載體樁技術的應用及經濟性研究

王邦

摘 要：本文首先介紹了載體樁增強機理，然后以洛陽某高中項目為例，結合地質情況，對比分析載體樁、預應力管樁、灌注樁三種樁型技術方案，確定相應單樁承載力特征值，同時，在相同條件下，測算出三種樁型對應的樁數和承臺大小，并對其經濟性進行對比分析。

關鍵詞：載體樁;預應力管樁;灌注樁;經濟性

中圖分類號：TU753.3文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）05-0085-03

Abstract： This paper first introduced the reinforcement mechanism of carrier pile， and then took a high school project in Luoyang as an example， combining with the geological conditions， compared and analyzed the technical schemes of carrier pile， prestressed pipe pile and cast-in-place pile， and determines the corresponding characteristic value of single pile bearing capacity. At the same time， under the same conditions， the corresponding pile number and bearing platform size of three pile types were measured and calculated， and the economy of three kinds of piles was compared.

Keywords： carrier pile;prestressed pipe pile;cast in place pile;economy

1 研究背景

2018年國家發布了行業標準《載體樁技術標準》（JGJ/T 135—2018）。載體樁是由樁身和載體構成的樁，載體為樁身以下經夯實形成的承載體，又分為填料載體和無填料載體[1]，載體樁示意圖見圖1。載體樁技術具有擠密樁端土體和擴大樁端受力面積的雙重積極效應，又能適量消化建筑垃圾，所以具有較高的應用價值[2]。

為切實解決項目技術問題，并結合新技術推廣應用[3]，本文介紹載體樁增強機理，并以洛陽市某學校項目為例，介紹項目情況，綜合比較載體樁、預應力管樁、灌注樁三種樁基設計方案，量化技術指標，探討最優樁基技術方案，并對樁基方案經濟性進行分析，確定經濟的樁基技術方案。

2 載體樁增強機理

載體樁是一種將深層土體加固后作為基礎持力層的新型樁型，以較好的土層為持力層，并將持力層的樁端阻力進行再提高，充分利用樁端和加固體以大大提高樁的承載力。

樁端載體增強機理：載體樁通過錘擊夯實填料，將土體中的大部分空氣和部分水擠壓排出，使土體達到接近密實。載體樁選擇的載體通常為建筑垃圾和水泥砂土拌和物，增加載體及持力層的密實度。在施工初期，柱錘底端下的土體先受到柱錘的沖擊力，在外力作用下，顆粒之間發生錯動，土中孔隙減小。在不斷填料夯擊的過程中，孔隙不斷減小，排出骨架間的空氣。繼續填料夯擊時，由于柱錘底面下的土體抗力提高，柱錘底部側面的土體壓力較小，填充料在強大沖擊力的作用下就會向四周擠壓土體。在不斷填料夯擊過程中，柱錘底端四周的圍壓趨于一致，載體趨于球狀。達到載體樁三擊貫入度的控制要求時，不再夯填填充料，夯填干硬性混凝土之后澆注樁身混凝土形成載體樁[4]。被加固體的三擊貫入度是影響載體樁承載力的關鍵指標，需要嚴格按規范和設計圖紙要求執行[5]。

3 項目概況

項目為洛陽市某縣高級中學，占地紅線面積約為102 000 m2，凈用地面積約為85 000 m2，總建筑面積約為66 790 m2。地塊南北向最寬處約257.0 m，東邊最寬處約448.6 m，地形地貌平坦，適合工程建設。項目由圖書樓（4F/5F）、教學樓（4F/5F）、宿舍（5F/6F）、看臺（2F）、餐廳（3F/1D）等建筑組成，各建筑高度及平面位置見圖2。

項目地質情況：地質勘探室外作業于2018年11月完成，地貌單元為洛河I級階地，工程重要性等級為二級，場地復雜程度等級為二級場地（中等復雜場地），地基復雜程度等級為二級。場地為建筑抗震一般地段;地下水位埋深為地面下6.2～7.7 m;場地不具有濕陷性、不具有液化。主要土層參數詳見表1，以教學樓14號孔為例，工程地質剖面詳見圖3。

4 樁基方案分析

該項目各單體均為多層建筑，基底荷載差異性小，本文以教學樓為例進行基礎方案分析，地質剖面詳見上圖3。教學樓主柱網為9.3 m×8 m、9.3 m×3 m，選一個中柱和一個邊柱的兩個柱下樁基進行分析，柱底標高為-1.0 m，中柱下標準組合為柱底軸向力[Nk]=3 424 kN、柱底X向彎矩[Mxk]=47 kN?m、[柱底Y向彎矩Myk]=10.9 kN?m，邊柱下標準組合為柱底軸向力[Nk]=2 945 kN、[柱底X向彎矩Mxk]=320 kN?m、柱底Y向彎矩[Myk]=122.2 kN?m。

天然地基方案：若采用天然地基，則持力層以第②粉土，承載力特征值為90 kPa，承載力較低，教學樓5層建筑均以筏板基礎為主，成本較高，且第④層土承載力較低，壓實模量較小，建筑整體沉降較大，極易引起不均勻沉降，造成不良的社會影響。因此，綜合分析地質情況、建筑類型、基礎方案、社會影響等因素，確定采用樁基。

結合項目情況，經咨詢了解當地成熟的樁基方案，大致有以下三種技術方案，分別為載體樁（直徑430 mm）、預應力混凝土管樁（直徑400 mm）、旋挖成孔灌注樁（直徑600 mm），其中，管樁和灌注樁的樁基設計參數詳見表2。

根據圖3土層情況，樁頂標高確定為第②層粉土頂，樁端以第⑦層卵石為持力層，樁端全截面進入第⑦層卵石長度為1 m，按表2設計參數，計算管樁（直徑400 mm）單樁承載力特征值[Ra]=1 142 kN，樁長13.1 m;計算灌注樁（直徑600 mm）單樁承載力特征值[Ra]=1 297 kN，樁長13.1 m。

載體樁單樁承載力確定：根據《載體樁技術標準》（JGJ/T 135—2018）4.3節，載體樁單樁豎向承載力特征值[Ra]的計算公式為：

其中，[f]為經深度修正后的載體樁持力層地基承載力特征值，該項目選擇⑦層卵石作為樁端持力層，計算公式如式（2）所示;[Ae]為載體等效計算面積，根據地勘報告，建議按最后三擊貫入度<10 cm，[Ae]取3.2 m2。

將相關數據代入式（1），計算出載體樁（直徑430 mm）單樁承載力特征值[Ra]為2 510.72 kN。載體樁混凝土等級為C30，充分發揮材料強度，單樁承載力最大設計值為3.14×215 mm×215 mm×14.3 N/mm2=2 075.6 kN，估算單樁最大承載力特征值為2075.6/1.35=1 537.5 kN。由此，確定載體樁（直徑430 mm）單樁承載力特征值[Ra]=1 537.5 kN，樁長約為11.1 m。

根據載體樁、管樁和灌注樁承載力特征值情況和規范要求，計算已選定中柱和邊柱柱下樁數及承臺情況，結果見表3。

由表3可知，載體樁承載力高，相同條件下，載體樁數明顯少于管樁和灌注樁，對應承臺大小也明顯降低，技術方案對比知，載體樁方案優。

5 經濟性分析

根據表3樁數及承臺情況，估算各樁型對應樁及承臺造價，結果見表4。其中，載體樁施工及機械等費用約120元/m，載體樁對應材料價格約為190元/m，載體樁綜合單價約為310元/m;管樁綜合單價約為170元/m;灌注樁綜合單價約為1 200元/m3，折合長度綜合單價為339元/m。承臺綜合單價均按1 500元/m3考慮。

從表4可知，采用載體樁，樁和承臺綜合費用比管樁降低約14.2%，比灌注樁降低約41.9%，可見載體樁效益最好。

6 結語

①結合項目地質情況，分析各土層承載力、壓縮模量，若采用天然地基基礎，極易引起不均勻沉降，造成不良的社會影響。綜合分析地質情況、建筑類型、基礎方案、社會影響等綜合因素，確定采用樁基方案。

②根據地質圖及樁基設計參數，計算確定載體樁、預應力混凝土管樁和灌注樁單樁承載力特征值及對應的樁長，并以選定一個中柱和一個邊柱的兩個柱下荷載組合，分析分別采用三種樁型所需的樁數及承臺情況，確定載體樁承載力高，相同條件下，載體樁數明顯少于管樁和灌注樁，對應承臺大小也明顯降低。通過技術方案對比可知，載體樁方案較優。

③分析三種樁型對應樁及承臺造價，采用載體樁，樁和承臺綜合費用比管樁降低約14.2%，比灌注樁降低約41.9%，載體樁效益最好。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.載體樁技術標準：JGJ/T 135—2018[S].北京：中國建筑工業出版社，2018.

[2]王建安，張慧海，陳琳，等.載體樁在陜南粉質黏土地區的適用性研究[J].巖土工程技術2019（4）：109-114.

[3]王繼忠，楊啟安.載體樁的設計計算要點[J].建筑結構，2008（6）：118-120.

[4]陳磊.載體樁的承載特性及其工程應用研究[D].南京：東南大學，2020：11-14.

[5]潘力，謝通.跨座式單軌混凝土軌道梁預制生產工藝研究[J].鐵路技術創新，2018（6）：114-118.