郑州中核岩土工程有限公司 河南省郑州市 450002
摘要：根据郑州市市郊特殊地层和建筑物结构特点，以载体桩在郑州东南某工程的应用为实例，对载体桩的理论、设计原理及施工质量控制要点进行了介绍和分析，以工程实例说明载体桩在郑州东南区更具应用及推广价值。
关键词：载体桩；杂填土；单桩承载力
引言
载体桩，又称复合载体夯扩桩，它由混凝土桩身和载体构成的桩。载体由三部分构成：混凝土、夯实填充料、挤密土体。载体具有挤密地基，扩大桩端面积的双重作用。填充料是为了增强混凝土桩端下土体的挤密效果而填充的材料。碎砖、碎混凝土块、水泥拌和物、碎石、卵石及矿渣等都可以作为填充料。挤密土体是桩端处填充料周围被夯实挤密的土体。
由于载体桩承载力主要来源于载体，且载体桩桩长较短，混凝土质量易保证，且桩的承载力较高，因而具有较高的推广价值，近年来在工业与民用建筑中得到了广泛应用。
1 载体桩的作用机理
由于混凝土桩身较短，且桩端为扩大头，因而桩身相当于传力杆，载体相当于无筋扩展基础，从载体部分的混凝土、夯实填充料到挤密之土体，其压缩模量逐渐降低，应力逐渐扩散。因此载体桩着重研究载体的受力，其核心为桩端土体的挤密，承载力也主要源于载体。根据载体桩施工经验及对桩端周围土体取样分析，载体的影响范围深度约为3-5m、直径约为2-3m，即在施工完毕后，桩端下深3-5m，直径2-3m范围内的土体都得到了挤密。
2 载体桩承载力估算及持力层的选择
2.1 ? 载体桩承载力估算
载体桩的承载力特征值可采用下列经验公式估算：
Ra=fa·Ae
Ra----单桩竖向承载力特征值（kN）；
fa----经深度修正后的载体桩持力层地基承载力特征值（kPa）；
Ae----载体等效计算面积（m2）；
载体等效计算面积的取值与三击贯入度有关，三击贯入度是锤径为355mm、质量为3500kg的柱锤，在落距为6.0m，连续三次锤击的累计下沉量。根据三击贯入度数值及被加固土层的名称查表可得相应的等效计算面积。
2.2 持力层的选择
对于持力层埋深不大，上部荷载相应较大，上部地层为中软场地土或较厚的填土以及地层变化复杂的场地，都可考虑采用载体桩基础。由于载体桩单桩承载力主要与桩端持力层土体的性质及三击贯入度密切相关，因此持力层的选择也是很重要的因素之一；一般作为持力层的被加固土体宜选择较为密实的粉土、砂土、碎石土及硬塑状态的粘性土。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本文即以载体桩在某公司车间中的应用为实例，介绍了载体桩在本地区的应用。
3 载体桩应用
3.1? 工程概况。
该工程为郑州某公司车间，建筑为6栋4层厂房（A01-A03、A05-A07）和2栋4层附属用房（A11、A12），框架结构，基础埋深2.0米，单柱荷载2500KN，车间内具有动力荷载。
3.2? 场地工程地质条件。
场地内地形平坦，地貌单元为黄河冲洪积平原，浅部地层主要为第四纪晚更新世以来形成的杂填土、粉土及粉砂层。其中杂填土普遍分布，层厚变化0.5～8.7m，其下分布为埋深及厚度均较稳定的第④层粉土，其状态密实，承载力特征值为255kPa，层顶埋深平均为8.5m，层厚平均为3.1m，为较好的持力层。
3.3? 地基与基础方案论证
根据建筑物结构、荷载及场地地层特征，浅部土层主要为杂填土，其承载力低、压缩性高、均匀性差，天然地基无法满足建筑物的使用要求。若采用预制管桩，上部杂填土对桩基施工不利；若采用钻孔灌注桩，造价及工期较长；若采用载体桩，由于第④层粉土承载力高，地层厚度较大，是较好的桩基持力层；而载体桩相对于钻孔灌注桩来讲，载体桩的桩径小，桩长短，混凝土用量及施工工期都大大缩短，不单满足了上部荷载及沉降的要求，且经济合理，因此最终决定采用载体桩。
3.4 设计及施工
若载体桩以④层粉土作为桩端持力层，桩径D=410mm，桩身混凝土强度等级为C25，平均有效桩长（桩身部分）为6.5米，载体桩承载力主要来源于载体，对于桩长小于10米的桩，忽略其侧阻力，以作为安全储备。
3.4.1? 单桩承载力特征值估算
（1）按地层参数确定
Ra=fa·Ae?=?460×2.4=1104kN
（2）对桩身材料强度验算
N≤ψcfcAp=?0.75×25000×0.13=2437kN
式中：N——相应于荷载效应基本组合时，作用于载体桩单桩上竖向力设计值（KPa）；
fc——混凝土轴心抗压强度设计值（KPa），应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定；
Ap——桩身截面面积（m2）；
ψc——成桩工艺系数，现场灌注时取0.75。
因此设计单桩承载力特征值取Ra=1100kN。
3.4.2? 施工质量控制
施工时采用柱锤夯击，护筒跟进成孔，达到设计标高后，柱锤夯出护筒底一定深度，再分批向孔内投入填充料，用柱锤反复夯实，达到设计要求后再填入混凝土夯击，形成载体，最后再施工混凝土桩身。与其它桩基础相比，载体桩的承载力主要来源于载体，且载体桩为挤土桩，为保证施工质量，在施工中重点做好以下工作：
（1）三击贯入度控制在15mm以内。
（2）施工过程中严格控制相邻桩的上浮量，对于混凝土终凝后的相邻桩，其上浮量控制在15mm左右，对于混凝土处于流动状态的相邻桩，其上浮量控制在40mm左右。
3.4.3? 质量检测及沉降观测
（1）桩身完整性检测
成桩20d后，由桩基检测机构进行了低应变检测，检测数量为总桩数的10%，全部为Ⅰ类桩或Ⅱ类桩，桩身完整性较好，满足设计要求。
（2）沉降观测
在建筑物施工期间及竣工两年来，对建筑物的沉降进行了观测，观测数据表明，沉降较均匀，未超过变形允许值。
4 载体桩的应用研究
郑州东区部分区域砂层埋深一般在8～18m之间，东南部只有5～6米，上部地层为新近沉积的软弱土或由于取砂、沟壑、挖鱼塘后地面回填建筑垃圾形成的杂填土，其场地特点为上部地层承载力低、岩土种类多、很不均匀、性质变化较大，需特殊处理，局部夹有难以穿透的薄层砂土或粉土，但中部的粉土及砂土承载力高，厚度相对较大，埋深适宜。而载体桩的特点只考虑持力层的要求，不计桩侧摩阻力，在满足持力层要求的条件下，上部特殊地层不需再做处理，直接采用柱锤夯扩至持力层后成桩即可，避免了钻孔灌注桩、管桩、CFG桩的施工缺陷。同钻孔灌注桩、管桩、CFG桩相比不但具备承载力高的特点，而且适应性强、经济效果好，针对郑东新区有较强的适应性。
5 ?结论
5.1?通过引用实例证明，对于上部地层为杂填土及软弱土、地层变化复杂、持力层较厚且埋深不大、基底附加压力较大、场地及周边环境条件适宜的地区，采用载体桩是适宜的，在郑东新区更具适应性。
5.2?相对于钻孔灌注桩或CFG桩工艺，在同等条件下载体桩的费用约为钻孔灌注桩的30%或CFG桩的80%，且混凝土成桩质量易保证，施工工期大大缩短，承载力相对较大，在郑东地区具有良好的发展前景。
5.3?由于载体桩承载力估算不考虑桩侧摩阻力，其桩体长度限制较小。
5.4由于载体桩为挤土桩，施工时容易影响到相邻桩的施工质量及对周围已建建筑物造成影响，可以采用螺旋钻成孔的施工工艺进行施工，或者对场地周边采取适当的减振、隔振措施。
5.5由于不同土质对挤密效应的敏感度不同，为不造成相邻桩的相互影响，不同土质的持力层其最小桩间距有不同的要求。
论文作者:孙延军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/13
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