1. 引言柱锤冲扩桩法是借用强夯的原理采用桩的形式与地基土体共同作用形成复合地基，可用于处理杂填土、粉土、粘性土、素填土和黄土等地基, 本文主要介绍其在杂填土场地中的应用。柱锤冲扩桩法在处理较厚的杂填土场地时，有其显著的优势，首先，利用柱锤冲扩桩法处理后的地基均匀密实，效果显著。柱锤冲扩桩法的桩径随土的软硬可自行调整, 使桩与桩间土具有良好的共同工作特性，使得复合地基的承载力显著提高。其次，其工程造价较低。柱锤冲扩桩法可采用土、砂、石、建筑渣土、基坑开挖土等做为桩体材料，可依据工程就地取材，此外，该工法使用的设备简单，便于控制。鉴于上述柱锤冲扩桩法在处理较厚的杂填土场地时的诸多优点，本文结合实际工程对其加固地基的工作机理、特点、设计计算方法、施工工艺及质量检测进行了介绍。以期能将该方法得以推广。         2. 柱锤冲扩桩法加固机理柱锤冲扩桩法［1］是采用直径300~500 mm、长度2~6 m、质量1~8 t的柱状锤(简称柱锤,长径比L/d=7~12),通过自行杆式起重机或其他专用设备,将柱锤提升到距地基5~10m高度后下落,在地基土中冲击成孔,并重复冲击到设计深度,在孔内分层填料、分层夯实形成桩体,同时对桩间土进行挤密,形成复合地基。因此其加固机理［2］与桩间土性状、桩身填料类型、加固深度、成桩工艺、柱锤类型等密切相关。其加固机理主要在以下三方面: 2.1成孔及成桩过程中对原状土的动力挤密作用。用柱锤冲击成孔时,孔侧土受冲切挤压,孔底土受夯击冲压,对桩间及桩底土均起到夯实挤密的效应。在填料夯实挤密过程中,由于夯击能量很大,桩径不断扩大,迫使填料向周边土体中强制挤入,桩间土也被强力挤密加固。实践证明,柱锤冲击成孔时,柱锤冲扩桩法桩间土挤密影响范围约为(1.5~2.0)，d为成孔直径。2.2对原状土的动力固结作用。用柱锤冲击成孔时,柱锤冲扩产生的冲击波及应力扩散，使土体产生动力固结作用。在冲孔及填料成桩过程中,柱锤在孔内的深层强力夯实作用，使土体产生动力挤密及动力固结作用。2.3夯扩桩充填置换作用。柱锤冲扩桩对原有地基土进行动力置换,形成的柱锤冲扩桩具有一定桩身强度,起到桩体效应。这种桩式置换依靠桩身强度和桩间土的侧向约束维持桩体的平衡,桩与桩间土共同工作形成柱锤冲扩桩复合地基。 综上所述，柱锤冲扩桩法主要通过柱锤的夯击使土体夯实和挤密，并使桩体和土体产生“紧箍”和“咬合”的作用从而构成复合地基。         3. 工程概况及复合地基设计计算         3.1工程概况及地质评价。山西省长治市经济适用房发展中心柏后小区16#住宅楼，长58.63m，宽13.5m，高6层，地下一层，砖混结构，基础为筏板基础，基础埋深2.8m，基底接触压力为130KPa。据该场地的《工程地质勘察报告》可知，其自然地面下有约8m左右的新近堆积的1~2年的欠固结杂填土，里面含有大量的建筑垃圾，场地为不均匀场地。天然地基的承载力为80KPa，不能做为持力层，须对地基进行加固处理。其下部为承载力为fak=160KPa，含水量在23%~27%之间的粉质粘土。地下水位在自然地面下10.1米左右。         3.2地基加固方案论证。表1各种地基加固方案比较表换填法CFG桩柱锤冲扩桩法施工方法         说明须将地基处理范围内的杂填土清出，然后回填并分层用夯锤对回填土进行夯击。须选择承载力相对较高的土层作为持力层，打CFG桩与天然地基构成复合地基。采用柱锤成孔，填料夯击对杂填土进行压实和挤密。方案         比较需换填土的厚度为4m左右，土方工程量大，施工受天气影响大，地基处理费用高。地基处理效果较好，施工快速，但需用大量的商品砼，工程费用高，不经济。施工快速，处理效果较好，施工受天气影响小，地基处理费用较低。备注比较方案比较方案推荐方案         3.3处理方案。综合上面几种方案的对比，本工程采用柱锤冲扩桩法加固地基。按照上部结构设计要求，柱锤冲扩桩法桩复合地基承载力特征值应达到130KPa，本次地基处理，基坑开挖2m,然后用柱锤冲扩桩法进行处理约6m厚的杂填土。         3.4复合地基承载力设计及计算。虽然复合地基技术在工程实际中应用较广泛，但复合地基承载力计算的理论还不很成熟。在设计中,一般依据勘察部门提供的地基承载力和地基处理后复合地基应满足的承载力,并考虑实际的施工机械，参考当地的施工经验来确定相应的桩径、桩距、置换率，最后通过现场试桩试验确定所选参数是否正确。综合考虑上述原因，本工程桩径选取1m，桩距为桩径的2~3倍，桩距选取2.5m。并采用梅花状布置。此外，柱锤冲扩桩复合地基承载力特征值也可通过下式估算［2］。    www.tmgc8.com         3.5桩身材料的配比选择。考虑到场地的基坑开挖土为由碎砖和粘性土组成的欠固结土，利用其可节省工程造价，因此本工程采用碎砖和粘性土作为桩身的材料。因本工程地下水位较深，参考建筑地基规范及待处理层土的干密度，桩身材料配合比采用1：2（碎砖：粘性土）。由于柱锤扩桩法缺少足够的工程经验，因此对采用的桩身材料配合比应进行试验确定其是否适用于实际工程的场地，及其是否能达到设计的承载力要求。         4. 柱锤冲扩桩法施工技术         4.1施工试桩。由于本工程地质条件复杂、填土厚度较深。按照规范中的建议,在正式施工前,在有代表性的场地上进行试验。试验结果表明，桩体质量良好，承载力特征值可达到140KPa。桩间土挤密效果较处理前有明显的改善。经检测其承载力可达到130KPa。通过本次试桩，说明本工程选用的桩体的材料配合比、桩径、桩间距均满足工程要求。         4.2施工流程及工艺。柱锤冲扩桩施工流程为:场地平整→桩位放样、验收→夯击成孔至设计标高→分层投料分层夯实至设计标高→桩体养护、检测→清桩间土及桩头→铺设垫层→满夯。具体施工工艺是:采用细长锤成孔，成孔至设计深度后，分批向孔内投人填料，用细长锤反复夯实、挤密形成一种散体桩。         4.3施工注意事项。（1）施工前须将场地清理干净，避免场地内存在较大的混凝土块，而使成孔发生困难。（2）在夯击成孔时，应在夯击杆上做固定标记，对成孔深度进行控制，以确保孔深。且应将落锤的中心对准孔中心，以防桩位产生偏差。（3）施工质量关键在于桩体密实度。为保证密实度，施工前应根据试成桩及设计要求的桩径和桩长确定分层填料量、分层夯填度及总填料量。施工时，必须保证桩顶设计标高以上有0.5m以上的上覆土层，以避免由于冲孔造成周围土体松动隆起而使侧向约束力不足，难以保证桩体密实的情况。本工程预留上覆土层为0.6m。如图2所示。且每分层成桩厚度的充盈系数应大于1. 5(或设计要求)。施工后，为保证地基处理效果及扩散基地压力，对桩顶设计标高以上的松散桩头及松软桩间土应予以清除，且在桩顶部铺设垫层。本工程选用600mm厚的三七灰土垫层，且压实系数不小于0.97。（4）基础部分施工完毕后应及时的进行基坑回填，采用三七灰土分层回填，回填土的压实系数不小于0.97。         5. 质量检验         5.1施工过程质量检验。施工过程中应随时检查施工记录及现场施工情况，并对照预定的施工工艺标准，对每根桩进行质量评定，对桩身质量有怀疑的工程桩，应用重型动力触探进行自检。本工程在施工过程中未发现有异常的桩体。         5.2桩身及桩间土质量检验。在施工结束后7～14天内，采用重型动力触探进行桩身及桩间土进行抽样检验，检验点数为总数的2%。共6个点，即3处桩间土，3个单体桩。并对处理后的桩身质量及复合地基承载力做出评价。经检测，本工程的桩间土承载力可达到130KPa，桩体承载力可达到140KPa。此外，基槽开挖后，尚应检查桩位、桩径、桩数、桩顶密实度及槽底土情况。如发现漏桩、桩位偏差过大、桩头及槽底土质松软等质量问题，应采取被动补救措施。         5.3竣工验收及承载力检验。应进行单桩复合地基或多桩复合地基载荷试验，载荷试验在成桩14d后进行。检验总数为总桩数的0.5%，由于每一单体工程不应少于3点，本工程共检测4点。其检测桩分布示意图如图3所示。图3桩位平面布置图及检测桩示意图                5.4实验成果与分析。由柱锤冲扩张法复合地基的P-S曲线图，如图4所示可知复合地基的P-S曲线均为缓变形曲线，均未出现极限拐点。表明荷载加至最大值时未出现破坏，因此复合地基承载力特征值至少可达到130KPa。此外，从桩的沉降位移可看出，位于地基不同位置的桩土共同沉降量，最大只相差1.41mm，这也证明了利用该工法处理的地基均匀密实，有较好的效果。             由检测结果可知，本工程的地基承载力均超过130KPa，满足工程设计要求，且本工程从2008年处理后，目前使用良好，由于节省了工程造价，且缩短了施工工期，甲方给予了认可，并对该处理方法给予了极高的评价。www.tmgc8.com         6. 结论(1)柱锤冲扩桩法主要通过对原状土的动力挤密、强力夯实、动力固结、充填置换，包括桩身及挤入桩间土的骨料、使桩与土“咬合”产生共同作用，从而加固地基。(2)柱锤冲扩桩法施工技术之关键是成孔作业和填料成桩, 即保证桩体的密实度。且在正式施工前,一定要在有代表性的场地上进行试验，保证桩的承载力。(3) 从此工程实例来看，采用柱锤桩冲扩法处理深度较大且含有较多建筑垃圾的杂填土地基是可行的，效果较显著且工程造价低，因此值得加以推广。(4) 利用柱锤桩冲扩法处理杂填土地基是可行且有较大优势的，但其中某些参数的选取还需大量工程实例的验证、参考，如桩身材料配合比，桩径大小，夯锤机具的选取还需大量工程实例对验证。 参考文献 ［1］任振甲.重锤冲孔夯扩垃圾挤密桩复合地基的设计与施工问题［J］.建筑技术, 1999, 30(3): 173~174 ［2］JGJ 79-2002 建筑地基处理技术规范［S］ ［3］王颖星,吕建国 ,刘志强,柱锤冲扩灰土挤密桩法在处理杂填土地基中的应用［J］，华北科技学院学报，2008（4）：41-43 ［4］GB5007-2002  建筑地基基础设计规范［S］ ［5］龚晓南.复合地基理论及工程应用［M］.北京:中国建筑工业出版社,2002 ［文章编号］1006-7619（2010）12-23-589 ［作者简介］徐进华(1965.5-)，男，1986年7月毕业于太原工业大学应用力学专业，学士，高级工程师，国家一级注册结构工程师，山西省一级审图员。
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