论文部分内容阅读
摘要：复合载体夯扩桩广泛应用于工程中，由于其在经济性、环境效益方面的优势，使得夯扩桩技术迅速推广。本文通过工程实例，介绍夯扩桩方案选择、复合载体夯扩桩的作用机理、基桩检测，并进行效益分析。
关键词：夯扩桩，复合载体，地基
工程概况
洛阳某学校教学楼，总建筑面积24362 m2，是由A、B、C、D四座楼环绕而成的庭院式建筑群。
A樓为主楼，内设教室、办公等。地上14层，地下一层，建筑面积12832 m2，框架剪力墙结构。
B楼建筑面积7258 m2，为六层框架结构。
C楼三层，建筑面积3447 m2，框架结构。设有大阶梯教室及多功能厅，因为使用上的要求而具有大跨度大空间的特点。
D楼是连接A楼与C楼的连廊，同时也是整座建筑物的入口，建筑面积556 m2，五层框架结构。
相邻楼之间用抗震缝脱开。
地质条件及基础选型
该建设场地地质条件复杂，地貌单元属于洛河Ⅰ级阶地，地层以冲、洪积作用形成，分布规律差，厚度变化也大，同一层土层面坡度大者超过10%。场地地基土不均匀，属于不均匀地基。场地自上而下共分以下几层：
（1）填土：主要由粉质粘土及粉土组成。层厚0.40～1.30m；
（2）黄土状粉质粘土及粉土：属中等压缩性土层，具湿陷性，为新近堆积黄土，层厚3.10～4.30m；fk=120KPa；
（2-1）黄土状粉土：属中等压缩性土，为新近堆积黄土层，分布于（2）黄土状粉质粘土及粉土下部，层厚0.30～3.70m；fk=100KPa；
（3-1）中砂：层厚0.30～2.70m；fk=180KPa；
（3-2）卵石：层厚0.40～3.90m；fk=350KPa；
（3-3）圆砾：层厚0.50～3.60m；fk=250KPa；
（4）卵石：层厚2.80～6.80m；fk=800KPa；
（5）卵石：最大层厚8.70m；fk=1000KPa；
（5-1）粉质粘土：属中低压缩性土，在7#孔揭露厚度为1.60m；fk=210KPa；
地下水静水位在5.90～6.21m之间。地下水属潜水类型，补给来源为洛河水。
由于基底内力较大，天然地基不能满足承载力要求，需对地基进行处理或采用其它基础形式。设计过程中曾提出强夯的地基处理方案及钻孔灌注桩的基础形式。由于建设场地周边紧邻教学楼，强夯因其震动大、噪音大的缺点而无法在本工程中实施。钻孔灌注桩的基础持力层（4）卵石和（5）卵石均在地下水位以下，施工过程不易保证桩端质量及桩承载力，且具有噪音大、泥浆护壁污染环境的缺点，在方案讨论中也被否定。根据实际地质情况，结合上部结构特点及基础埋深， A楼有地下室、基础埋置较深接近持力层中砂及卵石层，采用砂卵石垫层处理地基筏板基础，对持力层中局部软弱土层采用高压注浆进行处理，以提高其承载力和压缩模量，后经检测达到设计要求。B、C、D楼埋深较浅、单柱荷载较大，采用以（3-2）卵石为持力层的复合载体夯扩桩基础。3. 复合载体夯扩桩作用机理
复合载体夯扩桩是由上部桩身和下部复合载体组成。它具有挤密地基及扩大桩端面积的双重作用。桩身为钢筋混凝土结构，复合载体是以碎砖、碎石、碎混凝土块等为填充料，将干硬性混凝土及填充料等经细长锤夯扩加固挤密形成的挤密实体。复合载体由干硬性混凝土、填充料、挤密土体、影响土体四部分组成。
该桩与其它桩型的最大区别在于它不是通过桩身形状、桩径、桩端面积的改变来提高承载能力，而是利用重锤对填充料进行夯实挤密，挤密区土体受到很大夯击能量后缓慢释放，对侧向周围影响土体施加侧向挤压力进行有效加固挤密，土体得到密实，变形模量提高很大，所以较大幅度地提高地基承载力。
复合载体夯扩桩关键之处主要有三点：一是扩大了桩端的承载面积；
二是桩身承受的集中荷载能通过“复合载体”的分层扩散作用，消除了桩端的应力集中现象，将桩端的应力水平逐层降低至天然土体能够承受的程度，从而改善了土体的受力状态，提高了桩的承载能力。三是在夯扩“复合载体”的过程中，对其所在的土层进行了有效的加固挤密，显著地改善了原状土层的土性。呈层状分布的、由不同材料组成的“复合载体”连同其周围被挤密的土体，形成了深层复合地基，其承载能力较原状土体的承载能力有较大幅度的提高。
4. 桩基检测
由于复合载体夯扩桩是一种新技术，在设计阶段还未发布国家正式规范规程，设计时对桩基的试验、检测提出了严格要求。要求施工方应在桩基施工前进行成桩试验，确定施工参数、取得经验；并通过静载荷试验确定单桩竖向承载力。工程桩严格按桩基规范要求进行静载及小应变试验及检测，在两倍单桩最大承载力设计值的荷载下其最大变形不得超过8mm。
根据《桩基检测成果报告》，试验结果如下：
单桩竖向抗压静载荷试验7根，其中试桩3根，桩号分别为S1、S3、S4；工程桩4根，桩号分别为2#、86#、264#、365#。
单桩竖向抗压静载荷试验成果见下表：
桩身完整性检测80根，均为合格桩。其中Ⅰ类桩（桩体完整、混凝土密实均匀，无缺陷）77根，占所检测桩数的96.3%；Ⅱ类桩（桩体基本完整，局部存在缺陷但程度较轻，可作合格桩使用）3根，占所检测桩数的3.7%；无Ⅲ类桩（桩体存在严重缺陷）。
5. 效益分析
经济效益
复合载体夯扩桩之所以在几年时间内得以推广，是因其安全可靠的质量和经济合理的造价。由于该技术本身所具备的合理性和先进性，故相对于一般的地基处理方法，在提供相同承载力的情况下，采用该技术可为建设单位节约10－20％的基础投资。
社会效益
复合载体夯扩桩施工工艺简单，施工质量易控制。施工中，无需场地降水、基坑开挖等工序，减少了工程量，缩短了工期。施工速度快，安全文明。处理一栋5000m²的楼房地基，仅需要10－15天。经有关检测部门按国家规范对试验桩和工程桩进行的检测，均达到设计的要求。从建成使用的情况看，使用正常，建筑物整体沉降量很小且均匀。
环境效益
复合载体夯扩桩的施工技术可消纳大量的建筑碎砖、混凝土块等，变废为宝，保护环境，利国利民。施工过程中，无污染、低噪声。
参考文献：《复合载体夯扩桩设计规程》JGJ/T 135-2001
作者简介：关建军（1973—），男，本科，学士，现供职于中色科技股份有限公司土建室。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：夯扩桩，复合载体，地基
工程概况
洛阳某学校教学楼，总建筑面积24362 m2，是由A、B、C、D四座楼环绕而成的庭院式建筑群。
A樓为主楼，内设教室、办公等。地上14层，地下一层，建筑面积12832 m2，框架剪力墙结构。
B楼建筑面积7258 m2，为六层框架结构。
C楼三层，建筑面积3447 m2，框架结构。设有大阶梯教室及多功能厅，因为使用上的要求而具有大跨度大空间的特点。
D楼是连接A楼与C楼的连廊，同时也是整座建筑物的入口，建筑面积556 m2，五层框架结构。
相邻楼之间用抗震缝脱开。
地质条件及基础选型
该建设场地地质条件复杂，地貌单元属于洛河Ⅰ级阶地，地层以冲、洪积作用形成，分布规律差，厚度变化也大，同一层土层面坡度大者超过10%。场地地基土不均匀，属于不均匀地基。场地自上而下共分以下几层：
（1）填土：主要由粉质粘土及粉土组成。层厚0.40～1.30m；
（2）黄土状粉质粘土及粉土：属中等压缩性土层，具湿陷性，为新近堆积黄土，层厚3.10～4.30m；fk=120KPa；
（2-1）黄土状粉土：属中等压缩性土，为新近堆积黄土层，分布于（2）黄土状粉质粘土及粉土下部，层厚0.30～3.70m；fk=100KPa；
（3-1）中砂：层厚0.30～2.70m；fk=180KPa；
（3-2）卵石：层厚0.40～3.90m；fk=350KPa；
（3-3）圆砾：层厚0.50～3.60m；fk=250KPa；
（4）卵石：层厚2.80～6.80m；fk=800KPa；
（5）卵石：最大层厚8.70m；fk=1000KPa；
（5-1）粉质粘土：属中低压缩性土，在7#孔揭露厚度为1.60m；fk=210KPa；
地下水静水位在5.90～6.21m之间。地下水属潜水类型，补给来源为洛河水。
由于基底内力较大，天然地基不能满足承载力要求，需对地基进行处理或采用其它基础形式。设计过程中曾提出强夯的地基处理方案及钻孔灌注桩的基础形式。由于建设场地周边紧邻教学楼，强夯因其震动大、噪音大的缺点而无法在本工程中实施。钻孔灌注桩的基础持力层（4）卵石和（5）卵石均在地下水位以下，施工过程不易保证桩端质量及桩承载力，且具有噪音大、泥浆护壁污染环境的缺点，在方案讨论中也被否定。根据实际地质情况，结合上部结构特点及基础埋深， A楼有地下室、基础埋置较深接近持力层中砂及卵石层，采用砂卵石垫层处理地基筏板基础，对持力层中局部软弱土层采用高压注浆进行处理，以提高其承载力和压缩模量，后经检测达到设计要求。B、C、D楼埋深较浅、单柱荷载较大，采用以（3-2）卵石为持力层的复合载体夯扩桩基础。3. 复合载体夯扩桩作用机理
复合载体夯扩桩是由上部桩身和下部复合载体组成。它具有挤密地基及扩大桩端面积的双重作用。桩身为钢筋混凝土结构，复合载体是以碎砖、碎石、碎混凝土块等为填充料，将干硬性混凝土及填充料等经细长锤夯扩加固挤密形成的挤密实体。复合载体由干硬性混凝土、填充料、挤密土体、影响土体四部分组成。
该桩与其它桩型的最大区别在于它不是通过桩身形状、桩径、桩端面积的改变来提高承载能力，而是利用重锤对填充料进行夯实挤密，挤密区土体受到很大夯击能量后缓慢释放，对侧向周围影响土体施加侧向挤压力进行有效加固挤密，土体得到密实，变形模量提高很大，所以较大幅度地提高地基承载力。
复合载体夯扩桩关键之处主要有三点：一是扩大了桩端的承载面积；
二是桩身承受的集中荷载能通过“复合载体”的分层扩散作用，消除了桩端的应力集中现象，将桩端的应力水平逐层降低至天然土体能够承受的程度，从而改善了土体的受力状态，提高了桩的承载能力。三是在夯扩“复合载体”的过程中，对其所在的土层进行了有效的加固挤密，显著地改善了原状土层的土性。呈层状分布的、由不同材料组成的“复合载体”连同其周围被挤密的土体，形成了深层复合地基，其承载能力较原状土体的承载能力有较大幅度的提高。
4. 桩基检测
由于复合载体夯扩桩是一种新技术，在设计阶段还未发布国家正式规范规程，设计时对桩基的试验、检测提出了严格要求。要求施工方应在桩基施工前进行成桩试验，确定施工参数、取得经验；并通过静载荷试验确定单桩竖向承载力。工程桩严格按桩基规范要求进行静载及小应变试验及检测，在两倍单桩最大承载力设计值的荷载下其最大变形不得超过8mm。
根据《桩基检测成果报告》，试验结果如下：
单桩竖向抗压静载荷试验7根，其中试桩3根，桩号分别为S1、S3、S4；工程桩4根，桩号分别为2#、86#、264#、365#。
单桩竖向抗压静载荷试验成果见下表：
桩身完整性检测80根，均为合格桩。其中Ⅰ类桩（桩体完整、混凝土密实均匀，无缺陷）77根，占所检测桩数的96.3%；Ⅱ类桩（桩体基本完整，局部存在缺陷但程度较轻，可作合格桩使用）3根，占所检测桩数的3.7%；无Ⅲ类桩（桩体存在严重缺陷）。
5. 效益分析
经济效益
复合载体夯扩桩之所以在几年时间内得以推广，是因其安全可靠的质量和经济合理的造价。由于该技术本身所具备的合理性和先进性，故相对于一般的地基处理方法，在提供相同承载力的情况下，采用该技术可为建设单位节约10－20％的基础投资。
社会效益
复合载体夯扩桩施工工艺简单，施工质量易控制。施工中，无需场地降水、基坑开挖等工序，减少了工程量，缩短了工期。施工速度快，安全文明。处理一栋5000m²的楼房地基，仅需要10－15天。经有关检测部门按国家规范对试验桩和工程桩进行的检测，均达到设计的要求。从建成使用的情况看，使用正常，建筑物整体沉降量很小且均匀。
环境效益
复合载体夯扩桩的施工技术可消纳大量的建筑碎砖、混凝土块等，变废为宝，保护环境，利国利民。施工过程中，无污染、低噪声。
参考文献：《复合载体夯扩桩设计规程》JGJ/T 135-2001
作者简介：关建军（1973—），男，本科，学士，现供职于中色科技股份有限公司土建室。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。