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浅谈地基基础施工中夯扩桩基础施工技术的应用

文章编辑:【河南中豫强夯基础工程有限公司】发布日期:2019-06-12 15:32:59

淤泥层厚、岩面倾斜、土洞较多与岩基风化不一,这些特性使建筑桩中很多桩型无法成桩、质量不好、经济效益差与桩长差异大等问题。对锤击灌注桩,淤泥层厚成桩质量难保证;基岩埋藏深达不到理想持力层而影响承载力。对于预制桩,基岩埋藏深,桩身长细比例大,有效比例下降,经济效益低,软弱层过厚,还有可能桩身失稳;岩面倾斜和桩底支撑在硬岩,成桩中容易烂桩,即使用静压方式,效果难令人满意。对于钻孔桩,长桩虽可增加桩径控制长细比,但基础成本加大,且溶洞与砂砾层问题难解决。在特殊地质,应注重选择桩型,经验表明,前述地质下,用夯扩桩为桩基础,经济效益与质量保证,对其它桩型有其优越性。
1 夯扩桩成桩
夯扩桩是发挥桩端支撑力与桩侧摩阻力的新桩型,以单桩为主,起到挤密与加固基土,提高桩端基土强度。资料显示,经静力测试,桩侧比阻力提高5~10%,扩大头比阻力提高25~35%。夯扩桩是锤击桩设备和施工方法上加以改进,用夯扩法将桩端混凝土扩大大头形桩型,增大桩端与挤密基土,提高桩承载力。
锤击夯扩桩成孔用内外双管,外桩管为钢管,内桩管下端封底,两桩长度相等,无桩靴。用桩锤打至设计深度后拔内管,往外管灌入一定扩底混凝土,再次插入内管和将外管拔一定高度,锤击力经桩管传给混凝土,通过桩管挤撑,夯出管底混凝土,使扩底混凝土朝下部与四周挤压,成扩大头,再浇灌桩身。
2 夯扩桩优势
实质是侧壁阻力和端承力承载的支撑桩,增大端面积与挤密基土提高单桩承载力。夯扩桩突出优点是:
(1)适应性强与持力层范围广及投资少。层位稳定、足够厚砂砾层、坚硬状态粘性土与纹状粘性土、砾质粘性土,均宜为持力层,桩底在中等强度土层即可,不断夯扩土层,达到其需要较长桩型的承载,夯扩桩造价很低,实际减小了桩长,可最大程度控制其一致性。实践可知,除岩石面距地面浅或松土层厚度达15m以上地区,其他地质均可采用。
(2)基土挤密度高,端面积大与承载力大。通过夯扩,使桩端下土层一定范围土体得到密实,纵向承载力较高,有利于减小下沉。
(3)内管底放置混凝土为薄型土塞,可有效止淤与短时止水,保证浇筑质量。
(4)相对其它桩,锤击灌注桩,可省去桩尖等。
(5)控制外管提升,形成更理想大头形状。
(6)桩身借助柴油锤力量与内夯管作用压密,能减少缩颈与断桩等的产生,保证桩径。
(7)可视土质条件,调节施工桩长与扩大头直径提高承载力。
(8)振动拔管,增加桩身密实度,改善成桩。
(9)抗拔性好,夯扩桩和仅靠桩身摩擦力为抗拔力桩型相比,抗拔力成倍提高,广泛用于地下室结构。
(10)施工机械机动灵活与适应性强,施工工期短与性价比高。
3 地基施工中夯扩桩施工实例
(1)工程概况。某工程位于桥路段西侧,该工程建筑约6万m2,有4栋19层建筑与23栋别墅组成,地面下设一地下室。
(2)地质条件。根据勘测资料,该工程在石灰岩与岩溶地区,场地土分三层:①人工填土与耕土层;②冲击土层;③基岩。
据钻孔,场地覆土除人工填土,主要是冲击粉质粘土、中砂、粘土与粉土等,局部有淤泥质土,下伏基岩有粉晶灰岩,起伏较大。由于岩溶发育,钻孔部分有溶洞,溶洞顶土层中有土洞。
(3)基础设计和施工。①基础选择。根据场地地质勘察,本工程基础用高强混凝土管桩,桩端需支撑在石灰岩上,基岩面起伏大,使桩端接触过窄,易产生断桩。若用天然筏基础,适宜为持力层太深,地下室基础需基坑支护或整体开挖,根据底板面地基静载试验该地基承载力值仅为160千帕不能满足基础需要地基承载力值不低于330千帕。根据对工程基础造价与质量进行技术与经济分析,最后用夯扩桩基础。
(4)夯扩桩的应用。根据载体夯扩桩规程知,复合载体单桩承载力值用下式估算:Ra=up∑qsinli+qpn*Ae,Ra表示单桩承载力值;up表示桩身周长,单位m;qsin表示桩侧6层土侧阻力值;li标示桩身穿6层土厚;qpa表示复合载体基土修正后持力层特征值;Ae表示等效桩端面积,随土性与贯入度变化不同。
复合夯扩桩高承载力原因有两个:一个是载体影响土层加固后桩端承载力提高;二是载体扩大桩端作用。两方面提高为桩端承载力,施工中桩体底同载体顶面有无密切结合直接影响单桩承载力,现场打桩中,体现在最后收桩能否按规程和设计要求控制贯入度,实践表明,最后贯入度偏大会导致承载力不足。本工程建筑夯扩桩桩径为580mm,持力层是黏土层,最小桩长5m,单桩承载力值1500kN,桩距3.5倍桩径,最后贯入度控制1.5~2.0;多层建筑和别墅夯扩桩桩径为450mm,持力层是黏土层,最小桩长5m,单桩承载力700kN,桩距3.5倍桩径,最后贯入度控制不低于2.0cm。按设计标高,基坑挖至2.5m处,开挖后再夯扩桩施工。
(5)夯扩桩方案和天然方案技术与经济分析。以本工程建筑首层地面下基础造价和工期为例分析比较技术与经济:①天然方案指天然基础,基础造价为325万元,地下室面积1500m2,折合按地下室每平方米约为2170元,总工期70d。②夯扩桩方案,基础造价224万元,地下室面积1500m2,折合按地下室每平方米约为1495元,总工期75d。
从基础造价和工期比较可知,与用天然方案相比,用夯扩桩方案经济效益显著。天然方案优点工期较短,但造价高,未计处理费用情况比夯扩桩方案增加45%,深基坑开挖与支护及地基处理等增加了施工难度;夯扩桩方案随工期长,造价低,土方开挖少,施工简便。
由于石灰岩岩溶地段地质情况复杂,地质勘察准确性受钻孔平面密度影响大,造成打桩中经常出现持力层与资料不符,对桩基施工控制不利,通过分析可知,在施工中严格控制夯扩桩贯入度,才能保证单桩承载力。
4 总 结
任何成桩法,都可能因资料偏差、施工等因素影响,部分桩有质量缺陷,夯扩桩不例外。从夯扩桩基础的工程实践中,虽然夯扩桩没预应力管桩与人工孔桩等应用普遍,但地基下部无基岩持力层,或地质不良,浅层无理想基础持力层,较好持力层在地面下不大于15m,用夯扩桩有较优经济效果。基岩埋藏深,上部土层有一定中等强度土层,可优先选夯扩桩,以获得经济效益。施工控制是前提,没有好的质量保证与施工管理,难保证桩质量,达到好的效果,应针对出现质量问题和技术关键,规范施工。

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