PAGEPAGE1鉆孔預制復合樁設計及實例黑龍江四方建設工程設計院王常青摘要：作者根據(jù)多年從事樁基礎設計經(jīng)驗，進行大量試驗研究后提出一種新型樁的施工工藝，并在很多工程中推廣應用后知，該種樁發(fā)揚了靜壓管樁、鉆孔壓漿樁、超流態(tài)混凝土灌注樁等等的優(yōu)點，克服了它們的缺點，獲得較好的社會和經(jīng)濟效益。該種樁獲國家專利批準冠名為“鉆孔預制復合樁”。本文就這種樁施工工藝，根據(jù)大量試驗數(shù)據(jù)及諸多工程實踐，提出該樁承載力的計算公式及設計實例，供從事樁基礎設計和施工的工程師們參考與使用。關鍵詞：鉆孔預制復合樁極限承載力標準值增強系數(shù)水泥漿課題的提出眾所周知，單樁的豎向極限承載力取決于以下兩個條件：(1)地基土對樁的側面、端部阻力；(2)樁自身承載力。實際設計中取樁的極限承載力為兩者中最小值。由此看出，地基土對樁的側面、端部阻力再高，樁自身承載力低于前者，樁的承載力沒有得到充分的利用，這是一種極大的浪費。樁身材料強度是人為可控的，地基土對樁的側阻力、端阻力與土的物理特性有關，是客觀存在的，但是可以改變的。本文根據(jù)設計經(jīng)驗及對鉆孔壓漿樁、靜壓管樁的成樁工藝的研究，提出一種新的單樁施工工藝。這種成樁工藝樁身強度很高，它又能提高樁的側阻、端阻力，比鉆孔壓漿樁、靜壓管樁、灌注樁的極限承載力大幅度提高。成樁工法簡介首先，鉆機鉆到預定的土層內，并從鉆頭噴口向孔內壓力注入水泥漿護壁成孔，邊注漿邊提鉆，直到孔壁不塌孔時，停止注漿，鉆頭全部提出。其次，用高強混凝土預制好表面帶凹槽的空心管置入孔中間（管外徑比孔徑小100mm）。再次，在預制管與孔壁之間插入注漿管，再壓力向管四周補注水泥漿，使其形成由水泥漿包裹在預制混凝土管周圍的鉆孔預制復合樁。試驗工作對12米長φ400孔（管徑φ300）進行了4根樁靜載試驗，對14米長φ500孔（管徑φ400）進行9根樁靜載試驗，對16米、17米長φ500孔（管徑400）分別進行3根樁靜載試驗，對孔徑φ600（管徑φ500）13米長進行了4根、16米長進行了6根樁靜載試驗，總計29根樁的靜載試驗，結果見表1。對水灰比為0.6、0.65、0.7水泥漿試件共13個試件進行抗壓試驗，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計，列于表2中。（2）在同等條件下制作五個素空心管試件，每個試件尺寸為：高500mm，外徑300mm，內徑160mm.其中三個試件在管外徑包裹43.5mm厚水泥漿，待水泥漿硬化后到實驗室去做抗壓試驗。試驗結果見表3。由表3看出，水泥漿與混凝土管共同承擔外力，在外力作用下兩者是共同作用的。（3）將上述試驗樁從樁頂以下3米左右土層挖出，樁身裸露，用機械將水泥漿包裹層與混凝土預制管分離時，由于水泥漿層與管壁粘結牢固，以致混凝土管壁破壞了也沒有把水泥漿層與管壁分開。對該樁做低應變試驗后知其完整性很好。對上述29根樁做靜載試驗時，測得水泥漿包裹層與混凝土預制管之間相對變形，當樁加載至極限荷載時的整個試樁過程中為零。由此看出該樁水泥漿層與預制管是共同工作的。工程樁檢測一覽表表1試驗樁編號樁外徑（mm）混凝土管外徑（mm）樁長（m）樁入土情況極限荷載（KN）累積沉降（mm）備注140030012樁入稍密至中密粉細砂9m入中密中砂2m195031.68建筑層數(shù)為地上11層240030012同上195021.97同上340030012同上195041.89同上440030012樁入松散至稍密粉細砂9.5m入中密中砂2m200031.93同上550040014樁入可塑粉質粘土10m，入中密至密實中砂4m400024.52建筑層數(shù)為地上28層650040014同上400025.52同上750040014同上400020.27同上850040017樁入可塑粉質粘土13m，入中密中砂2.5m，中密粗砂2m420021.67同上950040017同上420022.3同上1050040017同上420020.86同上1150040016樁入可塑粉質粘土11.5m，入中密中砂2.5m，中密粗砂2m420020.82同上1250040016同上420021.73同上1350040016同上420021.73同上1460050013樁入稍密至中密圓礫層13m520018.54建筑層數(shù)為地上32層1560050013同上520015.91同上1660050013同上520023.62同上1760050013同上520035.66同上1860050016樁入可塑粉質粘土12m，入中密至密實中砂層4m540010.17同上1960050016同上540011.15同上2060050016同上540012.16同上2160050016同上540010.45同上2260050016同上540013.17同上2360050016同上540012.27同上2450040014樁入稍密至中密中砂11m，入中密粗砂3m340027.85建筑層數(shù)為地上24層2550040014同上340026.47同上2650040014同上340025.49同上2750040014同上360037.08建筑層數(shù)為地上24層2850040014同上360035.55同上2950040014同上360034.18同上樁側阻、端阻力增強系數(shù)、及極限承載力標準值估算公式（1）曲線擬合法計算增強系數(shù)、根據(jù)樁極限承載力的試驗曲線，取“樁基規(guī)范”中、的適當數(shù)值，多次反復試算求出、。最后確定出、的取值范圍。根據(jù)以上試驗，并根據(jù)細砂、中砂中的變化規(guī)律，又根據(jù)鉆孔壓漿樁在各種土層的變化規(guī)律，本文推薦的值列于表3中。試驗及計算發(fā)現(xiàn)鉆孔預制復合樁的值比鉆孔壓漿樁中的值大但相差很小。（2）鉆孔預制復合樁極限承載力標準值由樁總極限側阻力、總極限端阻力組成，其估算公式為：樁身周長；樁側第i層土極限側阻力標準值；樁端極限端阻力標準值；樁周第i層土層的厚度；樁端截面面積；、增強系數(shù)見表4.樁的工作機理樁機鉆至預定土層后，從鉆頭噴口向孔內壓力注水泥漿，將孔底擾動土層固化，水泥漿滲入孔底周圍土層中，將土層中水份、空氣擠走，水泥漿充滿土層內的空隙，孔底土周圍形成結石體，同時孔底結石體周圍土層被擠密，土層壓縮模量大幅度提高，因此樁端刺入沉降和樁端下土層固結沉降大大減少。在孔內植入高強預制混凝土管后在預制管與孔壁間隙中壓力注漿過程中，水泥漿一側是堅硬混凝土管壁，另一側為相對較軟的土層，水泥漿部分滲入土層空隙中，并壓密了側壁的土層，使樁側土剪切模量大幅度提高，大大減少樁側土層剪切變形。同時水泥漿將孔壁土層與預制管壁膠結在一起，水泥漿包裹在管周圍形成一個整體?；炷凉芘c孔壁土層間水泥漿層稱為側阻力的增強層。因此，這種工法形成的鉆孔預制復合樁比鉆孔壓漿樁和其它混凝土灌注樁的沉降變形大大減少，大大提高了樁的承載力。增強層水泥漿試塊試驗數(shù)據(jù)（Mpa）表2水灰比試件序號平均值標準差推定值標準值設計值0.6118.0820.000.1219.8813.39.5219.38319.79418.23524.520.65117.5417.540.12417.4211.658.3218.38315.51420.66515.620.7116.4115.720.12215.6010.437.5215.05315.70水泥漿層與混凝土管共同工作試驗數(shù)據(jù)表30編號0簡圖0外直徑（mm）0內腔直徑（mm）0高度（mm）0破壞壓力（KN）0100300116005000105002030001600500011000300387016005000280004038701600500028200503870160050002650增強系數(shù)、表4土類別系數(shù)土類別系數(shù)粘土細砂中砂粗砂軟塑可塑硬塑稍密中密1.2-1.31.6-1.81.4-1.61.8-2.02.0-2.22.6-2.83.0-3.21.2-1.41.4-1.61.6-1.81.8-2.06、樁身承載力計算樁自身承載力由預制管（預制管自身混凝土和預應力筋）和加強層組成。預應力管在出廠前已受預壓應力的作用，預制管混凝土有效預壓應力為。因此，由預應力管與水泥漿層組成的鉆孔預制復合樁自身承載力計算公式為：其中：增強層工藝系數(shù)，參照《建筑樁基設計規(guī)范》取0.9；增強層與混凝土管工作條件系數(shù)，根據(jù)《混凝土結構加固設計規(guī)范》取0.8；預制管混凝土、增強層水泥漿抗壓強度設計值；預應力鋼筋彈性模量與混凝土平均變形模量之比，；混凝土強度為C80、C60時，等于8.56、9.66；預制管和增強層截面面積；預制管換算截面面積；鋼筋的彈性模量，混凝土平均變形模量；預應力筋截面面積；預制管混凝土有效預壓應力；荷載效應基本組合下的樁頂軸向壓力設計值。鉆孔預制復合樁的存在優(yōu)勢鉆孔壓漿樁可在任意土層中成孔，極限承載力較高，但因樁身是無砂混凝土組成，樁自身承載力較低，影響其極限承載力發(fā)揮。超流態(tài)混凝土灌注樁可在任意土層中成孔，由于成孔不能有效后注水泥漿，極限承載力較前者低；該樁自身混凝土強度可根據(jù)設計要求得到滿足，但該樁鋼筋籠難以插到預定深度，且易發(fā)生塌孔或縮頸情況?；炷令A制管樁是擠土樁，但遇較厚的密實粘土層及砂層，很難達到預定設計土層中，極限承載力很難有效發(fā)揮；另外，靜壓管樁擠土后期效應目前還是未知。鉆孔預制復合樁混凝土管長度、混凝土強度在預制廠出廠前得到很好的控制，能保證設計要求；增強層水泥漿水灰比及水泥質量也在現(xiàn)場較易掌控并且便于檢查，因此成樁質量優(yōu)于上述樁型。通過試驗及理論分析，鉆孔預制復合樁發(fā)揚了鉆孔壓漿樁、其它混凝土灌注樁、靜壓管樁的優(yōu)點，它們的缺點得到克服，其優(yōu)點主要為：能在任意土層中成孔，樁自身強度較高，承載力較上述樁都高，在適當土層中其安全性、可操作性、質量可控性、經(jīng)濟性都優(yōu)于上述樁型。樁的構造如上所述，樁身承載力計算公式中已考慮保證混凝土管與管外側水泥漿增強層共同工作，在構造上要求混凝土管外表面至少每隔一米預留一道50mm寬，深5mm的凹槽；水泥漿增強層水泥應采用標號不低于PC42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比控制在不大于0.55；注漿和補注漿壓力控制在3~5Mpa；混凝土管強度等級應在C60~C80，配筋及管壁厚根據(jù)設計確定或選用國標圖紙。樁與承臺的聯(lián)結與國標圖集中混凝土預制管與承臺聯(lián)結節(jié)點完全相同。9、計算實例哈市區(qū)某工程地下一層地上二十八層，剪力墻結構，采用鉆孔預制復合樁基礎，樁長選14米長，孔徑，管徑，樁進入可塑粘性土中10米長，進入偏密實的中密中砂層4米長。查《建筑樁基技術規(guī)范》及本文表4，在可塑粘性土中取，；在偏密實的中密中砂層中取，，，。試估算該工程樁的極限承載力標準值及驗算樁身強度。預制管選用國家標準圖集10G409中PHC400A95管，預應力筋7，，，C80混凝土，，查管樁標準圖集知，管混凝土有效預壓應力。樁極限承載力標準值=KN實際設計取該工程樁靜載試驗結果見表1中試驗樁編號5~7。樁身承載力計算增強層水泥漿水灰比0.55，預制管壁厚9.5mm。樁身強度滿足設計要求。結束語根據(jù)鉆孔預制復合樁的成樁工藝、大量試驗及諸多工程實例知，該樁發(fā)揚了鉆孔壓漿樁、靜壓管樁、超流態(tài)混凝土灌注樁的優(yōu)點，克服了它們的缺點，在適當土層中其安全性、可操作性、質量可控性、經(jīng)濟性，都優(yōu)于上述樁型。用科學的視角去看鉆孔預制復合樁，它并不是適用于各種土層，當這種樁進入砂層厚度占總樁長的三分之一以上時，它才有上述優(yōu)勢；當樁周沒遇到砂層時，這種樁的經(jīng)濟性不如其它型式樁。參考文獻JGJ94-200