小议夯扩桩在建筑地基处理的应用

摘要：夯扩桩是建筑工程中常用的一种地基加固处理方法，它在条件适宜的15层以下建筑物中广泛使用。它在普通沉管灌注桩的基础上，利用柴油锤和内夯管将外夯管中的混凝土进行夯击， 实现桩底混凝土形成密实扩大头，增大桩端直径，在桩端形成“人造持力层”，既可消除桩端应力集中现象，又能提高桩土承载力，它具有充分利用桩身混凝土强度和发挥持力层承载能力的双重效益。本文对建筑地基施工中夯扩桩的特点及施工工艺要点进行讨探。

关键字：夯扩桩；民用建筑；技术特点；施工要点

一、夯扩桩的特点

夯扩桩具有以下优点：①成桩质量高，不易出现普通灌注桩易发生的断桩、缩颈、夹渣等质量问题；②工程综合造价低，据有关资料统计表明，夯扩桩的工程综合造价约为沉管灌注桩的5O～609/6，钻孔灌注桩的5O，预制桩的40～50％；③无泥浆污染，夯扩桩的施工不需要泥浆护壁，施工现场干净整洁；④承载能力高，试验资料表明，在地质条件基本相同的条件下,夯扩桩的单位体积的承载能力(kN/m。)比一般的沉管灌注桩的承载能力提高30～100；⑤ 施工进度快，同时夯扩桩还存在如下几方面不足：①遇中间硬夹层，桩管很难沉入；②遇承压水层，成桩困难；③振动较大，噪声较高；④扩大头形状很难确定和保证。因此，如何在工程应用中尽可能地克服这些不足，充分发挥夯扩桩在建筑地基加固中的优势就成了近年来许多基础工程界研究者研究的课题。

二、施工特点

1．合理地选择桩锤是保证施工顺利进行的重要因素，桩锤应根据工程地质条件、桩径、桩长、单桩竖向承载力、桩密度及现场施工条件等因素，通过试成桩合理选择使用。

2．止淤封底措施成功与否是无桩尖夯扩桩施工成败的关键，因此正式施工前必须进行试成孔试验，发现问题及时采取措施，以确保止淤封底效果良好。

3．夯扩桩施工工艺参数(H、h、h-c)的正确选择与否是衡量设计是否合理，施工是否切实可行的关键。对桩端持力层而言，砂土比粘性土H值(外管混凝土高度)宜大些；性质差一些砂土比性质好一些砂土的H值宜大些。外管上拔高度h一般取（0.40-0.55)H，施工中一般取0.8m～1.5m。

三、施工要点

1、混凝土制作与灌注要点

(1)混凝土的坍落度扩大头部分以40-60mm为宜，桩身部分以l00-l40mm

(d≤426mm时)及8O-100mm(dt≥450mm时)为宜；

(2)扩大头部分的灌注应严格按夯扩次数和夯扩参数进行；

(3)当桩较长或需配置钢筋笼时，桩身混凝土宜分段灌注，混凝土顶面应高出

桩顶0.3-0.5m。

2、拔管要点

(1)在灌注混凝土之前不得将桩管上拔，以防管内渗水；

(2)以含有承压水的砂层作为桩端持力层时，第一次拔管高度不宜过大；

(3)拔外管时应将内夯管和桩锤压在超灌的混凝土面上，将外管缓慢均匀地上拔，同时将内夯管徐徐下压，直至同步终止于施工要求的桩顶标高处，然后将内外管提出地面。

(4)拔管速度要均匀，对一般土层以l-2 m/min为宜，在软弱土层中和软硬

土层交界处以及扩大头与桩身连接处宜适当放慢。

3、打桩顺序

打桩顺序的安排应有利于保护已打人的桩不被压坏或不产生较大的桩位偏差。一般采用退打法。当桩中心距大于4倍桩身直径时，按顺序作业，否则采用跳打法，以减少相互影响。

4、桩管人土深度的控制

夯扩桩由于其端承为主摩擦为辅的承载性状，桩管人土深度的控制应坚持以贯人度为主，设计持力层标高对照为辅。《建筑桩基技术规范)(JGJ94-94)第6.4．2.3条对贯人度的控制提出如下要求：“必须准确测量最后三阵，每阵十锤的贯人度及落锤高度”。所以收锤的标准一般以试成桩时相应的锤重与落距所确定的贯人度为主，以设计持力层标高相对照为辅。

5、挤土效应

大片密集型夯扩桩基施工的挤土效应不容忽视,对此应制订相应减少挤土效应的措施。比如：扩桩施工前宜进行试成桩。对短桩可挖出夯扩头，实测夯扩头直径、高度，以便有更直观、准确的把握；对长桩可根据规范提供的经验公式计算，根据实测或计算结果调整、确定桩距、桩数及各项施工控制参数，并尽量加大桩距、减少桩数，以减轻施工过程中的挤土、隆土现象。

四、夯扩桩的设计

1、扩大头直径的设计

研究表明：夯扩桩的承载能力主要通过扩大头来实现，同时在扩大头的形成过程中对周边土产生挤士效应，具有加密夯实土体的效应。因此，夯扩桩的设计主要是扩大头直径的设计，夯扩桩属于端承桩，扩大头直径主要是根据端承桩桩端土的承载力标准值来进行设计,夯扩桩的扩大头计算直径(见图)可按以下公式计算式中：

a-扩大头修正系数(0.8～1.0)；

d-桩身设计直径,其余符号见图.

针对工程，按照平均桩长9m，桩身直径400mm计算，经一次夯扩后取H=2.8m，h=1.1mcO.6m计算出扩大头直径DO.57m

2、单桩容许承载力的设计

在夯扩桩复合地基中，由于桩体的变形模量比桩间土的变形模量大得多，因此作用在桩间土上的应力也比作用在桩体上的应力小得多．夯扩桩复合地基的单桩容许承载力主要由桩间土决定．根据《地基基础设计规范))GBJ7-89，单桩竖向承载力标准值的经验公式如下：

式中：Rk一单桩竖向承载力标准值,kN；

D-扩大头直径的计算值，m；

qp-桩端土的承载力标准值，kPa；

d-桩身设计直径,m；

qo-桩周第i层土的摩擦力标准值,kPa；

li-桩周第i层土的厚度，m。

由公式(2)可知，单桩竖向承载力由两部分组成；桩周摩擦力和桩端阻力,也就是说，在实际工程中为提高单桩竖向承载力一般都需要增大桩径以提高桩周摩擦力或者尽可能地将桩的持力层选在压缩模量E值高的坚硬土层，但这些都是以增加桩身混凝土为代价的。因此如何合理地选择桩径及持力层是夯扩桩取得较高加固效果和较好经济效益的关键。根据现场地质条件，选土层残积粉质粘土层作持力层，桩端进入持力层1.0m左右，桩长6～12m，桩身直径(外夯管内径)400～450mm，根据单桩容许承载力标准值的经验公式推估出单桩竖向承载

力R～650kN。

3、最优桩间距的确定

夯扩桩的最优桩距的确定对于提高复合载体夯扩桩的技术经济效益有着十分重要的作用。结合工程实践经验，最小桩间取夯扩体直径的1.6倍或桩径的4倍，实践表明：在粘土持力层中，当桩间距小于3倍桩径时，夯扩所需能量明显提高，夯扩体形成时的侧向挤土压力对相邻夯扩土体产生向外向上移动，从而产生质量隐患，当桩距大于5倍桩径后，夯扩体不再有明显的向外向上位移，为把夯扩扰动影响控制在合理范围内，最优桩间距确定为4倍桩径。

五、结语

夯扩桩是一种以桩端夯扩头承载为主，桩侧摩阻力为辅的桩型，适用于地表下5～l8m有一层较硬的桩端持力层(N63.5>10)，如卵砾石、砂性土、粉土或可塑、硬塑状粘土层，最宜用于孔隙水压力易消散的持力层。近年来，随着夯扩桩施工机械的不断改进和发展，逐渐采用大直径沉管，夯扩桩的承载力也向高的方向发展。