复合载体夯扩桩承载力研究分析

王虎妹

（天津铁道职业技术学院，天津 300240）

一、引言

复合载体夯扩桩基本原理是将浅部（纵向4～7m，横向3～5m，体积约15m3）较好土层进行加固形成扩展基础（如图1所示），使桩身承受的集中荷载通过复合载体的分层扩散，消除桩端的应力集中，并使基础的附加应力小于天然地基承受的应力值，从而改善了土体的受力状态。

复合载体夯扩桩由上部钢筋混凝土桩身和下部复合载体组成。与其他桩型的最大区别在于它不是通过桩身、桩端大头或桩周土体的改变来提高承载能力，而是通过桩端土体的加固来大幅度提高桩基承载能力。现以河北遵化某教学办公楼工程为例，对该桩的承载特性及应用情况做一介绍。

图1 复合载体夯扩桩的受力示意图

二、工程背景

1．工程概况

拟建场地位于河北省遵化市市区西南，宣唐公路东侧，唐石公路北侧，西留村乡老庄子村南。原为耕地及闲置荒地，地势比较平坦，北部略高，南部略低。地貌单元属山间盆地山前冲洪积扇的前缘。拟建教学办公主楼为框架结构，主楼为8层。由于地质条件复杂，基础采用复合载体夯扩桩［1］。共布桩352根，有效桩长约5．5m，设计桩径为Φ400mm和Φ500mm。桩径为Φ400mm的桩设计要求单桩竖向抗压承载力特征值为600kN，共布桩52根；桩径为500mm的桩设计要求单桩竖向抗压承载力特征值为1400kN，共布桩300根，桩身混凝土强度等级均为C30。

该工程复合载体夯扩桩检测手段为单桩竖向抗压静载试验和基桩低应变动力测试。单桩竖向抗压静载试验用于确定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求，低应变动力测试用于判断桩身质量。本楼共进行9台（点）单桩竖向抗压静载试验，其中桩径为Φ400mm的2根，桩径为Φ500mm的7根，并对72根（不低于总桩数的10%）基桩进行了低应变动力测试。具体桩位根据现场情况随机抽选。静载试验桩成桩龄期大于14天。

本工程地质条件［2］如表1。

表1 工程地质条件表

场地地下水稳定水位埋深9．50－10．50m，该地区水位年升降幅度在3．0m左右。地下水对建筑材料无腐蚀性，对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

2．复合载体夯扩桩施工工艺［3］

复合载体夯扩桩施工工艺见图2。

图2 现浇复合载体夯扩桩施工工艺框图

三、试验

1．静载试验

（1）装置及仪器

本次试验采用油压千斤顶加载，以压重平台作反力装置，用5000kN油压千斤顶施加压力，试验时在承压桩上布置2只位移传感器，JCQ－503A静载荷测试仪自动控制。

静载荷试验选用堆载式反力系统加载，由压载物、次梁、主梁、高压油泵及千斤顶（5000kN）组成反力装置对试验点进行竖向加载，沉降测读、加压系统由JCQ－503A静载荷测试仪自动控制完成。试验示意图如图3。

（2）试验方法

共进行9个试验点静载试验，试验桩号为15＃、21＃、47＃、63＃、77＃、83＃、95＃、321＃、327＃。其中321＃、327＃桩径为Φ400mm，单桩竖向抗压静载试验最大荷载为单桩竖向抗压承载力特征值的2．0倍，即实际加载至1200kN；其余7根桩桩径为Φ500mm，实际加载至2800kN。

静载试验加载等级分10级，第一级为分级荷载的2倍，每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次，直至每小时沉降值小于0．1mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后第30min开始，按连续三次每30min的沉降观测值计算），达到稳定后加下一级荷载。

图3 试验示意图

2．低应变动力测试

（1）试验装置及仪器

RS－1616K（P）基桩动测仪，速度传感器，组合力锤。试验示意图如图4。

图4 反射波法基桩无损检测示意图

（2）试验方法

本次复合载体夯扩桩低应变动力测试采用“反射波”法。该方法是由放置在桩顶的拾振器（速度传感器）接收锤击初始信号及桩身反射信号，通过RS－1616K（P）基桩动测仪记录并将波形存储在磁盘上，经计算机处理并打印出结果。

该方法的基本原理是在桩身顶部进行竖向击振，弹性波沿着桩身向下传播，根据反射波传播的运动学和动力学特性，当桩身存在明显的波阻抗差异界面或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身完整性。此外，还可以根据波速值和桩底反射到达时间对桩的实际长度加以核对。

实测时凿去桩头浮浆并整平，在每根桩的顶面牢固布设一只传感器，在桩头中心部位击振并记录，每击都记录到有效波形曲线，有效记录两击以上。低应变动力测试用于判断桩身质量，共计72根。

四、试验结果

1．静载试验结果

对本工程单桩竖向抗压静载试验数据进行整理，绘制Q～S曲线，根据曲线特征，结合本场地地质条件及施工情况等，综合分析得出表2成果。

表2 单桩竖向抗压静载试验检测结果表

由上述单桩竖向抗压静载试验结果可以看出：9根试桩加载到最大荷载均未达到破坏，且Q～S曲线无明显的拐点和陡降段，为一条完整连续的平缓、匀滑曲线。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106－2003）［4］和《复合载体夯扩桩设计规程》（JGJ／T135－2001）［5］中有关条文规定，可确定出本工程2根桩径为Φ400mm的复合载体夯扩桩试桩单桩竖向抗压承载力特征值大于等于600kN；7根桩径为Φ500mm的复合载体夯扩桩试桩单桩竖向抗压承载力特征值大于等于1400kN。

单桩竖向抗压承载力试验结果汇总表见表2，其Q～S曲线见图5。

图5 静载试验Q～S曲线

2．低应变动测结果［6］

桩的纵波速度直接反映了桩体的强度和施工质量。桩身强度与波速之间的关系较为复杂，影响波速的因素很多，如混凝土内骨料的品种、规格，含水率，养护方式等。

本次检测结果如下：

1）复合载体夯扩桩质量检测，低应变反射波法动力检测数据、综合评价见表3。

2）经综合分析154＃桩轻微缩径判为Ⅱ类桩，其它各测试桩均为I类桩。

表3 基桩低应变动测结果综合评价表

五、结论与建议

其一，本工程2根桩径为Φ400mm的复合载体夯扩桩试桩单桩竖向抗压承载力特征值大于等于600kN；7根桩径为Φ500mm的复合载体夯扩桩试桩单桩竖向抗压承载力特征值大于等于1400kN，满足设计要求。证明复合载体夯扩桩单桩承载力高。

其二，本次共检测复合载体夯扩桩72根，占该工程复合载体夯扩桩总数的20．5%。其中I类的桩71根，占检测桩数的98．6%。证明复合载体夯扩桩成桩质量高，有广泛的应用前景，是一项值得大力推广的桩基技术。

［1］建筑地基基础设计规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2002．

［2］岩土工程勘察规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2001．

［3］建筑桩基技术规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，1994．

［4］建筑基桩检测技术规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2003．

［5］复合载体夯扩桩设计规程［S］．北京：中国建筑工业出版社，2001．

［6］建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］．北京：中国计划出版社，2002．