摘要：本文结合工程实例介绍了DX桩的特点和施工要点，通过对DX桩和普通直孔桩两种方案进行比选，分析了DX桩的优势，与普通直孔灌注桩相比DX桩在承载力和沉降变形方面都有了很大的改善和提高，其应用可以节约原料、缩短工期、降低造价。
关键词：DX桩；施工技术；挤扩机；经济效益
Application of DX Piles in a Pile Foundation Project
Zhou Jing1,2, Wu Hao1,3, Niu Junhui4, Zhou Guojun5
(1.China University of Geosciences, Beijing 100083, China;2.China National Administration of Coal Geology, Beijing 100038, China;3.The Second Exploration Bureau of China National Administration of Coal Geology,Zhuozhou Hebei 072750, China;4.Comprehensive Construction Survey and Design Institute Co. Ltd, Beijing 100007, China;5. Building Research Institute of MCC group, Beijing 100088, China)
Abstract:Combining with engineering practice,this paper introduces the characteristics and construction points of DX pile.Compared with the diameter pile,whether in the bearing capacity and settlement of deformation, DX pile is greatly improved and enhanced.It can also save raw materials,shorten
construction period and reduce construction cost.
Key words:DX pile; construction;squeeze equipment; economic benefit.
1 引言
DX桩是近年来在等截面灌注桩基础上发展起来的一种新型桩基，由于其承力盘的存在，导致桩的荷载传递机理与普通直孔桩有很大的不同，无论是在承载力和沉降变形方面，桩比普通直孔桩都有了很大的改善和提高，在高层建筑、工业厂房、电厂、桥涵、建筑物纠偏等桩基施工中应用[1-3]。DX桩可在黏性土、粉土、中密及中密以上的砂土层、强风化岩层中成桩,其充分利用桩身长度范围内各较硬土层的潜力，具有施工简便、造价低、承载力高、沉降量小的优点[4-5]。本文以DX桩施工技术在某桩基工程中的应用为例，简要介绍其工程概况、DX桩和普通直孔桩两种方案比选以及施工工艺，旨在为类似桩基工程提供参考。
2 工程概况
某干混砂浆生产厂拟建项目为新建厂房、库房及配套建筑，项目建设用地面积为27480m2，新建建构筑物占地面积为8250m2，其中包括办公区约900m2，抗菌剂生产线约1500m2，成品库约2040m2，托架库约600m2，原料库约900m2，湿砂堆棚约750m2，散装储存仓4个，料仓12个，以及配套的办公生活区；除料场外，设备基础为独立柱基，办公生活区、厂房为条形基础或独立柱基，基础埋深约为2.0～5.0m。
区内的主要车间均位于厚达11m～12.5m的新近堆填的杂填土层上，该杂填土以房渣土为主，含有大量砖头、瓦片、灰渣并夹有总重500吨的玻璃纤维。
3 工程地质条件
工程场地上部为填土，以下为一般第四系冲洪积层，共分五大层。场地地层自上而下描述如下：
①1杂填土层：杂色，以房渣土为主，含大量砖头、瓦片、灰渣，局部夹废弃玻璃纤维。湿，松散。地层厚度0.40～12.50m。
①2素填土层：黄褐色～褐黄色，以粘质粉土为主，局部为粉质粘土，含少量砖渣、灰渣及植物根茎。湿，松散。层厚0.30～5.50m。
①层地层厚度0.70～12.60m，层底标高24.70～38.49m。
②1粉质粘土～粘质粉土：褐黄色，含云母，氧化铁，湿，中高压缩性土，土质不均，局部为高压缩性土。层厚0.60～1.80m。
②2粘质粉土～砂质粉土：褐黄色，含云母，氧化铁，局部接近粉砂。湿，中密，中压～中低压缩性土。层厚0.80～5.20m。
②层局部夹粉砂透镜体或粘土薄层，局部因填土较厚地层缺失，②层地层厚度1.00～6.80m，层底标高31.69～34.74m。
③1粉质粘土：褐黄色，含云母及少量有机质、贝壳碎片，夹粘质粉土及砂质粉土薄层，局部为粘土及重粉质粘土。湿，可塑，局部呈软塑，中高压缩性土。层厚0.40～5.90m。
③2粘质粉土～砂质粉土层：褐黄色，含云母及少量有机质，夹粉砂及粉质粘土透镜体。湿，中密，中压～中低压缩性土。层厚0.20～3.00m。
③层地层厚度0.40～8.50m，层底标高24.60～27.91m。
④1粉质粘土层：褐黄色～中黄色，含氧化铁、云母，夹粘土及重粉质粘土透镜体。湿～饱和，可塑，中高～中压缩性土。地层厚度0.40～5.80m。
④2粘质粉土～砂质粉土层：褐黄色，含氧化铁、云母，夹粉质粘土薄层。湿～饱和，中～中上密，中压缩性土～中低压缩性土。层厚0.30～4.30m。
④3粉砂：褐黄色，含石英、长石及云母、氧化铁，土质不均。湿～饱和，中密，该层不连续，以及透镜体或薄层形式存在于④层中下部。地层厚度0.30～2.30m。
④层局部夹粉砂透镜体或粘土薄层，地层厚度2.40～11.90m，层底标高15.11～24.19m。
⑤碎石层：杂色，密实，一般粒径3～5cm，级配中，以角棱形为主，充填粘土及中粗砂约30％，最大粒径大于10cm。饱和，可塑～硬塑，中低压缩性，局部中高压缩性土。该层未揭穿，揭露厚度1.20～4.40m。
⑤1粉质粘土～粘质粉土层：褐黄色～黄绿色，微风化，含氧化铁、云母，偶见碎石，湿～饱和，中上～密实，中压～中低压缩性土。层厚0.30～1.50m。
⑤2细砂：暗褐黄色，含石英、长石及云母、氧化铁，砂质不纯，含碎石。饱和，中上密，该层不连续，以及透镜体或薄层形式存在于⑤碎石层顶部。地层厚度0.30～1.80m。
4 方案比选
根据该工程地质条件以及地基勘察单位的建议，首先用强夯对整个场地进行满夯处理（4m×4m）；厂房轴线上使用柱锤冲扩碎石桩处理。搅拌塔载荷大，需使用桩基础，搅拌塔下可以采用两套桩基方案，其一为使用普通直孔灌注桩，其二为使用DX桩。
当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定普通直孔灌注桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式[6]估算:
式中：QBk为单桩总极限盘端阻力标准值；qBik为单桩第i个盘的持力土层极限盘端阻力标准值；η为总盘端阻力调整系数，单个和2个承力盘时η=1.00,3个及3个以上承力盘时η=0.93；ApD为在水平投影面上的承力盘（扣除桩身设计截面面积）设计截面面积ApD=(D2-d2)π/4；D为承力盘设计直径；d为桩身设计直径。
本工程普通直孔灌注桩和DX桩桩基经济比较方案如表1所示。
在桩径为600mm，长度为26m时，DX桩预估单桩极限承载力标准值和单桩承载力特征值较普通直孔灌注桩提高106.06%，单方混凝土提供的极限承载力提高29.66%，单位承载力所需费用降低37.38%。本工程最终放弃普通直孔灌注桩而采用了DX桩。
5 施工工艺
根据设计要求和本工程地质条件、工程特点，为保证工程质量，提高工作效率，本工程灌注桩采用旋挖钻机钻机泥浆护壁成孔，全自动液压三岔双向挤扩装置挤孔成盘，使用商品混凝土，混凝土采用水下导管灌注法。
5.1 施工工艺流程
针对工程施工工艺特点，本试桩工程采用的主要设备及工具如下表：
施工准备→测量定位→埋设护筒→钻进成孔→第一次清孔→成孔检查→挤扩支盘→测量盘径→下放钢筋笼→下放导管→第二次清孔→灌注混凝土→起拔护筒→桩无损检测
5.2 测量定位
桩位测量定位采用全站仪放样，要求误差小于5mm；孔口附近地面标高和护筒顶标高采用水准仪进行测定，要求误差小于10mm。
5.3 埋设护筒
护筒由3~5mm钢板卷成，高度3~4m左右，上方留有0.4×0.4m2出水口，护筒上方边缘均匀分布4根焊接“U”形吊耳。钢护筒垂直埋设，护筒中心与桩中心重合，周围用粘土夯实，以防渗漏。埋设护筒长度不宜短于6米，埋设护筒时用水平尺检查垂直度,护筒顶一般应高出原地面0.3m以上,以便钻头定位及保护桩孔。护筒底脚处及周围用好粘性土夯实，防止土因浸泡从护筒底脚处渗漏，造成塌方。
5.4 钻孔
（1）旋挖钻机采用筒式钻头,在孔内将钻头下降到预定深度后,旋转钻头并加压,将旋起的土挤入钻筒内,待泥土挤满钻筒后,反转头,将钻头底部封闭并提出孔外,人工或自动开启钻头底部开关,倒出弃土。
（2）在钻进过程中或将钻头提出钻孔外后,向孔内注浆,泥浆液面不得低于二分之一的护筒高度。由于场地土层主要为粉砂及粉土，如果泥浆相对密度小,保护作用不够,在施工中易发生塌孔。孔底预留500mm,待挤扩后清孔时一并清出。
（3）在钻孔过程中，要随时监测稳定液的液面高度，当下降时要及时补充稳定液，施工要连续作业，不允许长时间晾孔。
（4）由于地质条件比较复杂、软硬程度不一样,钻头在钻进的过程中可能会偏离中心,所以在钻进过程中每个作业班通过控制桩检查桩位,如有偏差及时调整钻机位置,确保孔位偏差在允许范围以内。
5.5 清孔
（1）钻孔达到设计深度后，进行第一次清孔。第一次清孔后，孔内排出的泥浆比重为1.2~1.3，即可认为清孔合格。
（2）灌注混凝土前，进行第二次清孔，孔底的沉渣厚度应小于100mm，孔内泥浆比重应小于1.2~1.3，含砂率≤8%，粘度≤28s。
5.6 挤扩承力盘及盘径检测
（1）挤扩机入孔前测量孔深。挤扩机入孔时应注意保护护筒的标高。
（2）将挤扩机下至底盘设计位置，自下而上实施挤扩。盘的数量和位置按照设计要求施工，并认真记录每次的挤扩压力值。为取得较高的首次挤扩压力值，允许将盘位在设计深度+1.5m范围内作适当调整，调整后的位置要做好记录。
（3）每盘挤扩8次，每次转动约17°，依次挤扩完成盘腔。第一次挤扩后，每次参照孔口角度盘转角约17°再进行挤扩，每盘共完成7次转角，8次挤扩，最后形成承力盘腔。
（4）在挤扩过程中，要随时监测稳定液的液面高度，当下降时要及时补充稳定液。
（5）挤扩设备出孔后量测孔深，并记录沉渣厚度。同时用DX盘径检测器对承力盘成型效果进行检测。DX盘径检测器（如图1）的三对测杆与挤扩施工专用的DX挤扩设备挤扩臂尺寸、张开角度相等，检验方法是利用该装置的三对测杆在盘腔处张开下滑时副绳与主绳零点（始点）的落差，与三对测杆张开角度的几何关系而测得盘腔直径。该检测器的特点为结构简单，操作方便，检测准确。检测时，提紧主、副绳将盘径检测器缓慢放至孔内被测盘腔深度，松开副绳，三对测杆自重下落，主副绳稍作调整，测杆即张开位于挤扩盘腔内，此时，观察记录主、副绳零点（始点）落差，并根据落差和盘径换算关系表（实际量测检测器获取），查得实际挤扩盘腔直径。盘径允许偏差为-50mm。
5.7 钢筋笼制作及安装
（1）钢筋笼采用集中分节制作孔口搭接焊的方法，纵向钢筋采用单面焊，焊接长度为10d，焊点错开，在任一焊接接头中心至长度为500mm区段范围内，接头面积不超过钢筋总面积的50%。钢筋笼的焊接质量如直径、间距等外形尺寸、焊缝长度及钢筋笼断面接头间距等，均应符合设计要求。
（2）下放钢筋笼时应按有关技术要求进行，特别要保证钢筋笼对准孔位垂直下放，防止钢筋笼下端钢筋戳碰孔壁引起孔壁坍塌。操作时应继续保持稳定液的相对密度及液面高度。
5.8 下放导管
导管不得有弯曲、凹陷，接头须用密封圈阻水，使用前应试拼装并做压力充水试验。导管安装须在钢筋笼安装后抓紧进行，导管入孔深度控制在距孔底500mm左右，起吊导管时应注意卡口是否卡牢，避免脱卡事故。
5.9 灌注混凝土
本工程采用商品混凝土，水下导管灌注法。
（1）混凝土控制：混凝土严格遵照该标号配合比进行拌制。混凝土应保证搅拌均匀、和易性好，坍落度宜在180～220mm。按规范要求制做混凝土试块。
（2）混凝土灌注：导管采Φ250mm灌浆管，导管间用丝扣连接，密封要好，采用气球作隔水栓。混凝土灌注应连续、紧凑，不得中断。每次起拔导管时需测量混凝土埋置深度及导管长度，保证导管埋入混凝土面，严禁将导管拔出混凝土面，造成断桩事故。
（3）灌注质量：充盈系数不得小于1.0，也不得大于1.3。灌注桩采用水下混凝土施工工艺,水下混凝土应优先采用初凝时间长的水泥,应掺缓凝剂,并应尽可能压缩灌注时间。在灌注后期, 由于灌注深度减小,顶托力减小,导致桩顶混凝土并非后灌混凝土顶升所至,而是后灌混凝土与首批混凝土混合而成,因首批混凝土污染严重,夹有大量泥沙、杂质,强度低,这样,桩头混凝土质量便很难达到设计要求。因此最后一批混凝土灌注时,要适当增加数量,至少应使接桩位置20cm 以上为后灌混凝土。灌注完成后,立即将表层浮浆及首批混凝土大部分清除掉,接桩时,必须要凿到质量好的混凝土层,试桩桩头要作加固处理。要特别注意桩身上部8m内混凝土的质量,因为这部分承受的内力最大,施工条件最不利,是桩基施工中的薄弱环节。
6 施工检测
本工程施工结束后，由业主委托第三方对支盘灌注桩进行高应变动力检测和低应变检测。选取支盘灌注桩总数的30%进行低应变完整性检测，结果一类桩占91%，二类桩占9%，未发现三类桩，说明桩身完整性满足规范和设计要求，质量良好。选取支盘灌注桩总数的10%进行高应变动力检测， 单桩竖向极限承载力满足设计要求。
基础开挖后，现场检查结果表明：（1）所有支盘灌注桩位准确，桩位偏差均在规范要求内；（2）钢筋笼混凝土保护层厚度满足设计要求，无露筋现象；（3）钢筋笼定位准确，没有上浮和下沉现象；（4）支盘灌注桩无桩身夹泥、缩径、表面蜂窝等缺陷，桩身质量良好；（5）桩头保护桩长度均大于50 cm，桩头质量良好。
7 结论
（1）DX桩施工时应严格按规程操作并做好详细记录，尤其要控制好转角值和挤压值，做好盘径检测工作，确保施工质量。
（2）在合适的地质条件下，选择使用DX桩，较同等长度和直径的普通直孔灌注桩的预估单桩极限承载力标准值和单桩承载力特征值承载力有显著提高。
（3）DX桩具有适用范围广，单桩承载力高，可减少工程材料使用量，降低工程成本，缩短工期，具有良好的经济效应。
参考文献：
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[4]王晓阳,戴国亮,唐佳男,邓会元.桥梁支盘桩基础内力监测分析[J].工程勘察,2017,45(01):16-22.
[5]徐惠,许立军.挤扩支盘灌注桩在河道软基地区的应用[J].建筑技术,2016,47(03):210-212.
[6]中国建筑科学研究 院．JGJ94—2008 建筑桩基技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008
[7]北京中阔地基基础技术有限公司．JGJ171—2009 DX桩设计规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2009．
论文作者:周兢
论文发表刊物:《建筑实践》2019年11期
论文发表时间:2019/10/30
标签：混凝土论文; 承载力论文; 粘土论文; 压缩性论文; 导管论文; 钢筋论文; 土层论文; 《建筑实践》2019年11期论文;