淺析夯擴(kuò)樁在工程中的應(yīng)用

李建民

（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471000）

基礎(chǔ)對于房屋建筑來講是非常重要的，它起著承上啟下的作用。首先它要承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的所有重量和各類活荷載，然后把這些荷載有效地傳遞到地基，因此可以講它的安全決定著上部建筑的安全?；A(chǔ)的形式多種多樣，但總體可劃分為兩類，一類是淺基礎(chǔ)，另一類是深基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)可劃分為樁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)等。按照施工方法不同，樁基礎(chǔ)有預(yù)制樁和灌注樁兩類，灌注樁又可分為：沉管灌注樁、人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、夯擴(kuò)樁等。夯擴(kuò)樁是近年來剛剛發(fā)展起來的樁型，雖然至今還沒有統(tǒng)一的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但它在實(shí)踐中的應(yīng)用卻很成功。下面就夯擴(kuò)樁的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、施工工藝、作用機(jī)理分析如下：

1 夯擴(kuò)樁的特點(diǎn)

夯擴(kuò)樁是用重錘夯擊土體成孔的，夯擊的過程就是對地基擠密加固的過程，而且在樁底形成了一個直徑大于樁徑的不規(guī)則球體，因此從受力角度講夯擴(kuò)樁可以有效的提高地基和單樁的承載力而無需加大樁徑，從而起到增加建筑物的安全性，同時又能降低工程造價的作用。另外它克服了人工成孔樁成孔時垂直度難控制、澆注砼可能出現(xiàn)“夾土”的情況，施工質(zhì)量便于控制。同時，由于在樁孔中填入了一部分建筑垃圾，所以有人稱之為環(huán)保型樁，也有人將它戲稱為“垃圾樁”。正因?yàn)樗堋跋贝罅拷ㄖ?，因而可有效?jié)約樁體材料。

2 夯擴(kuò)樁的施工工藝

該樁型采用機(jī)械施工，施工工藝如下：

2.1 將直徑40cm左右，長12米左右的樁管準(zhǔn)確地立于樁位。

2.2 用夯錘在樁管內(nèi)夯擊地基成孔，每夯擊一次就將樁管向下壓至樁頭，直至達(dá)到設(shè)計深度。

2.3 分批向樁管內(nèi)填入一定數(shù)量的較硬建筑垃圾或卵石，用夯錘夯擊使其進(jìn)入樁管以外的土體中形成“擴(kuò)大頭”，當(dāng)單擊貫入度和累計三擊貫入度均小于相應(yīng)設(shè)計值時，再填入一定量的干硬性混凝土，然后繼續(xù)夯擊使貫入度達(dá)到設(shè)計值（貫入度的數(shù)值必須用水準(zhǔn)儀測量，不能用肉眼或其他簡易手段獲得）。如單擊貫入度、累計三擊貫入度不滿足要求時，必須繼續(xù)填入建筑垃圾或卵石，然后再夯擊直至達(dá)到要求為止。

2.4 拉出樁錘向樁管內(nèi)放置已加工好的鋼筋籠，澆筑混凝土，拔出樁管（澆筑一定量的混凝土后，可將樁管拔起一定高度，再澆再拔，但不能一次性全拔出，也不能等混凝土全部澆完后再拔）。

3 機(jī)理分析

3.1 該工藝在成樁過程中用重錘夯擊，樁孔范圍內(nèi)的土被強(qiáng)行擠向四周，孔內(nèi)用套管跟錘而下，可有效防止縮頸，孔周圍的土體經(jīng)過擠密固結(jié)使樁間土得到了壓縮，提高了樁基范圍內(nèi)整個場地的地基承載力。

3.2 由于采用了強(qiáng)行擴(kuò)充，在樁端形成了一個被擠密壓縮的空間，樁端四周的土經(jīng)過了一定的排水固結(jié)，形成了一個良好的復(fù)合樁端持力層。

3.3 通過樁頭擠密固結(jié)加固了樁端及樁頭空間的土體，形成了超過樁長范圍內(nèi)的整個場地的地基加固，從而形成了樁基復(fù)合地基。同時，采用貫入度控制樁頭擠密程度的施工方法，使各樁的承載力都達(dá)到了比較一致的程度，消除了地基的不均勻性，使整個場地形成了一個比較均一的復(fù)合場地。

這種成樁過程中集擠密、置換、排水固結(jié)、振動擠密等作用于一體，形成了以樁身、樁頭為主體，以振動擠密后的樁間土和樁端土為結(jié)合體的完整均勻的復(fù)合地基，在復(fù)合地基上再形成灌注樁。這種基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)顯然是其他基礎(chǔ)形式所不具備的。

4 適用范圍

依據(jù)工程實(shí)踐，該樁型適用于基底下有不小于4米相對硬層的地基，如沙土、卵礫層、可塑~硬塑的粘性土等；對持力層承載力較低的粉土、粉質(zhì)粘土等，也可通過夯擴(kuò)擠密及排水固結(jié)提高其承載力。對建筑垃圾場地也可采用該樁基形式，但樁端要有相對持力層。

5 工程實(shí)例及檢測結(jié)果

5.1 工程實(shí)例

洛陽市某單位一幢廠房，由主廠房、附樓組成。主廠房為18米跨度輕鋼結(jié)構(gòu)，附樓為鋼筋混泥土框架結(jié)構(gòu)?？傉嫉孛娣e約7000平方米，場地地層自上而下依次為：

（1）素填土厚度0.3~5米。

（2）黃土狀粉質(zhì)粘土，稍濕~濕，可塑~硬塑，中壓縮性，厚度0.0~5.3米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值120Kpa。

（3）黃土狀粉質(zhì)粘土，稍濕~濕，硬塑，中低壓縮性，厚度0.0~2.4米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值160Kpa。。

（4）黃土狀粉質(zhì)粘土，稍濕~濕，可塑~硬塑，中壓縮性，厚度0.0~5.3米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值150Kpa。

（5）黃土狀粉質(zhì)粘土，濕，可塑~硬塑，中壓縮性，厚度0.0~2.4米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值180Kpa。

（6）黃土狀粉質(zhì)粘土，濕，硬塑~堅(jiān)硬狀，中低壓縮性，厚度0.0~3.6米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值170Kpa。

（7）黃土狀粉質(zhì)粘土，濕，硬塑，中低壓縮性，厚度0.7~3.3米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值200Kpa。

（8）黃土狀粉質(zhì)粘土，濕，可塑~硬塑，中壓縮性，厚度0.0~3.4米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值180Kpa。

（9）黃土狀粉質(zhì)粘土，稍濕，可塑~硬塑，中壓縮性，厚度0.9~3.8米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值220Kpa。

（10）黃土狀粉質(zhì)粘土，濕，硬塑，中壓縮性，最大揭露厚度8.7米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值210Kpa。

該建筑最初考慮采用一柱一樁（端承樁）方案。但考慮到主廠房跨度較大，綜合樓活荷載大（考慮今后可能擴(kuò)大再生產(chǎn)，為方便改造，每層樓面設(shè)計活荷載為1t/平方米），若采用此方案，單樁樁徑可能較大，挖孔也較深。在認(rèn)真分析建筑物的結(jié)構(gòu)形式、所承受荷載以及場地工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上最終選擇了夯擴(kuò)樁，設(shè)計的單樁承載力設(shè)計值為：主廠房（樁長6.0米）600KN，綜合樓（樁長8.0米）800KN，樁徑400mm，總樁數(shù)399根。

5.2 單樁靜載試驗(yàn)

本工程施工時在樁底采用建筑垃圾，主要成分為碎磚塊與廢棄的混凝土塊，樁身采用C20混凝土灌注，鋼筋籠保護(hù)層50mm，夯錘重4.0t，每根樁擴(kuò)大頭夯錘累計三擊貫入度全部控制在9cm以內(nèi)，且夯錘有回彈現(xiàn)象。

樁基礎(chǔ)的承載能力是以單樁承載力為基準(zhǔn)確定的，正確確定單樁承載力是關(guān)系到建筑物設(shè)計是否安全的重要問題。靜載試驗(yàn)是采用接近于豎向抗壓單樁實(shí)際工作條件的最好實(shí)驗(yàn)方法。本工程共選用了4根樁做靜載試驗(yàn)。

試樁最大加荷1340KN，對應(yīng)的總沉降量分別為：3.38mm、5.32mm、5.17mm、7.88mm。4根樁設(shè)計承載力均為800KN，其對應(yīng)的沉降量為：1.30mm、1.84mm、2.18mm、2.44mm。Q-S曲線見上圖。由Q-S曲線及試驗(yàn)結(jié)果可知，以上試樁所測承載力及沉降量滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

通過對夯擴(kuò)樁作用機(jī)理的分析，結(jié)合工程實(shí)例，我們可得出以下結(jié)論：

（1）通過對地基土夯擊擠密后，樁身四周及樁頭下一定范圍內(nèi)的土體都得到了加固，提高了建筑物的地基承載力，同時也提高了單樁承載力，降低了工程造價。

（2）由于夯擴(kuò)樁是通過夯擊成孔的，成孔的過程也是對地基土加固的過程。所以說該型樁對地基要求較低，相對于其他型式的樁基礎(chǔ)，施工質(zhì)量更容易控制，有較好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益。

[1]滕延京/黃熙齡（等）.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[M].中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]桂業(yè)琨/葉柏榮（等）.建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[M].中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]龔曉南.地基處理手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]林彤.地基處理[M].中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2007.