张广兴 赵建新

摘 要：载体桩是一种全新的技术，它是以桩端持力层为对象，通过对地基深处桩端持力层进行加固来达到提高桩的承载力的目标。该技术具有施工工期短、造价经济、质量可靠、能消耗大量建筑垃圾等显著特点。通过近几年大量实际工程的应用，得到了许多宝贵的经验，同时也得到了更大的推广。载体桩对提高桩基承载能力，具有明显的经济效益和广泛的应用前景。

关键词：载体桩；复合载体；应用；承载力；经济效益

一、载体桩的定义：

载体桩是由混凝土桩身和复合载体构成的桩。根据桩身施工的方法不同分为现浇载体桩和预制桩身载体桩。载体桩是一种新的专利技术，它选择下部层位稳定、土性较好的土层作为被加固土层，以桩端土体为研究对象，利用重锤冲击成孔、沉管，当沉管到设计标高时，对桩端连续进行填料、夯实操作，用三击贯入度作为控制指标（三击贯入度为锤重35kN，上提6.0m，自由落体时三次贯入的累计深度），再填以干硬性混凝土或水硬性材料进行夯实，使桩端以下深度为3～5m、直径为2～3m约10m3的土体得到最有效的加固挤密，自上而下形成了由干硬性混凝土（水硬性材料）、填充料、挤密土体组成的复合载体，然后再放置钢筋笼、灌注混凝土形成载体桩。

图1 载体桩构造示意图

二、载体桩的受力机理：

当承受竖向荷载作用下，载体桩荷载主要由载体承受，侧摩阻只占很小的比例。从受力上分析，其受力类似一个扩展基础。桩身可以等效为一传力杆件，复合载体受力等效为扩展基础的受力。采用承台梁和载体桩的基础，其受力即可以等效为条形基础的受力；采用独立承台，载体桩的受力可以等效为柱下一独立基础的受力；采用满堂布置的載体桩，则其受力可以等效为筏板基础的受力。

三、载体桩的特点及影响因素：

载体桩具有以下技术特点：1）该技术具有桩基的承载特性，可采用承台梁直接将上部结构荷载传递到桩基上，建筑物基础结构形式简单、经济；2）单桩竖向承载力高，是同等条件下普通灌注桩承载力的3～5倍。并且可通过调整施工控制参数来调节单桩的承载力；3）应用范围广，它不仅适用于不富含大块建筑垃圾的人工填土，而且能适应一般黏性软弱地基、粉土、砂土、碎石土及湿陷性黄土地基；4）施工工艺简单，施工质量易控制。施工过程中，无需场地降水、基坑开挖等工序，减少了工程量，缩短了工期；5）可消耗大量的建筑垃圾，造价低，保护环境。在施工过程中，具有无污染、噪音低和振感小的特点。

影响载体桩承载力的因素主要有以下几个方面：1）与被加固土层的挤密程度和持力层的物理力学性能有关；2）与填充料数量有关，填充料数量愈多，三击贯入度愈小，单桩承载力愈高，在相同的承载力条件下，当土性较好时，填充料数量相对较少；3）与三击贯入度有关，当前一次的贯入度大于后一次的贯入度，或与后一次的贯入度持平时，3次总贯入度应小于设计值；4）与桩间距有关，桩间距不宜小于1.6～2.0m，当持力层为粉土或砂土时应取最小值，当持力层为含水量较高的粘性土时应取最大值。若间距过小时，夯扩体形成过程中产生的侧向挤土压力可能导致邻桩夯扩体偏移。若桩长较短且土层抗剪强度较低，则夯扩效应可能导致土体形成剪切滑裂面，从而使地面隆起，邻桩桩身也出现上浮现象。这种现象常造成断桩或桩身与干硬性混凝土脱离事故。

四、载体桩施工工艺：

1） 在桩位处挖直径等于桩身直径、深度约为500mm的桩位圆柱孔，移机就位；

2）提起夯锤后快速下放，使夯锤出护筒，入土一定深度；

3）用副卷扬机钢丝绳对护筒加压，使护筒底面与锤底齐平；

4）重复2）、3）的步骤，将护筒沿垂直沉入到设计深度；

5）提起夯锤，通过护筒投料孔向孔底分次投入填充料，并进行大能量夯击；

6）填充料被夯实后，在不再填料的情况下连续夯击三次并测出三击贯入度，若三击贯入度不满足设计要求，重复5）和6）的步骤，直至三击贯入度满足设计要求为止；

7）通过护筒投料孔再向孔底分次投入设计需要的干硬性混凝土，并进行夯击；

8）放入钢筋笼；

9）灌注桩身混凝土。

五、载体桩的工程应用：

（1）、工程概况：拟建的云南燃料二厂小团山生活区国有工矿棚户区改造项目位于云南省楚雄彝族自治州楚雄市紫溪镇，距离镇政府驻地约1.5km，场地北侧为G56杭瑞高速（楚大段）；场地南侧坡脚处紧邻G320国道；场地东侧为云南燃二化工有限公司玻璃分厂厂区；场地西侧仍为生活区内其它已有建构筑物及设施。本工程为8栋层数均为6层（无地下室），建筑高度18.9m，框架结构的建筑物（群）。场地地貌单元属丘陵地貌，工程场区坐落于一缓丘斜坡之上，受早期生活区内工程建（构）筑物、道路、基础设施等工程建设的影响，原自然斜坡经人工改造、平整后，呈顺山势逐级降低的台阶状人工坡（台）地。总体地势呈北高南低、西高东低。

（2）、场地岩土工程条件：受拆迁原有建（构）筑物影响，场地表层广泛分布有厚度不一的人工填土层（包括素填土及堆置于地表的杂填土层）；浅部以坡洪积的黏性土层为主，中部以残坡积的黏性土和粉（砂）性土层为主（土性的差异主要受下伏风化岩岩性控制）；下伏由中-厚层状的白垩系下统高丰寺组第二段（k1g2）砂质泥岩夹泥质砂岩组成。

①1杂填土：杂色，稍湿，以大量砼块、砖块、碎石等建筑垃圾为主，部分地段混有少量黏性土和生活垃圾，勘探点揭露层厚为0.2-1.0m。

①2素填土：褐红、黄褐、紫红、红夹黄等色，稍湿，以黏性土为主，部分地段顶部为10-15cm砼地坪，一般为可塑～硬塑状态，局部坚硬状态，高压缩性，孔隙较大，勘探点揭露层厚0.3-1.2m。

②粉质黏土：褐黄、黄夹灰白、红褐、紫红色，稍湿，以可塑状态为主，局部为硬塑状态，中偏高压缩性，局部高压缩性，勘探点揭露层厚0.5-11.2m。

②1孤石体：红褐、紫红色，岩性为强-中等风化砂质泥岩，岩芯多呈柱状或少量块状，揭露厚度为0.8-3.7m不等。

②2黏土：灰褐、深灰色，稍湿，可塑状态，中偏高压缩性，仅部分勘探点揭露。

②3粉土：黄褐、红褐、紫红、黄灰色，湿，稍密状态，局部中密状态，中压缩性，仅部分勘探点揭露。

③粉质黏土：紫红色、红褐、黄红色，稍湿，硬塑-坚硬状态，中压缩性，勘探点揭露层厚0.5～12.0m。

③1粉土：紫灰色、黄褐、紫红色，稍湿，中密状态，局部稍密状态，中压缩性，勘探点揭露层厚1.8～18.8m。

④强-中等风化砂质泥岩：红褐、紫红色，局部黄灰色，稍湿，厚～巨厚层状结构，岩芯多呈长柱状、少量短柱状，单轴饱和抗压强度标准值为3.48MPa，岩石软化系数平均值<0.75，属软化岩石，产状约为205°∠41°，层间夹④1层强-中等风化砂质泥岩。

④1强-中等风化泥质砂岩：紫红、紫灰色，局部黄灰色，稍湿，致密坚硬，中厚～厚层状结构，岩芯多呈碎块状、少量短柱状，RQD值约30%～50%（多属差的），钻进过程较难，单轴饱和抗压强度标准值为12.69MPa。

（3）、单桩静载荷试验极限承载力：本工程载体桩设计桩径为450mm，樁长约为8.0m，持力层为③层粉质黏土或③1层粉土，桩身设计混凝土强度等级C25，单桩竖向承载力特征值为850KN，最后三击贯入度不大于10cm。试桩完成后，通过载体桩竖向静载荷试验检测，单桩极限承载力均超过了1700KN，满足设计和规范要求（试验结果见下图2所示）。

图2 单桩竖向抗压静载荷试验结果图

（4）、建筑物沉降：通过第三方检测机构对拟建项目6期的建筑物沉降观测结果显示，累计绝对沉降量为3.19mm～5.55mm，日平均沉降量为0.01mm/d～0.03mm/d，建筑物沉降速率未出现较大的陡降和突降的异常现象，也未出现较大的不均匀沉降，均满足相关规范的要求。

（5）、经济效益分析

设计单位通过两种设计方案进行了经济对比，即载体桩和勘察报告中所建议的人工挖孔灌注桩（桩径约0.8～1.0m，桩长约8.0m）

通过上表及两种方案设计的基桩数量，人工费、材料费及机械费用等综合计算，载体桩总投资费用比人工挖孔灌注桩节约25%以上。

六、结语：

载体桩具有施工工期短、造价经济、质量可靠、能消耗大量建筑垃圾等显著优点。在实施的过程中根据工程实际地质情况，选择合理的设计参数；同时在施工过程中控制好砼的坍落度和拔管速度，采取合理的打桩顺序和事件间隔；在施工完成后，利用反射波对载体桩桩身与夯扩体之间的胶结状况进行判断，再通过静载试验确定单桩承载力，这样载体桩的工程质量就能得到有力的保障。它也是高层建筑可尝试的较为理想的桩型，有推广应用的价值。

载体桩技术关键之处主要还有三点：①扩大了桩端的承载面积；②桩身承受的集中荷载能过“复合载体”的分层扩散作用，消除桩端的应力集中现象，将桩端的应力水平逐层降低至天然土体能够承受的程度，从而改善了土体的受力状态，提高了桩的承载能力；③在夯扩“复合载体”的过程中，对其所在的土层进行了有效地加固挤密，显着 地改善了原状土层的土性。呈层状分布的，由不同材料组成的“复合载体”连同其周围被挤密的土体，形成了深层复合地基，其承载能力较原状土体的承载能力有较大幅度的提高。

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