关于载体桩在软土地基中设计与施工的总结

张 谦

(泽州县建筑设计室，山西 晋城 048000)

关于载体桩在软土地基中设计与施工的总结

张 谦

(泽州县建筑设计室，山西 晋城 048000)

结合载体桩的工作机理和适用范围，对载体桩在巴公中学图书信息楼工程中的应用技术作了研究，通过计算单桩承载力与沉降量，阐述了载体桩的设计方法，并针对影响载体桩承载力的常见问题提出了解决方法，为载体桩的应用积累了经验。

载体桩，基础，承载力，设计

1 载体桩的工作机理和适用范围

1)载体是由混凝土、夯实填充料、挤密土体三部分构成的承载体。载体桩由两部分组成，即上部的钢筋混凝土桩身和下部的载体。载体桩通过柱锤夯击成孔，待护筒到达设计标高后，不断填入建筑垃圾再用重锤反复夯实，通过三击贯入度、填入量等技术指标来控制夯实的密实程度，最后再添加一定量的干硬性混凝土并夯实，这样就形成由内向外分别为干硬性混凝土、填充料和挤密土体形成的加固载体，从而使桩端土体得到最优的密实，有效地将上部荷载传递给下面的持力土层，从而大大提高土体的承载力。载体桩结构示意图如图1所示。

2)载体桩持力层是直接承受载体桩传递荷载的土层，被加固土层是指载体所在的土层。故选择的持力层必须能够满足上部结构的荷载和变形的要求，也就是说当上部结构的荷载通过载体传递到所选持力层时，该持力层土层的地基承载力必须大于上部结构所传递下来的压力，同时地基持力土层的变形也必须满足建筑结构的要求。而选择的被加固土层也须满足土体的被加固性。根据JGJ 135—2007载体桩设计规程规定，被加固土层宜为碎石土、砂土、粉土及可塑、硬塑状态的粘性土，但由于粘性土细颗粒较多，颗粒之间的粘聚力大，被加固性较其他几种土相对差些，尤其是软塑～流塑状态的粘性土，由于其一般含水量高，可加固性差。因此宜优先选用颗粒较粗的土体作为被加固土层。

3)当载体桩持力层为含水量较大的粘性土时，试桩施工完毕后，应重点观测负水压力的影响，不要被“假象三击贯入度”所迷惑；当试桩不能满足设计要求时，应重点考虑改换填充料材质，有时因地制宜选用三七灰土可以得到很好的效果。

2 工程实例

2.1 工程概况

泽州县巴公镇政府巴公中学图书信息楼位于山西省晋城市泽州县巴公镇巴公一村村东南部，本工程地上5层，结构形式为框架结构，基础为载体桩基承台基础，基础底标高为-2.000 m。根据太原市兴华岩土工程勘察质量检测有限公司2010年5月提供的《泽州县巴公镇中学二期工程岩土工程勘察报告》<详勘>，场地土分布如表1所示。

表1 场地土层分布表

该场地土类别为Ⅱ类,拟建场地为较稳定性场地，天然地基视为不均匀地基，场地土无液化；勘察期间无地下水。依据岩土工程勘察报告和该工程上部结构体系,设计单位经性价比分析，优先推荐采用载体桩承台基础,设计方案为桩径450 mm,桩长7.60 m～13.5 m,承台下布桩。桩端进入第③层粉质粘土层不小于1.5 m，共布桩177根。载体桩必须进行桩身完整性检测和竖向承载力检测；依据JGJ 135—2007载体桩设计规程的规定及该工程的重要性类别(学校类建筑为乙类)，本工程桩桩身完整性检测数量为总桩数的100%，即177根工程桩全部进行桩身完整性检测，且均为Ⅰ类桩；工程桩承载力检测采用静载荷试验，检测数量为30根，且均可满足工程要求。

2.2 载体桩的设计

1)单桩承载力的计算。载体桩的桩身只是一个传力杆，只需桩身将上部荷载传递给复合载体即可，根据自己多年设计的工程经验，本工程地上仅有5层，建筑荷载相对较小，选用φ450桩就可满足桩身强度要求。根据本工程地质勘察报告，选第③层粉质粘土为本工程地基持力土层，该土层为中压缩性土，地基承载力特征值较高，很适合作为本工程复合载体的持力层；依据基底标高，确定设计载体桩有效桩长为8.2 m。

依据《载体桩设计规程》，单桩承载力标准值为：

Fa=160+1.6×14.3×(8.2+2.0-0.5)=381.94 kPa。

初步确定三击贯入度为15 cm，根据规范查表Ae取值为2.20 m2，故:

Ra=faAe=381.94×2.2=840.27 kN。

本次设计暂取单桩承载力为800 kN。

设计桩身混凝土强度等级取C25，即fc=11.9 N/mm2，桩身混凝土强度验算：

成煤后期为内陆环境，以内陆中的河床相和泥炭沼泽相沉积为主。河流对煤层的冲蚀明显增强。这种趋势直至泥炭沼泽环境(坑洼处)大面积砂岩、泥岩的生成。晚期受秦岭-大别山古陆和华夏系构造影响(晋豫交界)，整个区域过渡为河流发育的冲积平原，沉积了厚度比较稳定的中细粒砂岩。

0.7fcAp=0.7×11.9×3.14×450×450/4=1 324 kN。

大于800 kN，桩身混凝土强度满足设计要求。

2)桩身配筋按构造要求进行。

3)沉降验算。依据规程公式4.5.7-1与4.5.7-2，经计算载体桩变形s=24.2 mm，满足规范要求。

2.3 试桩

1)通过试桩确定土层分布情况、设计参数选取、三击贯入度等，以指导下一步工程桩的大面积施工。

2)工程桩施工前应先试桩，每项单体工程不得少于3根，满足设计要求后方可正式施工。

2.4 影响载体桩承载力的常见问题及解决思路

1)三击贯入度。载体的形成主要依靠重锤反复夯实填充料，而夯实的密实程度主要用三击贯入度来衡量；但对于含水量比较大且渗透性比较好的土层时，由于取出夯锤后马上会有水进入夯坑，这样再加入填充料夯击时，所反映的三击贯入度就会由负水压力贡献一部分，而随着时间的推移，负水压力又会慢慢释放，从而造成载体桩承载力的降低；例如，泽州县残疾人康复中心为地下2层，地上11层，载体桩施工时适逢雨季，再加上地基持力层自身含水量较大，三击贯入度达到10 cm时，工程试桩承载力不能满足设计要求，最后采用三七灰土进行水封后，三击贯入度仅达到15 cm时，工程试桩承载力就能满足设计要求。

2)相邻桩的相互影响。对于夯扩成孔载体桩，一方面是桩身形成时要对周侧土体进行挤压；另一方面是载体形成时夯填填充料的过程中对载体周侧土体进行挤密；这种施工工艺对周边土体挤密程度非常大，处理不当往往会对邻桩造成缩颈，甚至断桩。特别是对于粉质粘土，在间距不太大且大面积载体桩施工后极易造成相邻桩向上平移，最终影响载体桩的地基承载力等。比如，晋城某煤矿职工公寓楼，恰巧载体桩的被加固土体和载体桩的持力层均为粉质粘土，场地正方形布置载体桩且间距为1.8 m，采用间隔跳打；静载荷试验时荷载加到600 kN时突然沉降3.6 cm。对于间距较小且满堂布置时，我们往往采用预钻孔成孔，或尽量选地基承载力特征值较高的土层作为持力层(减少填充量及载体的体积)等来满足工程的要求。

3)桩身与载体结合处处理不当。载体桩主要由两部分组成，即桩身和载体；桩身作为传力杆主要用来将上部荷载传递给载体；载体用来将传递来的荷载再二次传递给地基土体；可见当二者不能协调作用时，将直接影响到载体桩的承载能力，因此，桩身与载体结合处的承上启下作用也是至关重要的。比如，某工程施工完静载荷试验时，对承载力不满足要求的桩开挖后发现桩身与载体间夹有厚度不等的土体。对此，采取措施严密控制施工工艺和程序，并预检测桩身完整性，发现桩身与载体结合处出现夹土现象，及时锤击桩顶消除不结合现象。

3 总结及建议

1)载体桩桩身作为传力杆件，载体相当于无筋扩展基础，该方法充分利用了地下较硬土层和钢筋混凝土的强度，有效提高了地基承载力，大量节约了建筑材料；该工程节省费用达到了20%～30%，取得了较好的经济效益、社会效益和环境效益。

2)建议在施工前期和施工中要加强管理，采用信息化动态施工；根据现场实际情况，对可能出现的一些情况提前预判，做到未雨绸缪，尽量减少质量事故的发生，对已发生的问题，应及时采取必要的措施进行现场解决，如情况比较严重或复杂，应及时通知建设单位、设计单位等相关单位到现场排除，保证工程桩的质量安全。

3)该工程设计未考虑群桩效应的作用，而实际工程中均为群桩，故应在以后的设计施工中，充分考虑群桩效应的影响，将会产生更大的经济效益。

[1] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[2] JGJ 135—2007，载体桩设计规程[S].

[3] 龚晓南.地基处理手册[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社,2008.

[4] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[5] 杨启安.载体桩的设计与计算[J].建筑结构，2005(sup):18-19.

Summary on the carrier pile design and construction in soft soil foundation

Zhang Qian

(ZezhouBuildingDesignOffice,Jincheng048000,China)

Combining with carrier pile working mechanism and application scope, the paper studies the application technology of carrier pile in Bagong middle school library information building engineering, describes the carrier pile design methods through calculating the single pile bearing capacity and settlement, and puts forward solving methods to common bearing capacity problems of carrier pile, which has accumulated experience for carrier pile application.

carrier pile, foundation, bearing capacity, design

2014-11-20

张 谦(1973- )，男，工程师

1009-6825(2015)04-0076-02

TU471.8

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