复合载体夯扩桩的特点与应用研究

摘要：复合载体夯扩桩是一种新型的桩基技术。文章简要介绍了复合载体夯扩桩的概况和技术特点，并通过湿陷性黄土地区的应用说明了采用复合载体夯扩桩比采用人工干作业大直径灌注桩的优越性。

关键词：复合载体夯扩桩，湿陷性黄土，单桩承载力

1前言

复合载体夯扩桩是由北京波森特岩土工程有限公司研制试验成功的一种新型的桩基技术。不仅在理论上可靠， 而且在国内得到广泛的应用，收到了良好的效果。充分显示出较其它桩基础的特点和优势。特别是 2 0 0 1 年国家建设部颁布了《 复合载体夯扩桩设计规程》。标志着复合载体夯扩桩技术已经成熟。

2 复合载体夯扩桩的特点

2.1 复合载体夯扩桩构造特征

“复合载体夯扩桩”不同于普通意义上的桩，它是由上部桩身和下部“复合载体”两部分组成。桩身一般为现浇(钢筋)混凝土结构或高强预应力混凝土管;“复合载体”是位于桩端底部、经深层填料夯实的复合体。“复合载体”的这种特殊的构造可以使桩端的应力水平逐层地进行扩散和降低，直至降低到与“复合载体”以外的原状土体

承载力相同的程度。这样，改变了传统的桩端与地基土体之间的作用关系，充分地调动了桩端地基土体的承载力，从而使桩的承载能力大大提高。

2.2 复合载体夯扩桩技术特点

2.2.1 力改传统的地基处理观念，避软就硬，因地制宜，充分地将建筑物的结构形式与场地的工程地质条件有机地结合起来，使地基处理获得最优的效果 。

2.2.2 将地基处理与基础施工合二为一，既降低地基处理费用， 又节约基础投资，使得施工方有利可得。与此同时又可使建设方最大限度地节约资金，可谓一箭双雕。

2.2.3 极大地改善了桩的承载性状，使得单桩承载力出乎寻常的高，一般是普通桩的3～8倍。

2.2.4 可以通过调整“复合载体夯扩桩”的施工控制参数，任意改变其单桩竖向承载力极限特征值，使之最优化地满足工程之需要。

2.2.5 施工中能就地取材，充分地利用固体废弃物或廉价的建筑材料作为填充料，变废为宝，利国利民，保护环境，降低了桩基础的成本等等。

该技术利用重锤对填料反复进行填充和夯实操作，使桩端下纵向3~5 m、横向2～3 m、体积约10 m的土体得到加固挤密，在不影响相邻桩已完成的挤密土体的破坏和松动的情况下，使填料底端形成最大最优的密实体和影响土体，桩身承受的集中荷载通过复合载体的分层扩散作用，消除桩端的应力集中，并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。

2.3 单桩竖向承载力确定

《复合载体夯扩桩设计规程》规定单桩竖向承载力特征值通过竖 向静荷载试验确定，但是初步设计时可按下式估算： 式中：

—单桩竖向承载力特征值;

—桩身断面周长( m);

—桩侧第i层土的侧阻力特征值;

—桩身穿越第 i 层土的厚度( m);

—复合载体下地基土深度修正后的地基持力层承载力特征值;

—等效桩端计算面积(㎡)其值可按表选用。

3 复合载体夯扩桩的适用条件

任何一项新的技术都有它的特点和适用条件，复合载体夯扩桩的应用主要取决三个条件，即工程地质条件、水文地质条件和环境条件。

( 1 ) 工程地质条件

主要是指要有一个相对硬层作为持力层;被加固土层应具有良好 的挤密性和足够的厚度、稳定的层面和适宜的埋深。

( 2 ) 水文地质条件

应避开承压含水层，实践证明，在含水层以上一定距离(0.3~ 0.5m) 的不透水层内进行夯扩可有效地防止渗透破坏，并不影响单桩承载力，否则，一旦封堵失效会造成渗透破坏，难以补救。

( 3 ) 环境条件

由于复合载体夯扩桩的施工是靠冲击成孔和冲击夯扩，对周围环境有一定的振动影响，因此，当该工法无有效隔振措施时不宜在居民区域对振动敏感的建筑物附近施工。

4 工程实例分析

4.1 工程概况

洛阳某军工厂位于洛阳市中心地带。拟建的厂房4层，框架结构， 局部一层地下室，长79.2米，宽36.5米，柱网间距8米，单柱最大荷载4000kN。

4.2 场地岩土工程条件

4.2.1 地形地貌及土层分布

该工程位于洛河Ⅱ级阶地。场地内原有建筑物均已拆除，地形平坦。场地内的土层以粉土、粉质粘土为主，钻孔最大揭示深度2 1米， 可分为人工堆积层、新近沉积黄土层和黄土状沉积层。地层岩性稳定，

自上而下可分为9个地质层，勘察期间未见地下水。

4.2.2 场地地震条件

场地抗震设防烈度为7度，基本地震加速度值为0.1g。地下水埋深大于21m，可不考虑地基土液化问题。本工程场地土为中硬土类型，建筑场地类别为I I类。

4.2.3 地基土的湿陷性

依据场地《岩土工程勘察报告》揭示，第⑧层粉土具有轻微湿陷性，最大湿陷性系数0.032，平均湿陷性系数0.015。场地为I 级非自重湿陷性场地，其下部土层均无湿陷性。

4.2.4地基方案的选择

⑥层以上黄土，其结构性差，大孔隙，低承载力，高压缩性，且⑧层具有湿陷性。这种土层对于重要的和大型的构筑物，天然地基不能满足设计要求。据了解，洛阳地区大多采用强夯、换土垫层的方法处理地基。当条件受限时又采用人工干作业大直径灌注桩等基础， 虽然解决了工程问题，效果尚好，但基础造价昂贵，造成很大浪费。根据场地的岩土工程条件，显然天然地基不能满足设计要求，采用桩基比较适宜，但是采用什么样的桩基础?我们作了如下分析比较 ：

( 1 )复合载体夯扩桩基础

根据勘察报告，⑥层粉质粘土，土层均匀稳定，强度高，厚度大， 可作为复合载体夯扩桩基础的持力层，在第⑤层粉质粘土中形成复合载体(加固土层)，该层的力学指标为f =170kpa，压缩模量E =9MPa。

a.参数确定

有效桩长L = 6 .5 m (设计桩顶标高至复合载体顶标高之间的距离约6.5 m)。

计算深度 D = 8 + 1.70 ( 承载体高度) = 9.7 m。

桩径 d =410mm，C 25砼。

土的加权平均重度： = 17.4k N/m³。

根据《建筑地基基础设计规范》， =1.6。

b.单桩承载力计算

根据《复合载体夯扩桩设计规程》.

由公式

不考虑桩周摩阻力，则取

取三击贯入度12cm，查表， 则 =0+466.13×2.3=1072.1kN

( 2 )人工干作业成孔大直径灌注桩基础

a.参数确定

地质条件同上。

取桩长= 10米;

桩径=1.0米;

。

b.单桩承载力计算

根据《建筑桩基技术规范》的公式：

计算单桩极限承载力标准值 ，安全系数取 2 ，则单桩竖向承载力标准值= 1026kN(计算从略)。

( 3 ) 桩基方案比较

显然，在同样的条件下，桩长相近，复合载体夯扩桩单桩竖向承载力特征值Ra=1072kN。而人工干作业成孔大直径灌注桩的单桩竖向承载力标准值= 1026kN，二者相当。但复合载体夯扩桩的截面积 (0.125㎡)仅为干作业成孔大直径灌注桩( 0 .785㎡) 的 1/6，且桩长前者短于后者，显然复合载体夯扩桩基础要比干作业成孔大直径灌注桩基础经济得多。

据调查可节约基础投资约40%以上。因此决定采用复合载体夯扩桩基础。

( 4 ) 效果检验

为了检验“ 复合载体夯扩桩”的质量，在地质条件较差的地段选择3根桩作了静荷载压桩试验，压桩试验结论为 ：

1号试验桩的单桩竖向抗压承载力实测值： ≥2000kN;

2号试验桩的单桩竖向抗压承载力实测值： ≥2500kN;

3号试验桩的单桩竖向抗压承载力实测值： ≥3000kN;

由该3根试验桩的试验结果计算分析得知，所测3根试验桩的单桩竖向承载力均可满足设计要求，其效果令人满意。

4 结语

通过本次工程的实践，使我们清楚的看到，“复合载体夯扩桩”不论在理论上还是在实践上都是比较成熟的，只要地质条件、环境条件、建筑结构类型、荷载特征适合“复合载体夯扩桩”基础，必然显示出其技术先进、施工方便、经济合理的优势。可以相信，随着国家建设的迅猛发展，“复合载体夯扩桩”技术将会有更加广阔的应用和发展空间。

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