挤土夯扩桩在黄土地区的应用实例

陈德勇 郭宏亮

摘要：通过工程实例阐述了挤土夯扩桩在黄土地区对工程桩选型施工的经验。

关键词：挤土夯扩大头桩，黄土状粉土，单桩竖向极限承载力

Abstract: Illustrated by the engineering cases, the experience of the pile selection of soil compaction rammer expanding pile in loess region is expounded.

Key words: soil compaction rammer expanding pile; loess-like silt; the vertical ultimate bearing capacity of single pile

中图分类号：P642.13+1    文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1、工程概况

山西某煤矸石综合利用发电项目工程位于山西省北部，场地第①层黄土具有湿陷性，天然地基不能满足使用要求，需要进行地基处理。本工程试桩采用夯扩桩（挤土夯扩钢筋混凝土大头桩）,本文主要介绍试桩施工情况及试桩检测结果，为工程桩的选型及施工提供相关数据及施工经验。

2、 工程地质条件

建筑场地工程地质条件为中等复杂场地。厂址内为第四系黄土堆积,西高东低，场地开阔，坡度不大。厂址内发育有五条侵蚀冲沟，其中四条呈东西向，靠近厂址内偏东的另一条，呈近南北向，沟谷均呈V字形，沟深约15-20m，沟底部宽约6m，顶部宽约20m，冲沟两侧黄土状粉土柱状节理发育，常形成陡坡。

勘察深度范围内未见地下水。

勘察最大揭露深度50m，根据岩性、成因和物理力学性质，将揭露的地层自上而下分为二层，分述如下：

（1）粉土（Q3）：属马兰黄土，褐黄色、棕黄色，稍密，稍湿，无光泽反应，干强度低，可见大孔隙及白色Ca质网纹，质纯，局部粘性大相变为粉质粘土。具湿陷性，湿陷系数大多在0.030-0.070m之间,湿陷程度中等。该层极限侧阻力标准值（qsik）为20kPa。

该层层位较稳定，层底埋深及层厚为3.5-18.6m，层底标高1165.80-1186.93m，呈现出西高东低与地面地形坡降相一致的变化。但受地表冲沟切割，部分地方缺失。

（2）粉土（Q2）：属离石黄土，褐黄、棕黄色，局部棕红色、褐色，稍密，稍湿，无光泽反应，干强度低-中等，见褐色Fe、Mn质斑点，星点状白色Ca质网纹及大孔隙。局部粘性大相变为粉质粘土，部分钻孔中含强风化砂岩、泥岩团块或夹薄层卵石透镜体。部分沟谷已切割至该层中，在沟谷底堆积有现代冲洪积作用形成的粉土、卵石，其厚度约为0-2.1m 。不具湿陷性。该层极限侧阻力标准值（qsik）为40kPa，极限端阻力标准值（qpk）为1000kPa。

该层厚度5.5-23.5m ,层底埋深7.0-38.5m ，层底标高1151.40-1167.60m。该层厚度东厚西薄，层面坡降小于10%，局部受地形影响而变薄或缺失。

3、 桩基设计参数

4 、夯扩桩的施工

4.1 挤土夯扩桩简介

挤土夯扩桩是采用夯锤（夯管）共同作用，重锤夯击成孔，套管随后跟进的方法。当成孔到设计深度时，在沉馆内分批填充干硬性混凝土，并用重锤夯实、挤密，在夯击能量作用下在桩端形成梨形扩大头，然后放置钢筋笼并灌注混凝土到设计标高。夯扩桩由桩身和扩大头两部分组成，由于桩端承载力和扩大头的面积成正比关系，又加上桩端土经过夯实挤密作用，这样可以充分发挥桩端阻力；同时在成孔过程中对桩身周围地基土起到横向挤密作用其承载力主要由桩端扩大头提供，桩侧摩阻力起辅助作用。本桩型具有适应地层广、承载力相对较高、施工速度快、造价低等优点。

4.2 挤土夯扩桩施工

4.2.1工艺选择

最初施工采用套管下放置预制桩尖，用振动锤向下振动沉管，但沉管至5～6 m时阻力太大无法下沉，后改用重锤夯击引孔，边夯击边沉管的施工工艺，因此不再使用桩尖。成桩设备采用DZ-90型夯扩桩机，套管直径为480mm，夯锤重量为4吨，套管下端进行加厚处理，使其外径达到500㎜。成桩工艺如下图所示：

4.2.2施工主要环节的质量控制：

（1） 成孔

采用重锤夯击引孔，边夯击边沉管的施工工艺，锤重4吨，吊高8～20m（以实际进尺及不出现嘬锤现象为准），每米成孔夯击数5～12击不等，直至达到设计孔深。

（2）扩大头施工

达到设计孔深后，向孔内分批填入干硬性混凝土，控制其坍落度为零，强度等级为C35。填料时将夯锤提出孔口进行填料，每次填料0.05 m3，夯击1～2击，重复进行此过程。在夯填过程中，每次提升套管高度不超过10㎝，逐步提套管底口至1161.4m，在此过程中夯填干硬性混凝土共计1.1m3。当夯锤有明显反弹时，使用215kN.m的夯击能，测量三击不加填料的贯入度，并予以记录，分析比较三次量测的贯入度值，当三个值呈递减或相等，且三个值累计不超过180㎜时即为合格。

（3）钢筋笼下设

将已经焊接好的钢筋笼用桩机副卷扬起吊，按设计标高进行固定。

（4） 灌注桩身混凝土

桩身混凝土坍落度控制为14～18㎝，强度等级C35。

钢筋笼下设完成后，向套管内灌入一定量流动性混凝土后（根据现场施工经验控制每次灌入量），启动振动锤振动5～10s，再开始拔管，应边振边拔，拔管速度0.5～1.0m/min，每拔0.5～1.0m，停拔振动5～10s，如此反复直到套管全部拔出。桩顶混凝土灌注至设计桩顶标高以上50㎝。

在拔管过程中，要随时向套管内加入混凝土，始终保持混凝土面高于套管底面1.5～2.0m以上，确保不能拔漏。

5、 施工中出现的问题及处理措施

5.1成孔困难

5.1.1原因分析：原计划采用振动沉管施工方案，但由于土层密实，阻力较大，实际施工时采用振动沉管施工工艺在本场区仅能沉管5～6m，因此本工程成孔全部采用夯击成孔，跟管钻进施工工艺。

5.1.2处理措施：针对施工中出现的情况，在采用夯击成孔的同时，对夯锤进行了改进，在锤头四周加焊了一圈10mm厚的钢板，从而有效解决了嘬锤现象，大大加快了施工进度，最终成孔时间控制在2～2.5小时内。

5.2 灌注期间拔管困难

5.2.1分析起其原因有：

①拔管过程中，套管周围地层在振动时易掉落小颗粒土块，在套管周围形成了倒楔子，从而导致拔管困难；

②套管周围的土层比较干、硬，摩擦阻力比较大；

③单次灌入套管内的混凝土量偏大，在套管内形成比较高的内压。

5.2.2处理措施：

①成孔到设计桩底时，提导管至地面，再次沉入到设计孔底，如此重复2～3次，可有效减小摩阻力。

②改变拔管工艺，每浇注0.4 m3混凝土，拔管2 m，尽可能减小套管内的砼压力，从而减小摩阻力。

③适当加大混凝土的坍落度，控制在160㎜左右。

6、 桩基检测效果

成桩28天后应用静载荷试验及高应变对桩检测，结果如表所示，根据静载荷试验确定单桩极限承载力值为4633kN。两种方法确定的单桩承载力都高于设计估算的承载力值，因此可知在本场区应用此桩型是可以满足承载力的要求。

7 、结论

（1）黄土地区应用夯扩大头桩，通过对桩周土挤密以及形成扩大头以提高桩端阻力，从而起到提高地基承载力的效果是明显的,通过试桩证明此种桩型是可行的。

（2）由于部分黄土地区地下水位埋深较大,土层含水率低，摩擦力大，使用套管成孔的方法比较困难，耗时间多，在施工的工期控制上是较大的考验，同时会导致较高的施工成本，因此各种施工参数应根据黄土地区的特性加以调整，通过试桩施工及实验结果来确定适用于工程桩施工的各种参数指标。

（3）对混凝土的和易性，桩机设备的提升能力等性能等方面的要求

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。