小议夯扩桩的施工

张向华

1 概述

近年来我国的高层建筑迅猛发展,对地基承载力的要求越来越高,很多大型工程的基础采用了夯扩桩桩基础。夯扩桩地基处理技术在土木工程建设中得到越来越多的推广应用,并产生了良好的社会效益和经济效益。夯扩桩是一种以夯扩头支撑力为主、以桩身侧摩阻力为辅的挤土桩。夯扩桩采用强大的锤击成孔,将护筒沉到设计标高后,细长锤锤击出护筒底一定深度,分批向孔内投入干硬性混凝土,用细长锤反复夯实、挤密,在桩端形成复合载体,然后放置钢筋笼,并向笼内灌注混凝土而形成的桩。

2 夯扩桩的适用条件

为了使夯扩桩的承载力得到较大幅度的提高,必须使夯扩端置于可塑、硬塑的粉质黏土层和中密卵砾石、粉土、砂土层等的持力层上,其埋藏深度一般不大于18 m,持力层厚度不宜小于4 m。

夯扩桩的扩大头进入持力层的深度,根据持力层的工程性质、层厚、沉管和扩大头的可能性等因素,一般为1.5 m～2.0 m,宜使整个扩大头进入持力层。

3 夯扩桩的优缺点

3.1 优点

1)将内管底干混凝土薄型土塞代替碎石土塞等材料,可有效地起到止淤和减小止水作用,保证混凝土的浇筑质量,并减少桩的沉降量。2)外管提升一段距离可使每次桩端混凝土向四周外挤,形成更为理想的扩大头形状。3)桩身混凝土借助于柴油锤力量和内夯管的自重作用压密成型,能避免或减少缩颈和断桩等的产生。4)施工机械轻便、机动灵活、适应性强。5)施工速度快、工期短、造价低。6)无泥浆排放。

3.2 夯扩桩可能产生的缺陷

1)遇承压水层,成桩困难。2)振动较大。3)噪声较高。4)属挤土桩,施工会对周边建筑物和地下管线产生挤土效应,扩大头形状很难保证。

4 夯扩桩施工工艺

4.1 施工工艺流程

桩位放线→桩机就位→沉护筒→填料并夯实→测量贯入度→填干硬性混凝土夯实→放入钢筋笼→灌注混凝土并振捣→成桩。

桩位线放好后,机器调整至桩位上,向护筒内倒入一定碎砖,然后将重锤放入管内提起6 m,自由落下,将护筒沉到设计标高后,再填适量碎砖进行桩底夯扩(使桩端形成一扩大头),直到最后三击贯入度小于10 cm为止,在护筒内倒入一定量的干硬性混凝土夯实后,将重锤提出,安放钢筋笼,浇筑混凝土至设计标高。

4.2 施工要点

1)桩机就位：在就位过程中通过枕木的铺设将机座调平,机架调直,必须保持垂直、平稳,确保在施工中不会发生倾斜、移位。

在内、外桩管上作出控制深度标记,以便施工中进行套管入土深度和夯扩投料高度的观测。

2)施工中的填料要求：以三击贯入度控制夯扩体的投料量不小于 0.5 m3,且不大于1.8 m3为宜。当投料量大时,应调整桩长或改变施工参数。在夯击后地面隆起不得大于50 mm。填料均以满足最后三击贯入度小于10 cm作为控制标准;桩身混凝土坍落度控制在8 cm～10 cm,并在拔管前、后用插入式振捣器将桩身上部4 m以内混凝土振捣密实。

3)桩体施工：先在地表桩位上放置4铲～6铲与桩身混凝土强度等级相同的干硬性混凝土止淤,然后用水泥袋装好设计强度等级干硬性混凝土30 kg以上放在桩位中心,堆成小堆,把套管对准桩位中心,压在干硬性混凝土上进行沉管。

锤击桩管至设计要求或设计深度,把内管从桩管内抽出,灌入制作夯头所需的1/3混凝土量。

把锤和内管压在混凝土上,然后拔起桩管60 cm,在锤击力作用下,将套管内的混凝土打出,并使内外管同时沉管40 cm～60 cm。

第二次、第三次夯扩,即重复以上步骤。

内管再次抽出外管,安放并固定钢筋笼,进行桩身投料,完毕灌混凝土至桩顶标高外再增加充盈量部分,再安装振动锤,开启振动锤边振边拔桩管,拔管速度控制在1.5 m/min,在软弱土层及软硬土交界处控制在1.0 m/min。桩管拔出地面,即成桩。

桩顶以下2 m范围内再用插入式振动器振实,以免造成桩顶部分混凝土松散。

5 夯扩桩施工中出现的问题和处理办法

5.1 管内进水止淤失效

发生原因：1)止淤干混凝土量不足;2)内管底板直径偏小与外管内径的间隙过大。

处理办法：1)填足止淤干混凝土量;2)加大管底板直径;3)将成孔回填后重新沉管施工。

5.2 地面隆起

发生原因：1)桩间距过小;2)桩长过短;3)地基中孔隙压力不够。

处理办法：1)调整桩间距,减少桩数;2)调整设计桩长;3)采取塑料板或砂井等排水方法以降低孔隙水压力。

5.3 钢筋笼下沉和笼顶低于设计标高

发生原因：1)钢筋笼预留长度不够;2)混凝土超灌量不够;3)桩身混凝土坍落度过大。

处理办法：1)积累施工经验,认真做好试桩工作,以较准确地掌握混凝土超灌量和钢筋笼高度;2)掌握好混凝土坍落度。

5.4 钢筋笼上浮

发生原因：1)混凝土中粗骨料粒径过大;2)钢筋笼箍筋间距过密;3)钢筋笼制作质量不好。

处理办法：1)控制好粗骨料粒径不大于40 mm;2)对钢筋笼调整箍筋间距;3)控制好制作质量。

5.5 桩身缩颈

发生原因：1)拔管过快;2)桩间距过小;3)混凝土坍落度不好。

处理办法：1)控制好拔管速度;2)调整桩间距或跳打;3)控制好混凝土坍落度。

5.6 断桩

发生原因：1)桩间距过小;2)混凝土初凝后,在桩附近堆放重物或车辆行走;3)混凝土坍落度过小,形成脱空。

处理办法：1)跳打：在跳打时须等相邻桩设计强度达到70%以上再进行;2)注意现场保护;3)增大混凝土坍落度。

5.7 夯扩困难

发生原因：1)进入持力层过深;2)投料高度过大,拔管高度过小。

处理办法：1)调整进入持力层的深度;2)减少投料高度或增大拔管高度或增加夯扩次数。

6 结语

夯扩桩在西部地区已应用于多项工程,夯扩桩具有提高单桩承载力,提高生产率,节约建设资金的优点,所以,在具备条件的工程中推广夯扩混凝土桩施工工艺有着重要的意义和广阔的前景。

[1] 张文杰,樊 爽.浅谈夯扩桩的设计与检测[J].山西建筑,2009,35(27)：102-104.

[2] 何有兴,盛国君.论全夯式扩底灌注桩施工的技术措施[J].山西建筑,2008,34(30)：150-151.