CN102409660A - 多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法 - Google Patents

Abstract

多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，用于软弱或不良地基土的地基加固处理，以夯击、挤压、冲击和夯扩动力产生的予力作用形成多节扩大头的散粒材料桩复合地基；多节扩大头的散粒材料桩的形成采用予力变刚度夯扩桩机，通过动应力作用将桩管夯压沉入土层中形成桩孔，然后在桩孔内分段投入配掺加材料，配掺加材料为散粒材料，并按设计的予定位置即桩管下方进行夯压扩孔以形成预定的第一节扩大头，一段一段地继续投料和夯扩，即可制成第一节带扩大头的散粒材料桩节；成桩过程即对被加固土体多次施加予力作用；重复每节带扩大头及桩段制桩过程，形成多节扩大头的柔性桩；随后，移机重复以上动力成桩过程，该工法可用于新建与病理事故处理工程。

Description

多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法

技术领域

本发明属于地基基础工程领域的软弱地基处理范畴。尤其是涉及桩基的予力工法，特别是适合处理带夹层状软粘土、松散粉细砂土、素填土、杂填土、湿陷性黄土地基等软弱或不良地基土的加固处理。

背景技术

国内外的地基处理加固方法有几百种甚至上千种。对于加固上述软弱土层或松散不良地基，传统的处理方法都是单一的处理方法。根据其加固处理机理，一般包括换填法(又称置换法)、增密法、排水法、胶结法、加筋法及托换法(仅对旧建筑物的地基基础加固改造所使用的方法)。各类方法的具体工法虽然可针对不同的土质条件选用，但处理效率往往偏低，从而显得技术经济效益不高；重要的是：这些单一工法很难满足快速高效的加固处理要求，或者因为施工机械的振动或噪音，导致对建筑物地上、地下邻近设施影响太大而受到较多的限制。

另外，地基基础病理事故经常不断出现，也需要有快速加固进行补救的处治方法。本工法也可满足这方面的技术要求，成为一种医治地基基础病理事故的一种快速高效方法。

予力作用复合地基处理的方法是本申请的发明人最先提出的方法。

ZL20051009473.5多点胁迫振冲联合挤密法，用于加固处理吹填松散砂土地基。采用多点胁迫振动的联合振冲法和振动碾压挤密法两种加固方法有机结合，即匹配和揉合；多点胁迫振动的联合挤密法给其松散的砂土骨架施加予力作用，即施加振冲力、激振力、共振力、挤压力和碾压力；促成饱和松散砂土体产生预变形和预沉降，将使用荷载加上后可能产生的大部分总沉降量消除在加固处理过程中，使之地基土经处理后能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求；对于加固港口工程的冲填砂土地基来说，其予力度标准可控制在0.85～0.65范围内，并在振冲后1～7天时间内完成振动碾压挤密加固处理。

ZL200610088324.0散粒材料静压桩复合地基予力工法，用于加固饱和软粘土、松散粉细砂土、素填土、杂填土、湿陷性黄土地基的加固处理。该法是以静压力形成的予力作用的柔性桩复合地基。即采用静压桩机压桩管，靠液压装置施加静压力将桩管压入设计深度的土层中，然后拔管，一段一段地在管外投料，通过一段一段地静压，最后按预先设计的“予力度”控制标准形成一根桩，不断移机重复以上压桩过程，最后就形成了静压散粒材料柔性桩复合地基。此工法也能处治地基基础病理事故工程。

由于现有的静压桩机的功率仅有30T和40T两种型号，它所提供反力装置产生的静压力受到了一定限制，如压桩的长度不超过12m和提供的复合地基的承载力特征值也有限。

对地基施加予力不仅是施加预应力，而是施加一种广义的能改善地基土性的影响力。这种影响力，无论从时间上、空间上、数量上和可控性或可调性方面，都可以由人们在设计时综合考虑进行优化设计，并可优化安排施工工艺及精心施工。工程技术人员主动给予地基土体这种广义的影响力，将使地基土的性状达到最佳改良状态。

适应加固处理和改善地基土性程度需要，本发明人引入了予力技术的“予力度”的概念。予力复合地基的“予力度”λ_s是表示施加在地基土体中以改善地基土性状影响力的程度。该“予力度”可以用以下公式表示：

${\mathrm{\λ}}_s=\frac{N_o}{N}---\left(3\right)$

${\mathrm{\λ}}_s=\frac{S_o}{S}---\left(4\right)$

式中，N_o和S_o分别是改良土性所给定的予力和改良土性所预先所给定的位移；

N和S分别为使用荷载下作用在地基土上的应力和地基土体应产生的稳定位移。

实际上，地基土性的改良，其主要目的是为了减小地基土的压缩性和渗透性，以提高地基承载力方便其承受上部结构作用荷载。因而，用土体体积变化的孔隙比公式表示予力复合地基的“予力度”更为直观。即

${\mathrm{\λ}}_s=\frac{e_f}{e}$

(5)

式中，e_f和e分别表示采用予力复合地基加固后的冲压挤密充填孔隙比和加固前地基土在使用荷载下的稳定孔隙比。

而孔隙比的关系式：

则按位移概念定义的“予力度”公式可以演变为：

${\mathrm{\λ}}_s=\frac{\stackrel{\‾}{V_f}/\stackrel{\‾}{V_s}}{\stackrel{\‾}{V_v}/\stackrel{\‾}{V_s}}=\frac{\stackrel{\‾}{V_f}}{V_v}$

(6)

式中，

是设计的“予力度”作用下应用加固方法要达到的挤密充填孔隙体积；

是地基土体加固前在使用荷载下对应的孔隙体积；

是地基土体加固前在使用荷载下的土粒体积。该体积在地基加固前后是不变化的。

对于“予力度”的施加可以根据地基处理深度以及地基土所受恒载与活载的比例两个方面进行选取，具体选用时可参考表1。

表1  对于予力复合地基的“予力度”范围参考值

注：①对于有振动荷载时，“予力度”应取大值。②对于地基出现局部性的孔、洞、穴区域时，要采用相应的充填技术措施后，再控制其“予力度”处理。③当上部结构对地基不均匀沉降有特殊要求时，其“予力度”控制另作专门处理。④表中加*项需注意结构对地基的特殊要求。

本工法利用予力变刚度夯扩桩机的动应力来成孔及制桩，无论在制桩长度及提供复合地基承载力特征值等方面，都优于上述散粒材料静压桩复合地基予力工法；而且在处治病理事故工程方面的能力也更加强大了。

发明内容

本发明目的是：基于以上技术背景，基于本发明人贯穿整个工法的予力作用基本理论体系；本发明在予力作用原理基础上对地基进行处理，以完善加固处理带夹层状软粘土、松散粉细砂土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等软弱或不良地基的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法为中心，以完善其技术实施方案为内容。

本发明的技术方案是，即加固处理目标是这样实现的：

多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，适用于夹层状软粘土、松散粉细砂土、素填土、杂填土及湿陷性黄土(包括各种软弱或不良地基土)的地基加固处理。以夯击、挤压、冲击和夯扩动力产生的予力作用形成多节扩大头的散粒材料桩复合地基；多节扩大头的散粒材料桩的形成采用予力变刚度夯扩桩机，通过动应力作用将桩管夯压沉入土层中形成桩孔，然后在桩孔内分段投入配掺加材料，配掺加材料为散粒材料，并按设计的予定位置即桩管下方进行夯压扩孔以形成预定的第一节扩大头，一段一段地继续投料和夯扩，即可制成第一节带扩大头的散粒材料桩节；成桩过程即对被加固土体多次施加予力作用；按此方法，提桩管至第二节扩大头位置、再投料、再施予力作用进行夯压扩孔、形成带第二节扩大头的散粒材料桩；重复每节带扩大头及桩段制桩过程、直至夯压成桩到地表，依次形成了多节扩大头的柔性桩；随后，移机重复以上动力成桩过程，最后形成予力作用的多节扩大头变刚度的柔性桩复合地基。

所述的予力作用的柔性桩复合地基成桩的工艺过程为：

予力夯扩桩机进场组装就位→按设计桩长将桩管沉入土层形成桩孔、逐段投放散粒材料，逐段进行夯击，在桩管下方形成第一节扩大头逐段进行夯击直至一节桩制完、桩管上拨继续投料，重复上一桩节制桩工艺、桩管下方为设计的第二级扩大头位置，重复前面工艺以形成第二节扩大头的桩节→如设计有第三节或更多节的扩大头，则重复前面成桩工艺，直至一根桩制作完成(即到达地表面)→移机下一桩孔就位→重复以上每一根桩制桩工艺过程→全部多节扩大头散粒材料柔性桩施工完成。拆机拖走。

该工法的特征是以夯击、挤压、冲击和夯扩动力产生的予力作用形成多节扩大头散粒材料桩复合地基的承载模式；根据工程设计需要，每根桩的最上一节也可灌注砼制成带夯扩头的砼刚性桩。多节扩大头桩的节数一般是2至4节，对应于二十多米的桩长，每节的长度约为4-8米，尤其是4-6米；如桩更长，也可以在5节以上。桩的直径为300-600mm。

予力夯扩施工到桩体最后一级扩大头以上部分，灌筑砼，甚至配上钢筋笼(视上部结构工程情况而定)制作成地表面一节的扩大头刚性桩；是在桩体施工完成后，须在桩顶部分铺设200～500mm的复合地基褥垫层，以调整该柔性桩复合地基变形；对于桩体最后一级扩大头以上部分采用灌筑砼的刚性桩时，也可不进行褥垫层铺设。

夯压夯扩成桩的平面布置采用等边三角形或正方形两种形式。

利用一台予力变刚度夯扩桩机单独作业，“沿半工字形“跳孔”施工；也可双机作业，并行错开行进方向，仍沿各自的半工字形“跳孔”施工。

本发明的完整具体内容包括：

a)整个发明的施工工艺流程；b)本工法的施工机械选型；c)本工法的予力夯压工艺及施工参数控制标准。本发明基于上述方法配套完成了施工方案设计，并有与本发明方法相配套的技术质量保证措施。

实际上，两种制桩过程因为紧密结合土层土质条件进行“予力度”调控实施，故所形成的多节扩大头桩体都是变刚度桩体，只是工艺特征因桩顶一节为灌注砼刚性桩，所以变刚度桩的对比差异更加明显。

本工法的设计布桩形式，通常有等边三角形和正方形两种。根据基础平面形状特点选定平面布桩形式后，再按以下公式来确定桩孔间距离。

等边三角形布置 $S=0.93{\mathrm{\η}}^{0}d\sqrt{\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{{\mathrm{\γ}}_1-{\mathrm{\γ}}_0}}$ 公式(1)

正方形布置 $S=0.88{\mathrm{\η}}^{0}d\sqrt{\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{{\mathrm{\γ}}_1-{\mathrm{\γ}}_0}}$ 公式(2)

式中，S-予力柔性桩复合地基夯压桩孔间距(m)

d-予力柔性桩复合地基夯压桩的桩径(m)

η⁰-经验修正系数，根据被加固土体的土质条件、夯压力大小和加固处理的指标要求进行选用。当加固软弱和不良地基时，η⁰取1.15～1.28；当处理地基基础病理事故时，η⁰取1.12～1.30。

γ₀和γ₁-分别为被加固处理土体在加固前后的土体重度(kN/m³)，在靠近夯压桩桩孔边取土进行试验。

本工法制成的多节扩大头变刚度桩体，是利用冲击、挤压和夯扩所施加的动应力按“予力度”标准控制在0.95～0.75范围之间，并区别不同土类土质条件及结合工程特点进行合理选择。处理病理事故工程的“予力度”控制范围常在0.96～0.78之间。

本工法所制作的多节扩大头柔性桩，根据工程需要可制成直桩和斜桩，而斜桩的俯角控制在0～20°之间，这可方便对病理事故工程的处治。

本工法制桩所用散粒材料除了可用砂、石级配骨料外，更直接是利用现场的建筑垃圾回收的再生粗、细骨料(即广义的土)。这粗、细骨料的配比是2∶3，然后再按设计配制2∶8灰土或3∶7灰土混合。所掺加的生石灰为粒径＜6cm的生石灰块(不用散灰)，且大小匹配合理。并按设计的灰土配比混合材料，通过室内击实试验以确定其密实度，用以控制每段桩体的投料量。

在投料制桩过程中的控制要求为：对于直孔每投料0.8～1.4m长施加一次夯击力；对于斜孔每投料0.6～1.0m长施加一次夯击力，并确保“予力度”控制到位。

本工法按桩位布置形状确定后进行施工作业时，可单机作业，沿半工字形“跳孔”施工，也可双机作业，并行错开行进方向，仍沿各自的半工字形“跳孔”施工。

对于按设计制作的最上一节砼灌注刚性桩，可以按设计配制钢筋笼制作成带扩大头的砼刚性桩。在处治病理事故工程时常用这种桩型。

按本工法施工完现场桩体后，仍须在柔性桩顶部分铺设200～500mm的复合地基褥垫层，以调整该复合地基变形。对于桩体最后一节为砼灌注刚性桩，也可不铺设复合地基褥垫层。

本发明是式法是利用散粒材料静压桩复合地基予力工法的功能补充和扩大，具体表现在：

(1)它使用的动应力作为“予力度”控制手段，因而较之静压桩的静应力的功能更强大，作用效应范围可以更深更广；

(2)它使用的予力变刚度夯扩桩机的桩管比现有的散粒材料静压桩机的桩管长得多，且桩径也大些，还能形成多节扩大头，因而它制作的予力作用的柔性桩复合地基的承载力特征值更高，适应工程需要能力更强。

(3)它使用的机械和应用的工艺更能适应土层需要，可制作随土层土质条件变化的变刚度桩(甚至最顶上一级桩段采用灌筑砼的刚性桩)，结合场地特点更能有机地满足工程承载需要。尤其是处治病理事故工程的能力也更加强大。

(4)特别这种工法的制桩，能就地取材，就地消耗建筑工地的建筑垃圾再生骨料，是一种节能节材的环保型“清洁生产”的好工法，更加有利于城市建设的可持续发展。

本发明是一种创新工法。它将对上述软弱地基或不良地基的处理过程转变成不断向地基土体连续多次施加予力作用的过程，使之软弱土质或不良土体发生性状变化而迅速产生预变形预沉降，达到消除或减小使用荷载加上去后将会产生的后期绝对沉降或差异沉降。

多节扩大头散粒材料桩予力工法处理上述地基土质，是多次借助动应力来作为予力施加手段。其施加的动应力有如下几个作用：

a)保证处理设计的每米桩长及扩大头的投料量，实现挤密加固土体的体积预控；

b)保证处理设计的桩体(包括扩大头)密实度，用能有效控制桩体的干重度指标来满足“予力度”控制标准；

c)以打桩机施工时产生动应力的予力作用，将散粒材料冲击和挤压形成桩体及夯击成扩大头，桩体内填充的是粗、细骨料，因而也形成了排水通道(对比弱透水层)，在予力作用下即可加速土体的排水固结；

d)以桩机夯扩动应力作用方式形成土体对桩体反作用的侧限条件，将会增强多节扩大头散粒材料桩复合地基的承载效应；

e)对于桩机施加夯扩动应力，也是为掺加的生石灰块在有压力约束下的吸水膨胀而不软化的条件，成为确保该生石灰在土中吸水膨胀效果和能在土体中成功实现胶结固结的重要条件。

通过上述的动应力对被加固土体骨架施加予力作用，即施加夯击力、冲切力、挤压力和摩擦力，促成该软弱松散土体产生预变形和预沉降，将使用荷载加上去后可能产生的大部分沉降量消除在加固处理过程中。

本发明工法的技术关键是认真做好以下五大控制：

(1)投料配比和杂质(＜6％)控制。

本工法使用2∶3的砂、石粗、细骨料(即广义的土)为主料，再匹配设计的生石灰块料，调配成2∶8灰土或3∶7灰土作为桩体散粒投料。但本工法多直接使用现场建筑垃圾的再生粗、细骨料，也是按2∶3比例混合配制成广义的土，再按设计的灰土匹配要求进行配料混合。只要严格按设计比例配料和控制＜6％的杂质含量，其散粒材料经夯振密后的密实度和强度都能达到设计要求并满足工程需要。

(2)每延长米桩长的投料量控制。

按设计“予力度”要求达到的桩体密实度需求，计算出每延长米桩长的投料量，然后区分直、斜桩进行分解，匹配相应夯击加以控制桩体密实度。

(3)直桩与斜桩按投料量夯压的压力控制。

在以上工作的基础上，进行成桩过程中的投料控制：对于直孔为每投料0.8～1.4m施加一次夯击力；对于斜孔为每投料0.6～1.0m施加一次夯击力，以确保“予力度”实施到位去满足工程质量目标。

(4)区别拟建场地土层特点的“有效桩长”控制。

本工法是按设计成散粒材料柔性桩复合地基原理来承受工程结构荷载，这就是靠形成一个加固的地基硬壳层来扩散上部结构荷载产生的应力，因而存在一个“有效桩长”设计控制问题。它必须紧密结合土层组成及土质条件的变化情况并结合上部结构荷载大小及分布特点进行合理选择“有效桩长”并加以实施控制。

(5)按设计桩长的总的“予力度”控制。

在本工法的适用处理土类中，总的“予力度”控制标准为0.95～0.75，并区别不同的土类土质条件及结合工程特点进行合理选择加以全面控制。

本工法以配套的予力施加夯击力和夯扩力为中心，做好工法机械的匹配选用。散料料成桩时一般采用双管桩管进行施工。与工法配套的自制的予力变刚度夯扩桩机目前有三种型号：即DHK-40型、DHK-45型和DHK-50型；它们对应的成桩桩径分别为400mm、450mm和500mm；它们成桩最大长度分别为15m、18m和20m。它们都能较好地满足散粒材料柔性桩复合地基的“有效桩长”加固要求。根据拟建场地土层组成土质条件和上部结构荷载进行对口选用。

从上述内容可看出，本发明在它适用的土类中，该工法施工工艺可适合不同土层组成的地质条件，表现出以下几个特点：

(1)它是夯击、挤压、冲击和夯扩相结合的动应力制桩新工艺(散粒材料制桩)；

(2)它是不同桩长、不同投料量及斜桩与直桩并用的地基加固新方法和病理事故工程处理的新手段。

(3)该工艺匹配的予力变刚度夯扩桩机，是能适应地基加固不同需要可改变成桩角度及多功能配套的予力成桩新机械。

以上特点将借助于“予力度”控制标准来全面实现土质加固效果或满足消除地基基础病理事故的多功能需求，且“予力度”实施的不断迭加，其效果将表现出此工法的突出工效。

本发明方法的有效实施还应完善配套的施工技术措施。如场地的整平、碾压、地表水的疏干、散粒材料堆放与机械进退场路线(即打桩顺序)的合理安排等。它们对本工法的有效实施和快速加固效果增强都是十分重要的。

本发明工法不需要事先选择专门的试验场地进行试验性施工。在现场先行施工好的桩体部分也就是一种试验性施工实践，以此达到的处理目标所需要的“予力度”控制标准可用来获取或修正后续施工控制参数和质量检测指标，并指导后续的打桩施工。同样，后续打桩施工也须根据土质条件变化特点，及时调整施工控制参数与质量检测指标，以确保后续打桩施工达到处理目标所需要的“予力度”控制标准。

本发明工法的实施技巧还应完善好与工法配套的施工技术措施。如打桩前须对场地采取必要的降排水措施，处理水域地表的排水疏干措施及对场地的铲削整平措施等。这些打桩前的前期工作对此工法的有效实施和加固效果的增强都是十分有用的。

本发明工法除应用于新建工程外，还适用于对病理事故工程的处理修复。

总之，该法是根据予力作用原理(the given-force action principle)，多次使用予力技术对被加固土体骨架多次施加夯击力、冲切力、挤压力和摩擦力等予力作用，按照事先设计的予力度(degree of the given force)控制条件，促使夯压的散粒材料桩体和被挤密的桩间土体产生相应的预变形，从而快速减少复合地基土体孔隙以增强其密实度，达到产生相应的预沉降量并消除大部分后期沉降量的加固处理新工法。

该法适用于加固处理土类较多，施工简便，费用低廉，且施工周期短，工艺参数调整匹配灵活，加固效果显著。特别对地基基础病理事故处治修复具有安全可靠性和意义影响深远。特别，它所应用施工现场建筑垃圾再生粗、细骨料，是一种环保型施工工法。

本发明工法利用予力变刚度夯扩桩机的动应力来成孔及制桩，无论在制桩长度及提供复合地基承载力特征值等方面，都优于上述散粒材料静压桩复合地基予力工法；而且在处治病理事故工程方面的能力也更加强大了。

附图说明

图1处理病理事故工程的予力变刚度夯扩桩布置方案；

图2安徽省滁县电影院加固工程平面图，圆圈和T形符号表示桩基的布置；

图3本工法夯扩桩流程的一种实施例；

图4本工法夯扩桩流程的另一种实施例。

直桩1  斜桩2  房屋墙基3

具体实施方式

因此，本工法的实施有两种施工工艺过程：

1)夯扩多节扩大头散粒材料柔性桩的施工工艺特征：参见图3；

2)予力变刚度夯扩带刚性桩的施工工艺特征：参见图4。

(1)认真调查拟建场地的特点。主要包括土层组成、水平层理均匀性、有无软卧层、地基主要受力层的土质条件、地下水位变化及腐蚀性等。对于存在暗沟、暗塘或古河道区域，要摸清具***置、范围大小、深度变化及填充物的土质条件等特性。

(2)全面分析拟建工程特征。包括结构型式、荷载条件(荷载分布均匀性和大小分布变化情况，及恒载与活载的比率等)、气象条件(风向、风力和暴风雨季变化特点等)以及可能出现的一些超载因素等特点。

(3)进行桩体散粒材料配比试验。将建筑垃圾再生粗、细骨料按2∶3的比例配制混合料(即广义的土)，然后掺加生石灰(粒径＜6cm的不同大小的生石灰块料)。最后再按3∶7灰土和2∶8灰土的配比进行室内击实试验，以确定其密实度标准，用以控制每段桩体的投料量。

(4)对现场施工及环境条件调查：包括地上地下邻近建筑的重要性和离夯扩桩机的距离以及可能造成的影响程度都要加以调查分析，要有一个基本的界定标准，确保打桩施工时邻近建筑的使用安全。

(5)对处理病理事故工程，还应对地基基础病理事故的前因后果进行调查，以方便后续要进行的对病理事故处理的效果评价。

(6)在以上工作基础上再精心设计该予力散粒材料夯扩桩复合地基方案。

a)根据场地条件和荷载特点，对拟建场地进行合理分区，以针对实际土质条件确定具体设计方案，对不同分区特殊性加以区别对待；

b)根据工程特点和以上的调查分析，确定复合地基承载力特征值及沉降控制指标(绝对沉降、差异沉降和沉降速率等)；

c)根据该予力变刚度夯扩桩机的功率，确定桩径，选择桩长，设计多节扩大头数量，并计算每m桩长投料量；

d)确定施加夯击、夯扩等予力作用的“予力度”控制标准。

在本工法的处理土类中，总的“予力度”控制标准为0.95～0.75。并区别不同土类土质条件及结合工程特点进行合理选择。处理病理事故工程的“予力度”控制范围常在0.96～0.78之间；

这里谈到的“予力度”概念，与上述的予力工法的概念意义相同，也是推演转化为土体加固后的体积变化的孔隙比公式来定义的。

(7)确定该予力变刚度夯扩桩的排列布置形式及桩距。

通常，有等边三角形和正方形两种布置形式。根据基础平面形状特点选定布桩形式后，再按以下公式来确定桩孔间的距离。

等边三角形布置 $S=0.93{\mathrm{\η}}^{0}d\sqrt{\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{{\mathrm{\γ}}_1-{\mathrm{\γ}}_0}}$ 公式(1)

正方形布置 $S=0.88{\mathrm{\η}}^{0}d\sqrt{\frac{{\mathrm{\γ}}_1}{{\mathrm{\γ}}_1-{\mathrm{\γ}}_0}}$ 公式(2)

式中，S-予力柔性桩复合地基夯压桩桩孔间距(m)

d-予力柔性桩复合地基夯压桩的桩径(m)

η⁰-经验修正系数，根据被加固土体的土质条件、夯压力大小和加固处理的指标要求进行选用。当加固软弱和不良地基时，η⁰取1.15～1.28；当处理地基基础病理事故时，η⁰取1.12～1.30。

γ₀和γ₁-分别为被加固处理土体在加固前后的土体重度(kN/m³)，在靠近压桩桩孔边取土进行试验。

(8)本工法不需要选择专门的试验场地进行试验性施工。先进行的夯击、夯扩施工成桩质量形成过程也就是一种试验性施工实践，以此达到的处理目标所需要的“予力度”控制标准可用来获取或修正后续施工控制参数和质量检测指标，并指导后续的夯扩桩施工。

同样，后续打桩施工也须根据土质条件变化特点及时调整施工控制参数与质量检测指标，以确保后续夯扩桩施工全面达到处理目标所需要的“予力度”控制标准。

(9)施工组织设计及施工实施。

包括制定施工计划(材料供应计划、人力和机械配备计划、劳动力调配计划以及施工进度计划等)，确定打桩施工方案(安排机械进退场路线和打桩顺序等)和技术安全质量保证措施等。

最后付诸实施时，还要制定好施工监测方案和施工进度实施计划。由于拟建场地地基土层地质条件表现出的非均匀性，往往在施工过程中，不得不适当调整打桩方案，因而一般都需要在施工中根据情况变化而及时调整施工进度实施计划。特别是处理地基基础病理事故时，往往需要不断的调整设计方案和施工实施计划才能更符合工程实际情况，也才能收到更好的技术经济效益。

(10)施工质量检验和验收。

压桩处理施工结束，则要根据《建筑地基处理技术规范》等国家技术规范标准相关要求，对其复合地基进行质量验收。只有质量验收合格后，才能办理施工验收手续并交付工程使用。

只要认真按照事先设计的“予力度”控制标准进行施工实施时，一般均能满足施工质量要求，所以，施工实施过程中，有效控制好每根成桩过程的“予力度”标准，也就能确保施工质量的一次到位。

[6]工程实例分析

下面介绍利用本工法处治的两个病理事故工程，都处理得十分成功，且工程费用很便宜，业主十分满意。

(1)安徽省滁县电影院加固工程

该电影院有1296m²。由于地基中有暗塘，且南北向的塘泥呈倾斜走向，该建筑立面东墙下的厚度较大，一般为2.0～3.3m厚，局部深达4.0～5.0m厚，压缩模量E_S1-2＝1.29MPa，且10m深土层内的压缩模E_S1-2不大于4.0MPa。因地基产生较大的不均匀沉降造成该墙体出现严重开裂形成危房而中断使用(参见图2)。

对该工程采用2∶3的砂、石粗、细骨料配制广义土填料，然后按3∶7灰土比例，掺加生石灰块为打桩配制散粒材料。采用DHK-40型予力变刚度夯扩桩机，桩径为400mm，并分别在4.5m和10m深度处夯扩φ700mm直径的二个扩大头。设计直、斜桩并用，并以斜桩为主。设计总的“予力度”的控制标准为0.90，桩体的成桩质量较好，使严重开裂造成的危房大跨建筑重新恢复了使用。由于桩体没有使用水泥，对比其他砼桩，节约了50％的工程费用。

(2)南京大厂镇南化小区33#和34#两幢住宅楼

该小区的两幢住宅楼为重复使用施工图，即两幢结构型式和大小都相同的四层住宅楼，建筑面积共有2868m²。因该地基条件属软弱粘性土，建筑物整体刚度不足(长高比＞4)，且住宅楼东端有古河道，地基水平向又不均匀，故造成墙体多处开裂。尤其是住宅东端内墙因差异沉降过大而出现较大开裂形成危房。

该工程仍采用以上砂石粗、细骨料配料后，按3∶7灰土掺加生石灰块，并在每m³桩体的散体材料中还掺加了60kg粉煤灰。仍采用KHK-40型予力变刚度夯扩桩机，桩径为400mm，并分别在4.5m和10m深度处夯扩φ650mm直径的二个扩大头。全部设计直桩，总的“予力度”控制标准为0.87。

桩的平面布置如图3所示。布桩设计重点加强了住宅楼北墙下的地基土加固。由于加固效果较好，加固后还在北墙外增加了一间房屋，也是四层到顶。每幢住宅楼加固后新增面积528m²，方便了住户使用需求的扩大，节约的工程费用达60％左右。

Claims (10)

1.多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，用于软弱或不良地基土的地基加固处理，其特征是以夯击、挤压、冲击和夯扩动力产生的予力作用形成多节扩大头的散粒材料桩复合地基；多节扩大头的散粒材料桩的形成采用予力变刚度夯扩桩机，通过动应力作用将桩管夯压沉入土层中形成桩孔，然后在桩孔内分段投入配掺加材料，配掺加材料为散粒材料，并按设计的予定位置即桩管下方进行夯压扩孔以形成预定的第一节扩大头，一段一段地继续投料和夯扩，即可制成第一节带扩大头的散粒材料桩节；成桩过程即对被加固土体多次施加予力作用；按此方法，提桩管至第二节扩大头位置、再投料、再施予力作用进行夯压扩孔、形成带第二节扩大头的散粒材料桩；重复每节带扩大头及桩段制桩过程、直至夯压成桩到地表，依次形成了多节扩大头的柔性桩；随后，移机重复以上动力成桩过程，最后形成予力作用的多节扩大头变刚度的柔性桩复合地基。

2.根据权利1所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是所述的予力作用的柔性桩复合地基成桩的工艺过程为：

予力夯扩桩机进场组装就位→按设计桩长将桩管沉入土层形成桩孔、逐段投放散粒材料，逐段进行夯击，在桩管下方形成第一节扩大头逐段进行夯击直至一节桩制完、桩管上拨继续投料，重复上一桩节制桩工艺、桩管下方为设计的第二级扩大头位置，重复前面工艺以形成第二节扩大头的桩节→如设计有第三节或更多节的扩大头，则重复前面成桩工艺，直至一根桩制作完成（即到达地表面）→移机下一桩孔就位→重复以上每一根桩制桩工艺过程→全部多节扩大头散粒材料柔性桩施工完成。

3.根据权利要求1所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是夯压夯扩成桩的平面布置采用等边三角形或正方形两种形式；等边三角形或正方形夯压桩的孔间距按下式计算：

等边三角形布置                                                     

         （1）

正方形布置          

         （2）

式中，S — 予力柔性桩复合地基夯压桩孔间距（m）

d — 予力柔性桩复合地基夯压桩的桩径（m）

— 经验修正系数，根据被加固土体的土质条件、夯压力大小和加固处理的指标要求进行选用，当加固软弱和不良地基时，

取1.15～1.28；当处理地基基础病理事故时，

取1.12～1.30；

和

— 分别为被加固处理土体在加固前后的土体重度（kN/m³），在靠近夯压桩桩孔边取土进行试验。

4.根据权利要求3所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是利用一台予力变刚度夯扩桩机单独作业，“沿半工字形“跳孔”施工；也可双机作业，并行错开行进方向，仍沿各自的半工字形“跳孔”施工。

5.根据权利要求2或3所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是多节扩大头桩的节数是2至4节，桩的直径为300-600mm。

6.根据权利要求1或2所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是利用冲击挤压和夯扩所施加动应力的“予力度”控制标准在0.95～0.75，并区别不同土类土质条件及结合工程特点进行合理选择；处理病理事故工程的“予力度”控制范围在0.96～0.78之间。

7.根据权利要求3或4所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是制成的多节扩大头柔性桩根据工程需要制成直桩和斜桩，而斜桩的俯角控制在0～20°之间。

8.根据权利要求1或2所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是夯压散粒材料成桩，该散粒材料包括2:3的建筑垃圾再生粗、细骨料，然后再按设计配制2:8灰土或3:7灰土；

掺加的生石灰为粒径＜6cm的生石灰块，大小匹配合理；并将设计的灰土配比材料通过室内击实试验，以确定其密实度，用以控制每段桩体的投料量；本工法是就地消耗建筑垃圾处理再生骨料的环保型工法（本工法也可采用设计配比的砂、石骨料与生石灰块级配制桩）。

9.根据权利要求2或3所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是在成桩过程中的投料控制要求为：对于直孔每投料0.8～1.4m长施加一次夯击力；对于斜孔为每投料0.6～1.0m长施加一次夯击力，并确保“予力度”控制。

10.根据权利要求2或3所述的多节扩大头散粒材料桩复合地基予力工法，其特征是予力夯扩施工到桩体最后一级扩大头以上部分，灌筑砼或配上钢筋笼制作成地表面一节的扩大头刚性桩；或在桩体施工完成后，在桩顶部分铺设200～500mm的复合地基褥垫层，以调整该柔性桩复合地基变形；对于桩体最后一级扩大头以上部分采用灌筑砼的刚性桩时，也可不进行褥垫层铺设。

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