CN1099448A - 一种内击扩底桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑基础工程的一种内击扩底桩的 施工方法，其特征是小桩径、大承载力的内击扩底桩 为保证桩体结构质量措施是低挡速的拔管速度，三边 工作法或间歇震动的管底附震法，夯打扩大底时的配 料比及严格控制批次投料量和批次夯击次数，其二为 确保夯打质量的两个收锤标准的现场检测，沉管深度 控制的收锤标准计算式为

夯打扩大底的收锤标准计算式为：

Description

本发明涉及建筑基础工程的内击扩底桩的施工技术方法。

目前，为了提高基础工程桩的端承力，特别在我国《建筑地基基础设计规范》（GBJT-89）在桩基部分取消旧规范中的爆扩桩，却补充了扩底桩的内容，对广大岩土工程工作者指出挖掘端承力的方向，已得到越来越多的人重视和研究，并已研究及开发出一些施工方法及机械，取得一定的积极的效果，比如中国专利申请号902187740重力启闭式灌注桩底扩孔机，是利用钻杆自动加压长杆式刮土刀来扩孔，象这样一类扩孔机，虽可提高桩端承载力，但从各种不同地质结构上看，从各种角度的力学关系上分析，实施中有很大困难，例如现有的冲孔钻孔桩，所存在的清渣问题，且提高桩端承载力不理想，因此，此类扩孔桩，目前多限于低矮建筑的基础工程采用。另有福建使用的“内夯式灌注桩”内击锤重两吨，它在施工中采用预制桩尖，成桩后虽比外击式灌注桩，在承载力上有所提高，但受预制桩尖的制约无论在锤击力传递、扩大底的控制、收锤标准的控制、特别在地质结构复杂的情况下，欲保证桩的质量是有困难的。

本发明的目的是提供一种小桩径、大承载的内击扩底桩的施工方法，能确保单桩容许承载力为150吨至200吨，适用于9至35层楼的基础桩，以及能使高层建筑也能支承在残积层上，用打浅桩来达到支承的目的，同时能以密以上砂层、硬塑层、强风化层为持力层，用夯打扩大底来提高承载力。

本发明的技术解决方案是：

A，小桩径、大承载力的内击扩底桩用以保证桩体结构质量的技术措施是：

a，在不同土层中用0.4至0.8米/分的拔管速度，

b，灌注时用边投料、边拔管、边轻压锤的三边工作法或者是在灌注拔管时在桩底以下间歇震动的管底附震法，

c，夯打扩大底时，采用专用的配料比、严格控制批次投料量和批次夯打击数，

B，小桩径、大承载力的内击扩底桩的两个收锤标准的现场检测：

a，取大冲击功（22吨·米），多击数，大贯入度的沉管深度控制收锤标准，即以动力打桩公式求得的贯入度应根据不同土层乘以修正系数KT（KT等于0.77至0.9）来仅作为摩擦力考核的沉管深度控制，其计算式为R= (P²·H)/((P+Q)Ng) ·K_T，

b，夯打扩大底确保桩的端承力的锤的贯入度为被夯击土体向下沉降和横向四周扩散两个因素之和e＝e_y+e_x，其计算式为ey＝ (η·Q·H·0.51)/(gPu) - (E)/2 ，e_x＝

，

c，为进一步使桩具有优良的抗拔性能，而将钢筋笼安放入受44吨·米以上冲击的扩大底内部去。

本发明在不同的土质中采用0.4至0.8米/分的拔管速度，可确保桩身不出现卡腰、缩颈、断桩的现象。

本发明的三边工作法和管底附震法可在不同施工条件和具体要求中，使用其中一种工作法，可保证桩体灌注无砂浆离析上浮、碎石沉降、无分批投料时前后批料的层间被析出的砂浆隔开，从而使混凝土结构紧密，无蜂窝气孔，桩体由下至上砼的配比一致，各段强度一致。管底附震法是将管底震荡器放入管底，向管内灌注，随后就可沿一边拔管、一边投料、一边间歇有序地开动震荡器，桩管与震荡器同步拔升，直到全桩管灌注完毕为止，管底附震法只是用来震实混凝土。三边工作法可在各种条件下采用均能取得良好效果，而管底附震法在涌水、涌沙的土质中时可采用，而一旦要求土的扩散量和桩体表面粗糙度大些以获得较大摩擦效果时不宜采用，不过管底附震法的生产量高是一大特点。

本发明的扩大底是干浆料，桩体是湿浆料，但扩大底是用击锤夯击成型的，因而扩大底不可避免地发生机械作用的质变。故制订配比时，扩大底比桩体的含砂量少10%，以及控制批次投料量和批次夯打击数的夯打操作规程来保证扩大底的强度、质量与桩体基本一致。

本发明在完成扩大底夯打后，还应继续投入干浆料，控制好投料量、拔管量与夯击能量三者的关系，夯打出扩大底与桩体之间连接的锥体，以保证连接点的强度要求。

本发明所采用的桩径一般为60公分，以此用于9至35层的高层建筑中，应具有高度可靠的承载力。上面所述的小桩径、大承载力的内击扩底桩保证桩体结构质量的技术措施解决了桩体灌注质量的问题，当然小桩经灌注质量好才能负担大承载力，但却未解决其根本问题。根据内击扩底桩的成桩机理、夯打扩大底成型过程的力学关系，打桩沉管与持力层的关系可以断定出目前广泛沿用的，一般的用动力打桩公式核定的，以锤击贯入度为桩深控制的收锤标准，赖以作为桩的承载力控制，这是不可能达到内击扩底桩成桩后有高度可靠的承载力的要求的，为解决这一问题，本发明提出两个收锤标准，把桩的摩擦力考核和桩的端承力考核分开来，又联合运用的方案，这才是内击扩底桩的核心问题。

本发明以锤击贯入度为桩深控制，但如按目前社会广泛沿用的动力打桩公式求得其贯入度，已为许多专家发现具有严重的局限性，认为它最多只能近似地对打桩阻力而不是对桩的承载力作出近似的估计。本发明也只以此作为沉管达到什么土层，估计有多少摩擦阻力，是否达到我们预估的摩擦力要求，根据试打桩的记录就可作出这一估计。然而这一问题也有其它因素影响以及解决问题的措施：

1，在锤击贯入度为桩深控制的收锤标准，产生“收锤假像”是客观存在的，解决的方案是打破两阵或叁阵锤，以拾击为一阵、小冲击功的贯入度（每拾击的贯入度仅2-2.5毫米）的世界性传统，而改为取大冲击功，多击数，大贯入度作为沉管收锤标准，这样桩深控制就较准确了。

2，由于“内击扩底桩”施工特点使其可以使用下段厚、上段薄的桩管，而且可以采用套接驳管，无须焊接驳管，因而桩管重量变化大，也就是管贯入时贯性力变化大，这就必须选择有桩管重量计量项的动力打桩公式为宜。

3，指出内击扩底桩沉管贯入过程与普通沉管桩的不同点在于前者无桩尖，排土性能差，后者有桩尖，贯入易，排土性能良好，这却使桩管贯入过程的回跳度不同，故对于内击扩底桩所求得的贯入度尚应根据具体的土质条件，给予修正，其修正系数为KT＝0.77至0.9。其沉管深控制的锤击贯入度公式基本采用荷兰公式为主，结合“内击扩底桩”的具体要求，在为避免收锤假像的影响，落锤高度取值为6米，其计算式R= (P²·H)/((P+Q)Ng) ·K_T，

计算式中：R＝单桩容许承载力，P＝击锤重量，Q＝桩管重量，H＝落锤高度，N＝安全系数，g＝每击贯入度。

对于锤击桩，世界上仅有以锤击贯入度为桩深控制的一种收锤标准，可是内击扩底桩的桩端持力层根本不在以锤击贯入度为桩深控制的管底平面上，而是在此平面下0.8至1.5米的范围上，扩大底是在管底下打出来的。作为持力层的顶平面当然是在扩大底的底平面上。很明显可看出持力层不在管底上，这样如仅以打桩时的锤击贯入度所得桩深控制来决定承载力是根本不行的，或者是用扩大底干浆料夯入量来控制的方法也是不行的，这样的方法对端承力来说都得不到保证。

我们也常遇到，当以上述锤击贯入度为桩深控制而达到收锤标准时，管底的位置处于一坚硬的薄的夹层上，管底至此夹层的厚度是以支承此收锤标准的贯入压力。但就以我们现有的收锤标准值来看，大功率冲击功为22吨·米，这冲击功是作用到桩管上，由管底传到持力层的，而桩管底的面积为0.6²×0.7854＝0.2827M²，分配到单位面积上的压强是22.2/0.2827＝78.528t·M/M²。当夯打扩大底时我们核定使用的冲击功为44吨·米，夯打扩大底时压力向持力层的是锤，不是管，而锤底面积为0.35²×0.7854＝0.0962M²，于是锤使持力层所产生的压强为44.4/0.0962＝461.54t·M/M²，它差不多是前者的六倍，于是就会有一个这样的可能，当此夹层的下卧层比此夹层强度高时是不会有什么问题。但如果下卧层比较软弱的，则夯打扩大底时此硬夹层将被强大的冲击功击破，硬夹层上这一被击穿的孔就变成是贯入桩管的延续，扩大底将在较软的下卧层上成型。这是因为扩大底的扩大是在下方强度越来越大才使锤击力产生侧向分力时获得“扩”的作用。在施工记录上，最多的一次干浆料夯入量达3.7立方米，且在每一工地均有出现，甚至是一个工地出现几次，因此不能以干浆料夯入量为控制。

本发明的扩大底是由锤夯击成型的，核定扩大底的端承力的收锤标准也以锤击贯入度来衡量，由于扩大底的夯击是由两个夯击力来完成的，一个是向下的，开始时这力为主，当持力层被夯得越来越实，反力也越来越大，则夯击时的侧向四周的分力也越来越大，“扩大”的作用就越来越强，最后甚至产生向上的分力而使扩大底顶上的土层也夯实。对于向下的夯击我们把海利打桩公式予以改造，而得一个贯入度。向侧边四周以至向下的，则通过一些现场测试的手段，掌握一些经验数据，予以整理推导求得一个经验的计算式，成为扩大底的端承力为基准时最终阶段的侧向贯入度，这样两个贯入度加起来就成为夯打扩大底时的真实贯入度。

在e＝e_y+e_x中，e＝夯打扩大底的锤击贯入度，e_y＝瞬时夯击压力产生的垂直贯入度，e_x＝夯击力使干浆料扩散所构成击锤的贯入度。

e_y＝ (η·Q·H·0.51)/(gPu) - (E)/2 ，

式中：η＝锤击效率，Q＝击锤重量，H＝击锤落距，gPu＝端承力的设计极限值，E＝锤土体系的弹性变形值，E＝E1+E2，E1＝锤击时，锤的弹性变形值，E2＝锤击时，土的弹性变形值，0.51＝由锤土体系撞击时恢复阶段根据锤重，土重，和撞击性质所决定的系数。

，式中：h＝由与侧向扩散时扩大底（土层）侧向夯实度有关的干浆料喷发飞溅量系数：

由此：

$e=e_y+e_x=(\frac{\mathrm{\η}\·Q\·H\·0.51}{\mathrm{Pu}}-\frac{E}{2})+\frac{\frac{h}{P_u}}{100},$

用于高层建筑的基础工程，往往不单只要求桩具有高度的承载力可靠度，而且要求桩具有抗拔性能。内击扩底桩下面有一个扩大底，如果可以利用，则内击扩底桩就可以成为抗拔性能很高的桩，可是混凝土是不具抗拉性能的，要想发挥扩大底的作用，就得把钢筋笼安放到扩大底内部去，使内击扩底桩即具有可靠的承载力，又有可靠的抗拔力。

本发明的优点是小桩径，具有大承载力，能有效地保证60公分桩径的单桩的端承力为150吨至200吨，适用于9至35层楼房的基础桩，能适应各种不同的地质结构的施工，且保证桩体无卡腰、缩颈、断桩和保证砼在全桩体上的分配比由下至上一致，无砂浆上浮、碎石沉降和结构疏松等不良现象，可以中密以上的砂层、硬塑层、强风化层作为持力层面而撑起高层建筑;本发明可使高层建筑打浅桩，经济性指标优良。

下面结合附图对本发明的实施例进行详解。

图1，本发明的内击扩底桩施工全过程示意图;

图2，本发明的管底附震法工作原理及设备构造示意图;

图3，钢筋笼装入扩大底位置示意图。

实施例一、

根据图1、3所示，首先向管内投入碎石4斗车约1.2米高后开始轻打，使碎石受压挤实，且其下的泥土向碎石缝隙中挤进去而封闭管底口，并与管内壁紧密接触，直到轻打到这种紧密接触产生了极大的摩擦力，随后即可转入正常打锤沉管，加大冲击能量，一般控制高度6米以下，即4至5米，冲击功不小于22吨·米，锤击最少30击，多击数，使碎石向下贯入土中时把管壁也拉进土层。在沉管过程中必须严格控制碎石层厚度60厘米，如小于60厘米则应补投碎石。当按沉管深度控制的锤击贯入度计算式R= (P²·H)/((P+Q)Ng) ·K_T现场测定时，不取每阵十击的贯入度的做法，而取总击数为不小于三十击的总贯入量，当测定时未达要求，可连续夯击，而将击数的起点推后约干击数后，以此点作为新的起点，直达要求为止。而KT应视土层对沉管回跳的具体影响情况选值于0.77至0.9之间。

当桩管埋深已达到满足容许承载力所需的深度，即进行冲脱管内碎石柱塞及夯打桩端扩大头的工序，这时先将桩管吊住，并向管内注入约100公斤水，以5至6米高的锤击落距，冲击沉管碎石，当击锤悬吊钢绳上的标记下降了20厘米时，即投入干水泥粉一包（50公斤）。冲脱管内沉管碎石的工作与夯打扩大底应连贯来做。当碎石已被冲出管外，即应投入夯打扩大底用的干浆料，扩大底用的干浆料配比与桩体混凝土配比中水泥、碎石一样，而砂可减少10至15%。夯打扩大底时严格控制批次投料量，即是每批次投料量由开始一斗车一次，逐渐减少到一灰斗一次，夯打扩大底时严格控制批次夯打击数，即开始每投料一斗车可打10多锤，逐渐按夯实程度而每批次投料减少到2至3锤。在按夯打扩大底的锤击贯入度计算式控制收锤。

现场测定时，首先第一击开始测试时，锤底夯入深度已低于桩管底平面下不小于二十公分。其二是以三击的累计值来核定贯入度是否合格，当未达标准时，未经重新投料不准作第二次测试。而根据不同的单桩极限承载力Pu的要求，经验系数h的选择如表：

单桩极限承载力Pu(吨）	240－300	300－400	400－480
				经验系数h	7	5.5	4

如遇在砂层上夯打扩大底，一方面砂层中地下水丰富，在夯打过程中，开始阶段投料量必须多些，而且保留在管内的料层应有一定的高度，以堵漏和防止涌水、涌沙，但当管口周边已夯实到一定程度，即应逐渐减少投料量，直到用灰斗投料每斗一击至三击。

夯打扩大底时，在后阶段必须控制锤头越打越深，使锤底深入管底最小20厘米，仅在此深度条件才允许进行收锤标准的检测。

当夯打扩大底达到要求，桩管虽没有张紧钢绳，也能每击回跳到升起，这时因为开始夯击力向下，当持力层下方的强度已足够，已与相当于10-12米锤击高度时锤所产生的压力达到平衡，此时则产生向四周扩散的分力，当四周也被夯实，则向上分力递增，直至能把桩管托起，所以桩管回跳是某种土质条件的扩大头夯打成功的标志之一，但所能获得承载力的大小将因土层的性质而异，不能作为持力强度的依据，这将于各个具体工程的施工方案制定和试桩时具体确定，并必须按收锤标准执行。

当完成扩大底夯打后，还应继续投入干浆料，共约3斗车，控制好投料量、拔管量与夯击能量三者的关系，夯打出把扩大底与桩体连接的锥体。具体做法是，拔管每次10厘米，共拔4次，每次拔管投一次料，第一次与第二次各投入1斗车，第三次与第四次各投入0.6斗车。每次夯打都必须保证锤头回复到原有的与桩管相对深度的位置，即可获得此锥体。

如需要的是配筋的抗拔桩，且钢筋笼安装到扩大底内时，则可以不夯制此锥体，而要求夯打扩大底时，击锤底必须深入扩大底内部40厘米，且把钢筋笼放到扩大底的内部去。

放好钢筋笼后即用边投料、边拔管、边轻压锤的混凝土灌注法，先向管内投入混凝土，层厚约2.5米至5米，把击锤慢慢地轻放到混凝土层面上才松开刹车，不得发生冲击现象。当锤已放下，就可开始用0.4至0.8米/分的低速档拔管，此时密切注意锤的沉降和拔管高度，每拔一米锤沉下不小于0.2米，保持管内必要的料层厚度，这是防止地下水涌入管内、平衡土层回塑压力，使桩体不发生卡腰现象的重要措施。按照三边工作法直到灌满全桩。

实施例二、

同实施例一，如图2所示，只是当桩的扩大底已夯制完成，吊出击锤卸下，安装有底部为锥端的钢筋笼，再将震荡器从钢筋笼内直吊入扩大底凹窝底部，把震荡器挂在管口上。拔管开始后即振动不断，投料不断，直至全桩灌满。

Claims (4)

1、用于建筑基础工程的一种内击扩底桩的施工方法，其特征是：

A，小桩径、大承载力的内击扩底桩保证桩体结构质量的技术措施是：

a，在不同土层中用0.4至0.8米/分的拔管速度，

b，灌注时用边投料、边拔管、边轻压锤的三边工作法或者是在灌注拔管时在桩底以下间歇震动的管底附震法，

c，夯打扩大底时，采用专用的配料比、严格控制批次投料量和批次夯打击数，

B，小桩径、大承载力的内击扩底桩的两个收锤标准的现场检测：

a，取大冲击功(22吨·米)，多击数，大贯入度的沉管深度控制收锤标准，即以动力打桩公式求得的贯入度应根据不同土层乘以修正系数KT(KT等于0.77至0.9)来仅作为摩擦力考核的沉管深度控制，其计算式为R= (P²·H)/((P+Q)Ng) ·K_T，

b，夯打扩大底确保桩的端承力的锤的贯入度为被夯击土体向下沉降和横向四周扩散两个因素之和e=e_y+e_x，其计算式为e_y= (η·Q·H ·0.51)/(gP_u) - (E)/2 , $e_x=\frac{\frac{h}{P_u}}{100}$ ，

c，为进一步使桩具有优良的抗拔性能，而将钢筋笼安放入受44吨·米以上冲击的扩大底内部去。

2、根据权利要求1所述的一种内击扩底桩的施工方法，其特征是夯打扩大底时采用的专用的配料比是水泥、碎石与桩身混凝土配比一样，砂含量减少10%至15%。

3、根据权利要求1所述的一种内击扩底桩的施工方法，其特征是夯打扩大底时严格控制批次投料量，即是每批次投料量由开始一斗车一次，逐渐减少至一灰斗一次。

4、根据权利要求1所述的一种内击扩底桩的施工方法，其特征是严格控制夯打扩大底时批次夯打击数，即开始每投料一斗车可打10多锤，逐渐按夯实程度而每批次投料减少到2至3锤。

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