载体桩液压打桩锤与复合载体桩施工中的应用与优势

摘要:阐述了复合载体桩的技术特点、机理分析和施工工艺，阐述了复合载体各种施工设备的特点和适应性，阐明了液压打桩锤是大型复合载体桩施工设备发展的必然趋势。

一、复合载体桩

复合载体桩是一种全新的施工技术，它改变了传统的地基处理理念，选择土层较低且性状较好的土层作为加固土层，以桩端土为研究对象，采用重锤打孔，对周围土体进行压实加固。沉管至设计标高后，继续对桩端进行填筑、夯实、压实，以三击入土深度为控制指标，然后进行硬混凝土填充。桩端以下深度为3~5m、直径为2~-3m的土体，最有效地进行加固和夯实，形成由干混凝土、填料和夯实土体由内而外组成的载体基础，然后用钢筋笼浇筑，浇筑混凝土。

复合载体桩这种特殊的结构，可以将桩尖的应力水平逐层扩散降低，直至降低到与除“载体”以外的原状土承载力相同的程度，从而改变了传统的桩尖与地基土的相互作用关系，充分调动了桩尖地基土的承载力，从而大大提高了桩的承载力。

复合载体桩的技术特点；

1.彻底改变了传统的地基处理观念，避软就硬，因地制宜，将建筑物的结构形式与场地的工程地质条件充分结合，以达到地基处理的最佳效果。

2.地基处理和基础施工合二为一，即减土是一种地基处理成本低，节省基础投资，使施工方盈利，同时又能使施工方最大限度的节约资金，一举两得。

3.桩的承载力大大提高，使得单桩承载力异常高，一般是普通桩的3-8倍。

4.通过调整“载体”的施工控制参数，可以任意改变单柱竖向承载力的极限特征值，使其最优地满足工程需要。

5.在施工中，可以使用当地的材料，充分利用固体废弃物或廉价的建筑材料作为填充材料，变废为宝，利国利民，保护环境，降低基础成本。该技术采用柱锤反复对填料进行填筑和夯实，使桩端以下纵向3~5m、横向2~3m、体积约10m 3的土体得到加固和压实。此外，通过对湿陷性黄土地区施工后土样的分析，有效消除了“载体”周围的湿陷性。在不影响相邻桩压实土的破坏和松散的情况下，填料底端形成最大、最好的压实体，对土体产生影响。桩身承受的集中荷载通过载体的分层扩散消除了桩端的应力集中，逐步降低到天然土可以承受的程度，从而改善土体的受力状态。

二、复合载体桩的机理分析

1.载体桩用于夯实和填充建筑垃圾(碎混凝土(碎砖、混凝土块、砾石等。)，并压实桩端土，形成复合地基的膨胀基础。作用在桩顶的竖向荷载被植入，通过柱体传递到复合载体，并扩散到基础底部的持力层。

2.填料是一种填充材料，用于增强混凝土桩端下方土壤区域的压实效果。对于一些地质条件较好，压实效果较好的土层，在施工载体桩时，桩端土可以不加填料直接压实，我司场地直接压实不填。

3.载体由三部分组成:混凝土、压实填料和压实土壤。从混凝土、压实填料到压实土，其压缩模量逐渐扩散。根据施工经验和对桩端周围土体的取样分析，载体影响范围的深度约为3~5m，直径约为2~3m，即施工完成后，深度为3~5m，直径为2~3m的土体得到有效压实。

4.载体桩的桩长包括混凝土桩长和载体高度两部分，其中混凝土桩长为从载体顶部到承台底部的高度，载体高度随桩端土质和三击入土而变化，一般深度为3-5m。设计时，从安全角度出发，常取2m作为载体的计算高度。

5.载体桩的持力层是指直接承受载体传递荷载的土层。上部荷载通过立柱传递到载体上，井最终传递到持力层上。

6.三击贯入采用柱锤，锤径355m，质量3500kg，落距6.0m，连续三击累计下沉。填料压实时，正常针入度应为第二次测得的针入度不大于前一次。如果发现不符合这个规律，就要分析找出原因，处理后重新测量。

三.复合载体桩施工工艺

1)确定桩位→放线→打桩机就位

2)用重锤敲孔，沉入衬板，压回衬板，使衬板下沉至设计标高。

3)捣固、测贯、测三击贯入。如果渗透率大于设计要求，重复过程3，直到满足设计要求。

4)填入干硬性混凝土并夯实

为了适应复合载体柱的施工，根据上述施工工艺，施工柱机械有很多种，可分为:

1.重型锤柱式机器

重锤桩机的工作原理如上图(复合载体桩施工工艺)。利用重锤自由落体形成的冲击能量冲击桩孔，利用桩机的重量和锤芯夯土的摩擦力反压套管下沉至设计标高，然后用重锤夯实套管内填充的硬质混凝土。重型锤柱式机械是复合载体桩施工的原型设备。

2.振动锤桩机

重锤打桩机用卷扬机将锤芯吊至一定高度后自由释放，实现捣固。结构简单，但施工效率很低。为了提高效率，振动锤连接内筒代替重锤芯(如下图所示)实现填料的捣固，无需重锤芯往复运动，大大提高了施工效率。

3.柴油打桩锤

一般振动锤在沿海冲积平原或地下水位高的地区沉桩效果较好，但在一些石层较厚、地下水位较低的地区，振动锤往往会受到穿透力的限制而无法适应。柴油锤由于穿透力强，在内陆地区往往适应性强。由于大吨位柴油锤在软土地基上起吊比较困难，很难达到晃动拔桩的作用，所以往往适用于一些长度较短的中小型桩基。

4.柴油锤和振动锤组合桩锤机

柴油锤具有很强的穿透力，但随着复合载体桩孔径和深度的增加，对提套管的要求更高，于是出现了如下图所示的柴油锤和振动锤组合锤柱机，即填料和套管用柴油压实，用振动锤拔出套管。

5.液压打桩锤

由于水压机染色、燃烧爆炸造成的油烟飞溅空空气污染，柴油锤在城市中难以操作，在软土地基上吊装大吨位柴油锤困难，严重影响施工效率。另外，柴油锤由于小能量捣固难以控制，无法实现振动捣固。为了克服柴油锤的上述缺点，液压锤应运而生。液压打桩锤是一种现代桩基施工设备，采用全液压动力驱动和数字程序控制，达到了打桩锤高效、节能、环保和高性能的要求。