载体桩技术的介绍.doc

载体桩技术的介绍1 载体桩工艺的介绍1.1.1载体桩的定义载体桩是由混凝土桩身和复合载体构成的桩。根据桩身施工的方法不同分为现浇载体桩和预制桩身载体桩。载体桩是一种新的专利技术，它选择下部层位稳定、土性较好的土层作为被加固土层，以桩端土体为研究对象，利用重锤冲击成孔、沉管，当沉管到设计标高时，对桩端连续进行填料、夯实操作，用三击贯入度作为控制指标（三击贯入度为锤重35kN，上提6.0m，自由落体时三次贯入的累计深度），再填以干硬性混凝土或水硬性材料进行夯实，使桩端以下深度为35m、直径为23m约10m3的土体得到最有效的加固挤密，自上而下形成了由干硬性混凝土（水硬性材料）、填充料、挤密土体组成的复合载体，然后再放置钢筋笼、灌注混凝土形成载体桩，如图1。1.2 载体桩剖面示意图1.3 载体桩的受力机理 当承受竖向荷载作用下，载体桩荷载主要由载体承受，侧摩阻只占很小的比例。从受力上分析，其受力类似一个扩展基础。桩身可以等效为一传力杆件，复合载体受力等效为扩展基础的受力。 采用承台梁和载体桩的基础，其受力即可以等效为条形基础的受力；采用独立承台，载体桩的受力可以等效为柱下一独立基础的受力；采用满堂布置的载体桩，则其受力可以等效为筏板基础的受力。1.4载体桩的应力传递简图从混凝土、夯实填充料到挤密土体，压缩模量逐级降低，形成多个软弱下卧层，应力被扩散，形成类似多级扩展基础的受力。1.5 复合载体的载荷试验通州区武夷花园工程自地表向下依次为填土、粘质粉土和粉砂，以粉砂层作为持力层，其fk=160kPa,ES=12MPa。现场施工载体桩，用重锤代替桩身，施工完毕后立即进行载荷试验，所有试桩极限承载力都大于1500kN。施工控制参数133204.53703#123804.53702#84804.53701#三击贯入度（cm）填料砖数量（块）钻孔深度（m）孔径直径（mm）桩号1.7 复合载体施工对周围土体的影响1.7.1 提高周围土体的密实度根据载体施工的影响范围，可以确定施工时的最小间距，以含水量大的粘性土作为被加固土层，最小间距2.0m，以砂土、粉土或卵石作为被加固土层作，施工最小间距为1.6m。1.7.2 能消除载体周围一定范围内土体的湿陷性湿陷性被消除的原因：土体的被夯实，土中的孔状结构被消除，土体的抗剪强度增大。距离混凝土桩身的距离（m）01234施工前的湿陷系数0.0340.0190.0240.0290.023施工后的湿陷系数0.0020.0050.0120.0140.0151.7.3 能消除载体周围一定范围内土体的液化1.8 载体桩技术的优缺点优点：1.无须基坑开挖和降水，减少了工程量。2 .单桩的承载力大幅度提高，并且可以通过调整施工参数（填充料、三击贯入度）来调整载体基础的承载力 。不同施工控制参数对应的Q-s曲线 桩号桩径(mm)桩长(m)持力层填砖（块）三击（cm）1#4105.2粉砂30052#4104.0穿粘土进粉砂460123#4102.7粘土层48594%4104.0/直杆桩3. 可消耗大量的建筑砖块、混凝土块等建筑垃圾。4. 施工中无泥浆排出，保护了环境。5. 施工成本低，节省施工造价。缺点：1.挤土桩，施工时对周围建筑或管线产生挤土效应。2.有振动，邻近有居民楼时，施工受到一定限制。1.9 载体桩施工工艺1） 在桩位处挖直径等于桩身直径、深度约为500mm的桩位圆柱孔，移机就位；2）提起夯锤后快速下放，使夯锤出护筒，入土一定深度；3）用副卷扬机钢丝绳对护筒加压，使护筒底面与锤底齐平；4）重复2）、3）的步骤，将护筒沿垂直沉入到设计深度；5）提起夯锤，通过护筒投料孔向孔底分次投入填充料，并进行大能量夯击；6）填充料被夯实后，在不再填料的情况下连续夯击三次并测出三击贯入度，若三击贯入度不满足设计要求，重复5）和6）的步骤，直至三击贯入度满足设计要求为止；7）通过护筒投料孔再向孔底分次投入设计需要的干硬性混凝土，并进行夯击；8）放入钢筋笼；9）灌注桩身混凝土。1.10 载体桩的经济优势1. 部分建筑材料采用建筑垃圾；2. 减少桩的长度和数量。3. 减少了一些工序，提高了工效。1.11 载体桩的使用范围在地面下不超过25m深度内存在设计要求的持力层，理论上都可以采用该技术。持力层的要求： 1. 满足承载力要求； 2. 满足变形要求； 3. 具有一定的厚度。2 载体桩的设计 2.1. 载体桩的设计控制参数： 混凝土桩身的长度、复合载体等效计算面积Ae、桩身直径和混凝土强度。2.2 设计步骤： 确定桩长和桩间距；验算单桩承载力；桩身强度验算；沉降验算；下卧层验算；承台设计，配筋。2.3 单桩竖向承载力特征值可用下式估算： Ra=faAe 式中：Ra单桩竖向承载力特征值； fa复合载体下地基土经深度修正后的地基持力层承载力特征值； Ae 复合载体等效计算面积。2.4 桩身混凝土强度的验算 桩的承载力应满足桩身混凝土强度的要求，桩身强度应符合下式要求： Qc fcAp 式中：Q相应于荷载效应基本组合时单桩的竖向力设计值； fc混凝土轴心抗压强度设计值，应符合现行国家混凝土结构设计规范的规定； Ap桩身截面面积； c工作条件系数。2.5 软弱下卧层的计算z作用于软弱下卧层顶面的附加应力；i软弱层顶面以上各土层重度（地下水位以下取浮重度）按土层厚度加权平均值；t地面至软弱层顶面的深度；fa软弱下卧层经深度修正的地基承载力特征值；A0、B0等效基础的长、短边长；软弱下卧层上硬持力层压力扩散角。2.6载体桩沉降计算式中：s 桩基最终沉降量（mm）； p沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定； po对应荷载准永久组合持力层顶的附加压力； n桩基沉降计算范围内所划分的土层数；zi、zi-1复合载体底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)； ai、ai-1第i层土、第i-1层土底面深度范围内平均附加应力系数，可按； Esi桩基沉降计算范围内第i层土的压缩模量(MPa)，按实际应力范围取值； A承台面积(m2) Dh承台埋深（m）3 载体桩技术的研究与发展3.1 大直径载体桩 桩径从原来的400 mm-450mm发展到600mm-800mm，单桩承载力从原来的500kN发展到最大可达4000kN。 特点：高承载力；低成本；工艺简单。 应用范围：单柱单桩建筑；市政桥梁桩基础等 计算公式： Ra=3faAe试验研究：0.3105910.04003#0.3105810.04002#0.3108810.04001#干硬性混凝土（m3）填砖（块）三击（cm）桩长（m）桩径（mm）桩号3.2 小直径载体桩 针对低层建筑而采用的技术，桩身一般300-350mm，承载力一般也比较小。 设计计算方法与常规载体桩计算相同。3.2 扩顶复合载体复合地基 载体桩作为复合地基中的增强体，为充分发挥载体桩承载力高的特点，施工时对桩顶部一定范围内的桩身进行扩径，以便将上部荷载更多地传递到复合载体夯扩桩。 3.3 采用预应力管桩复合载体夯扩桩 采用预制桩身与复合载体相结合的桩。 技术优点：1. 解决了在软土地区施工现浇载体桩容易出现的 缩径问题； 2. 利用了复合载体的承载力。 应用范围：场区内存在淤泥或淤泥质土等软土的地区。4 应用载体桩的典型实例1. 丰台科技园2、北京万科紫台3、天津105厂迁建工程 5 载体桩设计规程的修订5.1 对复合载体进行了重新定义 现将复合载体定义为三部分：混凝土、填充料、挤密土体。 5.2 载体桩桩长的定义 规程对载体桩给出了明确定义：载体桩桩长即为混凝土桩身的长度和载体高度。 载体施工的影响区域一般为宽度2-3m，深度3-5m。但为方便计算和从安全考虑，载体的计算高度取2m.5.3 取消了细长锤的概念 细长锤定义为直径250-500mm，长度3000-5000mm，质量为1.5-5t，用以夯实填充料和混凝土的锤。 现在载体桩直径有了较大的变化，直径从300mm-800mm，施工中也常常根据现有条件选择重锤，故现在规程对锤不做定义，采用柱锤的概念。5.4 承压水对复合载体施工的影响 新规程规定：当桩身进入承压水土层中时，应采取封堵措施，防止地下水进入护筒。 当护筒进入承压水时，承压水容易进入护筒影响载体桩的施工质量。以前没有这方面的施工经验，在承压水地区比较慎重使用，但现在对该环节的控制也有了成熟的施工技术，故新规范中规定，在承压水地区可以使用，但要采取必要的控制措施。5.5 夯实填充料的控制 原规程规定，并对地面的隆起高度进行了规定：填料量不宜小于0.5m3，且不宜大于1.8m3。 新规程取消了地面隆起不大于50mm的规定，取消了填料最小体积的规定。5.6 初步设计中载体桩承载力的估算 Ra=faAe 式中： fa复合载体下持力层地基土经深度修正后承载力的特征值，应按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2002执行； Ae复合载体等效计算面积（m2），在没有当地经验时其值可按表4.3.2选用。表4.3.2使用规程中表4.3.2注意：1. 新规程在被加固土层中增加了杂填土、中粗砂，将粉质粘土和粘土合并为粘土。2. 对于液性指数Il大于0.25的粘性土，没有给对应三击贯入度小于10cm的取值。 对于中粗砂和碎石土没有给对应三击大于30cm的取值。3. 统计资料大都是小于10m的桩，当桩长大于10时，应根据设计经验或适当考虑侧摩阻的影响。4. 表中对应的三击是指标准锤对应的三击，当采用非标准锤或非标准落距时，应适当调整取值。5.7