载体桩技术的应用及经济性研究

王邦

摘 要：本文首先介绍了载体桩增强机理，然后以洛阳某高中项目为例，结合地质情况，对比分析载体桩、预应力管桩、灌注桩三种桩型技术方案，确定相应单桩承载力特征值，同时，在相同条件下，测算出三种桩型对应的桩数和承台大小，并对其经济性进行对比分析。

关键词：载体桩;预应力管桩;灌注桩;经济性

中图分类号：TU753.3文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）05-0085-03

Abstract： This paper first introduced the reinforcement mechanism of carrier pile， and then took a high school project in Luoyang as an example， combining with the geological conditions， compared and analyzed the technical schemes of carrier pile， prestressed pipe pile and cast-in-place pile， and determines the corresponding characteristic value of single pile bearing capacity. At the same time， under the same conditions， the corresponding pile number and bearing platform size of three pile types were measured and calculated， and the economy of three kinds of piles was compared.

Keywords： carrier pile;prestressed pipe pile;cast in place pile;economy

1 研究背景

2018年國家发布了行业标准《载体桩技术标准》（JGJ/T 135—2018）。载体桩是由桩身和载体构成的桩，载体为桩身以下经夯实形成的承载体，又分为填料载体和无填料载体[1]，载体桩示意图见图1。载体桩技术具有挤密桩端土体和扩大桩端受力面积的双重积极效应，又能适量消化建筑垃圾，所以具有较高的应用价值[2]。

为切实解决项目技术问题，并结合新技术推广应用[3]，本文介绍载体桩增强机理，并以洛阳市某学校项目为例，介绍项目情况，综合比较载体桩、预应力管桩、灌注桩三种桩基设计方案，量化技术指标，探讨最优桩基技术方案，并对桩基方案经济性进行分析，确定经济的桩基技术方案。

2 载体桩增强机理

载体桩是一种将深层土体加固后作为基础持力层的新型桩型，以较好的土层为持力层，并将持力层的桩端阻力进行再提高，充分利用桩端和加固体以大大提高桩的承载力。

桩端载体增强机理：载体桩通过锤击夯实填料，将土体中的大部分空气和部分水挤压排出，使土体达到接近密实。载体桩选择的载体通常为建筑垃圾和水泥砂土拌和物，增加载体及持力层的密实度。在施工初期，柱锤底端下的土体先受到柱锤的冲击力，在外力作用下，颗粒之间发生错动，土中孔隙减小。在不断填料夯击的过程中，孔隙不断减小，排出骨架间的空气。继续填料夯击时，由于柱锤底面下的土体抗力提高，柱锤底部侧面的土体压力较小，填充料在强大冲击力的作用下就会向四周挤压土体。在不断填料夯击过程中，柱锤底端四周的围压趋于一致，载体趋于球状。达到载体桩三击贯入度的控制要求时，不再夯填填充料，夯填干硬性混凝土之后浇注桩身混凝土形成载体桩[4]。被加固体的三击贯入度是影响载体桩承载力的关键指标，需要严格按规范和设计图纸要求执行[5]。

3 项目概况

项目为洛阳市某县高级中学，占地红线面积约为102 000 m2，净用地面积约为85 000 m2，总建筑面积约为66 790 m2。地块南北向最宽处约257.0 m，东边最宽处约448.6 m，地形地貌平坦，适合工程建设。项目由图书楼（4F/5F）、教学楼（4F/5F）、宿舍（5F/6F）、看台（2F）、餐厅（3F/1D）等建筑组成，各建筑高度及平面位置见图2。

项目地质情况：地质勘探室外作业于2018年11月完成，地貌单元为洛河I级阶地，工程重要性等级为二级，场地复杂程度等级为二级场地（中等复杂场地），地基复杂程度等级为二级。场地为建筑抗震一般地段;地下水位埋深为地面下6.2～7.7 m;场地不具有湿陷性、不具有液化。主要土层参数详见表1，以教学楼14号孔为例，工程地质剖面详见图3。

4 桩基方案分析

该项目各单体均为多层建筑，基底荷载差异性小，本文以教学楼为例进行基础方案分析，地质剖面详见上图3。教学楼主柱网为9.3 m×8 m、9.3 m×3 m，选一个中柱和一个边柱的两个柱下桩基进行分析，柱底标高为-1.0 m，中柱下标准组合为柱底轴向力[Nk]=3 424 kN、柱底X向弯矩[Mxk]=47 kN?m、[柱底Y向弯矩Myk]=10.9 kN?m，边柱下标准组合为柱底轴向力[Nk]=2 945 kN、[柱底X向弯矩Mxk]=320 kN?m、柱底Y向弯矩[Myk]=122.2 kN?m。

天然地基方案：若采用天然地基，则持力层以第②粉土，承载力特征值为90 kPa，承载力较低，教学楼5层建筑均以筏板基础为主，成本较高，且第④层土承载力较低，压实模量较小，建筑整体沉降较大，极易引起不均匀沉降，造成不良的社会影响。因此，综合分析地质情况、建筑类型、基础方案、社会影响等因素，确定采用桩基。

结合项目情况，经咨询了解当地成熟的桩基方案，大致有以下三种技术方案，分别为载体桩（直径430 mm）、预应力混凝土管桩（直径400 mm）、旋挖成孔灌注桩（直径600 mm），其中，管桩和灌注桩的桩基设计参数详见表2。

根据图3土层情况，桩顶标高确定为第②层粉土顶，桩端以第⑦层卵石为持力层，桩端全截面进入第⑦层卵石长度为1 m，按表2设计参数，计算管桩（直径400 mm）单桩承载力特征值[Ra]=1 142 kN，桩长13.1 m;计算灌注桩（直径600 mm）单桩承载力特征值[Ra]=1 297 kN，桩长13.1 m。

载体桩单桩承载力确定：根据《载体桩技术标准》（JGJ/T 135—2018）4.3节，载体桩单桩竖向承载力特征值[Ra]的计算公式为：

其中，[f]为经深度修正后的载体桩持力层地基承载力特征值，该项目选择⑦层卵石作为桩端持力层，计算公式如式（2）所示;[Ae]为载体等效计算面积，根据地勘报告，建议按最后三击贯入度<10 cm，[Ae]取3.2 m2。

将相关数据代入式（1），计算出载体桩（直径430 mm）单桩承载力特征值[Ra]为2 510.72 kN。载体桩混凝土等级为C30，充分发挥材料强度，单桩承载力最大设计值为3.14×215 mm×215 mm×14.3 N/mm2=2 075.6 kN，估算單桩最大承载力特征值为2075.6/1.35=1 537.5 kN。由此，确定载体桩（直径430 mm）单桩承载力特征值[Ra]=1 537.5 kN，桩长约为11.1 m。

根据载体桩、管桩和灌注桩承载力特征值情况和规范要求，计算已选定中柱和边柱柱下桩数及承台情况，结果见表3。

由表3可知，载体桩承载力高，相同条件下，载体桩数明显少于管桩和灌注桩，对应承台大小也明显降低，技术方案对比知，载体桩方案优。

5 经济性分析

根据表3桩数及承台情况，估算各桩型对应桩及承台造价，结果见表4。其中，载体桩施工及机械等费用约120元/m，载体桩对应材料价格约为190元/m，载体桩综合单价约为310元/m;管桩综合单价约为170元/m;灌注桩综合单价约为1 200元/m3，折合长度综合单价为339元/m。承台综合单价均按1 500元/m3考虑。

从表4可知，采用载体桩，桩和承台综合费用比管桩降低约14.2%，比灌注桩降低约41.9%，可见载体桩效益最好。

6 结语

①结合项目地质情况，分析各土层承载力、压缩模量，若采用天然地基基础，极易引起不均匀沉降，造成不良的社会影响。综合分析地质情况、建筑类型、基础方案、社会影响等综合因素，确定采用桩基方案。

②根据地质图及桩基设计参数，计算确定载体桩、预应力混凝土管桩和灌注桩单桩承载力特征值及对应的桩长，并以选定一个中柱和一个边柱的两个柱下荷载组合，分析分别采用三种桩型所需的桩数及承台情况，确定载体桩承载力高，相同条件下，载体桩数明显少于管桩和灌注桩，对应承台大小也明显降低。通过技术方案对比可知，载体桩方案较优。

③分析三种桩型对应桩及承台造价，采用载体桩，桩和承台综合费用比管桩降低约14.2%，比灌注桩降低约41.9%，载体桩效益最好。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.载体桩技术标准：JGJ/T 135—2018[S].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[2]王建安，张慧海，陈琳，等.载体桩在陕南粉质黏土地区的适用性研究[J].岩土工程技术2019（4）：109-114.

[3]王继忠，杨启安.载体桩的设计计算要点[J].建筑结构，2008（6）：118-120.

[4]陈磊.载体桩的承载特性及其工程应用研究[D].南京：东南大学，2020：11-14.

[5]潘力，谢通.跨座式单轨混凝土轨道梁预制生产工艺研究[J].铁路技术创新，2018（6）：114-118.