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摘要(系统识别):
第49卷第3期
建筑结构
Vol.49 No.3
2019年2月上
Building Structure
Feb.2019
D0I:10.19701/j-jg.2019.03.20
柱锤夯实扩底灌注桩现场试验与设计方法研究
吴迈2,赵欣2,邱峰3,耿君4
(1河北工业大学土木与交通学院,天津300401;2河北省土木工程技术研究中心,天津300401;
3中治京诚工程技术有限公司,北京100176;4吉林大学建设工程学院,长春130012)
摘要]利用柱锤冲扩干硬性混凝土形成桩端夯扩体是柱锤夯实扩底灌注桩的特色,桩端夯扩体的性状对单桩承
载力有显著影响。通过现场开挖试验研究了夯扩体的形状和构造特点:通过工程实例分析和现场静载荷试验研究
了柱锤夯实扩底灌注桩单桩承载特性。开挖试验表明,采用平底柱锤施工形成的夯扩体为竖向高度略大于水平投
影直径的椭球体,试桩A,B的夯扩体的水平投影面积分别为理论投影面积的0.81倍和0.83倍;在地下水位以下,
先行夯填碎砖可形成包围夯扩体的干燥不透水层;夯扩体施工过程中形成的凹形夯坑可以保证上部桩身和夯扩体
的可靠连接;根据开挖试验结果,对承载力设计方法进行了改进。针对某工程地基填土层厚、填垫时间短的特点,
采用柱锤夯实扩底灌注桩结合柱锤冲扩素土桩对深厚的软土层进行处理,取得了良好的效果,承载力达到设计要
求,同时验证了承载力设计方法的适用性,为深厚、大面积软弱地基处理提供了新的方法。
关键词]夯扩体;单桩承载力;开挖试验;设计方法
中图分类号:TU473.12
文献标识码:A文章编号:1002-848X(2019)03010805
Study on field investigation and design approach of enlarged base pile rammed by column-hammer
(1 School of Civil and Transportation Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;
2 Civil Engineering Technology Research Center of Hebei Province,Tianjin 300401,China;
3 Capital Engineering Research Incorporation Ltd.,Beijing 100176,China:
4 Construction Engineering College,Jilin University,Changchun 130012,China)
Abstract:Forming the pile base with dry concrete by column-hammer is the character of enlarged base pile rammed by
column-hammer.The property and shape of the enlarged base is of great effect on the bearing capacity of the pile.Site
excavation test was conducted to investigate shape and construction character of the pile;project case analysis and field
static load test data was adopted to study the bearing behaviors of the pile.The excavation test indicates that the enlarged
base is approximate an ellipsoid with the vertical axis of the ellipsoid be slightly longer than horizontal axis.The horizontal
projection area of the enlarged base of test pile A and test pile B is 0.81 times and 0.83 times of the theoretical projection
area,respectively.Below the ground water level,the bricks rammed in advance can form a dry and impermeable layer
which surrounds the enlarged base.In the construction process of the dynamic compaction,the concave hole was formed
which can ensure the reliable connection between the upper pile body and the enlarged pile end.According to the excavation
test results,the bearing capacity design method was improved.According to the engineering characteristics of thick soil
filling and short filling time of foundation in a project,the combination of enlarged base pile and compacted soil pile were
applied to treat the thick soft soil layer.Ideal treatment results were achieved and the bearing capacity met the design
requirement.The method to estimate the bearing capacity was verified to be applicable,which provides a new method for
deep and large area soft and weak foundation treatment
Keywords:enlarged base;bearing capacity of single pile;excavation test:design approach
0引言
较软时可在夯扩体施工前夯填一定数量的碎砖等粗
柱锤夯实扩底灌注桩是采用柱锤冲扩工艺施工
骨料,以达到挤密土体、提高桩端承载力的效果。柱
的一种扩底桩口。具体施工方法是用桩机将长2~
锤夯实扩底灌注桩构造如图1所示。
6m、直径300~500mm、质量1~8t的柱状锤提升3~
与其他形式扩底桩如挖孔、钻孔扩底桩及内夯
10m高,利用柱锤下落的夯击能反复冲击成孔;成孔
沉管灌注桩相比,对孔底填料进行冲扩是柱锤夯实
达到设计深度后分批向桩孔内填入一定量干硬性混
扩底灌注桩的特点之一。通过对孔底填料的冲扩过
凝土,利用柱锤反复冲扩形成夯扩体;夯扩体施工完
成后放入钢筋笼,并浇筑桩身混凝土成桩。在土质
作者简介:吴迈,博士,副教授,Email:wumaitj(@126.com。
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第49卷第3期
吴迈,等.柱锤夯实扩底灌注桩现场试验与设计方法研究
109
填碎砖1250块,夯填干硬性混凝土0.3m3;试桩B
夯填碎砖1000块,夯填干硬性混凝土0.5m。2根
桩身
试桩均采用工程常用的平底柱锤施工,柱锤直径
穿越土层
钢筋笼
350mm,锤重35kN,夯填试验碎砖及干硬性混凝土时
柱锤落距均为4.0m。施工程序与工程桩相同,夯填
桩身底面
碎砖达到设计要求后,分次等量填入干硬性混凝土,
桩底标高
混凝土夯扩体
每次填量约0.05m3,然后利用柱锤反复冲扩直至锤
砖土混合层
D
底达到设计停锤位置(地面以下2.8m),如此反复填
料、冲扩,直至干硬性混凝土填量达到设计要求。
水平投影直径:h为夯扩体高度。
1.2现场开挖
图1柱锤夯实扩底灌注桩构造
夯扩体施工完成30d后进行了开挖试验。利用
挖掘机械开挖至地面以下2.0m深度后,进行人工
程,不仅可以扩大桩端承载面积,而且由于柱锤夯击
开挖。夯扩体被整体开挖出来后,利用吊车将夯扩
能量大,在孔底填料夯实过程中还可充分挤密桩端
持力层,从而提高桩端阻力,使单桩承载力大幅提
体吊运至地面。开挖过程中,观察、量测碎砖的粒径
大小及分布范围。夯扩体开挖及起吊过程见图2。
高。对于扩底桩,桩端面积一般取桩底扩大端水平
投影面积2,而桩端承载力与桩端承载面积成正
比,因此为确定扩底桩的桩端承载力,应首先研究其
桩端扩底部分的形状特征以确定其水平投影面积。
对于挖孔或采用机械扩底的扩底桩,其扩底部分的
形状及桩端承载面积可按实际扩底尺寸确定回。
对于采用内夯沉管工艺的扩底灌注桩,其夯扩体形
(a)夯扩体开挖
(b)夯扩体起吊
状为类圆柱体,其直径及投影面积可根据填料量
图2夯扩体开挖、起吊过程
合理确定。
1.3桩底填料分析
柱锤夯实扩底灌注桩采用柱锤冲扩工艺形成夯
由于夯扩体处于地下水位以下,开挖前预估开
扩体,夯扩成型机理复杂田,影响因素多,除了夯扩
挖难度较大,夯扩体会被地下水包围。而实际开挖
体形状外,夯扩体与桩身能否可靠连接也是工程技
过程并未受到地下水的影响,干硬性混凝土夯扩体
术人员关心的问题。因此,为研究夯扩体的性状,进
外侧被约400mm厚的不透水层包围。经过现场观
行了现场夯扩体开挖试验,依据试验结果对单桩竖
察鉴别,该不透水层由大小不等的碎砖块与土混合
向承载力计算方法进行了改进,并通过某工程实例
而成,该砖土混合层干燥而密实,分析其原因是在柱
验证了方法的适用性。该工程实例成功采用了柱锤
锤大夯击能的反复冲击之下,砖块被反复研磨、移位
冲扩成套技术,为处理填垫厚度大、填垫年限短的软
并嵌入土层而形成。由于碎砖的嵌入、挤密和吸水
弱地基提供了新的方法和途径。
作用,原地基土孔隙比减小,密实度提高,渗透性降
1现场夯扩体开挖试验
低,因此历经30d时间而不透水。文献4幻的研究
1.1试验概况
结果表明,夯实混凝土因水灰比小而具有快硬、早
试验在某工程施工现场进行。试桩深度范围内
强、高强的特点,不透水层的存在可以避免地下水对
主要土层为粉质黏土及黏土,夯扩体坐落于可塑状
夯扩体的侵蚀,提高桩基础的耐久性。
黏土层,土层含水量w=31.1%,液性指数L=0.40,
根据工程经验,桩底填料层除采用砖块外,
地下水位埋深3.0m。夯扩体顶面位于地面以下
还可采用级配砂石、矿渣、石屑等硬质骨料;也可掺
2.8m。考虑夯扩体绝大部分位于地下水位以下,柱
加生石灰、水泥等,起到吸水和固化桩底土层的作
锤冲扩成孔至地面以下2.8m后,需要首先夯填一
用;同时,填入的骨料还起到弹性褥垫的作用,在基
定量的干燥烧结砖块,以达到吸水和挤密加固桩端
桩承载时,可将夯扩体传递下来的荷载有效扩散至
土的效果。
桩底土层。
现场试验含2根试桩,为便于研究,仅施工夯扩
夯填粗骨料对提高桩的承载力有利,但是在土
体,未浇筑桩身混凝土。试验参数如下:试桩A夯
质较硬的情况下,夯填碎砖难度较大,而且造成后续
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