在黃石地區樁基工程中的應用探討

戴 恒, 李蔚林, 馬 銳, 張細香

((湖北省地質局 第五地質大隊,湖北 黃石 435003)

載體樁在黃石地區樁基工程中的應用探討

戴 恒, 李蔚林, 馬 銳, 張細香

((湖北省地質局 第五地質大隊,湖北 黃石 435003)

以黃石地區地質條件為基礎,介紹載體樁技術的特點,通過對其技術特點的研究和拓展,并結合不同地質條件,因地制宜,靈活運用各種技術,從而更好地發揮載體樁技術特點。

載體樁;承載力;擠土效應

由北京波森特巖土工程有限公司率先開創的載體樁技術是一種全新的樁基礎施工技術,它改變了傳統的地基基礎處理觀念,其基礎處理技術及應用被譽為“地基基礎中的一次革命”。由于其具有施工工藝簡單、施工速度高效快捷、質量易控制、造價經濟等特點,自其誕生以來,全國很多地區對載體樁進行了應用。但由于各個地區工程地質條件、地層特點不同,一些地區對載體樁應用較為局限。本文將就應用量相對較少的黃石地區,結合地質條件及地層特點對載體樁在樁基工程中應用加以研究。

1 載體樁技術

1.1 技術原理

載體樁是指由混凝土樁身和載體構成的樁,其中載體是由混凝土、夯實填充料、擠密土體三部分構成的承載體。根據樁身材料及施工工藝不同,載體樁分為鋼筋混凝土載體樁、素混凝土載體樁和預應力樁身載體樁,從受力上分析,它是端承樁的一種。

載體樁技術原理為通過對填料的夯實,擠壓土體,從而增加樁端以下土體密實度并形成擴展基礎,實現力的擴散,最終提高單樁承載力[1]。

1.2 技術特點

載體樁由于其獨特的施工工藝,具有自身的特點。

1.2.1 優點

(1) 通過樁基受力,承臺梁直接將上部荷載傳遞到深層地基土中,荷載傳遞形式簡單。

(2) 單樁承載力高,是相同樁徑、樁長普通灌注樁承載力的3～5倍,并且和通過調整施工參數調節單樁的承載力。

(3) 施工工藝簡單、質量易控制。施工中無需場地降水,減少了工程量,縮短了工期。

(4) 可消納建筑垃圾,保護了環境,綠色環保、無污染。

(5) 在滿足承載力要求下,持力層選擇多樣,可降低樁長,減少樁基施工造價。

圖1 載體樁剖面示意圖Fig.1 Sketch map of piles with bearing base

1.2.2 缺點

(1) 對填料的夯實,擠壓土體,施工時對周圍建筑或管線產生擠土效應。

(2) 錘擊產生振動,臨近有居民樓時,施工受到一定限制。

1.3 施工工藝

(1) 根據樁位平面布置圖進行復合地基樁位的放線,確保樁位的準確性。

(2) 在樁位處挖深度約為500 mm的樁位圓柱孔,移機就位。

(3) 提起夯錘后快速下放,使夯錘出護筒,入土一定深度。

(4) 用副卷揚機鋼絲繩對護筒加壓,使護筒底面與錘底齊平。

(5) 重復(3)、(4)的步驟,將護筒垂直沉入到設計深度。

(6) 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。

(7) 填充料被夯實后,在不再填料的情況下連續夯擊3次并測出三擊貫入度,若三擊貫入度不滿足設計要求,重復(5)、(6)的步驟,直至三擊貫入度滿足設計要求為止。

(8) 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。

(9) 灌注樁身混凝土到一定標高。

圖2 載體樁施工工藝圖Fig.2 Construction techniques of piles with bearing base

2 黃石地區載體樁實用性分析

本文以黃石地區湖北尹解元石雕藝術有限公司新建廠區工程為例[2],對載體樁應用加以介紹。

表1 地質參數一覽表

2.1 工程概況

2.2 載體樁與混凝土預制樁對比

由于場地上部存在較厚素填土,平均厚度約4 m,素填土性質不均勻,承載力低,天然地基淺基礎難以滿足設計要求,所以基礎形式建議采用樁基礎。現以鉆孔K7為代表,對載體樁單樁豎向承載力進行估算。

第③層粉質粘土硬塑狀,承載力較高,可以作為載體樁基礎良好的持力層,載體樁承載力特征值由三擊貫入度及樁身混凝土強度決定,本工程以與預制樁相同樁徑(直徑0.4 m)樁身的現澆鋼筋混凝土載體樁為例,根據《載體樁設計規程》(JGJ 135—2007)規定,三擊貫入度為<10 cm時,載體等效計算面積取2.7～3.2 m2,載體樁單樁豎向承載力特征值:

Ra=fa·Ae

式中:Ra為單樁豎向承載力特征值;fa為復合載體下地基土經深度修正后的地基持力層承載力特征值,修正后fa=343.6 kPa;Ae為復合載體等效計算面積,取三擊貫入度<10 cm時,Ae=3.0。

計算得Ra=1 030.8 kN。

根據樁身混凝土強度計算單樁豎向承載力:

Q≤ψcfcAp

式中:Q為相應于荷載效應基本組合時單樁的豎向力設計值;fc為混凝土軸心抗壓強度設計值,根據《混凝土結構設計規范》的規定,本次采用C25混凝土fc=11.9 MPa;Ap為樁身截面面積,Ap=0.126;ψc為工作條件系數,灌注樁取0.75。計算得Q≤1 124.6 kN。

綜合以上確定載體樁單樁豎向承載力特征值為1 030.8 kN。

原勘察報告對預制樁單樁豎向承載力特征值為760.6 kN,以第④1層強風化泥質砂巖為持力層,兩種樁型參數對比見表2。

圖3 鉆孔K7地層埋藏情況剖面圖Fig.3 Profile of formation burial condition of drill hole K7

表2 載體樁與混凝土預制樁單樁豎向承載力對比

Table 2 Contrast of vertical bearing capacity of single pile of piles with bearing base and concrete precast pile

樁型樁徑/mm樁長/m進入持力層深度/m持力層單樁豎向承載力特征值/kN預制樁載體樁Φ40011．01．5④1760．65．51．5③1030．8

就本工程而言,結合上表分析,得到以下結論:

2.2.1 承載力

在樁徑相同條件下,以上部土層為持力層的載體樁提供單樁豎向承載力為1 030.8 kN,以下伏基巖為持力層的預制樁則為760.6 kN,載體樁相對于預制樁能提供更大的單樁承載力。

2.2.2 變形控制

載體樁原理是通過增加樁端受力面積,從而增加單樁承載力,其無法改變樁端持力層壓縮模量,以壓縮模量較低土層為持力層的載體樁對地基變形的控制存在先天不足,本工程為兩棟多層建筑及一棟廠房,對地基變形要求相對較低,如采用載體樁作基礎影響很小。

2.2.3 施工簡便性及效率

兩種樁基施工機械都較為龐大,本工程場地較為空曠,緊靠公路,交通便利,適于兩種樁型施工,由于載體樁施工另需填料并對樁端下部土體夯實,工序相對復雜些,施工效率低于預制樁。

2.2.4 施工費用

在滿足承載力情況下,以上部土層為持力層的載體樁相對于以下部巖層為持力層的預制樁,樁長縮短了一半,節約了樁身材料,有效地控制了單樁造價。由于載體樁提供承載力較高,整個場地布置載體樁數要少于預制樁,就整個項目而言,載體樁施工費用低于預制樁。

綜上,在工期不緊情況下,本工程較適合選用載體樁。

2.3 載體樁在黃石地區的適用性

黃石地區現代地貌格局與地殼運動密切相關。本地區構造地貌單元基本上分為鄂東南褶皺低山丘陵帶(如上文提到的地質特點)和長江河谷平原帶。其中褶皺低山丘陵帶上部地層多為一層較薄沖積粘性土,之下為下伏基巖殘積土,殘積土多呈可塑—硬塑狀,適宜作載體樁加固土層,有利于載體樁基礎施工。由于載體樁被加固土層宜為粉土、砂土、碎石土及可塑/硬塑狀態粘性土,黃石地區長江河谷平原帶存在較多砂土地帶,亦是載體樁基礎施工較適宜場地,對于其上可能存在一定厚度的淤泥及淤泥質土可選預制載體樁解決樁孔縮徑的不利條件。綜上,載體樁在黃石地區中高層建筑及工業廠房基礎等領域相對于其他樁型,具有其自身的優勢,可推廣應用。

3 結語

載體樁作為一種較新型的樁基礎技術,由于其自身特點,許多地區已大量推廣使用。載體樁在無堅硬樁端持力層條件下仍可提供較大的承載力,起到縮短樁長、減少造價的作用;同時在黃石地區長江河谷平原帶存在較多砂土層場地,通過擠壓土體可起到部分消除砂土液化的作用。這兩點剛好適合黃石大部分地區地質條件,所以載體樁基礎技術可在黃石地區推廣應用。

正是因為載體樁技術使用時間較短,其技術特點還有待完善,如在飽和砂土中施工的封水問題、夯實載體時擠土效應下控制不均勻沉降、克服其成樁質量差的缺點等;其優勢有待挖掘拓展,正如大直徑載體樁、擴頂載體樁復合地基、預制樁身載體樁等新技術的研究發明。通過對其技術特點研究、完善和拓展,并結合不同地質條件,因地制宜,靈活運用各種技術,從而更好地發揮載體樁自身技術優勢。

[1] 中華人民共和國建設部.載體樁設計規程:JGJ 135—2007[S].北京:中國建筑工業出版社,2007.

[2] 張繼香,陳正富.湖北尹解元石雕藝術有限公司新建廠區巖土工程勘察報告[R].黃石:武漢地質工程勘察院,2016.

(責任編輯：陳文寶)

Discussion on the Application of Piles with Bearing Basein Pile Foundation Engineering in Huangshi Area

DAI Heng, LI Weilin, MA Rui, ZHANG Xixiang

(FifthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Huangshi,Hubei435003)

Based on the geological conditions of Huangshi area,this paper introduces characteristics of vector piles technology.Through its technical characteristics and development research,combining with the different geological conditions,the paper adjusts measures to local conditions,flexible use of various technologies to better play carrier pile technology features.

piles with bearing base; bearing capacity; squeezing effect

2016-08-29;改回日期:2016-10-25

戴恒(1990-),男,助理工程師,勘查技術與工程專業,從事巖土工程勘察、地質災害治理設計方面工作。E-mail:344165871@qq.com

TU473

A

1671-1211(2016)06-0980-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.034

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161026.0914.026.html 數字出版日期:2016-10-26 09:14