唐先彬 祝向文 石 強(qiáng) 章 進(jìn) 鄭澤豪

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，載體樁復(fù)合地基在住宅、工業(yè)廠房及城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)過程中應(yīng)用逐漸廣泛。主要是其具備較好的承載性能，特別是豎向的抗拔承載力特點(diǎn)。在長時(shí)間的研究過程中，相關(guān)工作人員對載體樁復(fù)合地基的承載力測試，已經(jīng)取得了一些成果，能夠在實(shí)際的工況施工中，進(jìn)行較為細(xì)致和準(zhǔn)確的分析[1]。但由于施工項(xiàng)目是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，在進(jìn)行載體樁地基施工上會(huì)存在土壤破壞面，尤其在不同性質(zhì)的土壤環(huán)境中進(jìn)行地基施工，會(huì)產(chǎn)生不同的承載力計(jì)算結(jié)果[2]。

原分析方法不能對產(chǎn)生破壞的土壤進(jìn)行模擬，需要人工測量并恢復(fù)到正常狀態(tài)下才能進(jìn)行下一次的承載力分析，會(huì)影響施工的進(jìn)行，增加施工成本。對載體樁復(fù)合地基的承載力進(jìn)行分析，能夠在不同的樁體結(jié)構(gòu)中，找到最適宜的施工位置，保證施工過程不受影響，保持持續(xù)的施工狀態(tài)[3]。

極限平衡原理能夠通過假定理論，建立與實(shí)際工程概況相符合的場景，并在多層級分析方法的作用下，對各類施工性能進(jìn)行分析。在已知的工程施工環(huán)境中，可以通過極限平衡原理對施工面進(jìn)行假定，根據(jù)最大值和最小值來確定，施工面中的未知性能參數(shù)，以此獲取不同載體樁復(fù)合地基的承載力情況[4]。

為減少實(shí)際工程施工的局限性，本文以極限平衡原理為基礎(chǔ)，研究載體樁復(fù)合地基的承載力分析方法，對建筑施工過程中的承載力進(jìn)行計(jì)算，保證在最適宜的載體樁結(jié)構(gòu)上，發(fā)揮出其最大的承載力性能。

1 載體樁復(fù)合地基承載力管樁的施工工藝

1.1 施工機(jī)械的選擇

載體樁施工機(jī)械常選用振動(dòng)沉管樁機(jī)和鉆孔灌注樁專用樁機(jī)。但是，近幾年液壓行走夯擴(kuò)樁機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。打樁機(jī)的施工優(yōu)點(diǎn)為，打樁時(shí)旋轉(zhuǎn)行走靈活、無噪音、無空氣污染、操作方便等，可逐一打樁或跳位打樁。因此本文選擇液壓行走夯擴(kuò)樁機(jī)。該打樁機(jī)設(shè)備主要包括以下部分。 一是套筒。用于導(dǎo)護(hù)井壁，設(shè)有進(jìn)料孔、套管對中裝置、套管提升器等；二是50 kN 快卸主提升機(jī)?？缮岛歪尫胖劐N；三是30 kN 輔助絞車。可提升套管與背壓使用；四是樁架。構(gòu)成是中空垂桿和支承斜桿；五是細(xì)長重錘。錘體長度4 m ～5 m，錘徑為355 ～406 mm，普通錘重35 kN。錘體通過不纏繞的鋼絲繩與快卸絞車連接；六是底盤和液壓行走系統(tǒng)。

1.2 載體填充料的選擇

載體樁的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，載體建設(shè)所需的填充材料可以消耗大量的廢物，使廢物可以重復(fù)利用，具有很好的環(huán)境效益。碎磚、碎石、混凝土碎塊、鵝卵石、礦渣等材料均可用作填筑材料，并通過錘擊和夯實(shí)獲得高強(qiáng)度。將周圍土體進(jìn)一步壓實(shí)，強(qiáng)度大大提高，最終提高樁基的承載能力。

1.3 施工工藝

（1)復(fù)測樁位線。首先將場地處理平整，然后根據(jù)樁基設(shè)計(jì)圖紙對建筑物進(jìn)行定位和樁位測量放樣，復(fù)核進(jìn)行復(fù)測，只有合格后才能進(jìn)行施工。施工過程中，還要再次進(jìn)行復(fù)測。

（2)樁基礎(chǔ)就位。首先檢查基礎(chǔ)工作，調(diào)整樁套，把樁基礎(chǔ)移動(dòng)到即將施工的打樁處，核查樁基垂直度，保證樁位中心和樁套中心對齊；然后把樁套下降到地面位置并拉直。在施工時(shí)，打樁機(jī)應(yīng)穩(wěn)定，無傾斜、無位移。同時(shí)還需要注意成孔深度的控制，在樁架上標(biāo)記控制標(biāo)高，多觀察和記錄。

（3)錘孔。首先要保證定位準(zhǔn)確，需要采用細(xì)錘對較低地面進(jìn)行夯實(shí)落距；然后對樁套垂直度利用水平尺進(jìn)行校對，同時(shí)改進(jìn)重錘夯孔。最后，注意設(shè)計(jì)落距和錘重時(shí)要符合要求；套樁下沉到柱底時(shí)，測量孔底孔深和高程。

（4)夯實(shí)填充物。當(dāng)樁體下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，將重錘從填料口抬起（錘底距樁體底部40 ～60 cm 為宜)，用重錘作自由落體對填充物進(jìn)行夯實(shí)。充填過程大致可分為3 個(gè)階段：充填下降、平整和上升。應(yīng)控制每次灌注量（每10 cm深度添加0.01 m3灌注量為宜)和累計(jì)灌注量。填充量以0.5 ～1.8 m3為宜。大于1.8 m3時(shí)，應(yīng)選擇加筋土層或改變施工參數(shù)。

（5)三次貫入測量。當(dāng)承重體達(dá)到致密狀態(tài)時(shí)，重錘以6 m 的下落距離進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，夯實(shí)填充物。三次打擊的總穿透力不得大于15 cm，每一次打擊穿透力應(yīng)小于或等于前一次打擊的穿透力。如果三次擊入深度超過15 cm，則應(yīng)繼續(xù)填充并壓實(shí)入樁套筒，直至滿足要求。

（6)夯實(shí)干硬混凝土。當(dāng)三次擊入達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，填入0.3 ～0.5 m3的干硬混凝土，繼續(xù)夯實(shí)，直至錘底離套管1 ～2 cm，按拉索上的標(biāo)志控制設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（7)澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和樁身。根據(jù)樁身長度選擇預(yù)應(yīng)力管樁。采用地面樁進(jìn)行連接樁，在設(shè)計(jì)標(biāo)高處放置樁身，在管樁中澆筑高度約為30 m 的自密實(shí)混凝土，方便載體與預(yù)應(yīng)力管樁更高效的結(jié)合。

（8)拔出套筒注漿成樁。基于高壓注漿方法，將不同的樁身之間澆筑水泥漿，以等速緩慢拔出。

2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

載體樁是一種新型的樁基施工技術(shù)，但在復(fù)合基礎(chǔ)施工中，對其承載力的測試實(shí)驗(yàn)較少，不能保證在建筑或者公路施工中載體樁的承受能力，需要選擇實(shí)際施工項(xiàng)目，對載體樁復(fù)合地基的承載力進(jìn)行測試[5]。

以某高鐵站的地基工程為施工項(xiàng)目，選擇三組載體樁作為復(fù)合地基的增強(qiáng)體，直徑分別為350 mm 和450 mm 以及550 mm，除了直徑不同以外，其余材料性質(zhì)均一致。每組樁體之間的間隔保持在3 m，各組載體樁包含18 根樁體，預(yù)設(shè)土層下埋深度為3.8 m。

實(shí)驗(yàn)測試采用1 000 T的油壓千斤頂，進(jìn)行施工全程的加載，配置有油壓傳感器完成加載值控制，每組載體樁間隔之間布置位移傳感器，便于后續(xù)完成沉降量測試。

3 實(shí)驗(yàn)過程

載體樁復(fù)合地基是否具備穩(wěn)定性，是整個(gè)建筑的重點(diǎn)測試項(xiàng)目，在建筑工程中對不同位置的載體樁進(jìn)行穩(wěn)定性測試，需要對其承載力進(jìn)行分析。極限平衡原理在實(shí)際工程中的應(yīng)用較為廣泛，該理論能夠在不同的假設(shè)條件下，對載體樁復(fù)合地基的平衡效果進(jìn)行計(jì)算。

由于載體樁復(fù)合地基的施工過程較為復(fù)雜，基本上在承載力計(jì)算中需要反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證，此次設(shè)定一個(gè)承載力，將載體樁復(fù)合地基放在直角坐標(biāo)系中。按照地基工程的邊界位置，對各個(gè)點(diǎn)位的載體樁進(jìn)行標(biāo)記，為簡化計(jì)算過程，直接對工程的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行還原，建立一個(gè)邊界方程的直角坐標(biāo)系，具體如圖1所示。

圖1 直角坐標(biāo)系下地基承載力分析

根據(jù)圖中內(nèi)容所示，坐標(biāo)的起點(diǎn)為地基的中心位置，與任意的相鄰載體樁，能夠連成一條直線，按照不同的走向可以設(shè)置為Q-W、Q-E 和Q-B。將不同位置的承載樁進(jìn)行確定后，其與中心的連線均為一條直線，對于每個(gè)承載樁的位置均可以產(chǎn)生一個(gè)粘結(jié)力R。而最遠(yuǎn)承載樁到與中心點(diǎn)平行的垂直距離，設(shè)置為T，以此在安全系數(shù)理論下，建立承載力的邊界方程。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證不同載體樁復(fù)合地基的承載力性能，對選擇的三組地基進(jìn)行結(jié)果對比，按照建筑地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，對不同參數(shù)的地基樁徑呈現(xiàn)的承載力進(jìn)行測試。測試分為2 個(gè)部分。首先對不同的單樁抗壓性能進(jìn)行靜載測試，即在不同的施工驗(yàn)收結(jié)果下，對不同的樁徑載體樁進(jìn)行荷載能力測試。其次在最大荷載能力下，對樁體樁的側(cè)樁抗阻力進(jìn)行測試，比較不同樁徑下側(cè)抗阻力的變化趨勢。測試開始前將三組載體樁地基參數(shù)，上傳到有限元計(jì)算模型中，模擬正常施工環(huán)境，對樁位的現(xiàn)場情況進(jìn)行隨機(jī)初選，每組載體樁的施工時(shí)間需大于18d。

若樁體的荷載能力較高，其在多次靜壓測試下的沉降量就不會(huì)十分明顯;當(dāng)載體樁的荷載能力較低時(shí)，地基會(huì)出現(xiàn)較大的沉降量。一般情況下，樁體的荷載能力越強(qiáng)，地基的承載力效果就越好，在1 000 KN 和2 000 KN 以 及3 000 KN的測試條件下，對比不同樁徑的沉降量，具體如表1 所示。

據(jù)表1 所示，增加荷載能力時(shí)，不同直徑的沉降量均會(huì)發(fā)生變化。隨著荷載能力的增加，沉降量也會(huì)逐漸增大。其中樁徑為450 mm 的載體樁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的沉降量變化值較小，在荷載能力為3 000 KN 時(shí)沉降量沒有超過1.5 mm。其余兩組樁體直徑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沉降量雖然也符合工程設(shè)定，但是實(shí)際應(yīng)用中會(huì)以最小值的變化，為地基載體樁施工的優(yōu)先選擇。

表1 不同荷載下載體樁沉降量對比結(jié)果（mm）

而載體樁復(fù)合地基是以端承載為主的樁體，當(dāng)逐漸增加樁體荷載時(shí)，樁體的側(cè)抗阻力會(huì)發(fā)生變化，以此將樁體的側(cè)抗阻力作承載力性能測試，驗(yàn)證其是否能夠滿足建筑工程項(xiàng)目的安全儲備設(shè)置。仍以三組荷載能力為測試強(qiáng)度，對不同直徑的載體樁復(fù)合地基，進(jìn)行側(cè)抗阻力測試，具體如表2 所示。

表2 不同樁徑側(cè)抗阻力測試結(jié)果（KPA）

根據(jù)表中內(nèi)容所示，三組載體樁地基的側(cè)抗阻力度非常相似。隨著荷載強(qiáng)度的逐漸提升，不同載體樁樁徑的側(cè)抗阻力值逐漸提高，因此將樁側(cè)阻力作為施工的安全儲備是合理設(shè)定。由于直徑為450 mm 的載體樁沉降量最小，直接對其的側(cè)抗阻力進(jìn)行分析，在3 000 KN 荷載能力下，其側(cè)抗阻力的數(shù)值仍屬于最佳結(jié)果。

綜合實(shí)驗(yàn)可知：在極限平衡原理下進(jìn)行承載力分析。能夠?qū)⑹┕鼍斑M(jìn)行還原，對不同的載體樁復(fù)合地基進(jìn)行多角度分析，在本文應(yīng)用過程中，以直徑為450 mm 的載體樁為最佳施工標(biāo)準(zhǔn)，能夠在3 000 KN 荷載能力時(shí)保證最小沉降量和最大側(cè)抗阻力。

5 結(jié)語

本文以極限平衡原理為基礎(chǔ)，設(shè)置一個(gè)承載力分析模型，對不同載體樁的直徑結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，能夠在還原施工環(huán)境的狀態(tài)下，對比不同樁體的承載力效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在3 000 KN 荷載能力時(shí)，直徑為450 mm 的載體樁沉降量最小，側(cè)抗阻力最大。但時(shí)間有限，在研究過程中尚存在不足之處，如對樁體的直徑選擇組數(shù)過少，所得結(jié)論具有偏差性。后續(xù)研究中會(huì)針對這一問題，選擇更多類型的載體樁直徑進(jìn)行測試，對樁體的承載力進(jìn)行全方位分析，保證施工工程的安全性。