摘要：載體樁因造價(jià)低、施工方便、單樁承載力高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但在應(yīng)用中也出現(xiàn)過一些問題。本文以鄭州西部某載體樁應(yīng)用為例，根據(jù)巖土工程條件和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比進(jìn)行樁基選型，論述載體樁施工與復(fù)壓處理后所遇到的問題，結(jié)合載體樁的作用原理、場地地質(zhì)條件、測樁結(jié)果對(duì)出現(xiàn)問題的原因進(jìn)行系統(tǒng)性分析，針對(duì)問題提出了處理措施的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，為類似工程應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：載體樁;承載力;靜載試驗(yàn);深基礎(chǔ)
載體樁又稱復(fù)合載體夯擴(kuò)樁，是由混凝土樁身和載體構(gòu)成的樁。載體是樁身以下經(jīng)夯實(shí)形成的承載體，分為填料載體和無填料載體[1]。載體具有擠密地基，擴(kuò)大樁端面積的雙重作用，可以有效提高單樁承載力。郭志勇等認(rèn)為載體樁因其擠土功效而使單樁極限承載力要比采用傳統(tǒng)的人工挖孔擴(kuò)底樁提高約15%，比非擴(kuò)底的人工挖孔或鉆孔灌注樁的單樁極限承載力提高約30%以上[2]。
杜明芳等通過載體樁基礎(chǔ)單樁靜載荷試驗(yàn)和載體樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，分別對(duì)兩種方案承載力計(jì)算值和試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)樁側(cè)摩阻力的影響進(jìn)行了分析，認(rèn)為載體樁在達(dá)到極限荷載時(shí)沉降隨荷載的變化呈陡降型，載體樁基礎(chǔ)和載體樁復(fù)合地基在密實(shí)砂土持力層中承載力的計(jì)算值均偏于保守[3]。
近年來，載體樁因造價(jià)低、單樁承載力高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，受地質(zhì)條件、施工工藝等因素影響也出現(xiàn)過一些問題。本文以鄭州西部某載體樁工程應(yīng)用為例，根據(jù)巖土工程條件和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比進(jìn)行樁基選型，論述載體樁檢測與復(fù)壓處理前后所遇到的問題，結(jié)合樁的作用原理對(duì)問題原因進(jìn)行系統(tǒng)性分析，針對(duì)問題提出了處理措施的觀點(diǎn)，為本地區(qū)及周邊載體樁的應(yīng)用提供參考。
1工程概況
某新建廠房位于鄭州市西部的高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，主廠房為地上1層的框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立承臺(tái)基礎(chǔ)型式，基礎(chǔ)埋深2.0m，設(shè)計(jì)單柱荷載值2300kN。
1.1場地地質(zhì)條件
工程場地地貌單元屬于山前微傾斜平原[4]，地層以第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)的粉土為主，自上而下分別為：第①1層，雜填土(Q4ml)，雜色，稍濕，松散，以碎石、碎磚、混凝土塊等建筑垃圾為主，平均層厚2.31m;第①層，粉土(Q4al)，褐黃色，稍濕，中密，中等壓縮性土層，平均層厚1.25m;第②層，粉土(Q3al)，黃褐色，稍濕，密實(shí)，中等壓縮性土層，平均層厚3.63m;第③層，粉土(Q3al)褐黃色，稍濕，密實(shí)，中等壓縮性土層，平均層厚1.52m。
第④層，粉土(Q3al)，黃褐色，稍濕，密實(shí)，中等壓縮性土層，平均層厚1.90m;第⑤層，粉土(Q3al)，褐黃色，稍濕，密實(shí)，中等壓縮性土層，平均層厚4.06m;第⑥層，粉土(Q3al)，褐黃色，稍濕，密實(shí)，中等壓縮性土層，平均層厚2.43m;第⑦層，粉質(zhì)黏土(Q3al)，棕黃色，可塑—硬塑，中等壓縮性土層，平均層厚3.09m。場地地下水類型為第四系孔隙潛水，水位埋深在35.0m以下。
1.2巖土工程參數(shù)與樁基選型
根據(jù)勘察資料，淺部地基土以第四系的粉土為主，承載力特征值都在120kPa以上，各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和巖土工程參數(shù)見表1。場地地下水埋深較大，對(duì)設(shè)計(jì)和施工影響不大。主廠房設(shè)計(jì)采用樁+承臺(tái)的基礎(chǔ)型式，可選用鉆孔灌注樁、CFG樁及載體樁。除雜填土外，場地土層分布均勻，附近項(xiàng)目多采用CFG樁復(fù)合地基，CFG樁各土層的設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。鉆孔灌注樁造價(jià)高，且施工中產(chǎn)生的泥漿排放受防治污染管控影響較大，一般不被采用，CFG樁和載體樁施工都不產(chǎn)生泥漿。
以樁徑450mm、樁長10.0m的CFG樁和樁徑430mm、樁長10.0m的載體樁為研究對(duì)象，進(jìn)行單樁豎向承載力的分析對(duì)比。通過JGJ94-2008中公式5.3.5可以計(jì)算出CFG樁的單樁豎向承載力[5]。根據(jù)附近場地載體樁的三擊貫入度經(jīng)驗(yàn)值，計(jì)算出載體等效計(jì)算面積Ae，通過JGJ/T135-2018中公式4.2.3-1可計(jì)算出載體樁的單樁豎向承載力[1]。
相同樁長和樁徑相差不大的載體樁和CFG樁單樁豎向承載力特征值分別為433.4kPa和1140.0kPa，載體樁單樁豎向承載力是CFG樁單樁豎向承載力的2.63倍。采用載體樁可以大幅度減少工程量，而且可以消化現(xiàn)場的部分磚塊、混凝土碎塊等建筑垃圾。從工程造價(jià)、工期、施工條件等方面綜合對(duì)比，最終決定承臺(tái)下樁基采用載體樁。根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖，載體樁樁徑430mm，樁長9.0m、10.0m，且樁端進(jìn)入第⑤層粉土≥500mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。施工要求最后三擊貫入度≤10cm，單樁豎向承載力特征值≥1100kN。
2應(yīng)用中遇到的問題
2.1測樁發(fā)現(xiàn)的問題
為檢驗(yàn)工程效果，載體樁施工56根后按照J(rèn)GJ106-2014相關(guān)要求進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測[6]。先采用低應(yīng)變法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果：I類樁(完整樁)8根，占比14.29%;II類樁(基本完整樁)38根，占比67.86%;Ⅲ類樁(缺陷樁)7根，占比12.50%;Ⅳ類樁(嚴(yán)重缺陷樁)3根，占比5.35%。后隨機(jī)抽取3根樁，采用靜載荷試驗(yàn)法檢測單樁豎向承載力，檢測結(jié)果差異性較大[7]。
其中0152號(hào)試樁檢測結(jié)果滿足要求，荷載值加到了設(shè)計(jì)值2200kN，樁頂最大沉降量為8.02mm，卸荷后最大回彈量4.82mm，回彈率60.1%。0138號(hào)試樁荷載值也加到了設(shè)計(jì)值2200kN，樁頂最大沉降量8.61mm，卸荷后最大回彈量3.98mm，回彈率46.2%。0142號(hào)樁檢測過程中，荷載值加至1325kN時(shí)，樁頂沉降為8.21mm，當(dāng)加載值至1540kN時(shí)，樁頂沉降迅速增加，最大值63.83mm。卸荷后回彈量僅2.98mm，回彈率僅4.7%，樁頂沉降超過規(guī)范要求，加載值未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2.2復(fù)壓處理及遇到的問題
現(xiàn)場分析認(rèn)為樁頂沉降值大是由于相鄰樁施工影響造成，即后期樁基施工造成之前施工樁周邊的土體隆起，以致樁頂沉降量超標(biāo)，單樁承載力應(yīng)該問題不大。處理措施是在全部樁基施工完成且樁身混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，對(duì)樁逐個(gè)進(jìn)行復(fù)壓處理，復(fù)壓的壓力控制值為單樁豎向承載力極限值2200kN。復(fù)壓處理前后分別采用低應(yīng)變法檢測了樁身完整性，并各隨機(jī)抽取3根樁采用靜載荷試驗(yàn)法檢測單樁豎向承載力。通過兩次樁基檢測結(jié)果對(duì)比可以看出，除0142號(hào)樁等少數(shù)樁外，樁身完整性和單樁豎向承載力的指標(biāo)都沒有明顯提高，反而出現(xiàn)一定程度的下降，沒有達(dá)到預(yù)期的處理效果[8]。
3題原因分析
3.1載體樁的作用機(jī)理
從受力上分析，載體樁是一種擴(kuò)展基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載通過樁體傳遞到載體后，應(yīng)力在干硬性混凝土、填充料和擠密土體中逐級(jí)擴(kuò)散，形成多級(jí)的擴(kuò)展基礎(chǔ)，最終將荷載傳遞到持力層中。由于載體樁的樁長較短，且樁端為擴(kuò)大頭，樁身只相當(dāng)于傳力桿，載體相當(dāng)于無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)。從載體的干硬混凝土、夯實(shí)填充料到擠密土體，其壓縮模量逐漸降低，應(yīng)力逐漸擴(kuò)散。
載體樁發(fā)揮作用的核心是載體質(zhì)量和樁端土體的擠密作用。不同于CFG樁的承載力是依靠增加樁長，利用樁和樁間土的共同作用將荷載傳遞到深層地基土中[9]。載體樁的載體質(zhì)量和作用效果是提高其承載力的重中之重，而且載體下方必須要有好的持力層;其次，樁身質(zhì)量也非常重要。
3.2樁頂沉降原因分析
一般來說，可能造成載體樁產(chǎn)生過大豎向沉降的原因包括3方面：①樁身或樁底干硬混凝土破壞產(chǎn)生豎向位移;②填充料不密實(shí)，受壓縮后變形造成沉降;③載體下方的擠密土體受壓縮產(chǎn)生變形。首先，本工程載體樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，鋼筋籠通長配置，加密區(qū)長度2.2m。經(jīng)計(jì)算，樁體在有良好樁周土側(cè)限的情況下可以承受1745.0kN以上，加荷載值在1540kN時(shí)樁體不會(huì)發(fā)生破壞現(xiàn)象，樁體壓縮值也不會(huì)超過10mm。載體下方是中密狀態(tài)的粉土層，受設(shè)計(jì)荷載狀態(tài)下不會(huì)產(chǎn)生超過20mm的沉降，而且不會(huì)產(chǎn)生驟然的變化。
4對(duì)性措施
根據(jù)本工程載體樁應(yīng)用中所出現(xiàn)的問題，綜合分析原因后分類制定防控和應(yīng)對(duì)措施[11]。針對(duì)因樁周土體隆起造成樁頂沉降值超標(biāo)的樁，應(yīng)根據(jù)樁端持力層土質(zhì)情況，合理調(diào)整樁間距及施工順序，必要時(shí)采用螺旋鉆機(jī)成孔，以減少后續(xù)施工對(duì)鄰樁的影響。對(duì)于樁身不存在質(zhì)量缺陷的樁，雖然通過復(fù)壓方式處理對(duì)降低樁頂沉降量有一定效果，但也應(yīng)盡量不采用這種處理方式，避免復(fù)壓對(duì)樁體造成破壞。在周圍距離建筑物較近時(shí)，錘擊法擠擴(kuò)成孔還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏p振、隔振措施，控制施工對(duì)環(huán)境造成的不良影響。施工前，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求施工試樁，檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行工程樁施工[12]。
應(yīng)從以下幾個(gè)方面調(diào)整施工工藝，控制樁身質(zhì)量：①采用柱錘夯擊成孔時(shí)護(hù)筒跟進(jìn)，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，柱錘夯出護(hù)筒底一定深度，再分批向孔內(nèi)投入填充料，反復(fù)夯實(shí)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再填入干性混凝土，并充分夯擊，形成載體，施工混凝土樁身時(shí)，嚴(yán)格控制混凝土塌落度和灌注速度，確保灌注質(zhì)量，避免出現(xiàn)樁身質(zhì)量缺陷[13];②施工中控制相鄰樁的上浮量，混凝土終凝后的相鄰樁的上浮量控制在15mm左右，混凝土處于流動(dòng)狀態(tài)的相鄰樁的上浮量控制在40mm左右;③在滿足上浮量控制要求的前提下，以三擊貫入度控制載體樁的填料量。
建筑論文范例： BIM自動(dòng)全站儀在建筑工程施工中的應(yīng)用
5載體樁是通過載體發(fā)揮作用，作為傳力桿件的樁體也非常重要，通過該項(xiàng)目載體樁應(yīng)用情況的分析，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①載體樁受相鄰樁施工影響較大，且不同土質(zhì)對(duì)擠密效應(yīng)的敏感度不同，為避免相鄰樁的相互影響，不同土質(zhì)的持力層其最小樁間距應(yīng)有不同的要求;②載體樁樁身質(zhì)量是影響其發(fā)揮作用的重要環(huán)節(jié)，樁身混凝土澆筑和振搗應(yīng)滿足均勻性和密實(shí)性的要求，保證樁身質(zhì)量完整性良好;③對(duì)于樁身沒有質(zhì)量缺陷而樁頂沉降超標(biāo)的樁，采用復(fù)壓方式處理可以達(dá)到一定效果，但復(fù)壓前應(yīng)綜合考慮各種因素，謹(jǐn)慎采用，避免復(fù)壓過程中破壞樁身質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
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[3]杜明芳，王青山，李帥兵.載體樁在鄭東新區(qū)密實(shí)砂土持力層中的實(shí)驗(yàn)研究[J].工程勘察，2014，42(3)：24-27.
[4]河南工程水文地質(zhì)勘察院有限公司.鄭州宏鑫紡織染整有限公司新建廠房項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告[R].鄭州：河南工程水文地質(zhì)勘察院有限公司，2017.12
[5]JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].[6]JGJ106-2014，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].
作者：趙建糧1，王剛1，郭媛1，王爍2
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