夯扩桩在建筑工程中的应用研究

摘要:首先论述夯扩桩的成桩机理、特点和适用范围,进而论述其施工工艺流程和施工操作要点。

关键词:夯扩桩;建筑工程;承载力;施工工艺

中图分类号:TU

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)21-0365-02

1 前言

夯扩桩是在沉管灌注桩施工技术、施工设备、施工工艺的基础上加以改进的桩型,以单桩承载力为主,同时起到挤密和加固地基土,提高桩端地基土强度的作用。与一般灌注桩相比,夯扩桩由于夯扩成型,在桩端处形成扩大头,桩端面积增大;同时桩端地基土得到夯实挤密,而且深层地基土也得到一定的挤密效果,故单桩承载力较高。且借助了内夯管和柴油锤的重量加压成型,提高了桩身灌注质量,还可大大减少高层建筑桩身缩颈和断桩的问题。在此,本文将主要就夯扩桩施工技术进行探讨,以供参考。

2 夯扩桩的概述

2.1 夯扩桩的成桩机理

夯扩桩是在锤击沉管桩的机械设备与施工方法的基础上加以改进,采用夯扩的方式将桩端现浇混凝土扩大成大头形的一种桩型,通过增大桩端截面和挤密桩周土,使桩的承载力大幅提高。锤击沉管夯扩桩成孔部分采用内外双管,外桩管为通心钢管,内桩管的下端封底,两管套桩长度相等,一般无桩靴。用桩锤将其打到设计深度后拔出内管,往外管内灌入一定高度的扩底混凝土,重新插入内管并将外管向上拔一定高度,锤击力经内外桩管直接传给混凝土,通过桩管的挤撑作用,将管底的混凝土夯出管外,迫使扩底混凝土向下部和四周基土挤压,能够避免缩颈、断桩等现象的发生,且大大降低施工成本,保证桩身质量。经静力触探表明,桩侧比贯入阻力提高5%-10%,扩大头比贯入阻力提高25%-35%。

2.2 夯扩桩的特点

夯扩桩实质上是一种侧壁阻力与端承力共同承载的摩擦支承桩,通过增大桩端面积和挤密地基土使单桩承载力有了很大的提高。夯扩桩有如下突出优点:

(1)由于夯扩桩是属于以夯扩头支承为主,桩侧摩阻力为辅的摩擦性端承桩,故桩底部的扩大,周围土层的挤密,都使其承载力得到了极大提高;且由于承载力的大幅度提高,故在相同荷载下桩的总数和桩承台体积都将大量减小,其基础工程造价大幅度降低。

(2)地基土挤密程度高,桩端面积大,承载力高,通过一次或二次夯扩,使桩端下被夯实土层中一定范围的土体得到了极大的密实,使强度、压缩模量相应增大,则相应减少了基础的沉降量。

(3)在内管底部放置干硬性混凝土作为薄型土塞,可有效起到止淤和短时止水作用,保证混凝土的浇注质量。

(4)桩身混凝土借助于柴油锤力量和内夯管的自重作用压密成型,这样就避免或减少了桩身缩颈和断桩等现象的产生,提高了桩身质量。

(5)夯扩桩是一种主要承受轴向力的桩,同时由于桩端部夯扩头的存在,夯扩头又进入持力层2m以上,所以不但能承受轴向压力,还具有良好的抗拔性能。

(5)施工机械轻便,机动灵活,适应性强,施工速度快、工期短、性价比高。

(7)夯扩桩用干硬性混凝土封底止淤、止水,比一般沉管灌注桩节省预制桩靴,降低成本;而与预制桩相比,其不需预制,节省了预制桩尖、铁垫圈的费用,大大缩短了施工周期、造价。

2.3 夯扩桩的适用范围

(1)夯扩桩是新型的摩擦端承桩,故其一般适用于地表下3-20m为软弱土层或不均匀软弱土层,须使夯扩端置于可塑、硬塑的粉质黏土层和中密卵砾石、粉土、砂土层等的持力层上,其埋藏深度一般不大于18m,持力层厚度不宜小于4m。

(2)上部土层为推山填海的素填土、淤泥质砂土,下部桩端持力层为软质岩;

(3)上部土层为素填土、淤泥等软土,下部桩端为硬塑粘性土,适合层数不高,单桩承载力500kN以下的多层建筑,适用于任何地区。

(4)采用合理桩径时,夯扩桩一般可应用于二、三级安全等级的6-20层工业与民用建筑物的基础工程中。

3 夯扩桩的施工工艺

3.1 施工工艺流程

桩位放线桩机就位沉护筒填料并夯实测量贯入度填干硬性混凝土夯实放入钢筋笼灌注混凝土并振捣成桩。

3.2 施工操作要点

(1)桩机就位:在就位过程中通过枕木的铺设将机座调平,架调直,必须保持垂直、平稳,确保在施工中不会发生倾斜、移位在内、外桩管上作出控制深度标记,以便施工中进行套管土深度和夯扩投料高度的观测;

(2)以三击贯入度控制夯扩体的投料量小于0.5m3,且不大于1.8m3为宜。当投料量大时,应调整桩或改变施工参数。在夯击后地面隆起不得大于50mm;填料以满足最后三击贯入度小于10cm作为控制标准;

(3)扩大头混凝土的坍落度应为60mm-80mm,桩身混凝土坍落度控制在80mm-120mm,并在拔管前、后用插入式振捣器将桩上部4m以内混凝土振捣密实;混凝土的搅拌时间,每槽应不少于120s;

(4)先在地表桩位上放置4铲-6铲与桩身强度等级相同的干硬性混凝土止淤,然后用水泥袋装好设计强度等级干硬性混凝土30kg以上放在桩位中心,堆成小堆,把套管对准桩位中心,压在干硬性混凝土上进行沉管;

(5)内管、外管、加颈圈对准桩位套好,用柴油锤锤击桩管至设计深度(干混凝土随之落入桩底);把内夯管从桩管内抽出,卸去加颈圈,灌入制作夯头所需的1/3混凝土量;

(6)把锤和内管压在混凝土上,然后拔起外桩管60cm,放下内夯管并锤击,在锤击力作用下,将套管内的混凝土打出,并使内外管同时沉管40crn-60cm;

(7)再次锤击内夯管至设计深度;

(8)拔出内夯管,放入设计所需的钢筋笼,并保证其纵向主筋按设计要求锚入承台500mm的长度,并应低于桩灌注混凝土面200mm;然后在外管上套好加颈圈(加颈圈可调节高度,以满足桩身所露出高度),灌入混凝土至桩顶标高外再增加充盈量部分,锤击内夯管,一边拔管,一边加压,拔管速度控制在1.5m/min,在软弱土层及软硬土交界处控制在1.0m/min,桩管拔出地面,即成桩;成桩后要做好产品保护工作,混凝土未达到设计强度100%时,不允许车辆在桩顶上行走,以免破坏桩体。

4 结语

综上所述,夯扩桩是一种较经济的高承载力桩型,在适宜的工程地质条件下,其具有提高单桩承载力,提高生产率,节约建设资金、施工质量容易控制、施工速度快等优点。所以,在具备条件的工程中推广夯扩混凝土桩施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。

参考文献

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