復(fù)合載體夯擴樁技術(shù)在工程中的應(yīng)用

復(fù)合載體夯擴樁技術(shù)在工程中的應(yīng)用一、復(fù)合載體夯擴樁簡介復(fù)合載體夯擴樁是近年來發(fā)展起來的一種新型樁基形式，它在鋼筋混凝土沉管樁擴底的基礎(chǔ)上，對擴底進行填料，夯實擠密，從而大大提高樁基的承載力。它是一種短樁，特別適用于建造在粉持粘土、施工時不產(chǎn)生液化的粉土及承載力不高的軟弱地基上的多層建筑?！皬?fù)合載體夯擴樁”不同于普通意義上的樁，它是由上部樁身和下部“復(fù)合載體”兩部分組成，“復(fù)合載體”是位于樁端底部、經(jīng)深層填料夯實的復(fù)合體，是該種樁型的核心，它是以樁端土層為研究對象，利用重錘的自由落體運動對樁端深層土體進行反復(fù)地填料夯實擠密操作，使樁端以下的土體得到最為有效地加固擠密形成“復(fù)合載體”，它是一個呈現(xiàn)層狀分布、由不同材料組成的復(fù)合載體。如附圖一所示。附圖1復(fù)合載體的構(gòu)造“復(fù)合載體”的這種特殊的構(gòu)造可以使樁端的應(yīng)力水平逐層地進行擴散和降低，直至降低到與“復(fù)合載體”以外的原土體承載力相同的程度，這樣，就改變了傳統(tǒng)樁端與地基土體之間的作用關(guān)系，充分調(diào)動了樁端地基土體的承載力，從而使樁承載能力大大地提高。如附圖二所示。附圖2“復(fù)合載體”受力分析圖復(fù)合載體的特點：1、復(fù)合載體夯擴樁通過特定設(shè)備將地基處理問題轉(zhuǎn)變成了基礎(chǔ)施工問題，該技術(shù)通過承臺(梁)直接將上部結(jié)構(gòu)荷載通過傳力桿件傳遞到端部擴展基礎(chǔ)再擴散到地質(zhì)條件好的土體，設(shè)計簡單，安全，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式簡單，施工方便。2、由于復(fù)合載體夯擴樁改變了樁的受力特性，增大了樁端部載體的受力面積，單樁的承載力比同等樁長的普通灌注樁的單樁承載力大幅度提高，節(jié)省了大量原材料和成本，并且可以通過調(diào)整施工參數(shù)(填充料、三擊貫入度)來調(diào)節(jié)載體基礎(chǔ)的受力面積的大小，從而提高載體基礎(chǔ)的承載力。3、由于勘探鉆孔數(shù)量有限，尤其地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)，勘察報告提供的地質(zhì)參數(shù)往往與實際地質(zhì)狀況有一定的差異，如差異過大，采用普通樁基，其實際承載力將與設(shè)計承載力產(chǎn)生較大差異，必須進行設(shè)計調(diào)整。而復(fù)合載體夯擴樁通過填料對樁端土體進行曲擠密，通過三擊貫入度進行控制，當(dāng)土層實際受力性能與勘察結(jié)果有一定的差距時，只要調(diào)節(jié)施工控制參數(shù)即可使樁的實際承載能力能夠保證。4、復(fù)合載體夯擴樁實際受力時，載體基礎(chǔ)、混凝土樁身和承臺(梁)一起組成了一個空間受力體系，該體系能調(diào)節(jié)施工中某些局部缺陷引起的樁基礎(chǔ)上力的不均勻分配，而且使原本不均勻的地基經(jīng)過夯擊處理后，土性變得更均勻，減少了建筑物的不均勻沉降。5、該技術(shù)施工設(shè)備輕便靈活，施工工藝簡單，施工質(zhì)量容易控制，且施工中無須場地降水，基坑開挖等工序，減少了大開挖等工程量，節(jié)省了工程造價，縮短了工期。6、該技術(shù)可消耗大量建筑碎磚、混凝土碎塊等建筑垃圾，有利于環(huán)境保護，施工中無需水泥漿護壁，無泥漿排出，保護環(huán)。7、該樁型適用范圍廣，只要在一定深度下存在軟塑～可塑狀態(tài)的粘性土層、粉土層、砂土層、碎石土層等，都可以進行復(fù)合載體擴展基礎(chǔ)施工，尤其在淺部具有高承載力的低壓縮性土，表層有較厚雜填土的場地、液化和濕陷性黃土地區(qū)，該技術(shù)優(yōu)越性更加明顯。8、復(fù)合載體夯擴樁技術(shù)的關(guān)鍵工序是通過填料和夯擊來實現(xiàn)設(shè)計要求的載體基礎(chǔ)。該技術(shù)利用重錘對填料反復(fù)進行填充和夯實操作，使樁下縱向3～5m、橫向2～3m、體積約1Om3的土體得到加固擠密，在不影響相鄰樁已完成的擠密土體的情況下，使填料底端形成最大最優(yōu)的密實體和影響土體，樁身承受的集中荷載通過復(fù)合體的分層擴散作用，消除樁端的應(yīng)力集中，并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(tài)。二、復(fù)合載體夯擴樁的作用機理復(fù)合載體夯擴樁的施工順序如下：先錘擊成孔，將護筒沉到設(shè)計標高后，繼續(xù)錘擊，在護筒下形成一定空間，填入碎磚、碎石、碎混凝土塊、碎礦渣等，然后從一定的高度落錘進行夯擊，將填料打出護筒外，再填料，再夯擊，直至空打三擊的貫入度符合要求，形成夯擴體，然后充填干硬性混凝土并夯擊形成結(jié)合部，最后放鋼筋籠，澆注樁身混凝土，復(fù)合載體是由于十硬性混凝土、填充料、擠密土體、影響土體組成的載體。復(fù)合載體夯擴樁主要通過兩種途徑使其承載能力比同等條件下的普通灌注樁提高3～5倍。第一，通過夯擊把夯擴體周圍的土體加固擠密，提高了地基的承載力，達到地基處理的作用；第二，夯擊充填料形成擴大端，擴大了樁端的承載面積，從而提高樁端承載力。通過控制細長錘錘出護筒底的深度和最后三擊貫入量來控制夯擴體的體積，從而可以在同一持力層調(diào)節(jié)基樁豎向承載力的大小，以滿足設(shè)計要求。基樁豎向承載力標準值的計算公式為：Ra=u∑qsia·li+qpa·Ae式中：Ra單樁豎向承載力特征值；U—樁身周長qsia—單樁第i層土的極限側(cè)阻力特征值1i—樁身穿越第i層土的厚度qpa—復(fù)合載體下地基土經(jīng)深度修正后的地基持力層承載力特征值，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范>>GB50007確定。Ae—等效樁端計算面積，其值查閱現(xiàn)行國家標準《復(fù)合載體夯擴樁設(shè)計規(guī)程》JGJ／T135—2001中表4．2．2確定，Ae與地基土的密實度、三擊貫入度等有關(guān)，原地基土的密實度越小，Ae越大，三擊貫入度越小，Ae越大。三、適用范圍與條件3．1復(fù)合載體夯擴樁適合于工業(yè)與民用建筑。對于舊房改造、安居工程中的多層住宅尤為適用。并適合于市政工程、道路路基、橋梁工程之地基加固處理及中小型水利工程之地基處理。3．2適用條件：它適用在不富含孤石、大塊建筑垃圾的人工填土地基、樁端被加固土層應(yīng)為可塑到硬塑狀態(tài)的粘性土以及粉土、砂土、碎石土。被加固土層厚度不宜小于2m。當(dāng)軟塑狀態(tài)的粘性土、素填土、雜填土和濕陷性黃土經(jīng)過載荷試驗確定樁基承載力穩(wěn)定可靠時，可作為樁端被加固土層。四、復(fù)合載體夯擴樁施工工藝流程1、施工放線。按設(shè)計給定的樁位圖進行定位放線，確定樁的位置，并在施工前進行復(fù)測。2、樁機就位。檢查樁機設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，無異常情況后，移樁機就位。3、夯擊成孔。在確定要打的樁位上，使護筒中心與樁位中心對齊，先用細長錘低落距夯擊地面，在地面土體上形成一個淺孔，用反壓系統(tǒng)將護筒沉至孔底，并調(diào)整好護筒的垂直度。4、沉護筒至設(shè)計標高。提高細長錘夯擊成孔，將護筒沉至孔底，經(jīng)反復(fù)操作后，將護筒沉至設(shè)計標高處。當(dāng)接近樁底標高時，控制重錘的落距，準確地將護筒沉至設(shè)計標高。5、填料夯擊。護筒沉至設(shè)計標高后，提升重錘高出填料口，進行填料，做自由落體運動夯擊填料。6、測定三擊貫入度載體形成實體后，在不填料的狀態(tài)下，令重錘以6m落距做自由落體運動，實測三擊貫入度，每級貫入度應(yīng)比前擊小或相等，且三擊貫入度的累計值滿足設(shè)計要求：如不滿足設(shè)計要求，則應(yīng)繼續(xù)填料夯擊至滿足三擊貫入度要求。7、三擊貫入度滿足設(shè)計要求后，分次填入干硬性混凝土，繼續(xù)夯擊至錘底高出護筒底面2～5cm。8、吊放鋼筋籠，測量鋼筋籠頂標高，使鋼筋籠沉至設(shè)計標高。然后灌入混凝土至樁頂標高。并適當(dāng)超灌30～50cm。9、混凝土澆灌完畢后，慢慢將護筒撥出，撥護筒時要觀察鋼筋籠是否有位移。然后振搗混凝土，振搗時要一次插至樁底，要快插慢撥，使混凝土能充分振搗密實。復(fù)合載體夯擴樁的施工過程如下圖所示復(fù)合載體夯擴樁的工藝流程如下圖所示：五、工程實例5.1工程概況：xx市某住宅小區(qū)建筑面積約3.6萬m2，位于xx市xx區(qū)，均為7層磚混結(jié)構(gòu)，由xx市建筑設(shè)計研究院設(shè)計，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計使用年限為50年。3#樓設(shè)計采用復(fù)合載體夯擴樁，樁基礎(chǔ)座落在第⑤層粉質(zhì)粘土層上，單樁承載力特征值Ra≥700KN，設(shè)計樁徑ф=400mm，樁身混凝土強度等級C25，設(shè)計三擊貫入度不大于20cm，夯填干硬性C20混凝土0.5m3。5．2、工程地質(zhì)情況該工程場地類別為Ⅲ類，在勘探揭露范圍內(nèi)土層除上部為雜填土外，均為第四系沖擊地層，巖性以粉土、粘性土、砂土為主，各層概況如表1所示。5.3、樁基布置及結(jié)構(gòu)樁基布置及結(jié)構(gòu)如附圖所示：5．4、單樁承載力驗算根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖，持力層為粉質(zhì)粘土層，fak=160Kpa；有效樁長6.3m，基礎(chǔ)埋深1.3m，樁的計算深度D=6.3+1.3+2.0(承載體高度)=9.6m。土的加權(quán)平均重力密度：γo=(0.5×18+1.5×18.4+2.4×18+2.2×18.5+3×19)÷18.6=18.6KN／m3根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB5007—2002地基承載力修正系數(shù)ηd=1.6取三擊貫入度為20cm根據(jù)《復(fù)合載體夯擴樁設(shè)計規(guī)程》JGJ／T135—2001：Ae=1.80m2由公式4.2.2Ra=uΣqsia·1i+qpa·Aeqpa=fak+ηd(D-0.5)γo=160+1.6·(9.6-O.5)·18.6=430KpaRa=1.256·(25×0.7+40×2.4+35×2.2+60×1)+430×1.8=1088KN單樁承載力能夠滿足設(shè)計要求。與鉆孔灌注樁的經(jīng)濟比較：在滿足設(shè)計單樁承載力而不改變樁徑的情況下，采用鉆孔灌注樁時，經(jīng)計算其樁長需不小于11.5m，其經(jīng)濟對比如下表所示：樁型樁長(m)單承載力(KN)單樁造價(元)總造價(元)灌注樁11.57002300402500夯擴樁6.310881718300650采用夯擴樁可節(jié)省投資10.18萬元。5．5、復(fù)合載體夯擴樁的施工本工程成孔機械選用ZL一98型多功能步履式打樁機作為成孔機械，夯錘重量為35KN，錘徑355mm護筒采用步400鋼管。填充料采用5～100mm級配礦渣。在正式施工前，分別在eq\o\ac(○,A)、eq\o\ac(○,B)、eq\o\ac(○,D)三條軸線上先擇了6個樁位進行了成孔工藝試驗，孔底標高在粉質(zhì)粘土層，場區(qū)地質(zhì)條件穩(wěn)定，成孔順利。實際施工過程中，為避免對鄰樁的影響，采取先內(nèi)后外隔行跳打法，即按eq\o\ac(○,B)、eq\o\ac(○,D)、eq\o\ac(○,A)、eq\o\ac(○,C)的順序進行。5．6、復(fù)合載體夯擴樁基礎(chǔ)的檢測復(fù)合載體夯擴樁的質(zhì)量檢測分為工程樁的樁身質(zhì)量檢測和單樁豎向承載力檢測兩部分。樁基礎(chǔ)施工結(jié)束后，委托xx市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心對本工程夯擴樁的工程質(zhì)量進行了檢測。樁身質(zhì)量采用低應(yīng)變動測法檢測樁身的完整性，共抽檢35根，完整樁32根，占檢測總數(shù)的91．4％，輕度縮徑樁2根，占檢測總樁數(shù)的5．7％，縮徑樁1根，占檢測總數(shù)的2．9％，無斷樁。單樁豎向承載力檢測采用快速維持荷載法，即逐級加荷，每級荷載達1小時后，加下一級荷載，直至滿足設(shè)計要求。最大荷載按設(shè)計承載能力的2倍取值。單樁豎向靜載試驗記錄匯總?cè)缦拢簭臋z驗結(jié)果看出，樁的豎向承載能力及沉降量均滿足設(shè)計要求。六、復(fù)合載體夯擴樁質(zhì)量控制措施結(jié)合xx某小區(qū)3#樓復(fù)合載體夯擴樁的施工及施工中所出現(xiàn)的各種問題，筆者認為要保證樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，應(yīng)主要從以下幾點著手。6.1、嚴格控制三擊貫入度及夯填材料量傳統(tǒng)意義的樁基在施工時，在保證混凝土質(zhì)量的前提下，灌注樁主要通過控制樁長來保證樁的承載力。打入(壓入)的預(yù)制樁，主要通過控制長度或最后貫入度或二者雙控來保證承載力，而對于復(fù)合載體夯擴樁的質(zhì)量控制來說，除了保證樁身混凝土質(zhì)量外，夯填材料量和最后三擊貫入度控制更加重要。6.1.1三擊貫入度的控制：根據(jù)復(fù)合載體夯擴樁設(shè)計規(guī)程，夯擴樁的三擊貫入度是依據(jù)錘重3.5t，落距為6米來確定的，而夯擴樁的單樁承載力取決于復(fù)合載體的等效面積，夯錘的最后三擊貫入度對樁端等效計算面積取值具有決定性作用，它是復(fù)合載體夯擴樁質(zhì)量控制的核心。三擊貫入度如不滿足設(shè)計要求，將造成樁的承載能力不滿足設(shè)計要求和沉降量過大。造成三擊貫入度不滿足設(shè)計要求的原因主要有以下幾點：1、擴填充料周圍及以下的土體沒有被充分地擠密。2、填充料部分沒有被很好地夯實，造成填充料成松散狀態(tài)，以至承載力達不到設(shè)計要求和產(chǎn)生過大的沉降。3、被加固土層地質(zhì)變化異常，造成最后三擊貫入度始終達不到設(shè)計要求，如被加固為流塑狀態(tài)的粘土、或其它土質(zhì)較差的土層，夯擴過程中，側(cè)壁和底部的土對填充料幾乎沒有限制作用，填料隨著夯擊作用不斷被擠向孔底和側(cè)壁，甚至直接傳到地表。要滿足設(shè)計對三擊貫入度的要求，第一要選擇規(guī)程要求的錘重，控制錘的落距，保證錘是在自由落體狀態(tài)下落，不能帶剎車。第二，在確定現(xiàn)有土層確實不能滿足設(shè)計要求的三擊貫入度的情況下，應(yīng)調(diào)整樁長，更換持力土層。另外在工程樁施工前，要選擇有代表性的樁位作為實驗點，觀察和統(tǒng)計三擊貫入度值是否能滿足設(shè)計的要求。6.1.2、夯填材料量的控制：夯填材料量決定了復(fù)合載體直徑的大小，按照《復(fù)合載體夯擴樁設(shè)計》規(guī)程，在夯擊后地面隆起不超過50mm和相鄰樁的豎向位移不超過20mm這一要求和保證三擊貫入度滿足設(shè)計要求的情況下，填料量不宜小于O.5m3，也不宜大于1.6～1.8m3，過少則會造成復(fù)合載體直徑過小，或厚度太薄，不能有效地傳遞和分擔(dān)荷載，過大往往會對相鄰的樁產(chǎn)生較大的影響。6.2樁身質(zhì)量的控制傳統(tǒng)意義的灌注樁在側(cè)阻力和端阻力充分發(fā)揮并超過極限荷載的情況下發(fā)生破壞。而復(fù)合載體夯擴樁應(yīng)力主要是通過樁身傳遞到復(fù)合載體，樁身起到一個應(yīng)力傳遞的作用，相當(dāng)于一個傳力桿，故對樁身質(zhì)量要求很高，如果樁身混凝土出現(xiàn)離析、孔洞、縮徑等問題時，很有可能形成局部應(yīng)力集中現(xiàn)象而使樁遭到破壞。因此在實際施工中要注意以下幾點：1、施工開始前，要對所使用的材料進行檢驗，特別是水泥的檢驗。2、嚴格按照配合比試驗單進行混凝土配制，各種材料的計量要準確，不超過規(guī)范規(guī)定的誤差范圍，混凝土的塌落度根據(jù)樁長控制在100～160mm為宜。3、如在雨季施工時，注意根據(jù)砂、石的含水量的變化調(diào)整用水量。4、灌注混凝土?xí)r，確?；炷脸溆禂?shù)不小于1.0，對于軟弱的淤泥或淤泥質(zhì)土層，還應(yīng)適當(dāng)加大。5、為了保證樁頂混凝土鑿除浮漿后強度能達到設(shè)計要求，灌注時應(yīng)超過設(shè)計樁頂標高30～50cm。6、注意保持混凝土連續(xù)澆注，并采取合適方法對混凝土進行振搗。施工時，在樁身底部混凝土灌入1m左右時，即撥管O.5m用振動棒對下部混凝土先行振搗。7、控制撥管速度在0.5～1m／min左右，過快則容易造成縮徑或斷樁。6.3、樁端與復(fù)合載體頂面的結(jié)合質(zhì)量控制樁端與復(fù)合載體頂面的結(jié)合質(zhì)量問題，亦是施工質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，也是容易造成質(zhì)量問題的重要原因之一，因為不良接觸對樁的沉降有很大影響。在荷載作用初期，在某級荷載Q—s曲線上可能出現(xiàn)沉降的突變，這是因為夯實干硬性混凝土后，由于重錘的夯擊作用，復(fù)合載體頂面混凝土中發(fā)生離析或由于部分骨料被擊碎而成散體狀。此時澆注樁身混凝土，混凝土與復(fù)合載體結(jié)合不密實。在上部荷載作用下，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，極容易造成樁的突然沉降而破壞。