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夯扩桩在杭州下沙地区的应用
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内容提示：杭州下沙地区位于钱塘江北岸，属钱塘江冲海积平原，地层分布较稳定。地基土主要由粉土组成，深8～9m处就有性质较好的2d砂质粉土夹粉砂土层，且分布广泛而有一定厚度，是较理想的桩端持力层。康莱特下沙住宅工程1.3万m2，其地质情况在下沙地区有典型的代表性。
摘要：杭州下沙地区位于钱塘江北岸，属钱塘江冲海积平原，地层分布较稳定。地基土主要由粉土组成，深8～9m处就有性质较好的2d砂质粉土夹粉砂土层，且分布广泛而有一定厚度，是较理想的桩端持力层。康莱特下沙住宅工程1.3万m2，其地质情况在下沙地区有典型的代表性。
关键词：桩基础 施工管理 复杂地质
1 概述
杭州下沙地区位于钱塘江北岸，属钱塘江冲海积平原，地层分布较稳定。地基土主要由粉土组成，深8～9m处就有性质较好的2d砂质粉土夹粉砂土层，且分布广泛而有一定厚度，是较理想的桩端持力层。康莱特下沙住宅工程1.3万m2，其地质情况在下沙地区有典型的代表性(表1) 。根据地质报告，场地地下水主要赋存于上部粉土、粉砂层中的潜水，水位较高，并受大气 降水影响，动态变化较大。地下水能引起粉土膨胀，浅基础不易控制建筑物的不均匀沉降。另外，2c土层为液化土层，也应避免用该土层作为持力层。因此在结构方案阶段就否定了浅基础方案。预制桩基固然可行，但在目前它的价格较高。此外，从地基承载力和造价上分析，灌注桩基础应该是比较理想的，但据调查因成桩难，在该地区很少应用。将普通沉管灌注桩方法与桩端扩底技术相结合的夯扩桩，可充分发挥端承效果，而且造价低，通过康莱特下沙住宅工程的成功应用，积累了一定的经验。经过分析比较，我们选用了夯扩桩基础。（参考《建筑中文网》）
表1 住宅工程的综合地质
| 土层及其名称 | 层厚(m) | 主要物理性质 | 地基土参数 | 预制桩参数 | 夯扩桩 | ||||||
| w(%) | e | wc(%) | Ip(%) | a1～2(MPa) | Es(MPa) | fk(kPa) | qs(kPa) | qp(kPa) | qp(kPa) | ||
| 2a砂质粉土 | 0.7～1.4 | 30.2 | 0.876 | 31.9 | 5.3 | 0.21 | 7.0 | 110 | 16 | | |
| 2b砂质粉土 | 1.6～2.7 | 25.2 | 0.70 | 28.2 | 6.6 | 0.12 | 12 | 170 | 24 | | |
| 2c砂质粉土 | 4.4～5.8 | 28.3 | 0.771 | 30.1 | 5.5 | 0.14 | 11 | 155 | 22 | | 780 |
| 3a砂质粉土夹粉砂 | 9.2～10.9 | 26.0 | 0.725 | | | 0.16 | 13 | 180 | 28 | 1700 | 1100 |
2 夯扩桩桩基设计
2.1 理论依据
桩的极限承载力(抗压)不能简单地理解为极限侧阻力加上极限端阻力。桩土之间出现不大的相对滑动时就出现极限侧阻力，当上部滑动量大的范围内土体发挥了极限剪切强度以后，部分荷载又传回给桩身，依次产生更大的相对滑动并逐渐发展到更大的深度。只有当整个桩身侧阻力达到极限值的瞬间，桩底下面的土体中形成了一种极限强度状态，好像桩尖在排开土体，力图挤进土层。此时，承载力是极限侧阻力和桩底承载力的组合。极限侧阻力的发挥主要取决于桩土相对位移，称为极限位移。只有当桩底位移Δs足够大时，桩端的极限强度就全部发挥出来，桩的极限承载力(抗压)(在该荷载下的下沉或下沉速率剧烈增大)可由下式确定：Pu＝Ppu+ΣPsi(式中Ppu极限桩端承载力；ΣPsi桩端以上土层极限侧阻力的总和)。
下沙地区的工程地质特点是持力层埋深浅，而上部土层为软弱土层，在不大的荷载下，就能达到整个桩身极限侧阻力。夯扩桩扩大了的桩头，降低了桩端应力水平，阻止了桩尖的刺入破坏。浙江省标准《建筑软弱地基基础设计规范(DBJ 10-1-90)棗条文说明》中指出，夯扩桩是以端承为主，侧阻力为辅的桩型，适用于上部为软弱土层，在距地表4～14m处有一层性质较好的桩端持力层。
2.2 设计参数和承载力的确定
3a土层是一个较理想的持力层，该土层分布广泛，厚度也较均匀(表1)。根据地质报告提供的参数和浙江省标准《建筑软弱地基础设计规范(DBJ 10-1-90)》，初步确定夯扩设计参数为第一次在外管内灌注的混凝土高度H＝1900mm；外管上拔高度h＝800mm ；混凝土全部夯出外管后外管和内夯管同步下沉深度h-c＝600mm。代入各参数后可取D＝600mm。
根据《DBJ 10-1-90》规范的公式；可算得单桩竖向承载力标准值Rk＝565kN，设计时取作550kN。由此可见桩端土承载力约占总承载力标准值的75%以上。
2.3 桩端进入持力层深度
桩的承载力，主要是桩端承载力，随着进入持力层的深度(特别是进入砂质粉土类粉砂层的深度)不同而具有不同的变化规律，称之为深度效应。深度效应的主要规律之一是存在着一个临界深度hc。当桩进入持力层的深度h＜hc时，桩端极限承载力qpu基本上随深度而线性增大，当h≥hc时，qpu则保持不变，称之为端阻力稳定值，规范中推荐的进入持力层深度为1.50～2.00m。根据本工程地质的实际情况，选择进入持力层深度为1.5m，有效桩长7.5m。
3 成桩难的原因分析及解决方法
在下沙地区打沉管灌注桩常出现这样的现象：一种是施工时无法将混凝土灌到设计标高，另一种是开挖后，发现近地表的上段桩虽在，而下段桩身混凝土已流失或仅存部分骨料石子。出现这种现象的主要原因是该地区地基土易液化，打桩时措施不当。
就以康莱特下沙住宅工程地基土为例，持力层3a以上土层主要为砂质粉土，松散，孔隙比大，土层粒径在0.01～0.074mm之间的颗粒占86%以上。有关资料表明，平均粒径为0.05～0.1mm的粉砂土的抗液化能力最低。
在沉管过程中，一方面由于土体受到震动，使得孔隙中的水产生超静水压力，另一方面在成孔过程中，桩管周围一定范围内的土体受到挤压，使得土的孔隙减小，而孔隙中的水还来不及排出，也产生了超静水压力μ。水在水力梯度(i)下从高能量级向低能量级处流动，此时土中总应力为：σ＝σ′+（μ+Δμ）或σ′＝σ-（μ+Δμ)，式中σ′有效应力；Δμ孔隙水压力增量。可见当Δμ不断增大，直到有效应力σ′减小到零，有效应力使粉砂土产生全部抗剪强度。当σ′＝0时土体抗剪强度等于零，便出现了流砂现象，土粒之间压力消失，土粒处于悬浮状态，土体随水流动。地下水的渗流对土单位体积产生的压力GD称为动水压力。在桩外管拔出过程中，桩管中的混凝土也受到GD的作用。当GD较大且桩管中混凝土因自重引起的材料间的摩擦力不足以抵抗GD时，混凝土中的水泥砂就被流砂带走，甚至还会将骨料冲走。随着时间的推移，孔隙水压力逐渐消散。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200603/1608.htm
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