擠擴(kuò)支盤樁在工程中的應(yīng)用

王振玲

1 概述

濮陽(yáng) 220 kV范縣變電站工程，設(shè)計(jì)采用擠擴(kuò)支盤鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，經(jīng)單樁豎向抗壓承載力試驗(yàn)和低應(yīng)變完整性檢測(cè)，單樁豎向抗壓承載力和樁身完整性均滿足設(shè)計(jì)要求。

1.1 場(chǎng)地地質(zhì)概況

工程場(chǎng)地內(nèi)地貌單元屬于黃河沖積泛濫平原，場(chǎng)地地貌較為單一，場(chǎng)地地表多為填土，地勢(shì)平坦，地下水水位埋深 2.6m～2.7m，近3年 ～5年最高水位埋深約 1.0m。場(chǎng)地環(huán)境類別為Ⅲ類，場(chǎng)地為嚴(yán)重液化場(chǎng)地。在該場(chǎng)地上建造變電站必須同時(shí)滿足三個(gè)條件:1)地基承載力要求;2)上部結(jié)構(gòu)物的變形要求;3)抗震性能要求，即處理好地基土的液化問(wèn)題，才能保證變電站的安全性、適用性和耐久性能。場(chǎng)地上部土層承載力較低，天然地基不能滿足變電站結(jié)構(gòu)承載力要求，必須對(duì)地基進(jìn)行處理或采用樁基礎(chǔ)。目前能滿足上述三個(gè)條件的處理方案有復(fù)合地基方案和樁基礎(chǔ)方案。下面根據(jù)上述條件對(duì)這兩種方案分別論述。

1.2 地基基礎(chǔ)方案論證

滿足結(jié)構(gòu)荷載和變形要求的復(fù)合地基方案主要有碎石樁復(fù)合地基和砂樁復(fù)合地基;樁基礎(chǔ)方案有灌注樁基礎(chǔ)、預(yù)制樁基礎(chǔ)等，但兩種方案處理地基機(jī)理不同。碎石樁復(fù)合地基和砂樁復(fù)合地基，采用的是部分土體被增強(qiáng)或被置換形成豎向增強(qiáng)體，由增強(qiáng)體和周圍地基土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載。樁基礎(chǔ)采用是將上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載通過(guò)基樁傳到深部土體，由樁與土之間的摩擦力和樁端阻力來(lái)平衡。

1.2.1 碎石樁或砂樁復(fù)合地基方案

振動(dòng)擠密碎石樁或砂樁在成樁過(guò)程中樁管對(duì)周圍砂層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，使樁周圍的土粒重新排列密實(shí)，孔隙比減小，密實(shí)度增大，這就是擠密作用。通過(guò)擠密作用，提高砂土的強(qiáng)度和砂土地基的承載力，在地震作用下，碎石樁或砂樁可以充當(dāng)排水通道，從而消除砂土液化的可能性，根據(jù)震害調(diào)查表明，當(dāng)?shù)卣鹆叶确謩e為 7度，8度，9度時(shí)，只要砂土的密實(shí)度分別達(dá)到或超過(guò) 55%，70%或80%，即不會(huì)產(chǎn)生液化。但是碎石樁和砂樁復(fù)合地基對(duì)原地基土承載力提高的能力很有限，一般都在 200 kPa以下，再者，根據(jù) JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)要消除地基液化時(shí)，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于基底下可液化土層厚度的 1/2，這樣，要滿足上部結(jié)構(gòu)承載力、變形要求且消除土層的液化，需對(duì)整個(gè)場(chǎng)區(qū)均進(jìn)行處理且處理深度較大，綜合算下來(lái)約需工程造價(jià)為 800萬(wàn)元，造價(jià)較高，并且工期較長(zhǎng)。

1.2.2 樁基礎(chǔ)方案

結(jié)合本工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，樁基礎(chǔ)中的基樁可采用預(yù)制樁、鉆孔灌注樁、擠擴(kuò)支盤樁，支盤樁相對(duì)預(yù)制樁、鉆孔灌注樁等直身樁，其具有承載力高，單樁混凝土量少，抗拔力高等特點(diǎn)，因此特別適合變電站基礎(chǔ)，可在每個(gè)構(gòu)架、支架下面布設(shè)樁，采用獨(dú)立樁基礎(chǔ)，這樣整個(gè)場(chǎng)地約需 800多根樁，總造價(jià)約為 400多萬(wàn)元，比碎石樁約節(jié)省 300多萬(wàn)元，并且能縮短工期。比預(yù)制樁或直身鉆孔灌注樁整體造價(jià)節(jié)約 200萬(wàn)元。因此，本工程采用支盤樁更為優(yōu)越。

本工程在實(shí)際施工時(shí)，也充分驗(yàn)證了上述結(jié)果，整個(gè)工程有效工期僅為 40多天，并且工程造價(jià)也不超過(guò) 500萬(wàn)元。

比較復(fù)合地基方案和支盤樁基礎(chǔ)方案，擠擴(kuò)支盤樁基礎(chǔ)方案具有工期短、造價(jià)低、承載力高、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

2 擠擴(kuò)支盤樁的施工方法

擠擴(kuò)支盤樁全稱為“液壓擠擴(kuò)支盤混凝土灌注樁”，是在常規(guī)鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上，采用專用液壓設(shè)備對(duì)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的土層進(jìn)行多截面擴(kuò)孔，形成多處錐狀或三角形擴(kuò)徑空腔，空腔內(nèi)灌注混凝土后形成多支點(diǎn)的多截面擴(kuò)孔混凝土樁。

2.1 擠擴(kuò)支盤樁的受力機(jī)理

擠擴(kuò)支盤樁的承載機(jī)理首先是利用樁周中下部較好的土層，將荷載通過(guò)支盤傳遞到土層上去，即分層承受荷載。通過(guò)荷載沿深度的擴(kuò)散，不僅減少了樁端荷載，而且還擴(kuò)大了受力面積，從而達(dá)到大幅度提高承載力的目的。由于分層承受荷載，在工作荷載作用下，至樁端的荷載很小，保證了樁端土的穩(wěn)定性。其次，用特制的擠擴(kuò)器在鉆孔孔壁上擠擴(kuò)成支狀或盤狀腔模(其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1)，然后再放入鋼筋籠，澆灌混凝土后即成支盤樁。擠擴(kuò)結(jié)果，使支盤上下端土體得到了壓密，減少了壓縮量，提高了土體內(nèi)摩擦角和壓縮模量，其物理力學(xué)性質(zhì)必然優(yōu)于原狀土。在受力時(shí)，由于支盤周邊土體預(yù)先受到壓密，類似于“預(yù)應(yīng)力”作用，減少了土體承載后的壓縮量，使土體的豎向承載力及抗拔力都成倍地提高。

2.2 擠擴(kuò)支盤樁的施工工藝

目前支盤灌注樁已形成了完整的施工工藝，施工主要工藝流程:

定位放線→校核→埋設(shè)護(hù)筒→樁機(jī)就位并校正→鉆進(jìn)(視場(chǎng)地情況用原土制漿、補(bǔ)漿)→第一次清孔→分支做盤→成孔檢查→吊放鋼筋籠→下導(dǎo)管→第二次清孔→灌注水下混凝土、拔出導(dǎo)管→拔出護(hù)筒→養(yǎng)護(hù)。

2.3 擠擴(kuò)支盤樁的適用范圍

擠擴(kuò)支盤樁可以適用在填土、粘性土、粉土、淤泥與粘土及粉土交互地層和砂卵石地基中，特別是應(yīng)用于濕陷性黃土、液化土層、膨脹土層以及軟弱地基等，也可以用于多層磚混及框架結(jié)構(gòu)建筑，工業(yè)建筑及構(gòu)筑物和高層建筑的樁基工程。

2.4 擠擴(kuò)支盤樁的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

支盤不僅加大了樁端承載面積，同時(shí)還對(duì)支盤上下的樁周土進(jìn)行了擠密加固，改善了地基土的物理特性，提高了地基土的力學(xué)指標(biāo)，提高了地基土的承載力和樁側(cè)摩阻力。在同樣的外荷載作用下，比普通灌注樁的樁長(zhǎng)減短，單方混凝土承載力提高，混凝土量減少，穩(wěn)定性增強(qiáng)，沉降減少，工期提前，造價(jià)節(jié)省;擠擴(kuò)支盤樁可實(shí)現(xiàn)施工中的監(jiān)控與調(diào)整，質(zhì)量比較可靠。可以根據(jù)要求承載力的大小增加或減少樁身支盤的數(shù)量，做到根據(jù)布樁要求選用承載力相近的樁型。與普通灌注樁相比:在樁徑、樁長(zhǎng)相同時(shí)，支盤樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可提高 2倍左右，在單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值相同時(shí)，支盤樁的混凝土量可減少 50%，工程造價(jià)可節(jié)約 20%～30%，施工工期可縮短 30%，建筑物的沉降可減少 50%左右。

擠擴(kuò)支盤樁屬中國(guó)人的專利，這方面的技術(shù)在世界上屬絕對(duì)領(lǐng)先地位，目前已推廣應(yīng)用到歐洲和東南亞的很多國(guó)家，工程應(yīng)用已有幾百例，而且使用情況都非常良好，但是在濮陽(yáng)地區(qū)還是第一次使用。

2.5 擠擴(kuò)支盤樁的質(zhì)量控制和環(huán)保措施

影響擠擴(kuò)支盤灌注樁承載力的主要因素是其樁長(zhǎng)、樁徑、支盤的直徑和數(shù)量，因此質(zhì)量控制主要是保證其樁長(zhǎng)、樁徑、支盤的直徑和數(shù)量。一方面可以從施工過(guò)程中通過(guò)嚴(yán)格的流程控制，另一方面也可以通過(guò)事后的檢測(cè)如取芯、靜載試驗(yàn)、低應(yīng)變、超聲波試驗(yàn)等控制其施工質(zhì)量。

擠擴(kuò)支盤灌注樁相對(duì)于其預(yù)制樁和直身灌注樁對(duì)環(huán)境沒(méi)有什么特殊的污染，不需要采取特殊的環(huán)保措施。

3 結(jié)語(yǔ)

擠擴(kuò)支盤樁為一技術(shù)性很強(qiáng)的樁型，可以節(jié)約投資、大幅度提高抗拔及抗壓能力，工期也可提前，可以很好的提高基礎(chǔ)的安全性和可靠性。

[1] 張質(zhì)衡，吳 科.樁土復(fù)合地基在基礎(chǔ)加固處理中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009，35(14):85-86.