载体桩在密实砂土持力层中的应用分析研究

摘 要：载体桩具有施工工艺简单、承载力高、桩身质量好、造价低等优点，具有广阔的应用前景。密实的砂土具有承载力高压缩性低等优点，是良好的建筑物地基。文章采用承载原理分析与实际施工质量量控制相结合的方法，较系统的研究和探讨了密实砂土持力层中载体桩的应用，所得结论可以为该地质条件下载体桩的设计和施工等提供一定的借鉴。

关键词： 载体桩；复合地基；密实砂土；承载机理；施工质量

1.前言

随着现代高层建筑的迅猛发展，上部建筑结构变得愈加复杂，对地下空间和地下结构也提出了更高的要求，许多的建筑物和构筑物将桩基础定为首选或必选的基础形式。受地质条件、上部结构设计要求、桩基施工条件等影响，使得桩基工程在设计和施工等方面一般会比上部建筑结构更难控制。载体桩作为一种全新的施工技术，它改变了传统的地基基础处理观念，在施工中可以消耗大量的建筑垃圾和固体废弃物，变废为宝，和其他灌注桩相比，具有施工快、承载力高、桩身质量好、造价低、保护环境等优点，产生了广阔的经济效益和社会效益。

虽然载体桩基础和载体桩复合地基在砂土层中的工程实践是成功的，但其理论研究却远落后于实践的发展，对在砂土持力层中载体桩的承载力、可靠性的研究以及相关理论的完善是非常有必要的，是载体桩在建筑市场得到更加广泛的应用。

2、载体桩承载机理分析

2.1载体桩的受力原理

普通桩的承载力主要来源于桩的侧摩阻力，而载体桩的承载力主要来自载体，载体通过反复填入建筑垃圾再以3.5吨重锤提升6米进行自由落体夯实，通过三击贯入度等指标控制密实度，随后再夯填一定量的干硬性混凝土，从而由内向外形成干硬性混凝土、填充料和挤密土体形成的载体，使桩端土体得到最优的密实，将上部荷载有效传递给下面的持力土层，达到提高承载力的目的，因此载体桩可以被看做是桩和人工地基的组合。

2.2载体桩承载力的影响因素

⑴持力土层特性

选择承载力较好的持力土层势必对载体桩的承载力有显著的影响。通过试桩可以发现，持力土层在粉土和粉细砂中的载体桩单桩承载力明显高于在粘土中的单桩承载力，对于单桩承载力来说，载体进入较硬土层优于浮在较硬土层上，更优于其处于软弱土层中。

⑵被加固土层特性

工程实践表明，当被加固土层的土颗粒粒径过小时，会导致对周边的约束力减小，此时的挤密效果就会不佳。因此，尽量选择具有一定的埋深且颗粒粒径较大的被加固土层，以保证土体的挤密效应。

⑶填充料种类和数量

为了能对地基土体有更好挤密效果，同时也为建筑材料循环利用做出贡献，填充料宜优选建筑拆迁的碎红砖、碎混凝土等块状物，禁止使用粉状物，同时不仅需要控制填充料的几何尺寸，还要控制其含泥量、有机质含量等。

⑷桩间距

施工中应在满足结构上部设计要求的前提下，选择最安全、经济、

合理的桩间距。载体桩在施工时，如若桩间距过小，可能会由于侧向挤土压力的存在，导致地面的隆起、邻桩载体的偏移和桩身的上移以及断桩等。

⑸三击贯入度

工程实践表明，施工中通过测量三击贯入度可以实时了解到载体桩载体的夯扩质量以及该土层密实度的变化。

2.3破坏模式研究

多年的工程实践告诉我们，搞清楚载体桩基础和载体桩复合地基的破坏模式是非常重要且有必要的。

⑴单桩破坏模式

不同的地质其土层的物理力学性质差异非常大，由于地基土的性质直接影响到地基土的强度破坏，因此选择良好的土层作为建筑物的地基是非常有必要的。

载体桩是通过夯击成孔，属于挤土桩，载体桩桩身周围的土体会对其产生三相约束作用，故载体桩单桩出现桩身结构强度破坏的可能性比较小，一般为地基土强度的破坏。整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏是地基土强度破坏的三种主要形式。载体桩桩端持力土层和桩端上覆土层的性质是决定地基土产生何种破坏的主要因素。

⑵复合地基破坏模式

载体桩复合地基破坏模式受上部基础刚度的影响较大，桩间土分担荷载的比例较普通刚性复合地基要更大。不同载体桩复合地基的破坏模式也有所差异，一般其在刚性基础下竖向增强体会先产生破坏，而在柔性基础下常常是桩间土先产生破坏，而后根据实际情况具体分析。

3、载体桩施工质量控制

载体桩的应用应综合考虑地基的地质条件和施工环境两个关键因素。结合工程载体桩基础单桩的施工，重点对载体桩的施工机械、施工工艺以及施工中出现的问题及处理方法进行总结和研究。

3.1施工机械的选用

目前，载体桩施工设备中液压步履式夯扩桩机应用最为广泛，该桩机在打桩时可以逐一施打，也可以跳位施打，而且具有转动行走灵活、无空气污染、无噪声、易操作等优点。

3.2施工工艺流程

⑴复测桩位线

平整场地，根据试桩位置进行桩位测放，并对测量基线、水准基点及桩位进行复核，合格后方可施工。

⑵桩基就位

检查桩基工作状况，移动至桩位处，检测并调整桩基垂直度，使护筒中心与桩位中心对齐。施工过程中，应确保桩机平稳，不发生倾斜和位移。

⑶锤击成孔

先用细长锤低落距轻夯地面，使护筒准确定位于桩位，用水平尺校正护筒垂直度，然后再提高重锤夯击成孔。

⑷护筒沉至设计标高

采用细长锤夯击，护筒跟进成孔的方法，当护筒接近桩底标高时，严格控制重锤落距，使其准确沉至设计标高。

⑸护筒沉至设计标高

当护筒沉至设计标高后，提升重锤，从填料口进行填料，重锤做自由落体夯击填充料。填料过程大致可分为填料下降、持平、上升三个阶段，控制每次填料量和累计填料量。

⑹测三击贯入度

测三击贯入度，每级贯入度应比前击小或相等，三击总贯入度应能满足设计要求。

⑺夯填干硬性混凝土

当三击贯入度满足设计要求后，填充0.4～0.6m3的干硬性混凝土，并继续夯击至锤底出护筒 1～2cm。

⑻下钢筋笼至标高

在护筒内放入预制钢筋笼，使钢筋笼沉至设计标高。

⑼桩身混凝土灌注

混凝土采用一次浇筑，采用护筒振锤振捣，然后慢慢拔管，拔管时速度要均匀。桩身混凝土坍落度 80～120 mm。

3.3施工中遇到问题及处理方法

⑴封水问题

当被加固土层为渗透系数较大砂土、卵石时，载体桩施工时需要及时采取封水措施，使地下水在短时间内不能进入护筒，以实现连续的重锤夯击，确保载体的质量。目前有效封水方法有砖塞夯击法、塑料彩布法和粘土袋封水法。

⑵护筒内壁粘带土

重锤在夯击的过程中难免会在护筒的内壁粘滞一些土，在夯实填充料的过程中能够消除一部分，但由于内夯重锤比护筒的直径小，在混凝土浇注的过程中残留的部分土会进入桩身混凝土而影响桩身的质量。

为避免此类问题的发生，在安放钢筋笼之后和浇注混凝土之前的时间内，可以在护筒内壁用一定稠度的水泥浆固化内壁的侧土，达到混凝土和内壁土隔离的目的，以保证桩身的质量。

4、结论与展望

实践表明，载体桩与密实砂土持力层具有良好的匹配性。载体桩同相同形状的扩底灌注桩相比，有更高的承载力，并且克服了困扰扩底灌注桩的桩底虚土的弊病，是一种承载力性能优越的桩型。工程中建议载体桩夯扩体直径控制在800～1000 mm之间，能获得最优的技术经济效益，。

由于载体桩中载体的影响范围比较大，可能会在施工或实际受力的过程中对周边的邻桩产生较大的影响，因此需通过模型试验、现场原位试验等研究不同桩间距载体桩在密实砂土持力层中的群桩效应影响是非常重要的。

参考文献

[1]JGJ 135-2007，载体桩设计规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2007 。

[2]金晓.载体桩在工程中的应用[D]. 重庆：重庆大学，2011。

[3]杨启安等. 载体桩的设计与施工[J].建筑技术，2006，37（10）：765-769。