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摘 要：扩顶复合地基在软路基的地基处理中，具有较好的处理效果和较低的造价，而且保护了环境。随着对扩顶复合地基的进一步研究和推广应用，该工艺必将为社会带来更显著的社会效益。围绕扩顶桩复合地基的工程应用浅论展开讨论，包括了复合载体夯扩桩的施工、扩顶桩复合地基的工作机理、扩顶桩复合地基的工程试验、扩顶桩复合地基设计中应注意的问题四部分内容，具有很强的实践指导价值。
关键词：扩顶桩复合地基；施工；应用
中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）09-0384-02
0 前言
扩顶复合地基在软弱路基的地基处理中，具有较好的处理效果和较低的造价，而且保了环境。通过复合地基进行扩顶施工，对桩土应力比进行调整，将上部荷载重新分配，充分发挥桩体的承载力，可以提高复合地基的承载力。
1 复合载体夯扩桩的施工
复合载体夯扩桩自诞生以来已在工业在、民用和市政工程中被广泛采用，普通复合载体夯扩桩的桩径可选用400mm，500mm，600mm。桩长可达到24m，极限承载力可达4000KN，为国家节省了大量成本，当地面以下4.0～10.0米范围存在承载力较高的持力层时，该工艺技术经济效益更加明显。
复合载体夯扩桩的施工工艺为：（1）在桩位处挖直径等于桩身直径、深度约为500mm的桩位圆柱孔，移机就位；（2）提起夯锤后快速下放，使夯锤出护筒，入土一定深度；（3）用副卷扬机钢丝绳对护筒加压，使护筒底面与锤底齐平；（4）重复步骤（2），（3），将护筒沿垂直沉入到设计深度；（5）提起夯锤，通过护筒投料孔向孔底分次投入填充料，并进行大能量夯击；（6）填充料被夯实后，在不再填料的情况下连续夯击三次并测出三击贯入度，若三击贯入度不满足设计要求，重复步骤（5）、（6），直至三击贯入度满足设计要求为止；（7）通过护筒投料孔再向孔底分次投入设计需要的干硬性混凝土，并进行夯击；（8）放入钢筋笼；（9）灌注桩身混凝土。
复合载体夯扩桩的施工设备为液压步履式夯扩桩基，主要部件包括：由中空竖杆及支承斜杆等组成的框架、50KN快放式主卷扬机用于提升及快放重锤、30KN副卷扬机用于反压和提升护筒、护筒主要起导向和护壁作用，通常采用φ327～600mm的无缝钢管，其长度视设计桩长而定。
2 扩顶桩复合地基的工作机理
复合地基承载力源于地基土承载力和单桩承载力，故要提高复合地基承载力，有两种途径：（1）增强挤密效果来提高桩间土的承载力；（2）增加桩长或桩径提高复合地基中单桩的承载力。实际施工时，由于设备是一定的，对桩间土挤密效果不能增强，且过分的挤密桩间土容易引起周围临近桩的断裂或其他缺陷，达不到预期效果。增加桩径或桩长能提高单桩的承载力，但实际受力时，复合地基的单桩承载力的发挥受褥垫层的影响较大，实际工程褥垫层厚度约300mm左右，其调节桩土荷载分配的能力是有限的，常常单桩承载力还没有全部发挥或甚至只发挥了一小部分时，桩间土已经开始出现破坏，致使复合地基中单桩承载力无法发挥。
虽然复合载体大大提高了单桩的承载能力，但由于桩顶面积一定，在桩顶形成的压缩区不变。故桩顶分担的荷载也是有限的，复合地基受力造成复合载体承载力无法充分发挥。扩顶工艺的施工增大了桩顶的受力面积，增加了褥垫层的压缩区域，将上部更多的荷载传递到桩顶，充分发挥了桩端载体的承载能力，提高了复合地基的承载力。扩顶复合地基研究的核心是如何增加复合地基中桩承载的比例，充分发挥承载力，提高复合地基承载力。
为了更好的了解扩顶复合地基的受力，可以做这样一个复合地基的荷载试验。假设桩顶面积是可以变化的，桩长和桩身保持不变，由于单桩承载力大于地基土承载力，因此可通过改变桩顶面积来分析扩顶对地基承载力的影响。对于普通复合地基，桩土共同作用时复合地基承载力为P1，包括桩、土提供的承载力；若桩顶面积增大，则分担到桩顶的荷载增加，桩间土分担的荷载降低，若要桩间土达到塑性破坏，必须增加上部荷载，则复合地基承受荷载P2=P1+ΔP1，ΔP1为扩顶提高的承载力。当扩顶面积增大到连成一体时，即相当于筏板基础，所有上部荷载都由桩体承担，复合地基承载能力即为单桩承载力之和P3=P1+ΔP1+ΔP2，ΔP1+ΔP2为扩顶对承载力的提高，只要P3没有超过单桩承载力之和，则P3＞P2＞P1。扩顶复合地基的优点为充分发挥了单桩的承载力，提高了复合地基的承载力，减少了桩的数量和长度，提高了施工效率，降低了工程成本。
3 扩顶桩复合地基的工程试验
对复合地基进行荷载试验，目的就是要检测其施工质量和效果是否达到设计的承载力要求。按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）复合地基荷载试验要点要求，复合地基承载力特征值的确定有以下方法：
（1）当压力——沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半。
（2）当压力——沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定：（1）对砂石桩、振冲桩复合地基或强夯置换墩；当以粘性土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.015所对应的压力（s为载荷试验承压板的沉降量；b和d分别为承压板宽度和直径，当其值大于2米时，按2米计算）；当以粉土或砂土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力；（2）对土挤密桩、石灰桩或柱锤冲扩桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.012所对应的压力。对灰土挤密桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力；（3）对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩复合地基，当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力；当以粘性土、粉土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力；（4）对水泥土搅拌桩或旋喷桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.006所对应的压力；（5）对有经验的地区，也可按当地经验确定相对变形值。按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。
在常规承压板尺寸（b=1-3m）范围内采用同一相对变形控制标准（s/b=0.01）来确定复合地基承载力时，如果根据桩距来确定承压板尺寸进行复合地基荷载试验，同一相对沉降标准下，对同样的桩和地基土承压板尺寸越大，桩径反力越高，使用的单桩承载力越高。反之，当单桩距越小，承压板尺寸减小时，桩顶反力越小，使用了单桩承载力越小，而桩间土的反力相差不多，造成复合地基中桩的安全度不等。总而言之，如果确定承载力对应的相对变形不足以使单桩发挥承载标准值，可能导致承载力试验结果比公式计算结果偏小。当桩距较大时，复合地基承载力标准值对应的沉降量也较大，承压板下桩顶反力可能会超过单桩承载力标准值甚至接近单桩极限承载力，此时可能过高利用桩的承载力，使得到的复合地基承载力标准值偏高，导致承载力安全度不足。
因此，在通过试验确定承载时，应根据桩、土分担荷载的情况具体确定：
第一，桩间土承担大部分荷载时，桩距一般较大，虽然桩与土的承载力总体上满足安全系数的要求，大量研究与实测表明，实际上桩一般在接近极限承载力的情况下工作。荷载试验时，宜进行单桩承载力载荷试验确定单桩极限承载力，除以调整系数（或安全系数）得到单桩承载力标准值，用复合地基承载力公式计算确定承载力标准值。
第二，桩承担大部分荷载时，桩距一般较小，不宜通过复合地基的相对变形标准的荷载试验确定复合地基的承载力。因为承压板的尺寸大小严重影响对桩承载力的利用程度，为明确系统承载力安全度同样应进行单桩试验确定单桩的极限承载力，再用公式计算复合地基的承载力。
试验桩的施工资料和试验结果如下：
采用复合载体夯扩桩复合地基1#，2#试点的对比试验
场地的地基参数，施工参数，见表1～2，静载试验结果的对比分别见表3：
4 扩顶桩复合地基设计中应注意的问题
由于扩顶的作用是对桩体与桩间土的应力进行调整，调整的目的是让桩与桩间土的受力更加合理。由于桩土应力比n和扩顶面积AS直接影响着应力的分配与传递，故设计中应重点考虑两个因素，选择合适的桩土应力比和扩顶面积，下面对这两个设计参数进行分析：
（1）复合地基桩土应力比n为桩体上应力与桩间土应力之比值。通过试验发现n主要受桩土刚度比和扩顶面积的影响较大，扩顶面积越大，n越小；桩体与桩间土材料刚度比越大，n越大。若n越大，桩顶受力越大，但由于桩身为素混凝土材料，为满足扩径处的抗剪和抗冲切，势必增加桩顶部扩径的深度，增加成本。
（2）桩顶面积扩大直接对桩土之间的应力进行调整，扩顶面积太小，桩顶面分配荷载小，桩侧下部侧摩阻力无法充分发挥出来，造成桩的浪费；扩顶面积太大，桩间土的承载力小，没有合理利用桩间土承载力，且由于扩顶面积太大，桩顶没有配筋，设计时为满足抗冲切和抗剪，必然增加扩顶深度，不利于优化设计，故设计时应根据地质资料、桩土的刚度和桩的承载力等，选择最佳的桩顶扩大面积。
参考文献
［1］史佩栋.实用桩基工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，2006.
［2］阎明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007.
［3］杨家丽.建筑工程地基处理技术——夯扩桩的设计施工［M］.北京：科学技术出版社，2005.
［4］王继忠.复合载体夯扩桩技术的研究［J］.建筑结构编辑社，2005，（7）.
［5］杨启安.复合载体夯扩桩的设计与计算［J］.建筑结构编辑社，2007，（9）.
关键词：扩顶桩复合地基；施工；应用
中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）09-0384-02
0 前言
扩顶复合地基在软弱路基的地基处理中，具有较好的处理效果和较低的造价，而且保了环境。通过复合地基进行扩顶施工，对桩土应力比进行调整，将上部荷载重新分配，充分发挥桩体的承载力，可以提高复合地基的承载力。
1 复合载体夯扩桩的施工
复合载体夯扩桩自诞生以来已在工业在、民用和市政工程中被广泛采用，普通复合载体夯扩桩的桩径可选用400mm，500mm，600mm。桩长可达到24m，极限承载力可达4000KN，为国家节省了大量成本，当地面以下4.0～10.0米范围存在承载力较高的持力层时，该工艺技术经济效益更加明显。
复合载体夯扩桩的施工工艺为：（1）在桩位处挖直径等于桩身直径、深度约为500mm的桩位圆柱孔，移机就位；（2）提起夯锤后快速下放，使夯锤出护筒，入土一定深度；（3）用副卷扬机钢丝绳对护筒加压，使护筒底面与锤底齐平；（4）重复步骤（2），（3），将护筒沿垂直沉入到设计深度；（5）提起夯锤，通过护筒投料孔向孔底分次投入填充料，并进行大能量夯击；（6）填充料被夯实后，在不再填料的情况下连续夯击三次并测出三击贯入度，若三击贯入度不满足设计要求，重复步骤（5）、（6），直至三击贯入度满足设计要求为止；（7）通过护筒投料孔再向孔底分次投入设计需要的干硬性混凝土，并进行夯击；（8）放入钢筋笼；（9）灌注桩身混凝土。
复合载体夯扩桩的施工设备为液压步履式夯扩桩基，主要部件包括：由中空竖杆及支承斜杆等组成的框架、50KN快放式主卷扬机用于提升及快放重锤、30KN副卷扬机用于反压和提升护筒、护筒主要起导向和护壁作用，通常采用φ327～600mm的无缝钢管，其长度视设计桩长而定。
2 扩顶桩复合地基的工作机理
复合地基承载力源于地基土承载力和单桩承载力，故要提高复合地基承载力，有两种途径：（1）增强挤密效果来提高桩间土的承载力；（2）增加桩长或桩径提高复合地基中单桩的承载力。实际施工时，由于设备是一定的，对桩间土挤密效果不能增强，且过分的挤密桩间土容易引起周围临近桩的断裂或其他缺陷，达不到预期效果。增加桩径或桩长能提高单桩的承载力，但实际受力时，复合地基的单桩承载力的发挥受褥垫层的影响较大，实际工程褥垫层厚度约300mm左右，其调节桩土荷载分配的能力是有限的，常常单桩承载力还没有全部发挥或甚至只发挥了一小部分时，桩间土已经开始出现破坏，致使复合地基中单桩承载力无法发挥。
虽然复合载体大大提高了单桩的承载能力，但由于桩顶面积一定，在桩顶形成的压缩区不变。故桩顶分担的荷载也是有限的，复合地基受力造成复合载体承载力无法充分发挥。扩顶工艺的施工增大了桩顶的受力面积，增加了褥垫层的压缩区域，将上部更多的荷载传递到桩顶，充分发挥了桩端载体的承载能力，提高了复合地基的承载力。扩顶复合地基研究的核心是如何增加复合地基中桩承载的比例，充分发挥承载力，提高复合地基承载力。
为了更好的了解扩顶复合地基的受力，可以做这样一个复合地基的荷载试验。假设桩顶面积是可以变化的，桩长和桩身保持不变，由于单桩承载力大于地基土承载力，因此可通过改变桩顶面积来分析扩顶对地基承载力的影响。对于普通复合地基，桩土共同作用时复合地基承载力为P1，包括桩、土提供的承载力；若桩顶面积增大，则分担到桩顶的荷载增加，桩间土分担的荷载降低，若要桩间土达到塑性破坏，必须增加上部荷载，则复合地基承受荷载P2=P1+ΔP1，ΔP1为扩顶提高的承载力。当扩顶面积增大到连成一体时，即相当于筏板基础，所有上部荷载都由桩体承担，复合地基承载能力即为单桩承载力之和P3=P1+ΔP1+ΔP2，ΔP1+ΔP2为扩顶对承载力的提高，只要P3没有超过单桩承载力之和，则P3＞P2＞P1。扩顶复合地基的优点为充分发挥了单桩的承载力，提高了复合地基的承载力，减少了桩的数量和长度，提高了施工效率，降低了工程成本。
3 扩顶桩复合地基的工程试验
对复合地基进行荷载试验，目的就是要检测其施工质量和效果是否达到设计的承载力要求。按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）复合地基荷载试验要点要求，复合地基承载力特征值的确定有以下方法：
（1）当压力——沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半。
（2）当压力——沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定：（1）对砂石桩、振冲桩复合地基或强夯置换墩；当以粘性土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.015所对应的压力（s为载荷试验承压板的沉降量；b和d分别为承压板宽度和直径，当其值大于2米时，按2米计算）；当以粉土或砂土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力；（2）对土挤密桩、石灰桩或柱锤冲扩桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.012所对应的压力。对灰土挤密桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力；（3）对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩复合地基，当以卵石、圆砾、密实粗中砂为主的地基，可取s/b或s/d等于0.008所对应的压力；当以粘性土、粉土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力；（4）对水泥土搅拌桩或旋喷桩复合地基，可取s/b或s/d等于0.006所对应的压力；（5）对有经验的地区，也可按当地经验确定相对变形值。按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。
在常规承压板尺寸（b=1-3m）范围内采用同一相对变形控制标准（s/b=0.01）来确定复合地基承载力时，如果根据桩距来确定承压板尺寸进行复合地基荷载试验，同一相对沉降标准下，对同样的桩和地基土承压板尺寸越大，桩径反力越高，使用的单桩承载力越高。反之，当单桩距越小，承压板尺寸减小时，桩顶反力越小，使用了单桩承载力越小，而桩间土的反力相差不多，造成复合地基中桩的安全度不等。总而言之，如果确定承载力对应的相对变形不足以使单桩发挥承载标准值，可能导致承载力试验结果比公式计算结果偏小。当桩距较大时，复合地基承载力标准值对应的沉降量也较大，承压板下桩顶反力可能会超过单桩承载力标准值甚至接近单桩极限承载力，此时可能过高利用桩的承载力，使得到的复合地基承载力标准值偏高，导致承载力安全度不足。
因此，在通过试验确定承载时，应根据桩、土分担荷载的情况具体确定：
第一，桩间土承担大部分荷载时，桩距一般较大，虽然桩与土的承载力总体上满足安全系数的要求，大量研究与实测表明，实际上桩一般在接近极限承载力的情况下工作。荷载试验时，宜进行单桩承载力载荷试验确定单桩极限承载力，除以调整系数（或安全系数）得到单桩承载力标准值，用复合地基承载力公式计算确定承载力标准值。
第二，桩承担大部分荷载时，桩距一般较小，不宜通过复合地基的相对变形标准的荷载试验确定复合地基的承载力。因为承压板的尺寸大小严重影响对桩承载力的利用程度，为明确系统承载力安全度同样应进行单桩试验确定单桩的极限承载力，再用公式计算复合地基的承载力。
试验桩的施工资料和试验结果如下：
采用复合载体夯扩桩复合地基1#，2#试点的对比试验
场地的地基参数，施工参数，见表1～2，静载试验结果的对比分别见表3：
4 扩顶桩复合地基设计中应注意的问题
由于扩顶的作用是对桩体与桩间土的应力进行调整，调整的目的是让桩与桩间土的受力更加合理。由于桩土应力比n和扩顶面积AS直接影响着应力的分配与传递，故设计中应重点考虑两个因素，选择合适的桩土应力比和扩顶面积，下面对这两个设计参数进行分析：
（1）复合地基桩土应力比n为桩体上应力与桩间土应力之比值。通过试验发现n主要受桩土刚度比和扩顶面积的影响较大，扩顶面积越大，n越小；桩体与桩间土材料刚度比越大，n越大。若n越大，桩顶受力越大，但由于桩身为素混凝土材料，为满足扩径处的抗剪和抗冲切，势必增加桩顶部扩径的深度，增加成本。
（2）桩顶面积扩大直接对桩土之间的应力进行调整，扩顶面积太小，桩顶面分配荷载小，桩侧下部侧摩阻力无法充分发挥出来，造成桩的浪费；扩顶面积太大，桩间土的承载力小，没有合理利用桩间土承载力，且由于扩顶面积太大，桩顶没有配筋，设计时为满足抗冲切和抗剪，必然增加扩顶深度，不利于优化设计，故设计时应根据地质资料、桩土的刚度和桩的承载力等，选择最佳的桩顶扩大面积。
参考文献
［1］史佩栋.实用桩基工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，2006.
［2］阎明礼，张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007.
［3］杨家丽.建筑工程地基处理技术——夯扩桩的设计施工［M］.北京：科学技术出版社，2005.
［4］王继忠.复合载体夯扩桩技术的研究［J］.建筑结构编辑社，2005，（7）.
［5］杨启安.复合载体夯扩桩的设计与计算［J］.建筑结构编辑社，2007，（9）.