载体桩技术的介绍

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6.0 m,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。施工控制参数桩口孔径直径钻孔深填料砖数三击贯号#（mm）370度（m）4.5量（块）480入度82#3704.5380123#3704.5320131.7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（m01234施工前的湿陷系数0.034r 0.019 10.0240.0290.023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#t4102.7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=fa Ae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：QW 恢 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；恢一一工作条件系数。2.5软弱下卧层的计算二Z iZ 一 fa口 _ 侃 +Gk)-；Adh -2(L。+B。)瓦 qsiahZ 一 (L02 R 2t tgR(B2 ：R 2t tgr)(T Z作用于软弱下卧层顶面的附加应力；丫 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；9软弱下卧层上硬持力层压力扩散角。2.6载体桩沉降计算nEsi；pP0Vi=1式中：s桩基最终沉降量（mm）；W 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=3dfaAe试验研究：桩 号桩径（mm桩长（m三击（cm填砖 （块干硬性混 凝土1#40010.081080.32#40010.081050.33#40010.091050.33.2小直径载体桩针对低层建筑而采用的技术，桩身一般300-350m m,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=fa Ae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 432 选用。表 4.3.2被加固土层土性卩三审勲廩（S丰30p粘性土 22 0-2.3P1.6-l.P1.4-1.7P1.80J5Il0 752,3-21.9-2217-2.02.PCL 0Il0.25p2.6-2322-262.0-232 2粉土心242帀2.2-251.9-221.6-1.170.7e0.8P2 了-322.5J&2.2-25P1.3-222.0eW畑3.0-342.8*3.115-2222.知粉砂4 细砂卫中密护2.7-11+12.4-182,1-25pL8-221弘稍密护11-3.52.8-3. 2p2.5-2 JM2222.2中砂+ 粗砂P中密门29-1+p2.7-3. I*-12.4-281.9-24稍密卩3.4-18+13.1-3.5P2.8-3L2P24-2.8-p碎石土仪 卵石口中密门32咖293如2 632农稍密门丄 F.一 Lrrt r 匚3 8-4.5*-二rr iVt r 一 4 . r3.4-333 0-14、心、b八 r-r. J/ r. rr-t J/ r. r人、厶、f护V r新规U程在被加固土层昌中增加杂填24-2 知耳土、中粗砂212知,将粉质粘土.L8-22P和粘土合并为1.5-1 9粘土。1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取消了群桩等代实体基础承载力由于载体桩主要由载体承载来承担荷载，桩侧摩阻力很小，群桩效应很 小，故在设计时可不验算群桩承载力。5.8增加了持力层下软弱下卧层的介绍当载体下存在软弱下卧层，应进行软弱下卧层承载力验算，由于载体桩与普 iZ 三 fa(Fk+Gk)-2(Lo + Bo)2L qsia|iz - (Lo 2 R 2t tgR(Bo 2 R 2t tgR通桩受力不一致，故其验算方法也不一致。5.9载体桩沉降计算原规程中沉降计算忽略了等代实体周围侧摩阻的影响，当桩长较长时，误差较大，可能沉降验算不能通过。故新规程增加了侧摩阻这项