鉆孔夯擴樁擠密法能量分析

 

張偉華  

（西北電力建設監理有限公司 西安710032）

1、前 言

    《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025—2004）6.4節“擠密法”，增加了“預鉆孔”、“夯擴”內容；《擠密樁法處理地基技術規程》（DBJ61-2-2006）中，將鉆孔夯擴樁擠密法定義為：在土中預鉆孔，然后用1.0t以上的夯錘在鉆孔內夯填樁孔填料成樁，夯填時促使樁徑擴大至設計要求，并使樁間土得以擠密。從而，在《灰土樁和土樁擠密地基設計施工及驗收規程》（DBJ24-2-85）沉管法的基礎上，增加了預鉆孔成孔方法；也是對《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79－2002）第14章內容的豐富。

 

    十幾年來，陜西、甘肅、青海、河南及山西等地區，先后采用鉆孔夯擴樁擠密法進行了大量的地基處理工程，其中，像陜西省寶雞第二發電廠一、二期工程項目，自上世紀九十年代中期至今，均相繼采用了該法進行地基處理。筆者通過該系列工程項目及其它同類項目的工作實踐，認為有必要對該法中的關鍵因素—夯擊能（壓實功）進行量化分析，供勘察、設計、施工、監理參考、商榷。

 

2、夯擊能計算

    2.1  條件及參數的確定

    擠密樁施工前，一般要根據室內擊實試驗確定填料最優含水量下的最大干密度，對于填料為素土和灰土時，采用輕型擊實試驗，其單位體積擊實功（W_輕）約為592.2kJ/m³。

    實際施工中，若假設夯錘的夯擊能完全作用在樁孔填料上，填料及孔周土受到的壓實功與夯擊能完全相等，即等效處理圓范圍內的樁間土均受到壓實功的作用，則。

    單位體積夯擊能W可用（1）公式計算：    W=Mgnh/V          （1）

    通常夯擴樁鉆孔直徑 =0.4m、夯錘質量M=1.5t、夯錘落距h=6m、夯擊次數n=6次，每次填料量0.11~0.13m³（計算時取0.13m³），夯擊成樁的長度為0.2～0.3m（計算時取0.3m），樁直徑的平均值 為550~600㎜（計算時取 =0.58m）；按樁心間距1.05m計，等效處理圓直徑為 =1.1m，則受到夯擊的土體體積為V = ×1.1²×0.3=0.29m³。

 

    2.2   夯擊能計算

    （1）根據上述參數和式（1），可得復合地基單位體積夯擊能W_復：

    W_復=1.5×9.81×6×6÷0.29=1827kJ/m³

    顯然復合地基承受的夯擊能約為擊實試驗的3倍。

 

    （2）樁間土與樁單位體積夯擊能W_土、W_樁

    當樁間土單位體積所受到的夯擊能（壓實功）W_土=1.2W_輕時，樁間土的壓實或擠密系數方能不小于0.93，因此，正常施工中，樁間土所承受的夯擊能應達到：

    W_土=1.2×592.2=710kJ/m³

    按照理論分析，作用在樁體上的夯擊能應為復合地基承受的總夯擊能和樁間土承受的夯擊能之差，計算結果顯示，樁體承受的夯擊能約為室內擊實試驗的8倍。

 

3、分析及思考

    3.1  夯擊能轉化為壓實功的分析

    從以上計算可以看出，復合地基單位體積所受夯擊能W_復3倍于輕型擊實試驗單位體積擊實功W_輕，但實際工程中，根據樁間土的受擠壓情況分析，夯擊能作用于樁間土體并基本上完全轉化為壓實功。計算結果和實際的矛盾說明，8倍于W_輕的夯擊能是在形成樁體的過程中大多被消耗，其中，僅約八分之一轉化為壓實功。下面對夯擊能的消耗因素進行分析：

 

    （1）機械損耗：主要是鋼絲繩卷筒、天輪（頂滑輪）在轉動時有摩阻力，使得夯錘非自由落體，因此，樁孔填料接受的夯擊能小于按自由落體計算的夯擊能。

    （2）操作不規范：由于主觀或客觀的原因，機械操作人員，在夯錘下落的過程中，沒有將離合完全松開，錘體受到一定的“提拔力”；或在錘頭剛接觸樁孔填料面時，立即提錘。這樣，使得夯錘動能大為減小。

    （3）偏錘：由于錘中心與樁孔中心偏離過大，造成錘體下落過程中蹭到孔壁，致使夯擊能減小。

 

    3.2  施工質量控制中應注意的問題

    根據寶雞第二發電廠工程實踐及以上計算分析，為更好地控制鉆孔夯擴樁擠密法處理地基質量，總結如下體會。

 

    （1）由于夯擊能較大，樁體出現壓實系數往往大于1，因此，布樁時，不宜選取過大樁間距、要求達到過大的樁體直徑。

    （2）施工(包括試驗性施工)過程中，應在機械性狀、人員操作方法、夯錘對正孔位、樁孔填料量方面加大控制力度，確保單位樁體、樁間土受到的夯擊能滿足壓實、擠密的要求。

    （3）施工控制時，夯擊是鉆孔夯密樁復合地基質量保證的關鍵因素之一，確保夯擊的落距和錘擊數，才能保證施工質量。

    通常采用的落距是：錘尖至填料頂面距離不得小于3m，深部填料時，落距要求大于6m。

    常用的錘擊數為：樁頂至樁頂以下3~5m，宜選用8~10擊；樁頂以下3~5m至樁端，宜選用6~8擊；夯擊時，夯錘必須自由下落。值得注意的是，現場往往嚴格控制錘數不得人為減少，但夯擊能量過大會不同程度地產生“橡皮土”，故錘擊數不應太多。

    （4）虛樁頭長度控制需關注，虛樁頭長度即樁頭應挖除的長度，通常不得小于0.5m，以0.7m為宜。凍土較深，應按凍結深度全部挖除，以保證試驗數據的準確。

    （5）樁身填料是關鍵的質量控制部份，控制要求見表1。

                                               表1                       填 料 控 制 要 求

    （6）對于單樁復合地基載荷試驗也應注意：

    ①壓板不應采用長方形壓板；

    ②未進行試樁試驗，檢測應在施工完成14天后進行加載且應至極限荷載；

    ③成果分析應以曲線法為主，按相對變形取值時，需扣減壓板下虛鋪砂沉降量，s/b或s/d取0.008～0.012；

    （7）當地基土含水量小于10%時樁間土擠密效果很差，必須進行增濕。增濕所需注水量應以試驗確定。

    （8）樁間距以1000㎜為宜，不宜過小；等邊三角形布設樁位。

 

4、結  語

    鉆孔夯擴樁擠密法是一種較新的地基處理方法，對其夯擊能進行計算、分析、探討和質量控制，旨在使之不斷完善，在工程建設中得到廣泛應用、發揮更大作用。事實上，該方法施工質量受到的影響因素是多方面的，尚需不斷總結、探討。

 

參考文獻：

[1] 陜西省建設廳，擠密樁法處理地基技術規程（DBJ61-2-2006），陜西省建筑標準設計辦公室

[2] 陜西省計劃委員會，濕陷性黃土地區建筑規范（GB50025-2004），中國建筑工業出版社，2004

[3] 中國建筑科學研究院，建筑地基處理技術規范（JGJ79-2002），中國建筑工業出版社，2002

[4] 北京交通大學，孔內深層強夯法技術規程，中國計劃出版社，2006

[5] 中華人民共和國水電部，土工試驗方法標準（GB/T50123-1999），中國計劃出版社，1999

[6] 鄭建國，濕陷性黃土地區地基處理工程實錄，中國建筑工業出版社，2003.6

 

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)