夯擴灌注樁在邯鄲市的工程應(yīng)用

夯擴灌注樁在xx市的工程應(yīng)用0引言垃圾夯底擴端鋼筋混凝土灌注樁〔簡稱夯擴樁〕是利用專門機械，在樁端夯填建筑垃圾和干硬混凝土，樁身采用鋼筋混凝土灌注而形成的一種新型復(fù)合材料樁。它是在沉管灌注樁和內(nèi)擊沉管夯擴樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的地基加固新技術(shù)。該樁型既是提高單樁承載力的一種有效措施，又可消納大量的建筑垃圾，清潔城市環(huán)境，節(jié)省樁體材料，降低工程造價，而且該工藝具有施工質(zhì)量容易控制、施工速度快、工期短等優(yōu)點。因而，近年來在工程中得到迅速推廣，并取得了良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。但該技術(shù)在xx市建筑地基加固中的應(yīng)用卻剛剛起步。本文在分析夯擴樁的加固機理和適用范圍的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實例驗證其應(yīng)用效果。1夯擴樁地基加固機理和適用范圍1．1地基加固機理圖1夯擴樁加固機理圖夯擴樁單樁承載力主要以樁端擴大頭支承為主，樁側(cè)摩阻力為輔的人工端承樁（圖1）。其對地基土的加固機理主要表現(xiàn)為：⑴樁周擠密作用：成樁過程中，護筒將孔位的土體擠到周圍土體中，使樁間土的密實度增加，孔隙比減小，承載力增大；同時可提高樁周土對樁的橫向擠壓力，從而增加土對樁的摩阻力。⑵樁端擠密作用：在成樁過程中，垃圾填料在夯錘強大的沖擊作用下，攜帶一定能量向周圍土體移動，同時克服土的阻力，將一部分動能傳遞給土體，本身攜帶能量不斷減少，直到和土阻力平衡，填料顆粒停止運動［1］。反復(fù)填料夯擊，形成垃圾擴大頭，對樁端地基土強制擠壓密實，從而改善樁端土的工程性質(zhì)，使其強度顯著增加，壓縮性大大降低，垃圾填料與其周圍擠密后的地基土形成良好的人工復(fù)合持力層。因擴大頭承載作用顯著，使樁的受力特性接近或達到端承樁型。⑶置換作用：樁端持力層中夯入一定數(shù)量的建筑垃圾，強制置換原來結(jié)構(gòu)較松散、強度較低的地基土，形成樁端擴大頭，從而大大提高單樁承載能力。⑷排水固結(jié)作用：在夯擊過程中，夯錘對地基土施加瞬時的巨大沖擊荷載，使地基土產(chǎn)生較大的超靜孔隙水壓力。然而，因投入的建筑垃圾是粗顆粒干料，孔隙連通性好，可作為地基土良好的排水通道，使超靜孔隙水壓力及時迅速消散,地基土得到排水固結(jié)。⑸預(yù)震作用：美國H.B.Seed等人的試驗結(jié)果表明［2］，砂土液化的特性除了與相對密度有關(guān)外，還與振動應(yīng)變史有關(guān)。在一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下，當兩試樣的相對密度相同時，要造成經(jīng)過預(yù)震的試樣產(chǎn)生液化所需施加的應(yīng)力要比未經(jīng)預(yù)震的試樣引起液化所需的應(yīng)力值提高46%。夯擴樁成樁時使地基土產(chǎn)生多次瞬間夯擊振動，對可液化土層產(chǎn)生預(yù)震作用，從而降低甚至消除地基土液化的可能性。⑹應(yīng)力擴散作用：形成擴大頭的建筑垃圾屬散體材料，其強度雖然不及凝固后的干硬砼和樁身砼，但比下伏地基土層的承載力要高得多，荷載傳遞到樁端后，可通過垃圾填料的應(yīng)力擴散作用傳遞給其下臥土層，從而減小下臥層的沉降。綜上所述，夯擴樁不但能起到一般剛性樁支承上部荷載的作用，而且具有比同等條件下的剛性樁高得多的單樁承載力。同時，夯擴樁還兼有加固樁間土和樁端持力層的雙重作用，樁與樁間土形成良好的復(fù)合地基。1.2夯擴樁的適用范圍根據(jù)目前已使用的夯擴樁工程實踐經(jīng)驗［1］［4］，該樁型對地基條件有較大的適應(yīng)能力。當?shù)鼗喜繛檐浫跬翆?，基底以?～10m左右有一層性質(zhì)較好的樁端持力層，如砂土、卵礫石、粉土或可塑～硬塑的粘性土等，且樁端持力層厚度不小于4m時效果最佳。對持力層承載力較低的粉土、粉質(zhì)粘土等，亦可通過夯擴擠密及排水固結(jié)作用，提高其承載力。2夯擴樁的設(shè)計計算夯擴樁樁基設(shè)計與一般灌注樁的主要區(qū)別在于單樁承載力特征值的確定。單樁承載力大小除由試樁確定外，初步設(shè)計時，單樁豎向承載力可按下式估算［5］：式中：Ra——單樁豎向承載力特征值；up——樁身斷面周長（m）；qsia——樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力特征值；li——樁身穿越第i層土的厚度（m）；qpa——夯擴體持力層土經(jīng)深度修正后的承載力特征值；Ae——等效樁端計算面積（m2），可根據(jù)被加固土層性質(zhì)和三擊貫入度按文獻［5］選用。樁的間距應(yīng)根據(jù)加固層土的擠密與排水性能確定，一般不宜小于1.6~2.0m。樁數(shù)、樁身配筋和承臺的設(shè)計計算以及樁基沉降計算均按規(guī)范［3］進行。3工程實例3.1工程概況xx市某圖書館，4層，框架結(jié)構(gòu)，獨立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深2.2m，二級建筑。地基方案最初選為粉噴樁或CFG樁復(fù)合地基，但都因處理后承載力低，致使基礎(chǔ)面積過大，而且樁數(shù)很多，予以放棄。后來考慮鉆孔灌注樁方案，但淺部又沒有很硬的樁端持力層。最后選用垃圾夯擴樁處理方案，采用群樁承臺基礎(chǔ)，設(shè)計單樁極限承載力≥1200KN，樁長8.5m，樁徑0.4m，總樁數(shù)895根。樁端夯擴體夯填碎磚塊，樁身灌注C20砼。3.2工程地質(zhì)條件場地地層結(jié)構(gòu)及各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標分別見表1和表2。表1場地地層結(jié)構(gòu)及承載力地層編號成因時代巖土名稱層厚(m)巖性描述承載力fK(kPa))1Q42(aal+pll)粉土1.9灰褐色，濕，稍稍密~中密。902粉質(zhì)粘土2.6黃褐色，飽和，可~軟塑，局部夾薄層粉土。1003粉土2.2灰黑色，很濕，稍~中密，局部夾薄層粉質(zhì)粘土。954粉質(zhì)粘土3.8灰黑色，飽和，軟軟塑，局部部夾粉土薄薄層，含青青磚瓦碎塊塊。1005粉土2.1灰黑色，很濕，中中密，含小小姜石，局局部夾粉質(zhì)質(zhì)粘土薄層層。1106Q41(aal+pll)粘土＞3.6未揭穿深灰~灰綠色，飽和，硬硬塑狀態(tài)，含含少量鈣質(zhì)質(zhì)結(jié)核。160注：1．樁端加固層為第5層粉土；2．地下水位埋深4.1~10.5m。3.3施工工藝及檢測結(jié)果3.3.1施工工藝夯擴樁是由建筑垃圾和干硬混凝土形成擴大端，鋼筋混凝土灌注樁身的復(fù)合材料樁。夯擴樁制樁機主要由柱狀夯錘、護筒、導(dǎo)向架、卷揚機等部分組成。其施工工藝流程為：樁位放線—樁機就位—沉護筒—填料夯實—測量貫入度—填干硬砼并夯實—安放鋼筋籠—灌注砼并搗實—提出護筒—成樁。樁底擴大頭采用建筑垃圾，主要成分為碎磚，含少量水泥及砼碎塊，有機質(zhì)不超過5%，自然級配，必要時稍加粉碎，控制最大粒徑＜20cm，收錘貫入度＜10cm，且夯錘有回彈現(xiàn)象。干硬混凝土要達到“手握成團，一捏即碎”，夯填量不小于0.3m3，并保證錘出護筒5cm以內(nèi)。鋼筋籠按標高居中放置，主筋保護層50mm。樁身灌注C20砼，坍落度控制在14~16cm，保證充盈系數(shù)在1.0以上。提出護筒時按1~1.2m/min控制。振搗要快插慢拔，一棒到底。夯錘重3.0噸，提落高度5m。表2各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標層號土層名稱含水量天然重度孔隙比飽和度液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)壓縮系數(shù)壓縮模量WγeSrWLWPIPILaEs%g/cm3%%%MPa-1MPa1粉土26.11.940.76592.330.421.88.60.50.37.52粉質(zhì)粘土29.41.920.81094.635.021.413.60.560.36.53粉土29.11.940.80996.932.222.69.60.680.38.44粉質(zhì)粘土34.31.910.93898.740.422.813.60.640.46.05粉土27.61.980.74698.929.722.57.20.720.210.16粘土25.01.990.72395.039.119.619.50.280.35.83.3.2樁基檢測結(jié)果與分析該工程共設(shè)計基樁895根，樁基施工結(jié)束28天后，按照規(guī)范[3]要求，任選9根樁進行了單樁靜載荷試驗，按最終加載量的1/10分9級施加，第一級按2倍分級荷載加荷，最大加荷1200KN；卸載分級為加載分級的2倍。單樁靜載荷試驗曲線見圖2。Q(KN)lgt(min)360KN360KN600KN480KN600KN480KN840KN720KN圖840KN720KN960KN960KN1080KN1080KNS(mm)1200KNS(mm)S(mm)1200KNS(mm)74#74#樁S~lgt曲線圖2單樁靜載荷試驗曲線從圖2可見，根據(jù)樁基極限承載力的判斷方法，檢測的9根單樁在最大豎向荷載1200kN的作用下，均未出現(xiàn)承載力極限狀態(tài)，各級荷載下的沉降穩(wěn)定時間較短，各級荷載作用下的沉降量及累計沉降量相對較小。因此，9根樁豎向極限承載力均不低于1200kN，滿足設(shè)計要求。但存在一定的沉降差異，其中640#、434#、853#、139#和819#樁總沉降變化在3.19~4.89mm之間，卸載后總回彈量為2.8~3.91mm之間，回彈率為67.84~89.66%，沉降值較小，回彈率較高；而74#、785#、439#及260#樁總沉降在6.93~8.29mm，總回彈量為3.48~5.12mm，回彈率48.95~70.85%，沉降量相對較大，回彈率較低。分析認為，產(chǎn)生上述沉降及回彈差異主要因為場地東半部原為養(yǎng)魚塘，深度達4m左右，回填后使樁周存在一定厚度的回填土，影響樁的側(cè)摩阻力。再者該部位地下水埋深淺（小于5m），土層含水量較大，這也會使樁的側(cè)阻力和端阻力有所降低，相同荷載下的沉降量增大。經(jīng)估算，工程造價比CFG樁節(jié)省約21%。因單樁承載力高，設(shè)計樁數(shù)減少一半以上，比相同樁徑而持力層為第⑥層的普通灌注樁造價節(jié)約近50%，可見經(jīng)濟效益顯著。已建成使用，效果良好。4結(jié)論〔1〕垃圾夯擴灌注樁，是處理多層甚至高層建筑軟土地基的有效方法，它具有單樁承載力高、沉降量小，節(jié)省樁材、施工快、造價低等優(yōu)