載體樁在云南燃料二廠小團山生活區國有工礦棚戶區改造項目中的應用與探索

張廣興 趙建新

摘 要：載體樁是一種全新的技術，它是以樁端持力層為對象，通過對地基深處樁端持力層進行加固來達到提高樁的承載力的目標。該技術具有施工工期短、造價經濟、質量可靠、能消耗大量建筑垃圾等顯著特點。通過近幾年大量實際工程的應用，得到了許多寶貴的經驗，同時也得到了更大的推廣。載體樁對提高樁基承載能力，具有明顯的經濟效益和廣泛的應用前景。

關鍵詞：載體樁；復合載體；應用；承載力；經濟效益

一、載體樁的定義：

載體樁是由混凝土樁身和復合載體構成的樁。根據樁身施工的方法不同分為現澆載體樁和預制樁身載體樁。載體樁是一種新的專利技術，它選擇下部層位穩定、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，當沉管到設計標高時，對樁端連續進行填料、夯實操作，用三擊貫入度作為控制指標（三擊貫入度為錘重35kN，上提6.0m，自由落體時三次貫入的累計深度），再填以干硬性混凝土或水硬性材料進行夯實，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 載體樁構造示意圖

二、載體樁的受力機理：

當承受豎向荷載作用下，載體樁荷載主要由載體承受，側摩阻只占很小的比例。從受力上分析，其受力類似一個擴展基礎。樁身可以等效為一傳力桿件，復合載體受力等效為擴展基礎的受力。采用承臺梁和載體樁的基礎，其受力即可以等效為條形基礎的受力；采用獨立承臺，載體樁的受力可以等效為柱下一獨立基礎的受力；采用滿堂布置的載體樁，則其受力可以等效為筏板基礎的受力。

三、載體樁的特點及影響因素：

載體樁具有以下技術特點：1）該技術具有樁基的承載特性，可采用承臺梁直接將上部結構荷載傳遞到樁基上，建筑物基礎結構形式簡單、經濟；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。并且可通過調整施工控制參數來調節單樁的承載力；3）應用范圍廣，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，造價低，保護環境。在施工過程中，具有無污染、噪音低和振感小的特點。

影響載體樁承載力的因素主要有以下幾個方面：1）與被加固土層的擠密程度和持力層的物理力學性能有關；2）與填充料數量有關，填充料數量愈多，三擊貫入度愈小，單樁承載力愈高，在相同的承載力條件下，當土性較好時，填充料數量相對較少；3）與三擊貫入度有關，當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，3次總貫入度應小于設計值；4）與樁間距有關，樁間距不宜小于1.6～2.0m，當持力層為粉土或砂土時應取最小值，當持力層為含水量較高的粘性土時應取最大值。若間距過小時，夯擴體形成過程中產生的側向擠土壓力可能導致鄰樁夯擴體偏移。若樁長較短且土層抗剪強度較低，則夯擴效應可能導致土體形成剪切滑裂面，從而使地面隆起，鄰樁樁身也出現上浮現象。這種現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2）、3）的步驟，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5）和6）的步驟，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。

五、載體樁的工程應用：

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

（2）、場地巖土工程條件：受拆遷原有建（構）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化巖巖性控制）；下伏由中-厚層狀的白堊系下統高豐寺組第二段（k1g2）砂質泥巖夾泥質砂巖組成。

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，局部堅硬狀態，高壓縮性，孔隙較大，勘探點揭露層厚0.3-1.2m。

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

②1孤石體：紅褐、紫紅色，巖性為強-中等風化砂質泥巖，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，中偏高壓縮性，僅部分勘探點揭露。

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

③粉質黏土：紫紅色、紅褐、黃紅色，稍濕，硬塑-堅硬狀態，中壓縮性，勘探點揭露層厚0.5～12.0m。

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

④強-中等風化砂質泥巖：紅褐、紫紅色，局部黃灰色，稍濕，厚～巨厚層狀結構，巖芯多呈長柱狀、少量短柱狀，單軸飽和抗壓強度標準值為3.48MPa，巖石軟化系數平均值<0.75，屬軟化巖石，產狀約為205°∠41°，層間夾④1層強-中等風化砂質泥巖。

④1強-中等風化泥質砂巖：紫紅、紫灰色，局部黃灰色，稍濕，致密堅硬，中厚～厚層狀結構，巖芯多呈碎塊狀、少量短柱狀，RQD值約30%～50%（多屬差的），鉆進過程較難，單軸飽和抗壓強度標準值為12.69MPa。

（3）、單樁靜載荷試驗極限承載力：本工程載體樁設計樁徑為450mm，樁長約為8.0m，持力層為③層粉質黏土或③1層粉土，樁身設計混凝土強度等級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檢測，單樁極限承載力均超過了1700KN，滿足設計和規范要求（試驗結果見下圖2所示）。

圖2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗結果圖

（4）、建筑物沉降：通過第三方檢測機構對擬建項目6期的建筑物沉降觀測結果顯示，累計絕對沉降量為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較大的陡降和突降的異常現象，也未出現較大的不均勻沉降，均滿足相關規范的要求。

（5）、經濟效益分析

設計單位通過兩種設計方案進行了經濟對比，即載體樁和勘察報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計的基樁數量，人工費、材料費及機械費用等綜合計算，載體樁總投資費用比人工挖孔灌注樁節約25%以上。

六、結語：

載體樁具有施工工期短、造價經濟、質量可靠、能消耗大量建筑垃圾等顯著優點。在實施的過程中根據工程實際地質情況，選擇合理的設計參數；同時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體之間的膠結狀況進行判斷，再通過靜載試驗確定單樁承載力，這樣載體樁的工程質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，有推廣應用的價值。

載體樁技術關鍵之處主要還有三點：①擴大了樁端的承載面積；②樁身承受的集中荷載能過“復合載體”的分層擴散作用，消除樁端的應力集中現象，將樁端的應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，提高了樁的承載能力；③在夯擴“復合載體”的過程中，對其所在的土層進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“復合載體”連同其周圍被擠密的土體，形成了深層復合地基，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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