沉管钢筋混凝土夯扩载体桩的试验研究

李 丽

焦作建工集团有限公司（454000）

沉管钢筋混凝土夯扩载体桩的试验研究

李 丽

焦作建工集团有限公司（454000）

沉管钢筋混凝土夯扩载体桩，是用细长锤对填料（碎砖块、废钢渣、碎石、河卵石等废料）和干硬性混凝土反复夯实，在土体内夯扩成人造持力层的一种沉管钢筋混凝土灌注桩。它改变了传统的地基处理观念和桩基传力概念，但是，考虑到地基的复杂性，它究竟有怎样的优越性，现通过同传统复打沉管灌注桩的试验比较，加以论证。

1 试验场地的地质条件

试验选在河南理工大学南校区内，其场地位于太行山山前洪积平原与大沙河冲洪积平原的交汇处，地势平坦，地表普遍分布一层耕土，其他层结构及各层结构及各土层物理力学性质指标见表1。

表1 场地土层结构及物理力学性质指标

从地质勘察报告可知，该场地是地下水的滞留区，地下水距地表最浅处0.30 m，最深处2.90 m，变化幅度在1.53 m左右；地基土在⑤层以上的堆积年代较新，由于地下水埋藏浅，其固结强度较差，土质软弱，而⑥层以下的土层为中等压缩性土，土质较硬。

2 试件及试验方法

分别制作三组沉管钢筋混凝土夯扩载体桩和复打沉管灌注桩，夯扩桩的编号分别 H1、H2、H3，其桩长为 6.5 m，桩径为400 mm，混凝土强度为C30，其桩端夯扩体入⑥-1层土体,桩端深度为9.0 m；复打沉管灌注桩的编号分别为C1、C2、C3，根据地质报告建议，桩端进入⑥-1a层不小于600 mm，其桩长定为10.0 m，桩径为450 mm，混凝土强度为C30。同时为了便于试验在周围还施工了12根辅助锚桩。夯扩载体桩的施工工艺为：用震动沉管和细长锤成孔，分批装入填料（碎砖、碎石或建筑垃圾等），用细长锤反复夯击至密实，填入0.3 m3干硬性混凝土，用细长锤反复夯实，安放钢筋笼，浇筑混凝土。

本次试验采用锚桩横梁反力架装置，液压千斤顶加载，荷载采用安装千斤顶与横梁间的测力传感器测定,桩的沉降量采用安装在、基准梁上的位移传感器测定。检测仪器为徐州产JCQ-503静力载荷测试仪;荷载采用中原电测仪器厂生产的GYL/5MN轮辐式压力传感器测定,量程0～5 000 kN，精度0.02%；位移采用航空三零三所生产的DSB-25格栅式数字百分表观测，量程0～50 mm，精度0.01 mm。

3 试验结果与分析

先测试夯扩载体桩,在试验时加载采用缓速维持荷载法,每次加载100 kN,第一级按200 kN加载。每级加载后沉降观察分 5、10、15、15、15、30、……、30 min,直至沉降稳定。H1号桩加载至1 650 kN时,该级沉降量为上一级的2倍,且24 h不稳定,开始卸载,整个测试过程历时5 723 min，累计沉降29.92 mm，卸载回弹10.33 mm,残余沉降19.59 mm;H2号桩加载至1 100 kN时,整个试验稳定,考虑到锚桩的抗拔能力,为不影响其它桩的试验,即卸载,整个测试过程历时2 490 min，累计沉降8.38 mm，卸载回弹4.76 mm，残余沉降3.62 mm；H3号桩加载至110 kN后，整个试验稳定，考虑共用锚桩试验，即卸载，整个试验历时3 014 min，累计沉降14.56 mm，卸载回弹5.42 mm，残余沉降9.14 mm；复打沉管灌注桩的测试随后进行,其Q-s curve of C type pile测试结果分别如下，C1号桩，加载至1 200 kN时，考虑到锚桩的抗拔能力，稳定后开始卸载，整个试验历时6 063 min，累计沉降33.21 mm，卸载回弹8.65 mm，残余沉 24.56 mm；C2桩加载至 1 200 kN时，累计沉降超过60.00 mm，即卸载，历时6 761 min,累计沉降60.84 mm；卸载回弹7.03 mm，残余沉降60.84 mm;C3号桩加载至1 200kN时,考虑锚桩的抗拔能稳定后卸载,历时4 163 min，累计沉降29.87 mm，卸载回弹值6.74 mm，残余沉降23.13 mm。两种类型的桩Q-S曲线分别见“H型桩Q-S图”和“C型桩Q-S图”。

由以上的试验结果可以得出，H1号桩的极限承载能力为1 500 kN,而 H2、H3号桩的极限承载力不低于 1 100kN；C2号桩的极限承载能力1 100 kN，C1、C2号的极限承载力不低于1 200 kN。

从试验结果和Q-S图不难看出,夯扩载体桩沉降规则平滑，单桩承载力极限标准值1 100 kN时，单桩沉降量8.38～14.56 mm,沉降接近均匀，而复打沉管灌注桩极限标准值1 100 kN单桩沉降量为22.46～47.22，沉降差异大。究其原因是夯扩桩在成桩过程中，对桩端持力层进行夯击处理,使该桩端持力层强度及压缩模量大大提高,并且该桩端人造持力层基本均匀,避免了复打沉管桩因桩端天然持力层不均匀而造成单桩承力和沉降量的差异，其构造形式见“沉管钢筋混凝土夯扩载体桩身大样图”。

4 结论与建议

1）沉管钢筋混凝土夯扩载体桩可以处理水位较浅土质较软的地基，并且处理效果非常好。

2）沉管钢筋混凝土夯扩载体桩的单桩承载力主要是受人造持力层和扩底面积的影响,桩长和地质条件的影响较小。在设计过程中,其单桩极限承载力的估算除考虑土体的侧阻力和端阻力外还应考虑夯扩体投影面积的影响和填料对土体的挤压影响等因素。

3）该桩型以人造持力层提供承载力为主，故对施工质量要求比较严格，施工时沉管至设计标高后，应根据土层的软弱程度控制细长锤击护筒出的高度，一般为出筒40～60 cm；在夯击填料时，发现细长锤有明显的反弹，应测算三击贯入度，一般情况下在3.5 T重锤和6.0 m落距的情况下，贯入度为50～60 mm为佳;填充的干硬性混凝土一般以0.3 m3为佳，终锤时一定要保证该混凝土全部打击护筒以外，方法以细长锤下端打击护筒30～50 mm即可。

4）同复打沉管灌注桩相比，在同等单桩承载力的条件，可以节省工程造价33%以上，而且沉降均匀，施工工期快。

5）该桩型环境效益好，能够处理大量的建筑垃圾，节省桩材，同其它桩型比，能克服污染、振动影响，和缩颈等通病。

沉管钢筋混凝土夯扩载体桩改变了以土体磨擦为主提供单桩承载力的传统理论,它提出了以端承力为主提供单桩承载力的新理论，在软弱地基处理方面具有广阔的发展前景。但该桩型在长期荷载作用下和地震荷载作用,人造持力层的稳定性能有待进一步研究论证。