全夯式多頭擴底灌注樁施工技術的研究及應用

1、PAGE 全夯式多頭擴底灌注樁施工技術的研究及應用熊小林1，張東海2（1、中恒建設集團有限公司，2、江西基業(yè)科技有限公司）摘要：本文介紹了一種在特定地質條件或對基樁承載力有特殊要求的條件下，采用的一種新型成樁技術全夯式多頭擴底灌注樁施工技術，并對其工藝特點、基樁受力及破壞機理、施工工藝流程、施工關鍵控制點等方面對其進行了闡述。關鍵詞：夯擴樁；全夯式擴底灌注樁；全夯式多頭擴底灌注樁一、前言傳統(tǒng)的基樁如沉管灌注樁、夯擴樁施工中極易發(fā)生吊腳、縮頸、斷樁、氣孔、蜂窩、離析、鋼筋籠屈曲變形等質量通病，同時單樁承載力較低，在上部荷載較大時，單樁往往不能滿足工程設計要求。全夯式擴底灌注樁施工技術（在成樁過程

2、中內(nèi)管全程進行夯擴，且在樁端形成一個擴大頭的一種成樁技術）較夯擴樁、沉管灌注樁等樁型在施工工藝方面進行了較大改進，使其單樁承載力值及成樁質量得以提高。當遇基樁持力層端阻力較低或可作為樁端持力層的巖土層埋置較深，單樁設計承載力又較高時，或在一些特殊條件下的基樁如抗拔樁、水平受荷樁等，全夯式擴底灌注樁的豎向承載力、抗拔力或水平承載力還不能滿足設計要求，從而限制了全夯式擴底灌注樁的工程使用范圍基于上述諸多因素的條件下，在對全夯式擴底灌注樁施工工藝進行研究，研發(fā)了“全夯式多頭擴底灌注樁”施工技術。二、“全夯式多頭擴底灌注樁”工藝技術特點相對于沉管灌注樁、夯擴樁及全夯式擴底灌注樁等灌注樁而言，全夯式多頭

3、擴底灌注樁施工工藝技術特點表現(xiàn)在以下方面：通過提高內(nèi)管夯擊力和樁身混凝土強度標號等技術措施，可以增大樁端擴大頭的承載面積，從而提高單樁豎向承載力。采取樁身夯擴形成多個擴大頭的新工藝，可以發(fā)揮樁體的比表面積、長徑比等幾何特征，增加樁的總側阻力和總端阻力，在不增加或少增加設備、材料用量和工程造價情況下，達到大幅度提高單樁豎向承載力的效果?！岸鄶U大頭”工藝技術可以形成“糖葫蘆”狀樁體和多個大頭技術措施，從而較大程度的提高單樁抗拔力，其抗拔力比其它同類型樁提高1-2倍。可以按照設計要求的標高和土層力學性能夯擴成多個擴大頭。由于成樁全過程夯擊和鋼筋籠振插安裝，使樁身混凝土密實度和混凝土抗拉強度設計值ft

4、提高，從而使單樁水平承載力特征值Ra得到較大提高。三、“全夯式多頭擴底樁”的理論研究全夯式多頭擴底樁技術在受力性能、工作原理、樁土相互作用、樁的荷載傳遞機理等方面均有很大的改進和發(fā)展。1.充分利用地基土綜合承載的性能全夯式多頭擴底灌注樁 “成孔、樁端擴大頭、樁身擴大頭和樁身夯擴、振插鋼筋籠”成樁過程中，多次擠土和振密作用，形成了夯實樁端土和擠（振）密樁周土的明顯效應，增強了樁端土的端阻力和樁周土摩阻力，從而達到了充分利用樁端土、樁周土、樁身擴大頭下的地基土的綜合承載性能，最終達到大幅度提高單樁承載力的效果。具體表現(xiàn)在以下三個方面：提出了充分利用擠土樁地基土的承載性能，實現(xiàn)綜合承載作用的理念。根

5、據(jù)各巖土層特性及樁長變化，設置一個或多個擴大頭，將承臺以下各層土的承載性能綜合利用。特別適合樁端巖土層端阻力不高，而承臺以下存在一層或多層強度較高的土層時，則可充分利用該較硬土層作為樁身擴大頭的持力土層。根據(jù)各種土層性能特征，利用不同的混凝土充盈系數(shù)協(xié)調(diào)土層的收縮應力變化，確保達到設計計算的樁身直徑。全夯式多頭擴底灌注樁開挖后實際形狀2.全夯式多頭擴底灌注樁破壞模式 灌注樁的破壞形式主要分以下兩種：置于軟弱土層中的摩擦樁或一般土層中的小直徑樁，為樁端刺入破壞模式為主； 大直徑樁由于樁端有較大的支承面積，故以基底土的壓密變形為主，伴有少量的側向擠出。全夯式多頭擴底樁的破壞模式與大直徑擴底樁類似，

6、當樁頂受荷較小時，多擴大頭之間的土體被擠密，樁側土體的側摩阻力發(fā)揮作用，當荷載繼續(xù)增加時，樁身側摩阻力逐漸增大，而由于其在樁身部位的多頭設置，樁身擴大頭下的土層端阻力得以體現(xiàn)。多擴大頭下的地基土端阻力吻合了“壓應力的傳遞規(guī)律”，故極限承載力會明顯大于大直徑擴底樁。 3.理論上的拓展：按建筑樁基技術規(guī)范JGJ94-2008理論：單樁豎向極限承載力標準值為總極限側阻力和總極限端阻力之和，全夯式多頭將擴底樁對該理論進行了拓展：即單樁極限端阻力不但可以由樁端持力層提供，還可由樁身某處（樁身擴大頭處）較硬的地基土提供。對單樁極限承載力計算公式 QukQsk+Qpk ，經(jīng)眾多試驗及工程樁檢測數(shù)據(jù)分析， 作

7、如下修改 QukQsk+Qpk=（upqsikliqpkAp1+ qpjkApj）qpjk樁身多頭部位巖土層端阻力特征值（KPa），如無當?shù)亟?jīng)驗值時，可按JGJ942008表5.3.52取值全夯式多頭擴底樁夯實擠擴綜合提高系數(shù)。Apj樁身多節(jié)部位擴出的端頭面積，=（Di2-di2）/4按照“樁的總側阻力與其表面積成正比”的理論和“樁的長度、直徑和長徑比L/D是影響總側阻和總端阻的比值，樁端阻力發(fā)揮程度和單樁承載力的主要因素之一”的理論，全夯式多頭擴底灌注樁施工技術進行了如下實踐和補充：采用比表面積（表面積與樁身體積之比）大的樁身幾何外形，如多擴大頭“葫蘆狀”夯擴擴大頭，相同土層條件下的樁采用不

8、同長徑比，相同材料采用不同的樁徑（如樁身的多頭擴大頭）、樁長，可獲得明顯提高單樁承載力的實際效果。四、“全夯式多頭擴底樁”的施工1.施工設備及工藝流程全夯式多頭擴底灌注樁施工工藝流程如圖所示。測量放線 鋼筋籠制作樁機定位 錘擊沉管成孔貫入度測量 抽出內(nèi)管 灌注擴大頭混凝土擴大頭施工 上拔外管，內(nèi)管夯擊混凝土 雙管下沉，夯擊混凝土成形抽出內(nèi)管 灌注樁身及樁身擴大頭混凝土 上拔外管，夯擊樁身及樁身擴大頭混凝土成形樁身施工 移開樁架，鋼筋籠震動器定位 安放鋼筋籠至設計籠頂標高 養(yǎng)護成樁 2.施工關鍵點控制測量放線根據(jù)總平面布置圖及樁基礎平面布置圖，進行樁位放樣，其偏差須控制在20mm以內(nèi)。自檢完成后

9、，須會同建設、監(jiān)理單位現(xiàn)場復驗、簽證。樁機定位樁機定位時須檢查樁機的垂直度，復查樁位尺寸。成孔、貫入度測量錘擊沉管成孔以貫入度控制為主，確保樁端置于設計要求的持力層，須保證止水阻淤的效果。錘擊沉管采用重錘低擊的辦法施打,收錘標準：最后三陣(每陣10擊)貫入度小于10cm；與地勘報告揭示的持力層埋深相對照。擴大頭施工擴大頭的混凝土灌注量根據(jù)夯擴公式： Ddo (H+hc)/h計算，其實際用量須大于計算值，以保證擴大頭的直徑及高度，確保樁端承載力，雙管下沉的深度相對擴大頭高度要低20cm左右，其夯擴時間不宜超過45分鐘。樁身施工樁身及樁身擴大頭的混凝土灌注量根據(jù)公式：L0=（d2/ do2*L1.

10、0）*計算。其實際用量須大于計算值，以樁身及樁身保證擴大頭的直徑及高度，混凝土灌注的充盈系數(shù)宜控制在1.3左右，最低不得小于1.2，且應保證樁頂以上有約500mm左右的浮漿厚度，以保證樁頂混凝土的強度。樁身混凝土夯擊拔管成樁時，應將內(nèi)夯管壓在外管內(nèi)的混凝土上。當外管均勻上拔時，錘擊內(nèi)管使之徐徐下夯，直至同步終止于所要求的混凝土頂標高以上，然后將內(nèi)外管一齊拔出地面。夯擊拔管時宜采用低錘密擊的辦法，同時必須保證在外管上拔時，內(nèi)管同時均勻下沉。樁身擴大頭施工時須按樁端擴大頭施工方式同樣進行。施工過程中按規(guī)范要求，抽樣制作混凝土試件，以測定28天的強度。認真做好施工過程中樁號、樁長、貫入度、混凝土灌注

11、量、鋼筋籠安放情況等各項施工參數(shù)的記錄。鋼筋籠制作安裝鋼筋籠的制作時底部采用籠尖，并增加相對較粗的導向鋼筋，一般為18螺紋鋼，用于固定震動器導向桿，并約束鋼筋變形。鋼筋籠采用電焊焊接，在有接頭時須保證在同一截面上鋼筋接頭少于主筋的一半，且接頭之間的距離應40d。鋼筋籠的制作滿足設計及規(guī)范的要求，鋼筋原材料須檢測合格后才能用于施工。在樁身混凝土施工成形后，將鋼筋籠與震動器連接，移開樁架，將樁架邊的鋼筋籠震動器定位至樁身混凝土中心，提升后放置在樁身混凝土上，然后由震動器將鋼筋籠徐徐震動插入混凝土，安裝至設計籠頂標高。鋼筋籠在安裝時不能產(chǎn)生偏心及傾斜，確保震動器導向桿的垂直度，避免鋼筋籠偏離樁身混凝

12、土。五、工程應用江西省余干縣某工程位于江西省余干縣迎賓大道的西側，橫四路的南側，橫三路的北側范圍內(nèi)，場地地形開闊，地勢經(jīng)平整后較平坦。1.工程地質及水文地質情況根據(jù)建設單位提供的場地巖土工程勘察報告揭示，該場地地貌類型屬贛江沖積級階地，該場地地層自上而下分別描述如下：地層序號土層名稱色澤狀態(tài)層厚（m）層頂埋深（m）層頂高程（m）承載力特征值fak(KPA)1雜填土褐灰色松散稍濕1.06.0/602淤泥褐黑色流塑0.04.80.56.0/303粉質粘土淺黃色可塑0.07.40.47.08.414.21604中砂黃灰黃可塑0.03.65.28.2/1405礫砂黃灰黃飽和中密10.214.85.71

13、0.216.19.32006全風化砂巖上段紫紅泥狀砂狀2.915.819.331.9/18007全風化砂巖下段紫紅砂狀7.523.429.537.0/22008中風化灰?guī)r青灰長柱短柱狀5.08.047.056.2/在勘察深度范圍內(nèi)，場地第四系松散巖類含孔隙水，主要賦存于砂性土層中，屬強透水層。初見水位埋深4.96.9m，穩(wěn)定水位埋深1.53.4m，穩(wěn)定水位標高14.0414.433m，由大氣降水及含水層側向補給。地下水年變化幅度1.01.5m左右。2.全夯式多頭擴底灌注樁設計方案該項目設計時考慮到中風化層埋置較深，采用機械鉆孔樁不經(jīng)濟適用，經(jīng)多方研究分析后設計擬采用預制管樁。在試樁過程中發(fā)現(xiàn)：

14、在打入約20米管樁后仍滿足不了貫入度的要求，而該長度的管樁進入礫砂層已超過了10米，此時尚無法判斷還需置入多深的管樁方能滿足設計要求。經(jīng)建設、監(jiān)理及設計等單位會商后，對樁型進行了修改，全部采用全夯式多頭擴底灌注樁。該項目的2#、3#樓分別為21層及28層建筑，采用全夯式多頭擴底灌注樁，設計參數(shù)如下：樁長不少于8.0m,持力層為礫砂層,最后三陣（每陣10擊）貫入度小于10cm，單樁承載力特征值為2200KN，樁身直徑為500 mm，擴大頭直徑900mm,，擴大頭高度為1400mm，樁身配筋為：鋼筋籠主筋為614，箍筋為8250/200，所有樁縱筋均采用電焊連接，樁身混凝土采用預拌混凝土，強度等級

15、為C35。3.樁基檢測該工程項目進行了6根基樁的靜載檢測，其結果如下表所示檢測樁號樁長m設計承載力特征值KN檢測最大加載值KN檢測最大沉降量mm卸載回彈量mm極限承載力取值KN結論2#樓27#7.32200440026.708.384400滿足設計要求2#樓206#7.32200440019.527.184400滿足設計要求2#樓222#7.62200440030.529.054400滿足設計要求3#樓34#6.72200440021.409.234400滿足設計要求3#樓86#7.42200440019.637.184400滿足設計要求3#樓116#7.42200440024.625.984400滿足設計要求該項目對施工的全部基樁進行了低應變檢測，全部合格，其中類樁484根，占全部基樁的100%，沒有類、類樁。結語 全夯式多頭擴底灌注樁工藝技術與其它同類的樁型相比，在