浙江省第七地质大队 (浙江省浙南综合工程勘察测绘院 ） 310012
摘要：挤扩支盘混凝土灌柱桩是在传统等截面钻孔灌注桩基础上发展起来的一种新型结构桩型，与普通钻孔混凝土灌注桩相比，挤扩支盘桩可以提高承载力，节约材料，缩短工期，减少工程成本，取得良好的经济和社会效益。
关键词：挤扩支盘混凝土灌注桩 普通灌注桩 对比分析
1、前言
随着我国经济的飞速发展，城市建设规模日益增大，作为人类生活主体部分的建筑地位也日益突出，建筑的安全性能要求越来越高。特别是对于高层建筑，钻孔灌注桩是桩基础中常见的一种基础形式，因其在施工时无震动、不挤土、并具有较高承载能力、沉降小等优点，而被广泛应用。挤扩支盘混凝土灌注桩是在等直径灌注桩的基础上进行了技术创新，主要方法是利用专用的液压挤扩器在桩身中下部性质较好土层中扩大桩身不同的截面直径，形成支状或盘状，使桩与土的接触面积变大，来提高承载力，笔者在近期的工程项目中遇到了挤扩支盘混凝土灌柱桩的应用，该桩基与普通灌注桩对比发现，能够有效的缩小桩径、减少桩长，比等直径桩承载力可提高35-40%，可以大大节约工程基础造价。
2、工程介绍
湖州某棚户区（城中村）安置房工程，项目总用地面积151242m2，净用地面积113070.0m2，地上建筑面积255538.2m2。本次其中6栋高层建筑(层高为29层5栋，23层1栋)均采用挤扩支盘混凝土灌注桩基础，上部为框架剪力墙结构体系，桩顶标高-7.0m，持力层为10#细砂或11#粉质粘土，设计桩长55.6~57.2m，单桩竖向承载力特征值≥4500kN。
①地形地貌
该测区属杭嘉湖平原区，沉积地貌属湖沼积平原，浅部~中上部土质性质较差，中下部土质性质较好，强风化基岩埋深在74.6~81.9m。场地地势平坦，原场地为耕地。场地不良地质作用不发育，新构造运动不明显，地震活动微弱，区域稳定性较好。
②地层特征
根据钻探揭露，按地基土时代成因、物理力学性质特征差异，对场地地基土进行了如下细分：
1-1层杂填土：杂色，稍湿~湿，松软；1-2层素填土：灰色，湿，松散；1-3层耕土：灰色，湿，松软；1-4层塘泥：灰褐~灰黑色，流塑；2层粉质粘土：灰、灰黄色，软塑；3层淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，厚层状；4-1层粉土(粘质粉土)：灰色，稍密，湿；4-2层粉质粘土夹粉土：灰色，软塑，土质不均，切面粗糙；4-3层粉土(粘质粉土)：灰色，稍密~中密，切面粗糙；5层淤泥质粉质粘土(粉质粘土)：灰色，流塑，在22m以下渐变呈软塑，局部相变呈粉质粘土；6层粉质粘土：青灰~灰黄色，可塑，局部软塑；7层粉质粘土夹粉土：灰、青灰色，软可~可塑为主，局部软塑；8a层粉质粘土：灰兰、青灰色，可塑渐变呈软塑；8层细砂：浅灰色，中密，饱和，土质均一；9a层粉质粘土：灰兰渐变呈青灰色，软塑~可塑，切面光滑；9层粉质粘土：灰绿、青灰渐呈灰黄、黄褐色，可塑~硬可塑，切面稍光滑；10层细砂：灰色，中密~密实，饱和，土质均一；10a层含细砂粉质粘土：相变层，兰灰、青灰、灰黄色，软可塑，切面粗糙；10b层含细砂粉质粘土：相变层，灰褐、青灰色，软可塑，切面粗糙；11层粉质粘土：青灰、灰黄色，可塑~硬可塑，切面稍光滑；12层粉质粘土夹碎石：灰黄色，可塑~硬可塑，切面粗糙，碎砾石含量20~50%；13-1层全风化泥岩：棕红夹灰黄色，硬可塑，原岩结构基本破坏，干钻尚可钻进，岩芯呈粘土、砂土状；13-2层强风化泥岩：棕红色，泥质结构，层状构造，局部见粉砂质泥岩、含砾粉砂质泥质等，风化裂隙很发育，岩石结构大部分破坏，岩芯呈砂土夹碎石状，局部见少量岩块，易碎，遇水易软化，脱水易崩解，强度低，轻度锤击易碎裂，岩石基本质量等级为Ⅴ级；13-3层中风化泥岩：棕红色，泥质结构，层状构造，局部见粉砂质泥岩、含砾粉砂质泥质等，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状~碎块状，局部呈中长柱状，遇水易软化，脱水易崩解，强度较低，轻度锤击易碎裂，属软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ~Ⅴ级。采芯率80～92.5%，RQD48.9～56.78。根据实内岩石抗压试验饱和单轴抗压强度经数理统计抗压强度为1.7～4.1MPa，平均2.53MPa，标准值2.21 MPa，属极软岩；13-1a层全风化凝灰岩：灰黄色，硬可塑，原岩结构基本破坏，干钻尚可钻进，岩芯呈粘土状；13-2a层强风化凝灰岩：灰色，凝灰质结构，块状构造，风化裂隙发育，岩石结构大部分破坏，岩芯呈碎石状，局部见少量块状，易碎，强 度较低，轻度锤击易碎裂，岩石基本质量等级为Ⅴ级；13-3a层中风化凝灰岩：灰色，凝灰质结构，块状构造，节理裂隙较发育，岩芯呈短柱状~中长柱状，少量碎块状，岩石结构大部分破坏，岩芯呈砂土夹碎石状，局部见少量岩块，强度一般，轻度锤击不易碎裂，属较软岩，岩石基本质量等级为Ⅳ级。采芯率85～97.8%，RQD68.7～86.1。根据实内岩石抗压试验饱和单轴抗压强度经数理统计抗压强度为4.8～12.2MPa，平均8.7MPa，标准值6.28MPa，属软岩。
钻孔地层分布详见地质剖面(图1～2)。
3、挤扩支盘混凝土灌柱桩设计与施工工艺
挤扩支盘混凝土灌注桩是指钻孔或冲孔后，向孔内放入专用挤扩设备，在设计标高位置处挤压出扩大的分岔(分支)或锥形盘状的腔体，放入钢筋笼并灌注砼后，形成由桩的扩径体(承力分岔、承力盘)与桩身组合的桩。
①设计说明
根据设计提供本工程设计采用桩径为Φ800mm挤扩支盘混凝土灌柱桩，总桩数420根。28#、29#、30#、31#楼设计桩顶标高为-3.05m(黄海标高，以下均为黄标)，桩底标高为-58.65m，桩长为55.6m，32#楼设计桩顶标高为-3.05m，桩底标高为-60.25m，桩长为57.2m，33#楼设计桩顶标高为-3.05m，桩底标高为-58.65m，桩长为56.6m。挤扩承力盘直径为1.7m，盘高为0.9m，分别在7#土粉质粘土夹粉土内设置一个，9#土粉质粘土内设置两个，钢筋通长配。详见支盘桩设计详图(图3)
②挤扩支盘混凝土灌柱桩的适用地质条件
从适用的地质条件来看在桩长范围内，场地内可利用的持力层层数越多、厚度越大则支承盘的承载力发挥也越明显，即使某些采用嵌岩桩(软质岩类)，其上有硬土层或砂层分布，除充分利用做承力盘外，嵌岩深度可以减少，桩径可以减小，对提高施工进度和节约工程造价是十分有利的。适合支或盘成型的持力层有硬可塑、硬塑、坚硬的粘性土，中密、密实的粉土和砂土，软质岩层的全风化、强风化带。
③施工中主要工序
挤扩支盘混凝土灌注桩工艺流程在普通灌注桩的基础上，增加了支盘工艺，施工工序多，工艺复杂，质量要求较高，成盘质量的好坏将直接影响桩身质量和桩基承载力的发挥，因而施工比较困难。本段主要根据支盘桩的特点，在实际施工中应控制好以下几个关键工序。
1、支盘挤扩作业的一般顺序
钻成孔后，检测孔深及相应的挤扩技术参数是否达到设计要求，支盘机入孔进行支、盘挤扩作业时，首先应根据设计所确定的支盘挤扩作业工序进行施工。
对于旋挖成孔工法的成盘挤扩作业，一般采用由下向上依次进行挤扩的操作顺序。如果由上向下作业，上盘挤扩后产生的沉渣会阻碍设备到达底盘盘位。
2、支盘机入孔和支盘位置的确定是一个比较关键的操作，应当通过以下几点来保证施工质量：
1)支盘机入孔前应当做空载运行，以检查设备状况是否良好，避免设备在孔中发生故障影响正常施工。
2)入孔时，应当尽量将支盘机与钻孔对中，避免设备入孔或在孔中上下移动过程中刮削孔壁，造成坍塌或大量沉渣 ,影响施工质量 。
3)支盘位置的确定一般要以钻孔护筒标高为基准，计算支盘机工臂中轴与测量基准之间的距离，根据设计要求准确确定支、盘的位置。
3、挤扩作业过程的质量控制
1)泥浆下降量的测量：在挤扩过程中 ,由于挤扩形成的空腔体积V0存在，钻孔中的泥浆液面会发生明显的下降，要认真观察和测量钻孔中泥浆液面的下降高度H，核对泥浆下降量Vx与挤扩空腔容积是否相等或接近，并及时补充泥浆，防止塌孔。另外，当挤扩作业完成，支盘机从孔中提出的过程中，液面也会下降，同样需要及时补充泥浆。
2)压力表读数的观察：液压机压力表的读数反映了所挤扩土层的物理特性和成盘状况，根据压力的变化可以判定承力盘是否位于设计的持力层中，在较硬土层中挤扩时，压力表的压力读数较大。如果出现挤不动或压力太小的现象时，表明土层的局部特性异常，可以根据规范要求适当进行盘位调整中，即向上或向下移动支盘机，移动的幅度一般在上下1-2m的范围内。
3)设备的上浮或下窜：施工过程中要认真观察和记录设备上浮或下窜量，在同一持力层中挤扩分支或承力盘时，每次挤扩的上浮量应基本相同，但不同持力层中挤扩的上浮量不同。
4)设备旋转角度的控制：挤扩承力盘的过程是通过连续旋转支盘机头来完成的 ,通常每次旋转的角度可以根据设计和施工选用的设备规格而定，一般挤扩一个承力盘要旋转支盘机8次～9次，即每次则要旋转20°～22 .5°。施工时应尽量保证转角均匀，从而使成形效果达到最佳，以保证承载力。
5) 液压机油箱液面下降：液面下降是支盘挤扩过程中的又一个比较重要的参数，因为活塞行程达到极限位置时，液压缸内的容积是一个常数，所以，施工中通过油箱液面下降量与液压站油箱横截面积的计算，可以判定工臂挤扩是否达到极限位置，同时一定要注意液压站应尽量保持水平放置，使测量更为准确。
4、挤扩数据特征及状态分析
挤扩施工过程中，应如实详细地记录施工技术数据，并根据各参数的变化判定设备工作状况和挤扩施工是否正常。
1)支盘挤扩过程中，泥浆液面下降量和压力表读数是有规律的，第一次挤扩液面下降量最大、压力最大，最后一次挤扩液面下降量最小压力也最小，其余每次挤扩液面下降量、压力应基本相同，否则，表明转角不均匀。
2)如果泥浆面出现大量气泡，压力值突然变小，可能是严重塌孔，应及时提出支盘机，重新测量孔深。
3)同一支盘每次挤扩，设备的上浮量应基本相同。
4)同一支盘每次挤扩，液压站油箱液面下降量应基本相同。
5、钢筋笼下放 、二次清孔与混凝土灌注
1)钢筋笼下放时，应垂直起吊并缓慢放入孔中，尽量避免与孔壁接触，防止刮伤孔壁或撞击支盘空腔而坍塌。
2)沉渣的存在对承力盘承载能力有较大的影响。钢筋笼下放后，通过导管进行二次清孔，直至检测后泥浆的比重、沉渣厚度均符合规范要求为止。
3)浇灌前，检查混凝土的坍落度是否符合规范要求，并且要严格控制初灌量。施工过程中，可以根据设计计算初灌量的多少，确定或检查混凝土浇灌料斗的容积，根据规范，支盘桩的初灌量应满足高出底盘1m以上的要求，如果实际钻孔深度大于设计孔深，应当根据实际钻孔深度进行计算，合理增加初灌量。
6、严格确保各工序之间衔接
根据实际工程施工质量检验和技术分析发现，从钻成孔到混凝土浇灌完毕的整个工艺过程中，各工序之间的衔接也是至关重要的问题，基本原则就是要尽量缩短各工序之间的停留待工的时间，比如，钻成孔后应当立即进行清孔并实施挤扩，否则会造成塌孔或沉渣沉积过厚而难以清理；支盘挤扩后，立即进行二次清孔并下放钢筋笼，如果时间拖延较长，可能导致挤扩后的支盘腔体坍塌或塌孔现象，这些现象的发生均会导致施工质量的下降。支盘器见下图(图4-5)
4、承载力对比分析
通过对6栋建筑的7只钻孔进行承载力验算，计算公式采用《三岔双向挤扩灌注桩设计规程》(JGJ171-2009)5.1.2和5.1.3中公式。
桩长均按56.6m计算承载力估算值为4573～4597kN，因为本次设计三个承力盘均在7#土和9#土内，计算三个承力盘端阻力为1620kN，占单桩承载力的34-35%，而普通的灌注桩承载力计算值为2963～3133kN，承载力提高效果明显。
若按普通灌注桩设计，单桩承载力按＞4500kN考虑，桩径按Φ800mm通过计算桩长在69.8～75.0m，比现有桩长要加深13.2-18.4m，挤扩支盘灌注桩在同样的地质条件下，可以减少桩长，节约造价，承载力提高明显，而且可以缩短工期等优点。计算值见下表。
5、质量检测
承载力设计值应通过静载荷试验确定。本次检测主要是进行单桩静载试验和低应变试验，为了更好的明确挤扩支盘混凝土灌注桩的试验效果，静载试验按每栋建筑检测2根，低应变全部检测，静载试验占总根数的2.86%，大于规范值。
根据检测单位提供的简报试验报告，检测试验值均满足设计值，该桩型也在本工程中应用效果明显，可以满足建筑物荷载要求。
挤扩支盘的成盘质量好坏，是否有坍塌、缩径、倾斜等现象一般很难做检测，需要在施工中加强对施工质量的管理或落实。
6、结束语
挤扩支盘混凝土灌注桩在浙江一带目前应用不是太广范，它主要受地质情况、桩长、施工质量水平等多方面条件制约，但它也带来明显优势，提高承载力、节约材料、节省造价。在以后的工作中也会多多总结，提高认识度，把它做好推广。
参考文献
[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
[2]《三岔双向挤扩灌注桩设计规程》(JGJ171-2009)
[3]《挤扩支盘混凝土灌注桩》（DB33/T1012-2003）
作者简介：沈永华(1982-)浙江杭州，工程师 单位：浙江省第七地质大队(浙江省浙南综合工程勘察测绘院)
论文作者:沈永华,夏新元
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/3
标签：粘土论文; 承载力论文; 混凝土论文; 钻孔论文; 标高论文; 切面论文; 灰黄色论文; 《基层建设》2017年3期论文;