茂名市规划设计研究院 525000
摘要：随着城市建设的发展，高耸结构及地下建筑物大量修建，抵抗上拔荷载作用己成为工程建设中经常需要面临的问题，扩底抗拔桩的应用日益广泛。在华南地区，嵌岩扩底抗拔桩的应用尤其广泛，而在此类桩基础的施工中，成孔和扩底一直是重点，也是难点。利用旋挖钻机配合一些其他设备进行成孔扩底，具有成桩速度快，质量高等优点，有效保证了成孔和扩孔质量，加快了工程进度，提高了施工效率。本文以某项目旋挖扩底基础桩为依托，通过对旋挖扩底桩施工工艺的总结和分析，研究了旋挖扩底桩扩孔和清渣机理。采用了静载试验、钻芯法等多方面试验论证，得出了旋挖扩底桩在软岩地层应用的可靠性，相对传统的人工挖孔扩底桩具有一定优越性。
关键词：旋挖扩底桩；扩孔；清渣；优越性
引言
扩底桩是底部直径大于上部桩身直径的灌注桩，扩底桩底端扩大部分所需混凝土量不多，但是单桩承载力和抗拔力都比等截面桩成倍提高，因此是近年发展的新桩型，按其成桩方式可分为钻孔扩底桩、爆破桩、振冲扩底桩。近几年来，随着高层、超高层、大垮桥梁等建筑的大量建设，建筑物对桩基础的承载力要求越来越高，这使得基础形式所具备的承载力越来越高，大直径灌注桩和扩底桩也成为了此类建筑的主要基础形式。扩底桩与大直径灌注桩相比较而言，能更好的发挥其桩端承载力，单桩承载力的提高，桩身直径的缩小和桩数减小，节省了桩身和承台混凝土，经济效益较明显，近些年也应用较广泛。早期国内地基工程施工经验的欠缺，以及新型设备、技术研究较少，由于成桩工艺的复杂性和对桩底清孔的要求，工程中采用人工挖孔扩底桩较多，而钻孔扩底桩较少，人工挖孔扩底桩在基础桩施工中发挥了较为重要的作用。虽然传统的人工挖孔扩底施工工艺能较好的控制桩底沉渣和发挥出桩侧摩阻力，但受地层的复杂性、工期及安全等多方面因素的影响，在现代建筑地基施工中已经难以发挥出应用的作用，甚至有可能影响到工程的进度、质量及安全等问题。因此，研究新型的扩底桩施工工艺，既是桩基施工自身发展的需要，也是工程界的迫切要求。本文通过对旋挖扩底桩在软岩地层中施工工艺的应用及现场静荷载试验结果的分析，总结了旋转扩底桩扩底机理，较好的解决了旋挖扩底桩沉渣问题。通过静载试验、取芯及声波测试等多方面试验的验证所得旋挖扩底桩在软岩地层中应用的可靠性。
1工程概况及地质条件
某项目旋挖扩底灌注桩工程位于茂名市高州地区。该建筑总层数为地下2层、地上33/38层。地上建筑面积为56293.91m2，地下室建筑面积为37199.69m2，主楼采用剪力墙结构，基础形式为桩承台基础，基础持力层为中风化泥岩层，地基基础设计等级为甲级。基底以下地层主要为粘土、含卵石粘土、全风化泥岩、中风化泥岩。本工程选取6#楼为实验研究对象，基础桩施工深度内主要为粘土层、强风化泥岩和中风化泥岩，桩端进入中风化泥岩约3～5m。桩基施工工艺为旋挖扩底，设计持力层为中风化泥岩，桩声混凝土强度等级为C30，桩径为900mm，扩孔直径为1100mm～1500mm，总桩数为102根。
2旋挖扩底桩扩底和清渣机理
传统的人工挖孔基础桩中设计扩底形状主要通过桩底扩大头增加桩端有效面积，从而提高桩端承载力，使扩底桩成为以桩端支撑为主、桩周侧摩阻力为辅的桩型。而旋挖扩底桩是先采用干式钻头钻进取土至桩端持力层，再换成扩孔钻头，放入孔内向两侧扩孔，扩孔孔径到位后，钻头自动向下扩孔，当钻进困难时，停止扩孔，换成比扩孔钻底盘小一个规格和钻头进行清渣和引孔，引孔深度不超过设计深度。引孔完成后，再换成扩孔钻头，若扩孔段较长，则需分段进行扩孔。采用旋挖扩孔施工工艺对孔型的局部改变，一方面保证了桩端有效面积的增大，提高了桩端承载力；另一方面桩底形成与不扩孔段等直径的形状，两侧沉渣便于沉入孔底，采用平底清渣钻头进行清渣，平底清渣钻斗是在双底捞渣斗基础上经过改进，在钻斗底部只留一个较窄的进渣口，同时进渣口上方设有止回钢板，清渣时，钻斗向下旋转切入渣土时，渣土及泥水进入渣斗内，渣斗向上提升时，止回钢板关闭，渣土及水均在渣斗内，只有少量水会流出斗外，孔底少量的泥浆通过水下浇筑混凝土的方式进行清除，保证孔底沉渣满足规范设计要求。
3旋挖钻机扩底桩施工工法
旋挖钻机扩底桩施工工法是在旋挖钻机施工工法基础上建立起来的扩孔灌注桩施工工法。这套由计算机组成的施工管理装置，配套全液压扩孔铲斗、电脑影像追踪显示系统、液压油管同步升降装置、无线深度仪、伸缩度信号发射接收装置等，利用旋挖钻机钻杆下端配备的全液压扩孔铲斗进行切削挖掘，形成有锥度的扩底桩。扩底桩能大幅提高桩的承载力，从而减少桩的数量或减小桩径，如果持力层地质选用合适，还可以缩短桩的长度。
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3.1旋挖钻机扩底桩施工工法的特点
（1）由于采用液压驱动，地质适应性强，适合各种复杂的地质条件，如硬土层、粉砂层、砂层、风化岩等。（2）桩径可在1～3m范围自由变更，扩孔径可在2～4m范围内合理选择，能大幅提高单桩承载力和抗拔力。（3）施工过程可进行监控。由于配备电脑影像追踪显示系统、无线深度仪、伸缩度信号发射接收装置等设备，施工人员可随时查看扩孔桩的具体信息。（4）具有无噪声、无振动、不出泥浆、原始土外运、减少环境污染等优点，降低了投资成本，可满足节能环保的要求，是目前适用于各种桩基础工程理想的施工工艺。
3.2旋挖钻机扩底桩施工流程
具体施工步骤如下：（1）钻机定位、电脑命令设置。按照设计要求，预先将中间扩大、底部扩大的扩孔桩设计数据及指令——桩直径、桩长、扩孔径、扩孔深度等输入电脑，由施工管理人员根据这些数据进行操作管理。（2）开始直孔钻进。（3）埋设护筒。（4）注入膨润土。（5）继续钻直孔至预定深度。（6）换装扩底斗。（7）进行扩底施工。铲斗边旋转边加压钻进，并在钻进中边旋转边伸展斗门，挖掘出的泥沙收容在桶式铲斗中。桶式铲斗闭合后提升钻杆，将泥沙带到地面，如此反复提升、卸土，最后将桩孔中扩孔部分挖掘成支盘空腔。操作人员通过电脑追踪显示装置进行监控调整。（8）测量钻孔深度和扩孔孔径。（9）下钢筋笼。（10）插入吸管。（11）用气泵排除孔底的淤泥。（12）灌注混凝土桩。（13）现场挖底灌注桩完成。
4现场试验检测
4．1静载试验
本工程试验选取了有代表性的3根桩进行单桩竖向静载试验。试验反力采用平台堆重，采用两台6300KN的液压千斤顶分级施加荷载，压力由0.4级压力表测定。沉降由综合精度为0.3%位移传感器测定。从静载试验检测结果来看，该工程钻孔灌注桩86#桩承载力特征值不小于4440.00KN，34#桩承载力特征值不小于5075.00KN，7#桩承载力特征值不小于3860.00KN，均满足设计要求。
4．2钻芯法
钻芯法为抽取总桩数的10%且不少于10根进行检测试验。钻芯检测孔数为每根受检桩钻取1—2个孔，在距桩中心10—15cm左右的位置开孔。从钻芯法检测结果来看，其桩端岩土天然单轴抗压强度为4.30—6.10MPa，均不小于4.2MPa，桩底沉渣厚度均小于50mm，均满足设计要求。
4．3低应变检测、声波透射法
低应变是在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身在明显波阻抗界面或桩身截面积变化部位，将产生反射波。经接受、放大和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，判断桩身完整性。声波透射法是置于被测桩声测管中的发射换能器把发射系统送来的信号转换并向桩身内辐射，被装在另一个声测管中的接受换能器接受。接受到的声波信号随砼的质量、缺陷的性质的客观情况，产生不同的物理现象，使接受信号的传播时间、声波的振幅、频响特性以及脉冲波的波形、波列长度发生变化，即可对桩身是否完整、致密及缺陷是否存在及其分布情况做出判断。从本工程声波透射法检测的11根桩来看，均为Ⅰ类桩，桩身结构完整；从低应变所测得102根桩来看，均为Ⅰ类桩，桩身结构完整。
5结论
本文以茂名高州某项目旋挖扩底灌注桩为工程实例，研究了旋挖扩底桩的扩底及清渣机理，通过多方面试验手段的验证，得到了在软岩地层应用旋挖施工扩底基础桩等类似的工程实践的研究成果，主要结论如下：（1）针对人工挖孔扩底桩在较复杂地层应用所存在的不足之处，提出了一种新型的扩底桩施工工艺即旋挖扩底桩，这种施工工艺能较好的缩短工期，降低人工挖孔存在的安全隐患，从而带来一定的经济效益，从技术及经济的角度上相比传统的人工挖孔扩底桩具有一定优越性；（2）对旋挖扩底桩在软岩地层中的应用施工工艺总结和分析，提出了旋挖扩底桩的扩底和清渣机理，能较好的应用到工程实践中；（3）对旋挖扩底桩施工的基础桩质量采取静载试验、钻芯法等多方面试验论证，得出旋挖扩底桩在软岩地层中应用的可靠性，今后可应用到类型的工程。
参考文献
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论文作者:钟文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
标签：承载力论文; 泥岩论文; 工程论文; 钻机论文; 地层论文; 钻孔论文; 直径论文; 《建筑学研究前沿》2017年第15期论文;