微型桩竖向承载力的估算

微型桩竖向承载力的估算
1、微型桩的优点及应用
微型桩直径一般在150mm～300mm，但可以达到较大的深度。

30年代由意大利首创，美国于40年代开始使用微型桩，发展十分迅速。

我国于1981年开始研究，1985年在上海第一次使用。

与其它地基加固或基础托换方法相比微型桩具有以下优点：
（1）承载力高：一根直径为140mm长度为4.7m，桩端进入密实中砂层的微型桩的极限承载力为835kN；完全埋入土中的微型桩，能提供910kN的安全工作荷载。

当微型桩做在岩层中时，能够承受的安全工作荷载可高达2720kN。

（2）沉降量小：一根桩端进入硬塑粘性土长为7m的微型桩，当荷载加至314kN 时，桩顶沉降仅为3.8mm，而一根桩端进入砂状强风化岩长度为11m的微型桩，
当荷载加至648kN时桩顶沉降仅为2.2mm。

（3）所需施工场地较小，在平面尺寸
1.1m
2.5m和净空高度2.5m即可施工；
（4）桩孔孔径小，因而对基础和地基土几乎都不产生附加应力，施工时对原有基础影响小；也不干扰建筑物的正常使用。

（5）能穿透各种障碍物，适用于各种不同的土质条件。

由于微型桩具有以上优点，近年来随着我国加固改造业的兴起，应用越来越多。

目前，微型桩主要应用于以下几个方面：（1）建筑物增层及改造；（2）地基不均匀沉降事故中的基础托换；（3）岸（基坑）边及地下洞室上方建筑物的基础托换。

2、微型桩的施工
微型桩的施工一般按以下工序进行：成孔---清孔---安放钢筋笼---注浆成桩。

2.1 成孔：一般采用地质钻成孔，视工程及地质条件可采用干成孔或泥浆护壁循环成孔。

钻机经改造后，桩孔距建筑物墙（柱）边最近可为350mm，必要时也可采用斜孔。

2.2 清孔：若采用泥浆护壁循环成孔，则成孔后应进行水冲清孔。

2.3 安放钢筋笼：清孔后应及时安放钢筋笼，在建筑物改造或基础托换工程中，由于受建筑物层高的限制，钢筋笼通常分几节制做，安放时再进行焊接。

2.4 注浆：注浆方法国外与国内有较大区别。

国外通常采用二次灌浆，所灌材料一般为净水泥浆。

而国内一般采用一次灌浆，具体施工一般有以下两种：（1）先向孔内抛小石子（石子粒径一般为15～30mm），然后向孔内压力注水泥砂浆或净水泥浆。

（2）直接向孔内压力注水泥砂浆。

注浆压力一般为0.3～0.5MPa。

3 微型桩的承载力：
微型桩单桩承载力应该由单桩静载荷试验来确定，但在实际工程中由于事故的紧迫性，往往没有时间或场地来做静载荷试验，因此经验公式的准确性就显得十分重要。

美国对微型桩承载力的估算按两种方法来确定：一种是打入桩来估算，另一种是按注浆的土锚来考虑，为安全起见一般是按打入桩来考虑。

而在我国无论是《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-91）还是《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94），均未有微型桩承载力的估算公式。

因此在设计中，一般工程技术人员为安全起见常按普通钢筋混凝土灌注桩的承载力经验公式来估算微型桩的单桩承载力。

但微型桩一般是采用压力灌浆的方式灌注水泥砂浆或水泥浆而成，一部分浆液渗入桩周土体（特别是对于粗颗粒土），与普通灌注桩相比桩与桩周土体结合更加紧密。

因此，桩侧阻力及桩端阻力均比普通钢筋混凝土灌注桩要大的多。

表1为实际工程中微型桩承载力实测值与估算值的比较结果。

表1 微型桩单桩竖向极限承载力实测值与估算值
* 注浆比：实际注浆量与计算注浆量的比值
** 编号2--6均为作者试验结果
*** 单桩竖向极限承载力计算值依据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94）算出
由表1可以看出微型桩承载力的实测值与按普通灌注桩而做的估算值相差很大。

若按普通灌注桩的经验公式来估算微型桩的承载力，偏差较大。

因此对微型桩承载力的正确估算是一个急需解决的问题。

微型桩承载力的实测值与按普通灌注桩经验公式计算的估算值相差较大的原因主要是两者的施工工艺不同，从前面所述微型桩施工工艺可以看出微型桩采用的是压力灌浆，在压力作用下，部分浆液渗入微型桩周围土体，其实际注浆量远大于计算注浆量，由表1可以看出，注浆比最小为1.6，最大为3.5。

桩体实际直径比设计值扩大，桩与桩周土的结合更加紧密，桩端下虚土及其下持力层被胶结加固。

桩周土体颗粒越粗，渗入的浆液越多，胶结加固的范围越大，注浆比越大，承载力越高；土体颗粒越细则效果越差，注浆比越小，承载力提高越小；这些均可在表1中反应出来。

因此，为了反映上述实际情况，根据实际工程的测试结果及上述分析建议对微型桩承载力按下式估算：
其中：微型桩桩侧摩阻力及端阻力修正系数。

按下列方法取值：（1）对粘性土、粉土： 1.15～1.20
（2）对砂土： 1.20～1.30
（3）对碎石土： 1.25～1.35
表2为按上述方法所得的计算结果，由表2可以看出，这样算得的结果比较符合实际又有一定的安全储备，因此是较为合理的。

表2 微型桩竖向极限承载力实测值与修正值
4．工程实例：
济南铁路客站既有候车室建于1958年，原为二层建筑，层高均为6.6m。

主体结构为钢筋混凝土内框架，外砌承重砖墙。

柱下采用100#块石混凝土刚性单独基础，埋深为3.2m；砖墙下为浆砌毛石条形基础，埋深2.7m。

1993年在客站改建中，因功能需要，在其3.3m及9.9m高度处室内增层，变成局部四层的建筑物。

由于增层使原柱内力增大，原来地基基础不能满足要求，决定采用微型桩对原基础进行托换。

设计采用两种不同长度的桩：桩Ⅰ长度为7m，桩端作用在含大量姜石的粉质粘土层上；桩Ⅱ长度为11m，桩端作用在砂状全风化闪长岩上。

根据地质资料，初估桩Ⅰ的单桩极限承载力为209kN，桩Ⅱ的单桩极限承载力为
379kN。

工程施工前，进行了单桩静载荷试验，测得桩Ⅰ的单桩极限承载力为314kN，桩Ⅱ的单桩极限承载力为648kN。

分别为估算值的1.5和1.71倍。

根据静载试验结果，将桩的侧摩阻力提高20%，桩Ⅰ的端阻力提高20%，桩Ⅱ的端阻力提高30%，变更基础设计。

该工程于1994年10月完成，使用至今未发现异常。