劉春剛，柴小兵，歐陽(yáng)義，賀德新

(1．北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044;2．北京中闊地基基礎(chǔ)技術(shù)有限公司，北京 100097)

1 前言

DX樁是近些年來發(fā)展的一種多節(jié)擠擴(kuò)灌注樁，其樁身由主樁和多個(gè)承力盤構(gòu)成。其中承力盤是通過DX專用旋挖擠擴(kuò)裝置，通過液壓系統(tǒng)控制該裝置旋轉(zhuǎn)切削或者旋轉(zhuǎn)碾壓形成的上下對(duì)稱的腔體，在澆筑混凝土后形成由樁身、承力盤和樁根共同承載的樁型。由于承力盤增大了樁身的有效承載面積，同時(shí)擠擴(kuò)設(shè)備對(duì)周圍土體有一定的擠密作用，可以充分發(fā)揮端阻力的作用，而土體的端阻力往往是側(cè)阻力的幾十倍，因此DX樁可較大幅度提高單樁承載力，降低沉降。

經(jīng)過多地工程實(shí)踐證明，DX樁技術(shù)具有工藝獨(dú)特，操作設(shè)備方便，承載力高等特點(diǎn)。近年已經(jīng)有不少學(xué)者對(duì)DX樁進(jìn)行了研究。魏章和等在對(duì)DX樁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、理論分析的基礎(chǔ)上，分析了DX樁的變形破壞機(jī)理和承載性能，提出了單樁極限承載力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式和影響承載力的因素［1］;周青春和于南燕通過現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)對(duì)DX樁的荷載傳遞特點(diǎn)和樁周土體的破壞進(jìn)行了研究［2］;陳輪等通過大比例尺的現(xiàn)場(chǎng)模型DX樁靜荷載試驗(yàn)對(duì)DX樁的承載力機(jī)理和荷載傳遞規(guī)律進(jìn)行了更為詳細(xì)的研究［3，4］;沈保漢也對(duì)DX樁的承載受力機(jī)制和影響承載力的各個(gè)因素進(jìn)行了廣泛的研究［5］。通過近年工程實(shí)踐和研究表明，由于DX樁承力盤增大了樁身的有效承載面積，同時(shí)擠擴(kuò)時(shí)對(duì)周圍土體有擠密作用，與普通直孔等截面灌注樁相比，因樁身多個(gè)斷面面積大幅度增大，充分利用了好土層的地基承載力，單樁承載力比普通直孔灌注樁一般可提高1倍以上，并具備良好的抗壓和抗拔能力。

后壓漿技術(shù)是20世紀(jì)60年代初開始應(yīng)用于樁基施工，在提高樁基礎(chǔ)承載力方面是比較成熟的技術(shù)。其在公路、橋梁和高層建筑等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。后壓漿技術(shù)分為樁端壓漿和樁側(cè)壓漿兩種方式，是在鉆孔灌注樁成樁并達(dá)到一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，通過埋設(shè)在樁身的注漿管，將能夠固化的漿液壓入樁端地層或樁側(cè)。這些漿液經(jīng)過滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結(jié)等物理或者化學(xué)作用來固化沉渣和泥皮，以此來改變樁身周圍土體的物理力學(xué)性質(zhì)，使得樁底、樁側(cè)一定范圍內(nèi)的土體相結(jié)合，使得土體強(qiáng)度和剛度大幅度提高;同時(shí)可以形成網(wǎng)狀結(jié)石的復(fù)合土體，顯示出“加筋效應(yīng)”。究其實(shí)質(zhì)是后壓漿樁改善了樁土的邊界條件。

已有的資料表明，后壓漿技術(shù)可以提高鉆孔灌注樁承載力的30% ～100%，增大樁身剛度和穩(wěn)定性、減少樁基沉降量;同時(shí)該技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單，效果明顯，增加費(fèi)用低，提高經(jīng)濟(jì)效益，施工時(shí)不增加工期等優(yōu)點(diǎn)。后壓漿技術(shù)應(yīng)用于群樁時(shí)，還能改善樁荷載傳遞性能，增強(qiáng)樁群整體性，減少變形［6］。

關(guān)于后壓漿技術(shù)的研究比較多面，胡德華［7］對(duì)后壓漿鉆孔灌注樁的加固機(jī)理和施工工藝進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹;郝世龍、羅雄文［8］對(duì)后壓漿技術(shù)的參數(shù)控制進(jìn)行了相關(guān)分析，趙晨等［9］和馮定波［10］在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)后壓漿鉆孔灌注樁的承載機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究;黃生根等［11］通過在軟土中對(duì)后壓漿樁與普通鉆孔灌注樁的對(duì)比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)未壓漿樁破壞形式為陡降型，而后壓漿樁為緩變型破壞;程曄、龔維明等［12］通過對(duì)超長(zhǎng)后壓漿樁與等直徑的普通鉆孔灌注樁的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，表明后壓漿樁不僅可以提高樁承載力，還能有效控制基礎(chǔ)的沉降。關(guān)于后壓漿鉆孔灌注樁的單樁承載力的計(jì)算在《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D63－2007中有推薦的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法，此外中國(guó)建筑科學(xué)研究院和相關(guān)地方都有相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式。

DX樁是在擠擴(kuò)過程中擠密周圍的土體增加樁側(cè)摩阻力，同時(shí)其承力盤提供盤阻力而大大提高了樁的承載力，后壓漿鉆孔灌注樁是通過注漿來提高樁側(cè)摩阻力和端阻力的。文章主要通過對(duì)DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁的現(xiàn)場(chǎng)豎向靜荷載試驗(yàn)，比較了DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁的差異，為DX樁在建筑基礎(chǔ)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了參考。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2．1 工程場(chǎng)地概況

工程位于河南省鄭州市，地形單元為黃河沖積平原，地面標(biāo)高為99．69 m，勘察期間地下水位埋深為 4．5 ～6 m(絕對(duì)標(biāo)高為93．50 ～92．2 m)，根據(jù)鉆探、靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)資料，得到其地基土層土性及其力學(xué)特征分布(見表1)。

表1 試驗(yàn)場(chǎng)地土層分布情況Table 1 Soil properties of the test site

2．2 試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)共有4根豎向受壓的試樁，其中B－1、B－2為后壓漿鉆孔灌注樁，選用土層(15)粉質(zhì)粘土作為樁端持力層，沿樁身9個(gè)截面布置鋼筋應(yīng)力計(jì);D－1、D－2為DX擠擴(kuò)樁(3個(gè)承力盤)，沿樁身8個(gè)截面布置鋼筋應(yīng)力計(jì)，樁端持力層選用土層(14)粉土。試驗(yàn)場(chǎng)地土層情況和DX樁的承力盤的位置及持力層如圖1所示，試驗(yàn)樁的具體參數(shù)見表2。

圖1 土地地層與試驗(yàn)樁柱狀圖Fig．1 Soil types and the sketch diagram of test piles

成樁完成后，樁身的完整性檢測(cè)采用低應(yīng)變法，試驗(yàn)加載裝置采用堆重平臺(tái)反力裝置，試驗(yàn)加載方式采用慢速維持荷載法，荷載分級(jí)按預(yù)估極限荷載的1/10施加，B－1和D－1分9級(jí)加載，B－2與D－2分10級(jí)加載，然后都分5級(jí)卸載，試驗(yàn)按照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ 106－2003(簡(jiǎn)稱基樁規(guī)范)相關(guān)要求進(jìn)行，其檢測(cè)結(jié)果見表3。

表2 試驗(yàn)樁的基本參數(shù)Table 2 Parameters of test piles

表3 試樁檢測(cè)結(jié)果Table 3 Results of test piles

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次試樁加載至設(shè)計(jì)極限值即停止加載，所測(cè)得各樁沉降與荷載值見表4，試驗(yàn)所得的Q－s曲線和s－logQ曲線如圖2、圖3所示。

表4 試樁在各級(jí)荷載下的沉降值Table 4 Settlements of test piles under each load level

圖2 試驗(yàn)樁的Q－s曲線Fig．2 Q －s curves of test piles

從圖2中可以看出，在整個(gè)加載階段，后壓漿鉆孔灌注樁和DX樁的Q－s曲線基本一致，都屬于緩變型，但加載級(jí)數(shù)相同的DX樁的最終沉降量要比后壓漿鉆孔灌注樁小一些(B－1與D－1加載級(jí)數(shù)相等，B－2與D－2加載級(jí)數(shù)相等);但在加載的初始階段，后壓漿鉆孔灌注樁的樁頂沉降比DX樁要稍小些。隨著樁頂荷載的增大，后壓漿樁的樁頂沉降逐漸大于DX樁，本次試驗(yàn)中，B－1與D－1在荷載19000 kN的時(shí)候，B－1的樁頂沉降開始大于D－1，B－2的樁頂沉降在12000 kN的時(shí)候，其沉降開始大于D－2樁。這主要是因?yàn)殡S著樁頂荷載的增大，樁側(cè)摩阻力逐漸充分發(fā)揮，后壓漿鉆孔樁的樁端阻力的比例逐漸增大，從而引起樁端下層土體的下沉速率加快，而DX樁由于承力盤的存在，其盤承力消耗了很大一部分樁身荷載，傳遞到樁端時(shí)，樁端阻力的變化較后壓漿鉆孔灌注樁小，最終后壓漿鉆孔灌注樁的沉降超過DX樁。

圖3 各樁的s－logQ曲線Fig．3 s－log Q curve of test piles

DX樁的直徑為700 mm，有效樁長(zhǎng)為33．6 m，樁端持力層的極限端阻力為800 kPa;后壓漿鉆孔灌注樁的直徑為800 mm，有效樁長(zhǎng)43．3 m，樁端持力層的極限端阻力為1700 kPa。所以若是DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁在相同的設(shè)計(jì)條件下，DX樁的沉降和Q－s曲線可能會(huì)優(yōu)于同條件下的后壓漿鉆孔灌注樁。因而DX樁能以樁徑小、樁長(zhǎng)短滿足大承載力的要求。

在卸載完成后，D－1樁、D－2樁的回彈率分別為69．3%和67．7%，B －1樁、B －2樁的回彈率依次為54．6%和64．5%。DX樁的回彈率略高于后壓漿鉆孔灌注樁，但兩者的回彈率都在50%以上。這表明DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁在正常工作荷載作用下，其樁頂沉降中彈性變形占很大一部分，樁身周圍土體的塑性變形量和樁端的刺入變形量比較小。

圖3為各樁的s－logQ曲線，從圖3(b)中可以看到B－2樁的s－logQ曲線末端開始出現(xiàn)陡降段，說明在達(dá)到預(yù)估極限承載力前已達(dá)到其極限承載力，其余各樁的s－logQ曲線末端均未呈現(xiàn)出豎向陡降段。經(jīng)逆斜率法［13］推求，B－1、B－2樁的極限承載力分別為20000、18181．8 kN;D －1、D －2樁的極限承載力分別為23529．4、25000 kN，DX樁的實(shí)際極限承載力高于后壓漿鉆孔灌注樁。

DX樁的設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為47 m，有效樁長(zhǎng)為33．6 m，樁徑為700 mm;后壓漿鉆孔灌注樁的樁長(zhǎng)為55 m，有效樁長(zhǎng)為43．3 m，樁徑為800 mm。經(jīng)計(jì)算，后壓漿鉆孔灌注樁每根樁的混凝土用量為27．6 m3，每立方米的承載力為722．9 kN;DX樁每根樁的混凝土用量為 18．1m3，每立方米的承載力為1106．3 kN，為后壓漿鉆孔灌注樁的1．5倍。

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁都能滿足大承載力的樁基要求，同時(shí)還能很好地控制樁的沉降，相對(duì)于后壓漿鉆孔灌注樁，DX樁所消耗的混凝土用量更少，只需在成樁過程中加一道擠擴(kuò)工序，施工工藝簡(jiǎn)單。

4 結(jié)語(yǔ)

1)DX樁作為一種新型的變截面樁，與普通鉆孔等截面灌注樁相比，其承力盤增大了樁身的有效承載面積，同時(shí)承力盤的設(shè)置可以充分利用好土層的地基承載力，多層分散承擔(dān)樁的豎向荷載，在大幅度增加樁的承載力的同時(shí)，樁底應(yīng)力減小，所以能減小樁的整體沉降量。

2)DX樁和后壓漿樁兩種樁型在提高樁的承載力的同時(shí)，還能更大程度地發(fā)揮混凝土的承載能力，為工程節(jié)省大量財(cái)力、物力，且DX樁只須在成孔后增加一道擠擴(kuò)工序，而后壓漿鉆孔灌注樁在成樁后增加一道注漿的工序。

3)DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁在達(dá)到設(shè)計(jì)極限承載力后卸載，其回彈率都在50%以上，所以合理地使用DX樁或壓漿鉆孔灌注樁，均可在很好地提高樁基承載力的同時(shí)控制基礎(chǔ)的沉降。相比而言，DX樁樁長(zhǎng)較短，在經(jīng)濟(jì)性上更具優(yōu)勢(shì)。

［1］魏章和，李光茂，賀德新．DX樁的試驗(yàn)與研究［J］．巖土工程界，2000，3(5):12－16，21．

［2］周青春，于南燕．DX樁的試驗(yàn)研究［J］．巖石力學(xué)，2001，22(3):298－302．

［3］陳 輪，王海燕，沈保漢，等．DX樁承載力及荷載傳遞特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究［J］．工業(yè)建筑，2004，34(3):5－8．

［4］陳 輪，沈保漢，王海燕，等．DX樁單位側(cè)阻力和單位端阻力的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究［J］．工業(yè)建筑，2004，34(3):15－18，39．

［5］沈保漢，賀德新，孫君平，等．影響DX擠擴(kuò)灌注樁豎向抗壓承載力的因素［J］．工業(yè)建筑，2008，38(5):32－38．

［6］郝玉朝．西安北站密集群樁后壓漿技術(shù)綜述［J］．鐵道技術(shù)，2010(2):62－65，83．

［7］胡德華．后壓漿鉆孔灌注樁化學(xué)加固機(jī)理及設(shè)計(jì)探討［J］．武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24(3):48－50．

［8］郝世龍，羅雄文．后壓漿技術(shù)的參數(shù)控制與承載特性分析［J］．中國(guó)西部科技，2010，9(24):56－57，22．

［9］趙 晨，彭鐵紅，李海東．后壓漿提高樁基礎(chǔ)承載力的機(jī)理分析［J］．市政技術(shù)，2008，26(4):354－356．

［10］馮定波．樁端后壓漿對(duì)提高鉆孔灌注樁承載力的作用機(jī)理分析［J］．中外建筑，2009(6):198－199．

［11］黃生根，張曉煒，曹 輝．后壓漿鉆孔灌注樁的荷載傳遞機(jī)理研究［J］．巖土力學(xué)，2004，25(2):251－254．

［12］程 曄，龔維明，張喜剛，等．超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁樁端后壓漿試驗(yàn)研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(增刊2):3885－3892．

［13］沈保漢．DX擠擴(kuò)灌注樁豎向抗壓極限承載力的確定［J］．工業(yè)建筑，2008，38(5):13－17，27．