朱紹奇

（宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

擠擴(kuò)支盤灌注樁成樁技術(shù)與直型樁的不同點(diǎn)在于增加了支盤擠擴(kuò)工藝，即依托專用的擠擴(kuò)設(shè)備，在樁身不同的設(shè)計(jì)部位，擠擴(kuò)成分岔或承力盤腔以增大樁體端承面，提高樁側(cè)土體密實(shí)度。擠擴(kuò)支盤灌注樁在抗壓、抗拔、抗水平荷載及有效降低基樁沉降量方面均有良好的表現(xiàn)，在同等荷載下與直型樁相比可減少樁長(zhǎng)與樁徑，減少樁數(shù)，乃至減少樁承臺(tái)厚度，從而節(jié)省原材料30%～60%，降低造價(jià)20%～30%。20世紀(jì)50年代印度開始在膨脹土中采用多節(jié)擴(kuò)孔樁，隨后英國(guó)及前蘇聯(lián)等在黃土、黏土、亞黏土及砂土中使用多節(jié)擴(kuò)孔樁。我國(guó)20世紀(jì)70年代于北京開始試用，1979年北京建筑機(jī)械研究所研制出集擠擴(kuò)、打孔和清除虛土為一體的ZKY-100型擴(kuò)孔器，至90年代張俊生率先在樁基工程中研究了擠擴(kuò)工藝的運(yùn)用。1998年賀德新研制出多功能液壓擠擴(kuò)裝置，獲中國(guó)和美國(guó)的發(fā)明專利授權(quán)，故擠擴(kuò)支盤樁也被業(yè)界稱為“DX”樁。基于擠擴(kuò)支盤樁良好的特性，在工程實(shí)踐中不僅被廣泛應(yīng)用于房屋建筑、一般工業(yè)建筑的樁基礎(chǔ)，也可作為電廠、機(jī)場(chǎng)、公路、港口、橋涵及石油化工等設(shè)施的樁基礎(chǔ)，如天津市塘沽區(qū)金寶大廈、北京奧林匹克公園地鐵站、國(guó)華黃曄電廠、京能官?gòu)d風(fēng)電場(chǎng)、沿海高速公路樂(lè)亭段跨線橋工程、潮汕環(huán)線高速公路及中石油江蘇液化天然氣儲(chǔ)罐樁基工程等。

相較于直型樁而言，擠擴(kuò)支盤灌注樁具有受力良好及沉降量小的特性，在工程中也得到了較廣泛的實(shí)踐應(yīng)用?，F(xiàn)結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)理論研究分析及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，就擠擴(kuò)支盤灌注樁的構(gòu)造、設(shè)計(jì)、施工等方面予以研究，提出相關(guān)建議或要求，以期為擠擴(kuò)支盤灌注樁的后續(xù)理論研究與創(chuàng)新實(shí)踐提供借鑒參考。

1 擠擴(kuò)支盤灌注樁的構(gòu)造及設(shè)計(jì)

1.1 擠擴(kuò)支盤灌注樁的構(gòu)造

擠擴(kuò)支盤灌注樁由樁身、承力盤（岔）、樁根及其樁周擠密土層四個(gè)部分組成（圖1）。在豎向荷載作用下，基于支盤的端承特性主要取決于端承面積及持力層的抗剪強(qiáng)度，支盤形狀對(duì)支盤樁的沉降變形影響不明顯，所以工程實(shí)踐已逐漸將分岔淘汰，僅選擇承載力更大的承力盤，而從節(jié)約材料及減少工程造價(jià)考慮，建議承力盤形狀采用菱形。

承力盤的總盤端阻力是擠擴(kuò)支盤樁極限承載力的重要組成部分，其直徑、形狀、位置、數(shù)量等設(shè)置應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)類型、建筑使用功能與荷載特征以及施工條件與環(huán)境等因素。工程實(shí)踐表明，在對(duì)可塑-硬塑性黏性土層、稍密-密室性粉土和砂土層、中密-密實(shí)性卵礫石層及殘積土層、全風(fēng)化巖或強(qiáng)風(fēng)化巖均可作為承力盤持力層，而淤泥、淤泥質(zhì)土、松散性砂土、可液化土層、濕陷性黃土、膨脹土及遇水喪失承載力的強(qiáng)風(fēng)化巖層均不得作為持力層，并且該持力層厚度一般不宜小于3倍樁徑。當(dāng)然抗拔擠擴(kuò)支盤灌注樁由于其受力特性，承力盤應(yīng)設(shè)置在持力層的下部。支盤發(fā)揮作用有時(shí)間效應(yīng)和位置效應(yīng)，特別是第一個(gè)支盤的位置顯得非常重要，設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮設(shè)置在較好的土層，且與其他支盤保持合適的支盤間距[1]，埋設(shè)深度越淺，原位地應(yīng)力越小，支盤的承載能力被削弱，支盤樁承載力也隨之降低，所以建議在樁的中下部開始布設(shè)首個(gè)承力盤。樁基承載力隨支盤位置向下移動(dòng)而逐漸提高，但是當(dāng)支盤距樁底部小于1/3樁長(zhǎng)時(shí)，支盤位置下移對(duì)樁基承載力影響不顯著[2]，同時(shí)為保證擠擴(kuò)過(guò)程中承力盤腔的完整性，樁根長(zhǎng)度不宜小于2.0倍樁徑。為避免相鄰樁間的承力盤產(chǎn)生應(yīng)力作用的重疊，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，持力層為砂土?xí)r承力盤的豎向中心距不宜小于2.5倍承力盤盤徑，粉質(zhì)黏土?xí)r不宜小于2.0倍承力盤盤徑。在盤間距、盤數(shù)量等條件一定的情況下，盤徑越大，單樁豎向承載力越大，沉降量越小[3]；當(dāng)支盤半徑在2.5～3.0m區(qū)間變化時(shí)，樁頂沉降變形量減少緩慢[2]，這說(shuō)明支盤半徑大于2.5m時(shí)，對(duì)提高樁基極限承載力影響不大，同時(shí)過(guò)大的支盤半徑也會(huì)提高造價(jià)、加大施工難度，再加之隨著支盤的埋深可適當(dāng)減少支盤半徑，所以工程實(shí)踐應(yīng)用中存在最優(yōu)的支盤直徑。

1.2 擠擴(kuò)支盤灌注樁的設(shè)計(jì)

作為最近20年發(fā)展起來(lái)的新樁型，理論及實(shí)踐的積累相對(duì)欠缺，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）要求，為獲得可靠、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)施工參數(shù)，施工前應(yīng)進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，尤其是設(shè)計(jì)等級(jí)高且缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的工程。擠擴(kuò)支盤灌注樁的單樁豎向抗壓承載力特征值的計(jì)算建議采用現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）第5.2.2條。在初步設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)擠擴(kuò)支盤灌注樁的單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算，應(yīng)包含單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值、單樁總極限岔端阻力標(biāo)準(zhǔn)值、單樁總極限盤端阻力標(biāo)準(zhǔn)值和單樁總極限樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值等四個(gè)方面。基于擠擴(kuò)支盤灌注樁的多段變截面，其沉降機(jī)理較復(fù)雜，至今尚無(wú)理論嚴(yán)密且簡(jiǎn)便易行的計(jì)算方法，就目前理論研究及實(shí)踐積累證明，在同等荷載及地質(zhì)條件下，其沉降小于等截面灌注樁的沉降，如直接按照現(xiàn)行《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）來(lái)計(jì)算擠擴(kuò)支盤灌注樁的沉降是偏保守的，采用工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)予以修正很有必要，后續(xù)對(duì)經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)的確定，是工程理論研究及實(shí)踐人員努力的方向。

2 擠擴(kuò)支盤灌注樁的施工

2.1 擠擴(kuò)支盤灌注樁的施工設(shè)備

（1）成孔設(shè)備：成孔設(shè)備可以采用傳統(tǒng)混凝土灌注的成孔設(shè)備，主要有沖擊鉆機(jī)、沖擊抓、旋挖機(jī)、螺旋鉆機(jī)、潛水鉆機(jī)等。

（2）支盤擠擴(kuò)設(shè)備：承力盤的總盤端阻力是擠擴(kuò)支盤灌注樁極限承載力的重要組成部分，因此擠擴(kuò)支盤的成型質(zhì)量是擠擴(kuò)支盤灌注樁施工質(zhì)量的關(guān)鍵，最初使用夯擴(kuò)式支盤成型機(jī)，隨著液壓式擠擴(kuò)支盤成型機(jī)的出現(xiàn)，施工工效與質(zhì)量都有很大提高。目前使用較廣泛的有三岔雙缸雙向液壓擠擴(kuò)成型機(jī)（圖2），它是通過(guò)液壓動(dòng)力推動(dòng)與雙向油缸相連接的內(nèi)外活塞桿位移，帶動(dòng)三對(duì)等長(zhǎng)擠擴(kuò)臂將支盤部位的土體擠擴(kuò)成承力岔腔或盤腔，具有盤（岔）腔成型質(zhì)量好，成型機(jī)能與樁孔軸心準(zhǔn)確對(duì)中的特點(diǎn)。

圖2 擠擴(kuò)裝置

（3）其他輔助施工設(shè)備：主要有起重設(shè)備、地面液壓站、承力盤直徑檢測(cè)器、刻度盤、接長(zhǎng)桿等。通過(guò)起重設(shè)備的升降來(lái)主動(dòng)調(diào)節(jié)擠擴(kuò)設(shè)備的入孔深度；地面液壓站除提供液壓動(dòng)力之外，其壓力表指示數(shù)可以只管準(zhǔn)確地顯示首次擠擴(kuò)壓力，從而反映該處地層的軟硬程度；承力盤直徑檢測(cè)器是承力盤徑專用檢測(cè)裝置，操作方便，測(cè)試精度高于井徑儀和超聲波孔壁測(cè)定儀等；刻度盤主要用于控制支盤擠擴(kuò)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)角度。

隨著大盤徑施工需求的增加、施工工效及精度的提高，未來(lái)擠擴(kuò)支盤灌注樁的施工設(shè)備應(yīng)該朝機(jī)械操控智能化、動(dòng)力輸出超強(qiáng)化、集成設(shè)備成套化方向發(fā)展。

2.2 擠擴(kuò)支盤灌注樁施工工藝及控制要點(diǎn)

擠擴(kuò)支盤灌注樁的成孔工藝主要有：泥漿護(hù)壁成孔、干作業(yè)成孔、水泥注漿護(hù)壁成孔及重錘搗擴(kuò)成孔工藝。其施工工藝流程相較普通鉆孔灌注樁復(fù)雜一些，主要增加了擠擴(kuò)支盤的成盤及成盤質(zhì)量控制、檢測(cè)等工序，具體的施工工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 擠擴(kuò)支盤樁施工工藝

施工前應(yīng)根據(jù)土層選用不同的擠擴(kuò)預(yù)估壓力值與擠擴(kuò)設(shè)備，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告土層情況、施工經(jīng)驗(yàn)等預(yù)估擠擴(kuò)最大壓力值并進(jìn)行試擠擴(kuò)成孔，了解各土層的擠擴(kuò)壓力值變化，檢驗(yàn)承力盤腔的成型情況，并詳細(xì)做好記錄，作為施工控制的依據(jù)。擠擴(kuò)過(guò)程中實(shí)際擠擴(kuò)壓力值應(yīng)大于0.8倍預(yù)估壓力值，如發(fā)現(xiàn)土層實(shí)際力學(xué)參數(shù)與地質(zhì)勘察報(bào)告不符或有異常情況，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理工程師反饋。擠擴(kuò)過(guò)程中應(yīng)防止油缸面積小導(dǎo)致擠擴(kuò)壓力不足，弓臂寬度小導(dǎo)致刺入盤腔土體而不是擠密壓實(shí)；還應(yīng)注意泥漿的體積要有明顯下降，這一定程度上反映成盤的質(zhì)量和體積，成盤后使用盤徑檢測(cè)儀對(duì)盤體直徑這一主要指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，確保最終盤徑不小于96%的設(shè)計(jì)盤徑。為防止擠擴(kuò)過(guò)程中出現(xiàn)塌孔，泥漿應(yīng)高出地下水位1m以上，泥漿比重一般控制在1.05～1.25，當(dāng)穿過(guò)易塌孔土層時(shí)控制在1.20～1.35。二次清孔應(yīng)采用反循環(huán)泵吸方式清孔，確保孔底沉渣厚度＜100mm，樁孔垂直度控制在1%樁長(zhǎng)范圍內(nèi)[4]。澆筑混凝土前泥漿比重應(yīng)控制在1.10～1.15，黏度為18～22s[5]。

2.3 擠擴(kuò)支盤灌注樁的質(zhì)量檢查

擠擴(kuò)支盤灌注樁的樁身和承力盤的質(zhì)量及孔底沉渣厚度與基樁承載力密切相關(guān)，除對(duì)基樁承載力和樁身完整性進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)外，施工質(zhì)量檢查還應(yīng)包括成孔、清孔、成腔、鋼筋籠制作及混凝土灌注5個(gè)主要工序，尤其是承力盤的質(zhì)量，涉及承力盤的直徑、標(biāo)高、間距、旋轉(zhuǎn)角度、擠擴(kuò)次數(shù)及首次擠擴(kuò)壓力值等參數(shù)和內(nèi)容。工程樁豎向抗壓承載力檢測(cè)應(yīng)符合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）及《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014）有關(guān)規(guī)定；樁身完整性檢測(cè)主要采用超聲波檢測(cè)，承力盤采用取芯的方法檢測(cè)，支盤樁全樁身采用跨孔超聲波、熱異常檢測(cè)的方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

相較于直型樁，擠擴(kuò)支灌注盤樁具有良好的受力特性及較小的沉降變形，但是作為一種相對(duì)新型的樁型，理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累滯后于工程應(yīng)用需求，在設(shè)計(jì)計(jì)算和構(gòu)造要求方面還沒(méi)形成統(tǒng)一的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在后續(xù)的工程實(shí)踐中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：

（1）目前關(guān)于擠擴(kuò)支盤樁的承載力計(jì)算與沉降變形的研究，有些是基于經(jīng)驗(yàn)公式通過(guò)修正系數(shù)予以修正，所以該修正系數(shù)的確定是工程研究與實(shí)踐人員的一個(gè)努力方向；

（2）支盤的直徑、位置、數(shù)量、間距、形狀等構(gòu)造要求大多也是基于數(shù)值模擬或經(jīng)驗(yàn)積累的建議，尚無(wú)統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

擠擴(kuò)支盤的端承阻力是擠擴(kuò)支盤灌注樁承載力的重要組成部分，擠擴(kuò)設(shè)備是擠擴(kuò)盤腔成型質(zhì)量的關(guān)鍵，未來(lái)要朝機(jī)械操控智能化、動(dòng)力輸出超強(qiáng)化、集成設(shè)備成套化方向發(fā)展。同時(shí)樁身質(zhì)量及孔底沉渣厚度也與基樁承載力密切相關(guān)，所以在施工過(guò)程中還應(yīng)做好施工質(zhì)量控制及檢查工作。