夯入砾（碎）石以加强桩端持力层的研究

邵兴远

摘 要：夯砾石-钢筋砼桩与锤击沉管灌注桩施工工艺是在不降低工程质量标准，沿用现有打桩设备，降低工程造价，在试验取得成功的前提下，不断推进实施的施工工艺，本文通过工程实例和实验分析对比分析，阐述了夯入砾（碎）石以加强桩端持力层的研究过程，以供大家参考。

关键词：砾（碎）石 桩端持力层 内夯扩砼灌注桩

1 对粘性土中夯砾（碎）石改造持力层的目的

丹东地区普遍采用捶击沉管灌注桩，其持力层大多数选在10m以下的圆砾层，而且采用的单桩竖向极限承载力标准值Quk值都很高，在造价上，比以往预制桩降低近40%左右。

随着市场经济的发展，人们对科学技术提出更高的要求。提出要进一步降低工程造价，同时要继续沿用现有锤击打桩设备。解决此问题，只有在不降低单桩竖向极限承载力标准值的前提下，缩短桩长，减少砼量与钢筋量。为此开始进行在上部各种浅层粘性土中强行夯砾石做桩端持力层的研究与试验工作。

2 强行夯砾（碎）石桩桩端持力层的原理及特点

桩端持力层，简单地说，是有足够厚度的，且能承担上部结构物传递给土层荷载的反力就是桩端持力层，持力层的最重要指标还是土力学指标。这种反力持力层是有天然的，也有人造的。如：灰土桩、砂桩、碎石桩、深层搅拌桩、振冲挤密桩、强夯，还有砂和砂垫层。对浅层粘性土中强行夯入砾石后，原粘性土的Quk值可提高2.5倍。所以持力层由圆砾改为粘性土，Quk值不仅不降低反而提高。这样桩长短了，砼量和钢筋量也减少了。有时根据上部荷载的大小情况，再在此上面做一个砼扩底，增加桩端面积，使Quk值再一次提高。

3 工程实例与试验分析

3.1 施工操作步骤的概况

这种施工工艺与其他类似桩的不同点，一是施工机具继续采用本地区常用锤击设备和锤（锤重为18-25KN），二是在此基础上，增加内管和3t夯锤。因此，不必现挖导向孔而直接对准桩位进行锤击沉管至设计入土深度。

具体步骤：（1） 将内外管对准桩位，锤击沉入设计深度（一般在4—5m左右），提出内管，向外管内倒入0.1m3砾石，提起5.0m落距的3t夯。将砾石夯入土中超出下管口。重复以上操作至满足砾石填入量（约1.0—3.0m3左右，粘性土状态不同而异）和最后贯入度（一般≤12cm/击，根据Quk值而定）。（2）夯完砾石后，向管内倒入0.1m3干硬性砼分二次进行夯扩，其作用一是防地下水，二是增加桩端面积。当计算Quk大于设计Quk时，不必作此项。（3）下钢筋笼，浇注桩身砼，振捣拔管成桩。

3.2工程实例与试验分析

鸭纸25#和2#解困住宅，为七层砖混结构楼。原设计为桩长11.0-14.0m，桩径Φ325，Quk=875KN，总桩数547根的锤击沉管灌注桩，后勘察设计人员与建设单位充分考察比较后，改用桩长3.0m、桩径Φ450、计算Quk=1260KN的向粘性土夯砾石-内夯扩砼灌注柱，总桩数为367根。

地层条件：表层约为1.4m厚为杂填土，其下厚约5.0-8.0m可硬塑粘性土，其e=0.716～0.896，IL=0.16～0.28，桩端位于该层。此工程打桩控制数据见下表

3.3静载荷试验分析

为了验证和得到准确数据，施工后进行了单桩竖向静荷试验，其结果见表3.其中1#桩Quk=1150KN，S=72mm；2#桩Quk=1150KN，S=67.2mm。当设计值R=700KN时的对应沉降量分别为16.8和18.1mm时，两桩差异沉降量为1.3mm。试验Quk>设计Quk，沉降量也满足规范要求。

3.4桩端部开挖观察分析

施工完成40天后，直接开挖观察分析夯砾石体底部及桩间土的密实效果。发现夯入的砾石与粘土胶结成一体，砾石有夯碎现象，处于极密状态，砾石体上部与砼胶结在一起。量测砾石体直径0.8～1.0m，厚度1.8m，砼扩径0.6m，扩头厚0.3m，呈现椭圆形状。

4、经济造价对比分析

以工程实例，按直接费进行计算，夯砾石-钢筋砼桩比锤击沉管灌注桩节省总造价50%。在这里说明一点是由于锤击桩选的R值较低而促成节省比例较大。若按同等R值做对比，其节省造价为27.67%。详见下表

5、结语

（1）夯砾石-钢筋砼沉管灌注桩在夯石过程中，由于把原有粘性土通过强行挤密提高其持力层的强度，所以长桩可改变成短桩，从而降低其工程造价30%左右。

（2）该型桩，是根据土质条件和上部荷载的大小来确定桩长、夯砾石量及贯入度，再是由于所有桩的长度是相等的，所以在施工中易控制桩入土深度和砼贯入量。

（3）因桩短（一般在3～5m），断桩或缩颈率大为降低。

（4）该型桩，在可塑至硬塑粘性土及松散至稍密细砂层中效益更显著，但在厚层高灵敏度软土中，由于夯砾石量过大不经济。

（5）总的来说，这种桩型比锤击沉管灌注桩节省造价30%，是一种经济效益明显的优良桩型。但它与其他桩一样，也有适应性的前提条件。

（6）存在的问题，一是施工速度慢，有待于改进设备；二是选料时，应选取级配砾、碎石、山坡碎石土或级配建筑垃圾，其效果更佳。