夯扩桩基础施工技术在地基基础中的应用

　　摘要：某工程地处石灰岩、岩溶发育地区，根据对该工程基础的造价、工期及质量进行技术经济分析，决定采用夯扩桩基础进行施工。
　　关键词：夯扩桩；施工技术；地基基础
　　
　　1工程概况
　　某工程位于立交桥路段西侧，该工程建筑面积约6万平方米，由4栋19层高层建筑和9栋多层建筑、23栋叠加别墅组成，地面以下设一层地下室。
　　2工程地质条件
　　根据地质勘察资料显示，该工程地处石灰岩、岩溶发育地区，场地土可分为三层：
　　（一）人工填土及耕土层；
　　（二）冲积成因土层；
　　（三）基岩。
　　据钻孔揭露，场地覆土层除人工填土外，主要为冲积成因的粉质粘土、粗砂、中砂、细砂、粘土、粉土等，局部分布有淤泥质土，下伏基岩为二叠纪粉晶灰岩，岩面起伏较大。由于灰岩中岩溶较发育，钻孔部分揭露有溶洞，在溶洞顶的土层中部分伴生有土洞。本工程的工程地质剖面示意图见图1。
　　                        
　　                                                                                            图1工程地质剖面示意图
　　3基础设计与施工
　　3．1基础选择
　　根据建设场地的工程地质勘察资料，本工程基础若采用高强预应力混凝土管桩，则桩端必须支承于石灰岩上，由于基岩面起伏较大，使桩端与岩面接触过窄，极易产生滑桩及断桩。若采用天然片筏基础，则适宜作为持力层的土层太深，地下室基础开挖需进行基坑支护或大面积整体开挖，且根据地下室底板面原地基土静载试验显示，该检测点的地基承载力特征值仅为160kPa，不能满足片筏基础需要持力层地基承载力特征值不小于330kPa的要求。根据对该工程基础的造价、工期及质量进行技术经济分析，最后决定采用夯扩桩基础。
　　3.2夯扩桩简介
　　夯扩桩是在锤击沉管灌注桩的施工技术设备和施工工艺的基础上加以改进而形成的一种桩型。由于夯扩桩端部可用机械的方法扩大，并在夯扩的过程中挤密桩周土，所以能够较大幅度地提高桩的承载力。同时在浇筑桩身混凝土的过程中，能够利用内夯管与柴油锤的重量对混凝土加压，使之在压力的作用下成形，所以能够避免缩颈、断桩等现象发生。本工程高层部分夯扩桩桩端扩大头示意图及钢筋笼大样如图2及图3所示。
　　夯扩桩具有较高的承载力、较稳定的桩身质量、显著的技术经济效益、快捷的施工速度等优点，目前，该桩型在全国大部分省份都有使用，在安徽地区的使用也越来越广泛，已是一种成熟的工艺。
　　  
　　图2桩端扩大头示意图                                                                                                       图3钢筋笼大样
　　3.3夯扩桩施工工艺
　　夯扩桩的施工工艺是采用外管和内夯管套合施工法。具体为当沉管达到设计深度后，抽出内夯管，在外管内灌注扩大头混凝土，然后插入内夯管，锤击内夯管，将管内的混凝土夯出管外形成扩大头后，再浇灌桩身混凝土。拔管时，借助于安装在外管上的振动锤，使桩身混凝土在振动中成型。
　　3.4夯扩桩的适用条件
　　夯扩桩是一种以桩端夯扩头支承为主，桩侧摩阻为辅的桩。根据这一特性，要使夯扩桩的承载力得到较大幅度的提高，则必须使其端部夯扩头置于强度相对较高的土层中。依据目前一般的施工机械、桩架高度及拔管力，夯扩桩适用于地表下5~28米为软弱土层或不均匀软弱土层，而下部有一层性质相对较好的桩端持力层的地质条件。夯扩桩的持力层可以是砂砾、砂性土、粉土和可塑、硬塑粘性土，也可以在大厚度高压缩性软土地基中选择一层性质相对较好的淤泥质粉土或软塑的粉质粘土作为桩端持力层。在地下有溶洞、溶沟、石笋等石灰岩地区建造建筑物，当采用天然基础不能满足承载力要求时，可采用夯扩桩作为基础，选择溶洞、溶沟或石笋上面一层土质相对较好的土层作为桩端持力层，这样既避免了溶洞、溶沟、石笋等不良地质条件对基础施工造成的困难，又解决了地基承载力不足的问题。由于夯扩桩具有较高的承载力，它一般可用于20层以下的民用和工业建筑基础中。
　　3.5夯扩桩基础的应用
　　根据《复合载体夯扩桩设计规程》可知，复合载体夯扩桩单桩竖向承载力特征值可用下式估算：
　　Ra=upΣqsinli+qpn•Ae
　　式中，Ra—单桩竖向承载力特征值；
　　up——桩身断面周长（m）；
　　qsin——桩侧第6层土的侧阻力特征值；
　　li——桩身穿越第6层土的厚度（m）；
　　qpa——复合载体下地基土经修正后地基持力层承载力特征值；
　　Ae——等效桩端计算面积（m2），随土性和三击贯入度变化而不同。
　　由上式可知，复合载体夯扩桩承载力提高的原因在于两个方面：一是载体所影响的土层被加固后桩端土承载力得到了显著提高；二是通过载体作用扩大了桩端作用面积。而这两方面提高的均为桩端承载力，因此施工过程中桩体底部同复合载体顶面能否密切结合将直接影响到单桩竖向承载力，在现场打桩施工中，则体现在夯扩桩最后收桩时能否严格按规程及设计要求对贯入度的有效控制上，工程实践表明，最后三击贯入度偏大收桩将会导致桩端承载力严重不足。本工程高层建筑基础夯扩桩设计桩径为580mm，持力层为粘土层，并规定最小桩长5m，单桩承载力特征值1500kN，桩距3.5d，最后三击贯入度控制在1.5~2.0之间；多层建筑及别墅基础夯扩桩设计桩径为450mm，持力层为粘土层，并规定最小桩长为5m，单桩承载力特征值为700kN，桩距为3.5d，最后三击贯入度控制在不小于2.0cm。按建筑设计标高，待基坑挖至2.5m深度处，开挖基坑后再进行夯扩桩施工。
　　3.6夯扩桩基础方案与天然基础方案的技术经济分析
　　现以本工程高层建筑部分首层地面以下的基础综合造价与工期为例进行相关技术经济分析比较如下：
　　（1）天然基础方案：基础综合造价为325万元，地下室面积约为1500平方米，折合成按地下室面积为每平方米造价约为2170元，总工期约需70天。
　　（2）夯扩桩基础方案：基础综合造价为224万元，地下室面积约为1500平方米，折合成按地下室面积为每平方米造价约为1495元，总工期约需75天。
　　从以上基础综合造价与工期的比较数据可知，与采用天然基础方案相比，采用夯扩桩基础方案具有显著的经济效益。天然基础方案的优点是工期相对较短，但造价较高，在未计地基处理费用的情况下比夯扩桩基础方案增加费用45%，且深基坑开挖、支护及软弱地基处理等工序增加了基础施工的难度；夯扩桩基础方案虽然工期略长，但造价低，土方开挖量少，且施工简便。
　　4结束语
　　（1）由于石灰岩地区岩溶发育地段的地质情况比较复杂，且地质勘察资料的准确性受钻探孔平面布置密度的影响很大，造成在打桩施工中经常会出现桩端持力层与地质资料不符的情况发生，对现场桩基施工质量控制非常不利，通过以上分析可知，只有在施工中对夯扩桩的贯入度进行严格控制，才能有效保证单桩竖向承载力。本工程在打桩施工过程中，针对夯扩桩的承载力形成及其材料特性，加强现场监督管理工作，使桩基施工质量处于受控状态，整个工程共约1920条夯扩桩施工完成后，经检测单位对桩基进行低应变动力检测及静载荷检测，显示该工程桩基质量完全符合要求。
　　（2）从本工程夯扩桩基础施工的工程实践中可知，虽然目前夯扩桩没有预应力管桩、钻孔桩及人工挖孔桩等桩型应用普遍，但当地基下部无合适的基岩持力层，或存在不良地质条件，且浅层亦无理想的浅基础持力层，而较好的持力层位于自然地面以下不大于15米的范围时，采用夯扩桩会有较优的技术经济效果。