复合载体施工对周围土体的影响

32 北京波森特岩土工程有限公司是专业从事地基与基础工程承包、设计与施工的企业，拥有多项专利技术，特别是“复合载体夯扩桩施工技术”，在全国20多个省市得到了广泛应用，取得了显著的经济效益和社会效益（详见www.puissant.com.cn ）。这里将连载介绍复合载体夯扩桩的有关技术及工程应用。

复合载体施工对周围土体的影响

杨启安 王继忠

(北京波森特岩土工程有限公司 102218)

本文主要探讨复合载体夯扩桩的施工对土体的影响，设计中应如何利用载体对土体的影响。 1 提高了土体的密实度

复合载体施工过程中，由于周围土体的约束作用，填料在重锤高能量的冲击下，部分被击成粉末，填充到周围土体的孔隙中。同时重锤的作用在土体中产生应力波，使土体中的颗粒克服摩擦力，重新固结和排列，形成结构更加稳定的土体。当周围土体的渗透性较好时，孔隙水被迅速排除，土体得到很好的挤密，大大提高了土体的压缩模量；当周围为含水量较高的粘性土时，重锤的夯击使土体产生中产生超孔隙水压力，随着时间的推移，土体中的超孔隙水压力消散，土颗粒重新固结。由于土体中颗粒间的摩擦力消耗一定的能量，应力波只能传递到一定的距离，故对周围土体的影响也只能一定范围，当超过一定范围后，土性的变化就不明显了。从填充料到挤密土体，再到原状土，地基土体的密实度和压缩模量逐渐降低。形成多个软弱下卧层，使附加应力降低，这也是复合载体夯扩桩承载力高的主要原因。

为了了解施工后复合载体的影响范围，在天津某工程载体桩施工前后对复合载体周围土体取样进行土工试验，取土位置见图1。试验发现，载体周围一定范围内土体孔隙比明显降低，超过一定范围后土体孔隙比变化不大。复合载体施工完毕后土体孔隙比见表1。

土体孔隙比随与夯扩表面的距离的变化 表1

取样点号

1 2 3 4 5 距夯扩表面水平距离（cm ） 0 30 60 90 300 孔隙比

0.613 0.7 0.704 0.728 0.730

图1取土位置和孔隙比随离夯扩体边缘距离的变化

由表1可见，在软土地区，以粘性土作为被加固土层，在填料外围0.6m 范围内土体的土性得到明显改变，一般复合载体施工填入的干硬性混凝土约0.3m 2，填料500块砖，经计算，载体在粘性土中的水平影响区域为水平方向2.0m 。

这一试验结果对复合载体夯扩桩的设计和施工具有很大的影响。当施工一根复合载体夯扩桩时，为了达到预期的承载力，可以增加填充料、增加夯击能量、实现更大的A e ，但由于建筑物下有许多桩，填料不可能无地增加，载体周围土体的约束依靠的是土体的抗剪强度，故土体的约束是有的，当填料过多、部分原来的填料将被挤到离载体更远的区域，这将影响周围相邻桩的施工质量，故设计时必须根据周围土体的影响情况，确定合适的填料量和桩间距。根据天津的取土试验，确定在粘性土作为被加固土层时，最小间距为2.0m 。通过室内试验，当以砂土作为被加固土层时，最小间距为1.6m 。

2 复合载体夯扩桩对桩湿陷的消除

复合载体夯扩桩技术目前已经开始在湿陷性黄土地区采用。为了了解复合载体夯扩桩在湿陷性黄土地区的成孔效果，以及桩身和载体施工对周围土体湿陷性的影响，进行了相关试验。试验位于三门峡市，场区土体地下14m 范围内存在湿陷性。共施工3根复合载体桩，呈“一”字型布置。桩径410mm ，桩间距2m ，成孔深度为9.0m ，平面位置见图2。1＃～3＃桩填料分别为1.65, 1.62, 1.65m 3，三击贯入度分别为6，6，7cm 。

由图3给出的数据可知，在复合载体夯扩桩施工完毕后，在混凝土桩身以下4m 范围内，土体的压缩模量E S 明显增大，由5.7MPa 增加为14.2MPa ，增加149%，湿陷系数由施工前的0.034变为0.002；随着深度增

加，对载体施工的周围土体的影响增强，

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图2 试桩平面图

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当位于2m 处，挤密效果最佳，E S 由8.8变为16.4，增加86.4%，湿陷系数由施工前的0.024变为0.012；在离混凝土桩身下4m 位置E S 由原来的5.4变为6.7，增加12.2%，湿陷系数由原来的0.023变为0.015；在载体施工完毕后，混凝土桩身下4m 范围内，土体的湿陷性被完全消除，由于取样位置位于两桩中心位置，位于桩载体下的夯击冲击能量更大，挤密效果应该更好，湿陷的消除效果也应该更好。

图3 施工复合载体夯扩桩后土性的变化

为什么经过施工后黄土的湿陷被消除了呢？复合载体施工过程中，通过填料、夯击，破坏了土体的原来结构，消除了黄土中竖向根状圆管，土体被浸水以后，虽然可溶性盐的胶结强度消失，由于土体原来的结构发生破坏，颗粒重新排列，其自身结构不会发生破坏，故其湿陷性被消除。并且根据夯击时土体的剪应力方向，确定土体的滑移方向，沿45°+φ，故载体外侧2m 范围内土体的影响效果最大，土形变化更大。由于成孔过程中对周围土体的扰动较小，土体的结构没有太大的变化，其湿陷不能完全被消除，因此在设计复合载体夯扩桩时，在保证单桩承载力满足设计要求的情况，可以利用载体能消除土体湿陷性的特性，缩短复合载体夯扩桩混凝土桩身的长度。在确定载体位置时，首先确定湿陷黄土的底面，以黄土底作为混凝土桩身底的标高，若计算承载力远大于设计要求，可以考虑将混凝土桩身底提升4m ，再确定混凝土桩身底的标高。 3 土体的液化的消除

对于具有液化土层的地区进行基础设计，不得将天然地基放在未处理液化土层上；当采用桩基础时，桩身必须穿透液化土层。由于复合载体施工过程中对土体有夯实挤密作用，土体的密实度和结构都将发生变化，土体的液化特性也将发生变化。为了更好地了解施工对土体液化特性的影响程度和范围，在北京通县东关东潞园进行了试验，通过对施工前后土体进行标贯试验，分析土体的液化指数的变化。施工的复合载体夯扩桩载体以砂土层作为持力层，该层具有液化特性，粘粒含量为3%。混凝土桩身底与液化土层顶齐平。标贯击数基准值为10击，其他试验参数见表2。

由图4可见，施工复合载体前，在混凝土桩身（不包括扩大头）下5m 范围内进行标贯，每米一个，1#孔除桩身下3m 处，标贯击数大于临界击数外，其余明显小于临界击数，砂土具有液化特性，2#孔，除桩身下4m 处土体的标贯击数

大于临界击数外，其余都小于临界击数，该场地属于中等液化。施工复合载体后，载体周围4m 范围内土体的标贯击数都得到不同程度的提高，并且都大于临界击数，表明砂土的液化特性都被消除，故设计时，可以将桩底设计于液化土层底以上4m ，这样，施工完毕后整个地基的液化被消除。

标贯试验参数 表2

孔号

地面下深

度（m ）

代表厚度（m ）

临界击数（击）

施工前击数（击）

实际击数（击） 4.4 0.8 11.31

7

12 5.3 0.9 12.21 10

14

6.3 1 13.21 16 17

7.3 1 14.21 13 16

1#

8.2 0.9 15.11 9 19 4.4 0.8 11.31

5

13 5.3 0.9 12.21 7

14 6.15 0.85 13.06 8

16

7.15 1 14.06 17 17

2#

8.35 1.2 15.26 13 18

（a ）1＃孔 （b ）2＃孔

图4 击数-深度关系

土体的液化与两方面因素相关：土颗粒级配，土体的密实度。土颗粒级配越好，土体的内摩擦角就越大，颗粒发生液化的可能性就越小，故液化的判断与粘粒含量相关。土体越密实，抗剪强度就越高，液化的可能性就越小。由于复合载体夯扩桩的施工工艺的特殊性，在施工复合载体时对周围土体挤密、夯实，土颗粒重新排列、固结，土体密实度得到提高，标贯击数也相应提高，同时在施工过程中，重锤的夯击使部分砂土颗粒被击碎，增加了粘粒的含量，改善了颗粒级配，故液化被消除。 4 结语

介绍了复合载体施工对周围土体的影响，并通过试验研究复合载体对液化特性和对黄土湿陷性的影响。这些试验数据可以为设计者提供设计参考，避免不必要的浪费。

参 考 文 献

[1] 顾晓鲁. 地基与基础[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003. [2] 岩土工程勘察规范（GB50021－2001)[S]. 北京：中国建筑工业出

版社，2002.

[3] 湿陷性黄土地区建筑规范(GB50025－2004)[S]. 北京：中国建筑工

业出版社, 2004. [4] 相关工程勘察报告[R].

－施工复合载体桩

－未施工

－未施工

施工复－ 合载体桩