浅析夯扩桩在工程中的应用

李建民

（中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471000）

基础对于房屋建筑来讲是非常重要的，它起着承上启下的作用。首先它要承担上部结构的所有重量和各类活荷载，然后把这些荷载有效地传递到地基，因此可以讲它的安全决定着上部建筑的安全。基础的形式多种多样，但总体可划分为两类，一类是浅基础，另一类是深基础。深基础可划分为桩基础、筏板基础、箱型基础等。按照施工方法不同，桩基础有预制桩和灌注桩两类，灌注桩又可分为：沉管灌注桩、人工挖孔桩、钻孔灌注桩、夯扩桩等。夯扩桩是近年来刚刚发展起来的桩型，虽然至今还没有统一的国家技术标准，但它在实践中的应用却很成功。下面就夯扩桩的特点、优点、施工工艺、作用机理分析如下：

1 夯扩桩的特点

夯扩桩是用重锤夯击土体成孔的，夯击的过程就是对地基挤密加固的过程，而且在桩底形成了一个直径大于桩径的不规则球体，因此从受力角度讲夯扩桩可以有效的提高地基和单桩的承载力而无需加大桩径，从而起到增加建筑物的安全性，同时又能降低工程造价的作用。另外它克服了人工成孔桩成孔时垂直度难控制、浇注砼可能出现“夹土”的情况，施工质量便于控制。同时，由于在桩孔中填入了一部分建筑垃圾，所以有人称之为环保型桩，也有人将它戏称为“垃圾桩”。正因为它能“消化”大量建筑垃圾，因而可有效节约桩体材料。

2 夯扩桩的施工工艺

该桩型采用机械施工，施工工艺如下：

2.1 将直径40cm左右，长12米左右的桩管准确地立于桩位。

2.2 用夯锤在桩管内夯击地基成孔，每夯击一次就将桩管向下压至桩头，直至达到设计深度。

2.3 分批向桩管内填入一定数量的较硬建筑垃圾或卵石，用夯锤夯击使其进入桩管以外的土体中形成“扩大头”，当单击贯入度和累计三击贯入度均小于相应设计值时，再填入一定量的干硬性混凝土，然后继续夯击使贯入度达到设计值（贯入度的数值必须用水准仪测量，不能用肉眼或其他简易手段获得）。如单击贯入度、累计三击贯入度不满足要求时，必须继续填入建筑垃圾或卵石，然后再夯击直至达到要求为止。

2.4 拉出桩锤向桩管内放置已加工好的钢筋笼，浇筑混凝土，拔出桩管（浇筑一定量的混凝土后，可将桩管拔起一定高度，再浇再拔，但不能一次性全拔出，也不能等混凝土全部浇完后再拔）。

3 机理分析

3.1 该工艺在成桩过程中用重锤夯击，桩孔范围内的土被强行挤向四周，孔内用套管跟锤而下，可有效防止缩颈，孔周围的土体经过挤密固结使桩间土得到了压缩，提高了桩基范围内整个场地的地基承载力。

3.2 由于采用了强行扩充，在桩端形成了一个被挤密压缩的空间，桩端四周的土经过了一定的排水固结，形成了一个良好的复合桩端持力层。

3.3 通过桩头挤密固结加固了桩端及桩头空间的土体，形成了超过桩长范围内的整个场地的地基加固，从而形成了桩基复合地基。同时，采用贯入度控制桩头挤密程度的施工方法，使各桩的承载力都达到了比较一致的程度，消除了地基的不均匀性，使整个场地形成了一个比较均一的复合场地。

这种成桩过程中集挤密、置换、排水固结、振动挤密等作用于一体，形成了以桩身、桩头为主体，以振动挤密后的桩间土和桩端土为结合体的完整均匀的复合地基，在复合地基上再形成灌注桩。这种基础的优点显然是其他基础形式所不具备的。

4 适用范围

依据工程实践，该桩型适用于基底下有不小于4米相对硬层的地基，如沙土、卵砾层、可塑~硬塑的粘性土等；对持力层承载力较低的粉土、粉质粘土等，也可通过夯扩挤密及排水固结提高其承载力。对建筑垃圾场地也可采用该桩基形式，但桩端要有相对持力层。

5 工程实例及检测结果

5.1 工程实例

洛阳市某单位一幢厂房，由主厂房、附楼组成。主厂房为18米跨度轻钢结构，附楼为钢筋混泥土框架结构。总占地面积约7000平方米，场地地层自上而下依次为：

（1）素填土厚度0.3~5米。

（2）黄土状粉质粘土，稍湿~湿，可塑~硬塑，中压缩性，厚度0.0~5.3米，承载力标准值120Kpa。

（3）黄土状粉质粘土，稍湿~湿，硬塑，中低压缩性，厚度0.0~2.4米，承载力标准值160Kpa。。

（4）黄土状粉质粘土，稍湿~湿，可塑~硬塑，中压缩性，厚度0.0~5.3米，承载力标准值150Kpa。

（5）黄土状粉质粘土，湿，可塑~硬塑，中压缩性，厚度0.0~2.4米，承载力标准值180Kpa。

（6）黄土状粉质粘土，湿，硬塑~坚硬状，中低压缩性，厚度0.0~3.6米，承载力标准值170Kpa。

（7）黄土状粉质粘土，湿，硬塑，中低压缩性，厚度0.7~3.3米，承载力标准值200Kpa。

（8）黄土状粉质粘土，湿，可塑~硬塑，中压缩性，厚度0.0~3.4米，承载力标准值180Kpa。

（9）黄土状粉质粘土，稍湿，可塑~硬塑，中压缩性，厚度0.9~3.8米，承载力标准值220Kpa。

（10）黄土状粉质粘土，湿，硬塑，中压缩性，最大揭露厚度8.7米，承载力标准值210Kpa。

该建筑最初考虑采用一柱一桩（端承桩）方案。但考虑到主厂房跨度较大，综合楼活荷载大（考虑今后可能扩大再生产，为方便改造，每层楼面设计活荷载为1t/平方米），若采用此方案，单桩桩径可能较大，挖孔也较深。在认真分析建筑物的结构形式、所承受荷载以及场地工程地质条件的基础上最终选择了夯扩桩，设计的单桩承载力设计值为：主厂房（桩长6.0米）600KN，综合楼（桩长8.0米）800KN，桩径400mm，总桩数399根。

5.2 单桩静载试验

本工程施工时在桩底采用建筑垃圾，主要成分为碎砖块与废弃的混凝土块，桩身采用C20混凝土灌注，钢筋笼保护层50mm，夯锤重4.0t，每根桩扩大头夯锤累计三击贯入度全部控制在9cm以内，且夯锤有回弹现象。

桩基础的承载能力是以单桩承载力为基准确定的，正确确定单桩承载力是关系到建筑物设计是否安全的重要问题。静载试验是采用接近于竖向抗压单桩实际工作条件的最好实验方法。本工程共选用了4根桩做静载试验。

试桩最大加荷1340KN，对应的总沉降量分别为：3.38mm、5.32mm、5.17mm、7.88mm。4根桩设计承载力均为800KN，其对应的沉降量为：1.30mm、1.84mm、2.18mm、2.44mm。Q-S曲线见上图。由Q-S曲线及试验结果可知，以上试桩所测承载力及沉降量满足规范及设计要求。

通过对夯扩桩作用机理的分析，结合工程实例，我们可得出以下结论：

（1）通过对地基土夯击挤密后，桩身四周及桩头下一定范围内的土体都得到了加固，提高了建筑物的地基承载力，同时也提高了单桩承载力，降低了工程造价。

（2）由于夯扩桩是通过夯击成孔的，成孔的过程也是对地基土加固的过程。所以说该型桩对地基要求较低，相对于其他型式的桩基础，施工质量更容易控制，有较好的技术、经济和社会效益。

[1]滕延京/黄熙龄（等）.建筑地基基础设计规范[M].中国建筑工业出版社，2012.

[2]桂业琨/叶柏荣（等）.建筑地基基础工程施工质量验收规范[M].中国建筑工业出版社，2002.

[3]龚晓南.地基处理手册[M].中国建筑工业出版社，2008.

[4]林彤.地基处理[M].中国地质大学出版社，2007.