載體樁在密實砂土持力層中的應用分析研究

劉體偉

摘 要：載體樁具有施工工藝簡單、承載力高、樁身質量好、造價低等優點，具有廣闊的應用前景。密實的砂土具有承載力高壓縮性低等優點，是良好的建筑物地基。文章采用承載原理分析與實際施工質量量控制相結合的方法，較系統的研究和探討了密實砂土持力層中載體樁的應用，所得結論可以為該地質條件下載體樁的設計和施工等提供一定的借鑒。

關鍵詞： 載體樁；復合地基；密實砂土；承載機理；施工質量

1.前言

隨著現代高層建筑的迅猛發展，上部建筑結構變得愈加復雜，對地下空間和地下結構也提出了更高的要求，許多的建筑物和構筑物將樁基礎定為首選或必選的基礎形式。受地質條件、上部結構設計要求、樁基施工條件等影響，使得樁基工程在設計和施工等方面一般會比上部建筑結構更難控制。載體樁作為一種全新的施工技術，它改變了傳統的地基基礎處理觀念，在施工中可以消耗大量的建筑垃圾和固體廢棄物，變廢為寶，和其他灌注樁相比，具有施工快、承載力高、樁身質量好、造價低、保護環境等優點，產生了廣闊的經濟效益和社會效益。

雖然載體樁基礎和載體樁復合地基在砂土層中的工程實踐是成功的，但其理論研究卻遠落后于實踐的發展，對在砂土持力層中載體樁的承載力、可靠性的研究以及相關理論的完善是非常有必要的，是載體樁在建筑市場得到更加廣泛的應用。

2、載體樁承載機理分析

2.1載體樁的受力原理

普通樁的承載力主要來源于樁的側摩阻力，而載體樁的承載力主要來自載體，載體通過反復填入建筑垃圾再以3.5噸重錘提升6米進行自由落體夯實，通過三擊貫入度等指標控制密實度，隨后再夯填一定量的干硬性混凝土，從而由內向外形成干硬性混凝土、填充料和擠密土體形成的載體，使樁端土體得到最優的密實，將上部荷載有效傳遞給下面的持力土層，達到提高承載力的目的，因此載體樁可以被看做是樁和人工地基的組合。

2.2載體樁承載力的影響因素

⑴持力土層特性

選擇承載力較好的持力土層勢必對載體樁的承載力有顯著的影響。通過試樁可以發現，持力土層在粉土和粉細砂中的載體樁單樁承載力明顯高于在粘土中的單樁承載力，對于單樁承載力來說，載體進入較硬土層優于浮在較硬土層上，更優于其處于軟弱土層中。

⑵被加固土層特性

工程實踐表明，當被加固土層的土顆粒粒徑過小時，會導致對周邊的約束力減小，此時的擠密效果就會不佳。因此，盡量選擇具有一定的埋深且顆粒粒徑較大的被加固土層，以保證土體的擠密效應。

⑶填充料種類和數量

為了能對地基土體有更好擠密效果，同時也為建筑材料循環利用做出貢獻，填充料宜優選建筑拆遷的碎紅磚、碎混凝土等塊狀物，禁止使用粉狀物，同時不僅需要控制填充料的幾何尺寸，還要控制其含泥量、有機質含量等。

⑷樁間距

施工中應在滿足結構上部設計要求的前提下，選擇最安全、經濟、

合理的樁間距。載體樁在施工時，如若樁間距過小，可能會由于側向擠土壓力的存在，導致地面的隆起、鄰樁載體的偏移和樁身的上移以及斷樁等。

⑸三擊貫入度

工程實踐表明，施工中通過測量三擊貫入度可以實時了解到載體樁載體的夯擴質量以及該土層密實度的變化。

2.3破壞模式研究

多年的工程實踐告訴我們，搞清楚載體樁基礎和載體樁復合地基的破壞模式是非常重要且有必要的。

⑴單樁破壞模式

不同的地質其土層的物理力學性質差異非常大，由于地基土的性質直接影響到地基土的強度破壞，因此選擇良好的土層作為建筑物的地基是非常有必要的。

載體樁是通過夯擊成孔，屬于擠土樁，載體樁樁身周圍的土體會對其產生三相約束作用，故載體樁單樁出現樁身結構強度破壞的可能性比較小，一般為地基土強度的破壞。整體剪切破壞、局部剪切破壞、沖剪破壞是地基土強度破壞的三種主要形式。載體樁樁端持力土層和樁端上覆土層的性質是決定地基土產生何種破壞的主要因素。

⑵復合地基破壞模式

載體樁復合地基破壞模式受上部基礎剛度的影響較大，樁間土分擔荷載的比例較普通剛性復合地基要更大。不同載體樁復合地基的破壞模式也有所差異，一般其在剛性基礎下豎向增強體會先產生破壞，而在柔性基礎下常常是樁間土先產生破壞，而后根據實際情況具體分析。

3、載體樁施工質量控制

載體樁的應用應綜合考慮地基的地質條件和施工環境兩個關鍵因素。結合工程載體樁基礎單樁的施工，重點對載體樁的施工機械、施工工藝以及施工中出現的問題及處理方法進行總結和研究。

3.1施工機械的選用

目前，載體樁施工設備中液壓步履式夯擴樁機應用最為廣泛，該樁機在打樁時可以逐一施打，也可以跳位施打，而且具有轉動行走靈活、無空氣污染、無噪聲、易操作等優點。

3.2施工工藝流程

⑴復測樁位線

平整場地，根據試樁位置進行樁位測放，并對測量基線、水準基點及樁位進行復核，合格后方可施工。

⑵樁基就位

檢查樁基工作狀況，移動至樁位處，檢測并調整樁基垂直度，使護筒中心與樁位中心對齊。施工過程中，應確保樁機平穩，不發生傾斜和位移。

⑶錘擊成孔

先用細長錘低落距輕夯地面，使護筒準確定位于樁位，用水平尺校正護筒垂直度，然后再提高重錘夯擊成孔。

⑷護筒沉至設計標高

采用細長錘夯擊，護筒跟進成孔的方法，當護筒接近樁底標高時，嚴格控制重錘落距，使其準確沉至設計標高。

⑸護筒沉至設計標高

當護筒沉至設計標高后，提升重錘，從填料口進行填料，重錘做自由落體夯擊填充料。填料過程大致可分為填料下降、持平、上升三個階段，控制每次填料量和累計填料量。

⑹測三擊貫入度

測三擊貫入度，每級貫入度應比前擊小或相等，三擊總貫入度應能滿足設計要求。

⑺夯填干硬性混凝土

當三擊貫入度滿足設計要求后，填充0.4～0.6m3的干硬性混凝土，并繼續夯擊至錘底出護筒 1～2cm。

⑻下鋼筋籠至標高

在護筒內放入預制鋼筋籠，使鋼筋籠沉至設計標高。

⑼樁身混凝土灌注

混凝土采用一次澆筑，采用護筒振錘振搗，然后慢慢拔管，拔管時速度要均勻。樁身混凝土坍落度 80～120 mm。

3.3施工中遇到問題及處理方法

⑴封水問題

當被加固土層為滲透系數較大砂土、卵石時，載體樁施工時需要及時采取封水措施，使地下水在短時間內不能進入護筒，以實現連續的重錘夯擊，確保載體的質量。目前有效封水方法有磚塞夯擊法、塑料彩布法和粘土袋封水法。

⑵護筒內壁粘帶土

重錘在夯擊的過程中難免會在護筒的內壁粘滯一些土，在夯實填充料的過程中能夠消除一部分，但由于內夯重錘比護筒的直徑小，在混凝土澆注的過程中殘留的部分土會進入樁身混凝土而影響樁身的質量。

為避免此類問題的發生，在安放鋼筋籠之后和澆注混凝土之前的時間內，可以在護筒內壁用一定稠度的水泥漿固化內壁的側土，達到混凝土和內壁土隔離的目的，以保證樁身的質量。

4、結論與展望

實踐表明，載體樁與密實砂土持力層具有良好的匹配性。載體樁同相同形狀的擴底灌注樁相比，有更高的承載力，并且克服了困擾擴底灌注樁的樁底虛土的弊病，是一種承載力性能優越的樁型。工程中建議載體樁夯擴體直徑控制在800～1000 mm之間，能獲得最優的技術經濟效益，。

由于載體樁中載體的影響范圍比較大，可能會在施工或實際受力的過程中對周邊的鄰樁產生較大的影響，因此需通過模型試驗、現場原位試驗等研究不同樁間距載體樁在密實砂土持力層中的群樁效應影響是非常重要的。

參考文獻

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