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[摘要] 西樵山林水语住宅小区处于溶洞地区，不能采用常规的基础形式，作为一项工程应用较少而又可以解决实际问题的工程技术，本文着重介绍夯扩桩在此工程的具体设计、施工以及出现的相关问题及解决办法，以为其他类似工程提供参考。
[关键词]基础选型 ， 夯扩桩 ， 夯扩桩的施工 ， 施工问题及解决办法
[abstract] these water language residential area in Lin karst cave area, cannot use the conventional foundation forms, as an engineering application less and can solve practical problems of engineering technology, this paper introduce ramming piles in the project of the expansion, the specific design, construction and the related problems appear and the solving method, think other similar projects.
[key words] basic selection, compact pile expansion, expanding the ramming piles construction, construction problems and solutions
中圖分类号：[F287.8]文献标识码：A 文章编号：
一、 工程概况
本工程为佛山西樵山林水语住宅小区，地上18层，地下1层，属于剪力墙结构，东西长125m，南北宽50m。
该场地位于南海区西樵镇西岸，珠江三角洲冲积平原区，场地原为鱼塘或耕地，现已填土，勘探结束测得孔内静止水位埋深为0.60~2.60米，本场区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，特征周期值为0.45s。
场地位处抗震设防烈度6度区，勘探中也未发现有连续分布饱和砂土，故可不考虑砂土液化的问题。场地地形平坦，地形地貌简单，地质环境未受波坏，邻近无山体、边坡，不存在引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的可能性，自然状态下地基处于稳定状态。此外，亦不存在地面塌陷、活动断裂等不良地质作用，部分勘探孔有溶洞（约占总孔数的9.4%），视高度普遍小于4米，个别较大，在不改变当前的水文地质和工程地质条件下，基岩发育有溶洞并存软弱土，属对建筑抗震不利地段，用作建筑物场地时应考虑场地及地基的地震效应并采取有效措施。
二、 基础型式选择
基于以上对各岩土层的评述，拟建建筑不应采用天然地基上的浅基础，可考虑采用桩基础。
场地地下室埋藏浅，水位以下存在较厚的高压缩性软土，人工挖孔安全性、经济性差，不应采用人工挖孔桩基础。
预应力管桩桩身性能好，施工质量易控制，施工速度快，但嵌岩能力弱，局部区域圆砾及残积土较薄或缺失，桩周摩阻力较小，桩承载力较低，不利于充分发挥桩身材料强度。另外，本场地属岩溶地区，局部区域溶洞较发育、规模较大且洞顶岩层较薄，这些区域慎用预应力管桩基础。
本工程住宅楼区域圆砾厚度变化大，其中厚度较薄的区域桩侧摩阻力较小，而且本区域基岩发育有溶洞且个别溶洞的规模较大、洞顶岩层较薄（最薄仅0.1米）。因此，考虑桩的持力层放在溶洞上方，桩不穿过溶洞，即桩长不能取得过长。由此可见，本工程需要选用能有效提高桩承载力的桩型。
综上所述，根据本工程具体情况，考虑选用夯扩桩。
三、 夯扩桩在本工程中的应用
1. 夯扩桩的工作原理
夯扩桩是在沉管灌注桩的施工工艺与机械挤扩桩的桩型基础上发展而成的，即在锤击沉管灌注桩施工机具的基础上增加1根内夯管，按一定的施工工艺，采用挤扩的方式(多次夯扩与全复打夯扩等)将桩端现浇混凝土扩成大头形，桩身混凝土在桩锤和内夯管的自重作用下压密成型的一种桩型。由于夯扩桩端部可用机械的方法扩大，并在夯扩的过程中挤密桩周土，充分发挥桩侧摩阻力和桩端支承力，所以能够较大幅度地提高桩的承载力。同时在浇注桩身混凝土的过程中，能够利用内夯管与柴油锤的重量对混凝土加压，使之在压力的作用下成型，所以能够避免缩颈、断桩等现象的发生，且大大降低施工成本，保证了桩身的质量。经静力触探表明，桩侧比贯入阻力提高5%～10%，扩大头比贯入阻力提高25%～35%。
夯扩桩作为一门新的专利技术，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，并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，自由落体时贯入的深度），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3～5m、直径为2～3m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、挤密土体和影响土体组成的复合载体，然后再放置钢筋笼、灌注混凝土形成复合载体夯扩桩，如下图。
图1 夯扩桩的构造
2. 本工程夯扩桩的设计
依据《复合载体夯扩桩设计规程》(JGJ/T135-2001）单桩竖向承载力特征值可用下式估算：Ra=Up∑qsiaLi+qpa•Ae。初步选定夯扩桩的桩径500mm，根据地质报告，选择圆砾层为桩端持力层，经过计算，单桩竖向承载力特征值约为1000KN。验算桩身混凝土强度，用下式计算：Q≤0.7fcAp
经过计算Q为1600KN。
根据上述计算，本工程单桩承载力特征值为1000kN。根据地质报告，本工程选择圆砾层为桩端持力层，桩身C25混凝土，Ⅱ级钢筋，设计桩径500mm，根据实际情况有效桩长采用7～17m，桩间距1.8m，梅花形布置，共布桩1053根。
结构布置图如下：(以一座塔楼为例)
图2 桩基布置平面图
四、 本工程夯扩桩的施工
1. 本工程夯扩桩的施工工艺程序：
（1）按基础平面图放出各桩的中心位置，在地表桩位上预先埋设预制混凝土桩尖或安放一层150mm～200mm厚的干硬性混凝土
（2）将外桩管和内套管套叠同步打入设计深度，拔出内夯管并在外桩管内灌入第一批混凝土，高度为H，混凝土量一般为0.1～0.3m3
（3）外管上拔设计规定高度h米，一般为0.6-1.0m
（4）用桩锤通过内夯管将桩管中灌入的混凝土挤出外管
（5）将内外管再同时打至设计要求的深度(h深处),迫使其内混凝土向下部和四周基土挤压,形成扩大的端部,完成一次夯扩
（6）拔出内夯管在外管内灌第二批混凝土，在有配筋时先灌注砼至笼底标高，放入钢筋笼，再在桩身内灌注满混凝土
（7）再插入内夯管紧压管内的混凝土，边压边徐徐拔起外桩管，直至拔出地面
（8）收锤标准及夯扩次数最后三阵，每阵十锤：
① 每阵的贯入度e<10cm 时，采用一次夯扩，取 H=3.5m，h=0.8m，c=0.2m。
② 每阵的贯入度 10cm
③ 每阵的贯入度 15cm 扩底示意如下图。
图3 桩端扩底示意图
2. 本工程具体施工时出现的问题及解决办法
夯扩桩主要通过扩大头来提高桩的承载力，但实际工程中，夯扩头存在不足或过大，夯扩头不足造成桩的端承面积不够，影响桩的承载力，夯扩头过大则影响到相邻桩的夯扩头的形成。
在施工过程中，根据规范要求计算出夯扩料投料高度，并在施工过程中严格控制，不得随意增减。严格控制外夯管上拔高度h。内外夯管同步下沉量必须达到设计规定高度，一般控制在0.3m，使夯扩头混凝土同外围土层密实。
本工程由于处于溶洞地区，在施工过程中出现有几个桩的夯扩头偏大，经过分析，有可能此几条桩在溶洞上方，打穿了溶洞，因此，需要对此范围内的桩进行补桩，并密切关注新补的桩，夯扩头是否出现偏大。
虽然夯扩桩能有效的提高单桩承载力，但是并不是任何情况都适用。夯扩桩成桩的深度可达25m，但长度超过20m的夯扩桩，其施工质量较难控制，经济指标也不理想，一般控制成桩长度宜＜20m。因此，对于单桩竖向极限承载力太大的建筑，不宜采用此桩型。例如，本工程一期项目中，26层的剪力墙结构的住宅，原方案选用了夯扩桩，但由于层数比较高，柱底最大轴力也比较大，经过几种基础形式的比较，最终选用了鉆（冲）孔桩。
五、 结束语
工程基础设计应根据不同的场地地质情况以及建筑物本身的特点。如本工程中，存在溶洞、土质也不好，需选择单桩承载力高的桩，而夯扩桩与其它桩型相比，该桩型具有进度快，工期短，单桩承载力高等特点，且该桩型的地层适应能力强，应用范围广，质量可控性强。该工艺技术的最大特点是：解决了沉管桩承载力低且易断桩的致命弱点。本文介绍了夯扩桩在实际工程的应用，可为其他类似工程的设计提供参考。
参 考 文 献
1、国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
2、国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
3、国家行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
4、国家行业标准《复合载体夯扩桩设计规程》（JGJ/T135-2001）
5、广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003
7、佛山市顺德区勘测有限公司提供的《山林水语二期二标段岩土工程勘察报告》（2011年4月21日）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词]基础选型 ， 夯扩桩 ， 夯扩桩的施工 ， 施工问题及解决办法
[abstract] these water language residential area in Lin karst cave area, cannot use the conventional foundation forms, as an engineering application less and can solve practical problems of engineering technology, this paper introduce ramming piles in the project of the expansion, the specific design, construction and the related problems appear and the solving method, think other similar projects.
[key words] basic selection, compact pile expansion, expanding the ramming piles construction, construction problems and solutions
中圖分类号：[F287.8]文献标识码：A 文章编号：
一、 工程概况
本工程为佛山西樵山林水语住宅小区，地上18层，地下1层，属于剪力墙结构，东西长125m，南北宽50m。
该场地位于南海区西樵镇西岸，珠江三角洲冲积平原区，场地原为鱼塘或耕地，现已填土，勘探结束测得孔内静止水位埋深为0.60~2.60米，本场区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，特征周期值为0.45s。
场地位处抗震设防烈度6度区，勘探中也未发现有连续分布饱和砂土，故可不考虑砂土液化的问题。场地地形平坦，地形地貌简单，地质环境未受波坏，邻近无山体、边坡，不存在引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的可能性，自然状态下地基处于稳定状态。此外，亦不存在地面塌陷、活动断裂等不良地质作用，部分勘探孔有溶洞（约占总孔数的9.4%），视高度普遍小于4米，个别较大，在不改变当前的水文地质和工程地质条件下，基岩发育有溶洞并存软弱土，属对建筑抗震不利地段，用作建筑物场地时应考虑场地及地基的地震效应并采取有效措施。
二、 基础型式选择
基于以上对各岩土层的评述，拟建建筑不应采用天然地基上的浅基础，可考虑采用桩基础。
场地地下室埋藏浅，水位以下存在较厚的高压缩性软土，人工挖孔安全性、经济性差，不应采用人工挖孔桩基础。
预应力管桩桩身性能好，施工质量易控制，施工速度快，但嵌岩能力弱，局部区域圆砾及残积土较薄或缺失，桩周摩阻力较小，桩承载力较低，不利于充分发挥桩身材料强度。另外，本场地属岩溶地区，局部区域溶洞较发育、规模较大且洞顶岩层较薄，这些区域慎用预应力管桩基础。
本工程住宅楼区域圆砾厚度变化大，其中厚度较薄的区域桩侧摩阻力较小，而且本区域基岩发育有溶洞且个别溶洞的规模较大、洞顶岩层较薄（最薄仅0.1米）。因此，考虑桩的持力层放在溶洞上方，桩不穿过溶洞，即桩长不能取得过长。由此可见，本工程需要选用能有效提高桩承载力的桩型。
综上所述，根据本工程具体情况，考虑选用夯扩桩。
三、 夯扩桩在本工程中的应用
1. 夯扩桩的工作原理
夯扩桩是在沉管灌注桩的施工工艺与机械挤扩桩的桩型基础上发展而成的，即在锤击沉管灌注桩施工机具的基础上增加1根内夯管，按一定的施工工艺，采用挤扩的方式(多次夯扩与全复打夯扩等)将桩端现浇混凝土扩成大头形，桩身混凝土在桩锤和内夯管的自重作用下压密成型的一种桩型。由于夯扩桩端部可用机械的方法扩大，并在夯扩的过程中挤密桩周土，充分发挥桩侧摩阻力和桩端支承力，所以能够较大幅度地提高桩的承载力。同时在浇注桩身混凝土的过程中，能够利用内夯管与柴油锤的重量对混凝土加压，使之在压力的作用下成型，所以能够避免缩颈、断桩等现象的发生，且大大降低施工成本，保证了桩身的质量。经静力触探表明，桩侧比贯入阻力提高5%～10%，扩大头比贯入阻力提高25%～35%。
夯扩桩作为一门新的专利技术，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，并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，自由落体时贯入的深度），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3～5m、直径为2～3m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、挤密土体和影响土体组成的复合载体，然后再放置钢筋笼、灌注混凝土形成复合载体夯扩桩，如下图。
图1 夯扩桩的构造
2. 本工程夯扩桩的设计
依据《复合载体夯扩桩设计规程》(JGJ/T135-2001）单桩竖向承载力特征值可用下式估算：Ra=Up∑qsiaLi+qpa•Ae。初步选定夯扩桩的桩径500mm，根据地质报告，选择圆砾层为桩端持力层，经过计算，单桩竖向承载力特征值约为1000KN。验算桩身混凝土强度，用下式计算：Q≤0.7fcAp
经过计算Q为1600KN。
根据上述计算，本工程单桩承载力特征值为1000kN。根据地质报告，本工程选择圆砾层为桩端持力层，桩身C25混凝土，Ⅱ级钢筋，设计桩径500mm，根据实际情况有效桩长采用7～17m，桩间距1.8m，梅花形布置，共布桩1053根。
结构布置图如下：(以一座塔楼为例)
图2 桩基布置平面图
四、 本工程夯扩桩的施工
1. 本工程夯扩桩的施工工艺程序：
（1）按基础平面图放出各桩的中心位置，在地表桩位上预先埋设预制混凝土桩尖或安放一层150mm～200mm厚的干硬性混凝土
（2）将外桩管和内套管套叠同步打入设计深度，拔出内夯管并在外桩管内灌入第一批混凝土，高度为H，混凝土量一般为0.1～0.3m3
（3）外管上拔设计规定高度h米，一般为0.6-1.0m
（4）用桩锤通过内夯管将桩管中灌入的混凝土挤出外管
（5）将内外管再同时打至设计要求的深度(h深处),迫使其内混凝土向下部和四周基土挤压,形成扩大的端部,完成一次夯扩
（6）拔出内夯管在外管内灌第二批混凝土，在有配筋时先灌注砼至笼底标高，放入钢筋笼，再在桩身内灌注满混凝土
（7）再插入内夯管紧压管内的混凝土，边压边徐徐拔起外桩管，直至拔出地面
（8）收锤标准及夯扩次数最后三阵，每阵十锤：
① 每阵的贯入度e<10cm 时，采用一次夯扩，取 H=3.5m，h=0.8m，c=0.2m。
② 每阵的贯入度 10cm
图3 桩端扩底示意图
2. 本工程具体施工时出现的问题及解决办法
夯扩桩主要通过扩大头来提高桩的承载力，但实际工程中，夯扩头存在不足或过大，夯扩头不足造成桩的端承面积不够，影响桩的承载力，夯扩头过大则影响到相邻桩的夯扩头的形成。
在施工过程中，根据规范要求计算出夯扩料投料高度，并在施工过程中严格控制，不得随意增减。严格控制外夯管上拔高度h。内外夯管同步下沉量必须达到设计规定高度，一般控制在0.3m，使夯扩头混凝土同外围土层密实。
本工程由于处于溶洞地区，在施工过程中出现有几个桩的夯扩头偏大，经过分析，有可能此几条桩在溶洞上方，打穿了溶洞，因此，需要对此范围内的桩进行补桩，并密切关注新补的桩，夯扩头是否出现偏大。
虽然夯扩桩能有效的提高单桩承载力，但是并不是任何情况都适用。夯扩桩成桩的深度可达25m，但长度超过20m的夯扩桩，其施工质量较难控制，经济指标也不理想，一般控制成桩长度宜＜20m。因此，对于单桩竖向极限承载力太大的建筑，不宜采用此桩型。例如，本工程一期项目中，26层的剪力墙结构的住宅，原方案选用了夯扩桩，但由于层数比较高，柱底最大轴力也比较大，经过几种基础形式的比较，最终选用了鉆（冲）孔桩。
五、 结束语
工程基础设计应根据不同的场地地质情况以及建筑物本身的特点。如本工程中，存在溶洞、土质也不好，需选择单桩承载力高的桩，而夯扩桩与其它桩型相比，该桩型具有进度快，工期短，单桩承载力高等特点，且该桩型的地层适应能力强，应用范围广，质量可控性强。该工艺技术的最大特点是：解决了沉管桩承载力低且易断桩的致命弱点。本文介绍了夯扩桩在实际工程的应用，可为其他类似工程的设计提供参考。
参 考 文 献
1、国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
2、国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
3、国家行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
4、国家行业标准《复合载体夯扩桩设计规程》（JGJ/T135-2001）
5、广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003
7、佛山市顺德区勘测有限公司提供的《山林水语二期二标段岩土工程勘察报告》（2011年4月21日）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。