張 謙

(澤州縣建筑設(shè)計(jì)室，山西 晉城 048000)

關(guān)于載體樁在軟土地基中設(shè)計(jì)與施工的總結(jié)

張 謙

(澤州縣建筑設(shè)計(jì)室，山西 晉城 048000)

結(jié)合載體樁的工作機(jī)理和適用范圍，對(duì)載體樁在巴公中學(xué)圖書信息樓工程中的應(yīng)用技術(shù)作了研究，通過(guò)計(jì)算單樁承載力與沉降量，闡述了載體樁的設(shè)計(jì)方法，并針對(duì)影響載體樁承載力的常見(jiàn)問(wèn)題提出了解決方法，為載體樁的應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

載體樁，基礎(chǔ)，承載力，設(shè)計(jì)

1 載體樁的工作機(jī)理和適用范圍

1)載體是由混凝土、夯實(shí)填充料、擠密土體三部分構(gòu)成的承載體。載體樁由兩部分組成，即上部的鋼筋混凝土樁身和下部的載體。載體樁通過(guò)柱錘夯擊成孔，待護(hù)筒到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，不斷填入建筑垃圾再用重錘反復(fù)夯實(shí)，通過(guò)三擊貫入度、填入量等技術(shù)指標(biāo)來(lái)控制夯實(shí)的密實(shí)程度，最后再添加一定量的干硬性混凝土并夯實(shí)，這樣就形成由內(nèi)向外分別為干硬性混凝土、填充料和擠密土體形成的加固載體，從而使樁端土體得到最優(yōu)的密實(shí)，有效地將上部荷載傳遞給下面的持力土層，從而大大提高土體的承載力。載體樁結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2)載體樁持力層是直接承受載體樁傳遞荷載的土層，被加固土層是指載體所在的土層。故選擇的持力層必須能夠滿足上部結(jié)構(gòu)的荷載和變形的要求，也就是說(shuō)當(dāng)上部結(jié)構(gòu)的荷載通過(guò)載體傳遞到所選持力層時(shí)，該持力層土層的地基承載力必須大于上部結(jié)構(gòu)所傳遞下來(lái)的壓力，同時(shí)地基持力土層的變形也必須滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求。而選擇的被加固土層也須滿足土體的被加固性。根據(jù)JGJ 135—2007載體樁設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，被加固土層宜為碎石土、砂土、粉土及可塑、硬塑狀態(tài)的粘性土，但由于粘性土細(xì)顆粒較多，顆粒之間的粘聚力大，被加固性較其他幾種土相對(duì)差些，尤其是軟塑～流塑狀態(tài)的粘性土，由于其一般含水量高，可加固性差。因此宜優(yōu)先選用顆粒較粗的土體作為被加固土層。

3)當(dāng)載體樁持力層為含水量較大的粘性土?xí)r，試樁施工完畢后，應(yīng)重點(diǎn)觀測(cè)負(fù)水壓力的影響，不要被“假象三擊貫入度”所迷惑；當(dāng)試樁不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮改換填充料材質(zhì)，有時(shí)因地制宜選用三七灰土可以得到很好的效果。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

澤州縣巴公鎮(zhèn)政府巴公中學(xué)圖書信息樓位于山西省晉城市澤州縣巴公鎮(zhèn)巴公一村村東南部，本工程地上5層，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為載體樁基承臺(tái)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-2.000 m。根據(jù)太原市興華巖土工程勘察質(zhì)量檢測(cè)有限公司2010年5月提供的《澤州縣巴公鎮(zhèn)中學(xué)二期工程巖土工程勘察報(bào)告》<詳勘>，場(chǎng)地土分布如表1所示。

表1 場(chǎng)地土層分布表

該場(chǎng)地土類別為Ⅱ類,擬建場(chǎng)地為較穩(wěn)定性場(chǎng)地，天然地基視為不均勻地基，場(chǎng)地土無(wú)液化；勘察期間無(wú)地下水。依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告和該工程上部結(jié)構(gòu)體系,設(shè)計(jì)單位經(jīng)性價(jià)比分析，優(yōu)先推薦采用載體樁承臺(tái)基礎(chǔ),設(shè)計(jì)方案為樁徑450 mm,樁長(zhǎng)7.60 m～13.5 m,承臺(tái)下布樁。樁端進(jìn)入第③層粉質(zhì)粘土層不小于1.5 m，共布樁177根。載體樁必須進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)和豎向承載力檢測(cè)；依據(jù)JGJ 135—2007載體樁設(shè)計(jì)規(guī)程的規(guī)定及該工程的重要性類別(學(xué)校類建筑為乙類)，本工程樁樁身完整性檢測(cè)數(shù)量為總樁數(shù)的100%，即177根工程樁全部進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，且均為Ⅰ類樁；工程樁承載力檢測(cè)采用靜載荷試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)量為30根，且均可滿足工程要求。

2.2 載體樁的設(shè)計(jì)

1)單樁承載力的計(jì)算。載體樁的樁身只是一個(gè)傳力桿，只需樁身將上部荷載傳遞給復(fù)合載體即可，根據(jù)自己多年設(shè)計(jì)的工程經(jīng)驗(yàn)，本工程地上僅有5層，建筑荷載相對(duì)較小，選用φ450樁就可滿足樁身強(qiáng)度要求。根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，選第③層粉質(zhì)粘土為本工程地基持力土層，該土層為中壓縮性土，地基承載力特征值較高，很適合作為本工程復(fù)合載體的持力層；依據(jù)基底標(biāo)高，確定設(shè)計(jì)載體樁有效樁長(zhǎng)為8.2 m。

依據(jù)《載體樁設(shè)計(jì)規(guī)程》，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為：

Fa=160+1.6×14.3×(8.2+2.0-0.5)=381.94 kPa。

初步確定三擊貫入度為15 cm，根據(jù)規(guī)范查表Ae取值為2.20 m2，故:

Ra=faAe=381.94×2.2=840.27 kN。

本次設(shè)計(jì)暫取單樁承載力為800 kN。

設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C25，即fc=11.9 N/mm2，樁身混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算：

成煤后期為內(nèi)陸環(huán)境，以內(nèi)陸中的河床相和泥炭沼澤相沉積為主。河流對(duì)煤層的沖蝕明顯增強(qiáng)。這種趨勢(shì)直至泥炭沼澤環(huán)境(坑洼處)大面積砂巖、泥巖的生成。晚期受秦嶺-大別山古陸和華夏系構(gòu)造影響(晉豫交界)，整個(gè)區(qū)域過(guò)渡為河流發(fā)育的沖積平原，沉積了厚度比較穩(wěn)定的中細(xì)粒砂巖。

0.7fcAp=0.7×11.9×3.14×450×450/4=1 324 kN。

大于800 kN，樁身混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2)樁身配筋按構(gòu)造要求進(jìn)行。

3)沉降驗(yàn)算。依據(jù)規(guī)程公式4.5.7-1與4.5.7-2，經(jīng)計(jì)算載體樁變形s=24.2 mm，滿足規(guī)范要求。

2.3 試樁

1)通過(guò)試樁確定土層分布情況、設(shè)計(jì)參數(shù)選取、三擊貫入度等，以指導(dǎo)下一步工程樁的大面積施工。

2)工程樁施工前應(yīng)先試樁，每項(xiàng)單體工程不得少于3根，滿足設(shè)計(jì)要求后方可正式施工。

2.4 影響載體樁承載力的常見(jiàn)問(wèn)題及解決思路

1)三擊貫入度。載體的形成主要依靠重錘反復(fù)夯實(shí)填充料，而夯實(shí)的密實(shí)程度主要用三擊貫入度來(lái)衡量；但對(duì)于含水量比較大且滲透性比較好的土層時(shí)，由于取出夯錘后馬上會(huì)有水進(jìn)入夯坑，這樣再加入填充料夯擊時(shí)，所反映的三擊貫入度就會(huì)由負(fù)水壓力貢獻(xiàn)一部分，而隨著時(shí)間的推移，負(fù)水壓力又會(huì)慢慢釋放，從而造成載體樁承載力的降低；例如，澤州縣殘疾人康復(fù)中心為地下2層，地上11層，載體樁施工時(shí)適逢雨季，再加上地基持力層自身含水量較大，三擊貫入度達(dá)到10 cm時(shí)，工程試樁承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，最后采用三七灰土進(jìn)行水封后，三擊貫入度僅達(dá)到15 cm時(shí)，工程試樁承載力就能滿足設(shè)計(jì)要求。

2)相鄰樁的相互影響。對(duì)于夯擴(kuò)成孔載體樁，一方面是樁身形成時(shí)要對(duì)周側(cè)土體進(jìn)行擠壓；另一方面是載體形成時(shí)夯填填充料的過(guò)程中對(duì)載體周側(cè)土體進(jìn)行擠密；這種施工工藝對(duì)周邊土體擠密程度非常大，處理不當(dāng)往往會(huì)對(duì)鄰樁造成縮頸，甚至斷樁。特別是對(duì)于粉質(zhì)粘土，在間距不太大且大面積載體樁施工后極易造成相鄰樁向上平移，最終影響載體樁的地基承載力等。比如，晉城某煤礦職工公寓樓，恰巧載體樁的被加固土體和載體樁的持力層均為粉質(zhì)粘土，場(chǎng)地正方形布置載體樁且間距為1.8 m，采用間隔跳打；靜載荷試驗(yàn)時(shí)荷載加到600 kN時(shí)突然沉降3.6 cm。對(duì)于間距較小且滿堂布置時(shí)，我們往往采用預(yù)鉆孔成孔，或盡量選地基承載力特征值較高的土層作為持力層(減少填充量及載體的體積)等來(lái)滿足工程的要求。

3)樁身與載體結(jié)合處處理不當(dāng)。載體樁主要由兩部分組成，即樁身和載體；樁身作為傳力桿主要用來(lái)將上部荷載傳遞給載體；載體用來(lái)將傳遞來(lái)的荷載再二次傳遞給地基土體；可見(jiàn)當(dāng)二者不能協(xié)調(diào)作用時(shí)，將直接影響到載體樁的承載能力，因此，樁身與載體結(jié)合處的承上啟下作用也是至關(guān)重要的。比如，某工程施工完靜載荷試驗(yàn)時(shí)，對(duì)承載力不滿足要求的樁開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)樁身與載體間夾有厚度不等的土體。對(duì)此，采取措施嚴(yán)密控制施工工藝和程序，并預(yù)檢測(cè)樁身完整性，發(fā)現(xiàn)樁身與載體結(jié)合處出現(xiàn)夾土現(xiàn)象，及時(shí)錘擊樁頂消除不結(jié)合現(xiàn)象。

3 總結(jié)及建議

1)載體樁樁身作為傳力桿件，載體相當(dāng)于無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，該方法充分利用了地下較硬土層和鋼筋混凝土的強(qiáng)度，有效提高了地基承載力，大量節(jié)約了建筑材料；該工程節(jié)省費(fèi)用達(dá)到了20%～30%，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

2)建議在施工前期和施工中要加強(qiáng)管理，采用信息化動(dòng)態(tài)施工；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)可能出現(xiàn)的一些情況提前預(yù)判，做到未雨綢繆，盡量減少質(zhì)量事故的發(fā)生，對(duì)已發(fā)生的問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)采取必要的措施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解決，如情況比較嚴(yán)重或復(fù)雜，應(yīng)及時(shí)通知建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位等相關(guān)單位到現(xiàn)場(chǎng)排除，保證工程樁的質(zhì)量安全。

3)該工程設(shè)計(jì)未考慮群樁效應(yīng)的作用，而實(shí)際工程中均為群樁，故應(yīng)在以后的設(shè)計(jì)施工中，充分考慮群樁效應(yīng)的影響，將會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 135—2007，載體樁設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[3] 龔曉南.地基處理手冊(cè)[M].第3版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[4] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 楊啟安.載體樁的設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].建筑結(jié)構(gòu)，2005(sup):18-19.

Summary on the carrier pile design and construction in soft soil foundation

Zhang Qian

(ZezhouBuildingDesignOffice,Jincheng048000,China)

Combining with carrier pile working mechanism and application scope, the paper studies the application technology of carrier pile in Bagong middle school library information building engineering, describes the carrier pile design methods through calculating the single pile bearing capacity and settlement, and puts forward solving methods to common bearing capacity problems of carrier pile, which has accumulated experience for carrier pile application.

carrier pile, foundation, bearing capacity, design

2014-11-20

張 謙(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0076-02

TU471.8

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