淺談擠擴(kuò)灌注樁豎向抗壓承載力施工影響因素

呂海濱 張學(xué)忠

擠擴(kuò)灌注樁是在原有等截面鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新技術(shù),擠擴(kuò)支盤樁的機(jī)理特征是用特制的擠擴(kuò)設(shè)備在普通灌注樁的基礎(chǔ)上增加底部擴(kuò)大頭和中間的支盤來提高承載力的。目前成功和廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑等建設(shè)領(lǐng)域,與普通灌注樁相比,能有效地提高樁基承載力、減少沉降、增加安全、降低工程造價(jià)。由于擠擴(kuò)灌注樁承載力大量或大部分由盤端阻力提供,影響抗壓承載力的因素也是比較多的。

1 擠擴(kuò)支盤樁的受力機(jī)理

擠擴(kuò)支盤樁是采用現(xiàn)有樁基機(jī)械設(shè)備成孔,在等截面灌注樁孔身,通過專用裝置液壓擠擴(kuò)成支或承力盤,在所需擠擴(kuò)支或盤的土層,支盤成型設(shè)備施加較大的油缸壓力(10 kPa～28 kPa),最大擠擴(kuò)壓力達(dá)到300 t。因此不僅加大了樁側(cè)、樁端承載面積,同時(shí)還對(duì)分支或承力盤上下的樁周土進(jìn)行了擠密加固,提高了地基土的承載力和樁側(cè)摩阻力。所以擠擴(kuò)支盤樁的受力機(jī)理和承載力性狀比普通灌注樁要復(fù)雜。通過試驗(yàn)研究,支盤樁的承力盤端阻力發(fā)揮滯后于側(cè)摩阻力的發(fā)揮,下盤承載力的發(fā)揮又滯后于上部承力盤的發(fā)揮,隨著樁頂附加應(yīng)力的不斷增加,當(dāng)變形較小時(shí),樁側(cè)摩阻力首先發(fā)揮作用,但變形達(dá)到一定量時(shí),樁側(cè)摩阻力就不再增加,達(dá)到了極限狀態(tài)。承力盤只有達(dá)到一定變形后才發(fā)揮作用,首先是上盤提供承載力,但很快達(dá)到極限狀態(tài),最后承載力的發(fā)揮主要由底盤承擔(dān)。

擠擴(kuò)支盤灌注樁從荷載傳遞機(jī)理看屬于端承摩擦樁或摩擦端承樁,其極限承載力大量或大部分由支盤端阻力提供。由于承力盤面積很大,同時(shí)在豎向設(shè)有多個(gè)承力盤,即使樁荷載突然增大,也不易發(fā)生土體的剪切破壞,對(duì)下盤土體來說,由于其埋深較大,處于三向受壓狀態(tài),其變形特征類似于大直徑樁漸進(jìn)壓縮型破壞模式,這種破壞機(jī)理對(duì)建筑物的安全十分有利。影響承載力的因素有樁身質(zhì)量強(qiáng)度、承力盤直徑大小、擴(kuò)徑率和擴(kuò)大率、承力盤的數(shù)量、承力盤的間距和位置、承力盤(岔)端部土層的特性等等。

2 擠擴(kuò)支盤灌注樁承載力的施工影響因素

2.1 承力盤的擠擴(kuò)直徑

鉆進(jìn)成孔后,將擠擴(kuò)裝置放入孔內(nèi),按設(shè)計(jì)位置自下而上依次擠擴(kuò)形成承力盤腔體,保證承力盤擠擴(kuò)直徑達(dá)到設(shè)計(jì)值。施工中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)承力盤腔體不完整,直徑達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,給工程留下了質(zhì)量隱患。

首先是擠擴(kuò)裝置自身性能,有的擠擴(kuò)裝置油缸行程不自如、不到位,擠擴(kuò)裝置不能完全打開,造成盤徑滿足不了設(shè)計(jì)要求。其次在每次轉(zhuǎn)動(dòng)擠擴(kuò)裝置進(jìn)行擠擴(kuò)時(shí),擠擴(kuò)裝置易側(cè)滑,又回到上次的位置,不能形成規(guī)則的盤腔。再次是操作人員施工責(zé)任心不強(qiáng),擠擴(kuò)盤腔時(shí)已算出擠擴(kuò)次數(shù),人工或機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)擠擴(kuò)裝置完成盤腔,轉(zhuǎn)動(dòng)少或轉(zhuǎn)動(dòng)不到位,直接影響成盤效果。

因此,擠擴(kuò)裝置入孔前先檢查擠擴(kuò)裝置開合程度,不符合要求的嚴(yán)禁使用。擠擴(kuò)過程中加強(qiáng)插桿的固定措施,防止擠擴(kuò)裝置側(cè)滑。擠擴(kuò)裝置放入孔中的深度、接長管的伸縮長度、擠擴(kuò)過程中的轉(zhuǎn)角控制等,均應(yīng)由專人負(fù)責(zé)指揮和操作,并做好詳細(xì)的施工記錄。加強(qiáng)現(xiàn)場工作人員技術(shù)交底,增強(qiáng)操作人員的責(zé)任心,注意觀察操作過程中的各種表象(轉(zhuǎn)動(dòng)角度、油缸行程、液面變化等),嚴(yán)格按《擠擴(kuò)支盤灌注樁操作規(guī)程》施工。配備質(zhì)檢人員跟蹤監(jiān)督,采用井徑儀對(duì)每一個(gè)樁的承力盤進(jìn)行檢查,確保達(dá)到擠擴(kuò)直徑。

2.2 施工區(qū)域巖土層的影響

一般來說,擠擴(kuò)樁的承載能力大量或大部分取決于承力盤端部的阻力,所以盤端持力層的物理力學(xué)特性對(duì)承載力會(huì)產(chǎn)生重大影響。擠擴(kuò)體的設(shè)置位置影響著擠擴(kuò)灌注樁承載力的發(fā)揮。在工程地質(zhì)條件允許的前提下,擠擴(kuò)體應(yīng)盡量設(shè)置在巖土層的中下方,以利于樁身上部樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮。

勘察已提供施工區(qū)域內(nèi)巖土層分布情況,但對(duì)民用樁基施工來說,樁與樁之間的間距是非常小的,勘察報(bào)告具有一定的局限性。這就需要在施工中重視成孔鉆探的班報(bào)記錄,詳細(xì)記錄下巖土層的實(shí)際變化情況,指導(dǎo)擠擴(kuò)支盤的施工。專人記錄支盤擠擴(kuò)成型的首次壓力值,該壓力預(yù)估值應(yīng)由勘察報(bào)告的土層情況、施工人員的經(jīng)驗(yàn)和試樁成孔的數(shù)據(jù)綜合確定。構(gòu)成盤腔的首次擠擴(kuò)壓力值若不能滿足預(yù)估壓力值時(shí),可將盤位在上下0.5 m～1.0 m高度范圍內(nèi)調(diào)整,地層變化較大時(shí),及時(shí)與業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)院溝通,調(diào)整承力盤的位置。最大限度地選擇好盤端持力層,有效發(fā)揮擠擴(kuò)支盤灌注樁的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 施工工序的影響

擠擴(kuò)灌注樁的施工工藝包含成直孔、成盤腔、清孔、安放鋼筋籠和灌注混凝土。施工質(zhì)量檢查是五個(gè)主要工序的檢查,各個(gè)工序之間的緊密銜接又是保證擠擴(kuò)灌注樁質(zhì)量的重要因素。

鉆進(jìn)成直孔,檢查合格后,隨即將擠擴(kuò)裝置緩慢平穩(wěn)地放入孔內(nèi),盡量不刮蹭孔壁,按照設(shè)計(jì)位置依次擠擴(kuò)形成承力盤的腔體。當(dāng)樁距較密時(shí),宜采用跳躍式施工流水順序或適當(dāng)錯(cuò)開相鄰的豎向盤位。

擠擴(kuò)成支盤過程中泥漿體積下降,一定程度上反映成支盤的體積與質(zhì)量,成盤質(zhì)量要求泥漿面有明顯下降。支盤成型機(jī)離孔后,應(yīng)及時(shí)清除孔口拖帶泥皮、泥塊,防止回落孔內(nèi),并立即補(bǔ)充泥漿,保持水頭壓力。使用盤徑檢測儀對(duì)腔體進(jìn)行盤徑檢測,確保盤的數(shù)量、質(zhì)量符合要求后,立即進(jìn)行二次清孔,二次清孔必須用三翼鉆頭進(jìn)行,并控制清孔速度,這樣才能有效地將擠擴(kuò)殘留在孔內(nèi)的泥塊打成泥漿返回地面。及時(shí)下放鋼筋籠,利用導(dǎo)漿管進(jìn)行第三次清孔,合格后灌注混凝土,不得中途停頓防止塌孔。

2.4 清孔效果的影響

清孔效果不同,樁的承載力不同。據(jù)文獻(xiàn)記錄,深長樁的擠擴(kuò)樁施工中,正循環(huán)清孔導(dǎo)致樁底沉渣清除不徹底,試驗(yàn)結(jié)果樁承載力明顯低于反循環(huán)清孔的樁。所以根據(jù)施工現(xiàn)場的情況,選擇反循環(huán)施工工藝或局部氣舉反循環(huán)清孔工藝對(duì)確保滿足承載力的設(shè)計(jì)要求是十分必要的。對(duì)非深長樁,達(dá)不到反循環(huán)施工條件的可采用正循環(huán)施工工藝,采用正循環(huán)要特別注意清孔質(zhì)量。一清、二清要保持一定的泥漿粘度,確保將黏土顆粒帶出,利用泥漿循環(huán)系統(tǒng)(循環(huán)槽、沉淀池、泥漿池)將其有效沉淀。在更換泥漿過程中要循序漸進(jìn),防止泥漿過稀降低懸浮能力,在灌注混凝土前的第三次清孔時(shí),將泥漿參數(shù)逐漸調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)要求。清孔結(jié)束到混凝土初灌的時(shí)間過長也是造成孔底沉渣超標(biāo)的主要原因,因此在清孔驗(yàn)收合格后應(yīng)立即進(jìn)行混凝土灌注。

3 結(jié)語

1)擠擴(kuò)支盤樁其承載力大量或大部分由承力盤端阻力提供,切實(shí)消除施工中的影響因素,確保設(shè)計(jì)承載力,滿足工程要求。

2)擠擴(kuò)灌注施工時(shí),做到精心施工,制定合適的施工工藝,加強(qiáng)施工管理,搞好施工質(zhì)量控制要點(diǎn),保證滿足承載力的設(shè)計(jì)要求。

[1]CECS 192∶2005,擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)規(guī)程[S].

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[4]沈保漢.DX多節(jié)擠擴(kuò)樁的產(chǎn)生及特點(diǎn)[J].工業(yè)建筑,2004,34(6):1-4.