秦 楠

1 概述

擠擴(kuò)支盤樁是在原有等截面鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,其專用液壓擠擴(kuò)設(shè)備與現(xiàn)有樁基機(jī)械配套使用,產(chǎn)生了樁體、承力盤和分支。根據(jù)地質(zhì)情況在適宜土層中擠擴(kuò)成型承力盤及分支、承力盤直徑較大,如樁身直徑600mm的樁體,其承力盤直徑可達(dá)1500mm～1600mm,如表1所示。

表1 樁徑與承力盤直徑關(guān)系表 mm

擠擴(kuò)支盤灌注樁從20世紀(jì)90年代開始在建筑工程中使用,多年來已在北京、天津、河北、河南、安徽、山東、江蘇、黑龍江、湖北、廣東、海南、福建等十多個(gè)省市的上百項(xiàng)工程中采用。在提高樁基承截力、減少沉降、增加樁基安全性、降低工程造價(jià)和縮短工期等方面都取得了顯著效果。

擠擴(kuò)支盤灌注樁的出現(xiàn),對(duì)于解決灌注樁的許多技術(shù)欠缺,提高和改進(jìn)灌注樁的承載性狀有著重大的影響和改進(jìn),是一項(xiàng)重要的新技術(shù)成果。目前,擠擴(kuò)支盤灌注樁已由國(guó)家權(quán)威部門編制了詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)程、施工規(guī)程以及施工質(zhì)量檢測(cè)和驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。為此項(xiàng)技術(shù)的全面推廣使用提供了科學(xué)理論依據(jù)。

2 擠擴(kuò)支盤灌注樁的作用機(jī)理

擠擴(kuò)支盤可充分利用承載土層:擠擴(kuò)支盤灌注樁是采用普通鉆機(jī)成孔、通過專用裝置液壓擠密成支或承力盤,屬于部分?jǐn)D土灌注樁。在所需擠擴(kuò)支或盤的土層,支盤成型設(shè)備施加較大的油缸壓力(10mPa～28MPa),最大擠擴(kuò)壓力可達(dá)300 t,對(duì)土強(qiáng)力擠密成分支或承力盤。因此不僅加大了樁側(cè)、樁端承載面積(以直徑600mm支盤樁為例,一個(gè)擠擴(kuò)成1.6m承力盤的面積是樁身截面面積的7倍),同時(shí)還對(duì)分支或承力盤上下的樁周土進(jìn)行了擠密加固,提高了地基土的承載力和樁側(cè)摩阻力。

水電科學(xué)研究院關(guān)于《多分支承力盤成型裝置支盤成型壓密效果試驗(yàn)報(bào)告》的試驗(yàn)研究結(jié)論指出:1)多分支承力盤成型擠密的效果是明顯的,成型擠密的影響范圍水平方向在距樁孔外邊1.0m以內(nèi),垂直方向在0.5 m以內(nèi),干密度的提高幅度量大可達(dá)15%～20%左右。2)分支或盤成型擠密的作用,對(duì)支或盤下方土體的影響比對(duì)上方土體的影響要大。由于樁的承載力主要取決于支盤下部土的性質(zhì),因此該特點(diǎn)對(duì)提高樁的承載力是有利的。

3 擠擴(kuò)支盤樁的主要特征

擠擴(kuò)支盤樁由樁柱(樁身)、底盤、中盤、頂盤及整個(gè)分支所組成。按照土質(zhì)情況,在硬土層中設(shè)置分支或承力盤。分支和承力盤是在普通圓形鉆孔中用專用設(shè)備通過液壓擠擴(kuò)而形成的。在支、盤擠成空腔同時(shí)也把周圍的土擠密。經(jīng)過擠密的周圍土體與腔內(nèi)灌注的鋼筋混凝土樁身、支盤緊密的結(jié)合為一體,發(fā)揮了樁土共同承力的作用,提高了樁的側(cè)摩阻力和支承阻力,從而使樁承載力大幅度增加。經(jīng)測(cè)算,承力盤的面積約為主樁截面的4倍～7倍,如把各盤和各分支的面積加起來,其總和約為主樁截面的10倍～20倍。

與其他樁型相比支盤樁具有明顯優(yōu)點(diǎn):1)可以利用沿樁身不同部位的硬土層來設(shè)置承力盤及分支,將摩擦樁改為變截面的多支點(diǎn)摩擦端承樁,從而改變了樁的受力機(jī)理。這樣的樁基礎(chǔ)會(huì)使建筑物更穩(wěn)定,沉降變形更小。2)抗拔性能好,具有良好的抗震性能及承受活荷載的能力。3)有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。其單方混凝土承載力為相應(yīng)普通灌注樁的2倍以上。4)對(duì)不同土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)。5)成樁工藝適用范圍廣。可用于泥漿護(hù)壁成孔工藝、干作業(yè)成孔工藝、水泥注漿護(hù)壁成孔工藝和重錘擠擴(kuò)成孔工藝等。6)作為高層建筑及重要構(gòu)筑物的基礎(chǔ),可供設(shè)計(jì)靈活使用,既可作樁下單樁方案以減少承臺(tái)施工量,又可沿箱基墻下或筏基柱下布樁以減少底板厚度及配筋量。這不僅能節(jié)省投資,而且施工方便、工期短、造價(jià)低、質(zhì)量?jī)?yōu)。7)對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。與打入式預(yù)制樁相比,施工噪聲低、無振動(dòng);與普通泥漿護(hù)壁直孔樁完成等值承載相比,泥漿排放量顯著減少。

4 工程實(shí)例

4.1 高層建筑

實(shí)例:天津市和平區(qū)新文化花園。

新文化花園位于天津市和平區(qū)南市榮業(yè)大街,一期工程3個(gè)組團(tuán)建筑面積約30萬m2,為層高15層～24層不等的高級(jí)商住區(qū),采用擠擴(kuò)支盤樁,其中占總樁數(shù)60%的是直徑φ=650mm,樁長(zhǎng) L=19 m的承載樁,沿樁設(shè)2個(gè)承力盤,盤徑1600mm,1組十字分支,單樁承載力設(shè)計(jì)值 Rd=2700 kN;φ=450mm,L=19.5 m的承載樁,沿樁身設(shè)2個(gè)承力盤,盤徑960mm,1組十字分支,單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值 Rd=1250 kN,這部分樁占總樁數(shù)的20%。另外20%的擠擴(kuò)支盤樁為抗拔樁,這是由于擠擴(kuò)支盤樁的特殊造型和成型時(shí)的靜力擠土作用使樁體能更緊密地和樁周土結(jié)合,形成良好的樁土共同工作體系,能有效地提高樁的承載能力和嵌固效果,從而提高樁的水平承載力和抗拔承載力,新文化花園中抗拔樁設(shè)計(jì)為φ=450mm,L=21 m,2個(gè)承力盤,盤徑960mm,抗拔800 kN。

采用擠擴(kuò)支盤樁比普通灌注樁節(jié)約投資30%。

4.2 多層建筑

實(shí)例:北京發(fā)展大廈管理樓。

北京發(fā)展大廈有限公司投資興建的管理樓工程,位于北京東三環(huán)北路五號(hào),為4層框架結(jié)構(gòu),1層為停車場(chǎng),本大樓位于原22層大廈南側(cè),地面標(biāo)高38 m～39.05 m,場(chǎng)地窄小,中部有5 m×8 m×9 m的化糞池。

工程地質(zhì)情況較為復(fù)雜,地表下10.6m為原大廈回填土,這層土不計(jì)側(cè)阻力。埋深17.5 m及22.7 m分別為⑤層粉細(xì)砂層和⑦層中細(xì)砂,其他為粘性土或粉質(zhì)粘土層。

本工程由北京市建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),原樁徑為600mm,樁長(zhǎng)23.5 m的泥漿護(hù)壁成孔的混凝土灌注樁,單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為800 kN,總樁數(shù)70根,但因場(chǎng)地狹小,地下管網(wǎng)密布,給設(shè)計(jì)布樁及施工帶來極大困難,本樓基礎(chǔ)經(jīng)多次研究最后決定改用承載力大、沉降小、工期短且經(jīng)濟(jì)的擠擴(kuò)支盤樁。

布樁方案基本上為單樁單柱,共設(shè)1號(hào)樁17根,φ 0.7×23.5 m,三盤二支,單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值3500 kN,⑦層為度盤持力層;2號(hào)樁6根,φ 0.7×16.5 m,單盤方案。單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1700 kN,⑤層為持力層,若遇⑤層缺失時(shí),可增加一盤。總樁數(shù)由70根減少到23根。

本技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單,常規(guī)工法成孔后,下入支盤成型機(jī)械形支盤,再進(jìn)入下一道工序,即下鋼筋籠、導(dǎo)管及灌注水下混凝土。

本工程提前70%工期,節(jié)約30%投資。普通灌注樁混凝土完成極限承載力438 kN/m3,擠擴(kuò)支盤樁大于1174 kN/m3?，F(xiàn)場(chǎng)整潔,做到文明施工。工程質(zhì)量?jī)?yōu)良,獲得國(guó)家建筑質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心、投資方、設(shè)計(jì)單位及監(jiān)理公司的一致好評(píng)。

4.3 工業(yè)廠房

實(shí)例:北京四環(huán)制藥廠。

北京四環(huán)制藥廠新建分廠位于良鄉(xiāng)鎮(zhèn)南關(guān)開發(fā)區(qū)。首期工程項(xiàng)目為合成車間、鍋爐房及食堂,基礎(chǔ)工程均采用擠擴(kuò)支盤樁基礎(chǔ),由核工業(yè)部第二設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì),完成擠擴(kuò)支盤樁558根,主樁徑400mm,設(shè)1個(gè)底承力盤及 1組十字分支。盤徑960mm,有效樁長(zhǎng)7.0m,單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值450 kN,樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20,主筋6φ 14。由于該樁樁徑小,盤徑大,使底盤承載力充分發(fā)揮。工程用混凝土量約640m3,折合混凝土完成承載力比較如下:

普通鉆孔灌注樁為80.15 kN/m3,支盤樁為394.7 kN/m3。

若采用普通鉆孔灌注樁耗用混凝土3100m3,約需造價(jià)240萬元。

樁基工程采用擠擴(kuò)支盤樁新技術(shù)后,取得了良好效果,節(jié)約投資約50%。由于該地區(qū)地下水位較低,采用螺旋鉆成孔施工速度快,每日完成40根～50根柱,工期提前一個(gè)月。樁的盤位調(diào)節(jié)性能好,豎向承載力、抗拔力大、穩(wěn)定性好,抗震性能良好,結(jié)構(gòu)工作安全度高。由于首期工程采用支盤樁效益顯著,二期工程樁基700余根仍全部使用擠擴(kuò)支盤樁。

5 結(jié)語

擠擴(kuò)支盤樁是通過改進(jìn)成樁工具,以達(dá)到改善樁受力和作用機(jī)理為目的的新型樁基,是樁基工程一項(xiàng)重要新技術(shù)、新成果,這一工法的出現(xiàn)彌補(bǔ)了普通灌注樁,預(yù)制樁等多種欠缺,使樁基技術(shù)大大向前發(fā)展,為樁基的“武器庫”中增添一個(gè)新成員,今后必將得到更廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。

[1]姚 成,宋吉錄,謝 波.支盤樁與等截面樁承載性能對(duì)比試驗(yàn)[J].山西建筑,2009,35(20):88-89.