內(nèi)蒙古達(dá)拉特地區(qū)擠擴(kuò)支盤樁使用效果分析

陳玉國 夏繼宗

(1.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北石家莊 050030;2.江蘇中建工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇連云港 222006)

1 概述

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)孔混凝土灌注樁。由于擠擴(kuò)支盤樁施工工藝簡(jiǎn)單，明顯提高樁基承載能力，增加樁基抗震性能等優(yōu)點(diǎn)，目前正越來越多的應(yīng)用到樁基工程中。

鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)是在灌注樁施工中將鋼管沿樁鋼筋籠外壁埋設(shè)，樁身混凝土強(qiáng)度滿足要求后，將水泥漿液通過鋼管由壓力作用壓入樁端的碎石層孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙膠結(jié)成一個(gè)高強(qiáng)度的結(jié)合體。

通過注漿，可以清除樁身周圍殘留的護(hù)壁泥皮，從而增加樁身摩擦力，另一方面水泥漿同樁周土形成樹根狀膠結(jié)物，可明顯提高樁基承載力。

本工程樁基分別進(jìn)行了擠擴(kuò)支盤樁和鉆孔灌注樁后壓漿試樁試驗(yàn)，施工地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市達(dá)拉特旗三坰梁工業(yè)園區(qū)內(nèi)。根據(jù)勘察報(bào)告結(jié)果，本地區(qū)地層條件為:

①層粉砂(Qeol4):以石英、長石及云母為主要成分，局部粉土、細(xì)砂薄層。該層受自然地形及風(fēng)成沉積影響，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)13.0擊～21.0擊。本層土地基承載力特征值(fak)為140 kPa。

②層粉質(zhì)粘土，干強(qiáng)度及韌性中等，多為粉砂與粉質(zhì)粘土互層，水平層理清晰，局部夾粉砂、細(xì)砂薄層，屬于中低壓縮性土。本層統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均23.0擊。本層土地基承載力特征值(fak)為 180 kPa。

③層粉砂層，中密～密實(shí)，以石英、長石及云母為主要成分，可見大量氧化鐵條紋。本層統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)14.0擊～42.0擊，屬于中密砂層。本層土地基承載力特征值(fak)為180 kPa。

④層粉質(zhì)粘土，干強(qiáng)度、韌性中等～高，固結(jié)程度較好，本層統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)為12.0擊～23.0擊，屬于中壓縮性土。本層土地基承載力特征值(fak)為190 kPa。

④1層粉砂，以石英、長石及云母為主要成分，磨圓度，分選性均較好，呈飽和密實(shí)狀態(tài)。本層統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)為20.0擊～27.4擊，屬于密實(shí)砂層。本層土地基承載力特征值(fak)為 210 kPa。

⑤層粉質(zhì)粘土，干強(qiáng)度及韌性中等，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，固結(jié)程度較好。本層統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)為20.0擊～33.0擊，屬于中壓縮性土。本層土地基承載力特征值(fak)為200 kPa。

⑥層粉細(xì)砂，飽和，密實(shí)，磨圓度、分選性均較好，本層以石英、長石及云母為主要成分。統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)62.0擊～150.0擊。本層土地基承載力特征值(fak)為230 kPa。

⑥1層中粗砂，飽和，密實(shí)，磨圓度、分選性均較好，以石英、長石及云母為主要成分。本層統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)為88.2擊～187.5擊，屬于密實(shí)砂層。本層土地基承載力特征值(fak)為 280 kPa。

試樁采用的擠擴(kuò)支盤試樁樁身直徑800 mm，樁長35.39 m～35.45 m，每樁4 個(gè)支盤，支盤直徑1.90 m，支盤高度0.90 m，樁身通長配筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35。

試樁數(shù)據(jù)見表1。

表1 試樁數(shù)據(jù)表

鉆孔灌注樁后壓漿試樁樁身直徑800 mm，樁長37.00 m。灌注樁施工完畢24 h后進(jìn)行后壓漿施工，后壓漿采用水灰比為0.6的水泥漿，每根樁水泥漿注入量為2.5 t。

2 試樁加載試驗(yàn)結(jié)果分析

試樁采用靜載試驗(yàn)方法測(cè)定單樁豎向承載力，即在樁頂逐級(jí)施加豎向荷載，直至達(dá)到最大荷載值。在加載過程中，通過安裝在樁側(cè)的位移傳感器測(cè)定豎向位移值變化。三根試樁最終加載力均為11 200 kN，最大沉降量則分別為13.30 mm，12.13 mm 和11.54 mm。三根試樁加載過程中的Q—s曲線如圖1所示。

為進(jìn)行比較，圖2是相同地區(qū)進(jìn)行的后壓漿鉆孔灌注樁試驗(yàn)得到的Q—s曲線。后壓漿灌注樁樁長均為37.0 m，樁徑800 mm，采用旋挖成孔混凝土澆筑，24 h后進(jìn)行樁底注入水泥漿工藝成樁。試樁采用靜載試驗(yàn)方法，三根樁最終加載力均為7 000 kN，最大沉降量分別為13.45 mm，10.95 mm 和5.83 mm。后壓漿鉆孔灌注樁所在地層條件同擠擴(kuò)支盤樁基本相同。

對(duì)比兩組試樁試驗(yàn)所得到的Q—s曲線，可以發(fā)現(xiàn)相同地質(zhì)條件下，擠擴(kuò)支盤樁與后壓漿鉆孔灌注樁相比有以下幾方面不同:

1)地質(zhì)條件相同，樁參數(shù)基本相同的條件下，擠擴(kuò)支盤樁承載力更大。在相同地質(zhì)條件下，擠擴(kuò)支盤樁增加4個(gè)擠擴(kuò)支盤，后壓漿鉆孔灌注樁則是在成樁之后進(jìn)行樁底注漿。對(duì)比兩種樁的承載力可見，擠擴(kuò)支盤樁較鉆孔灌注樁有明顯提高。

2)擠擴(kuò)支盤樁沉降量明顯降低。由圖1，圖2曲線可知，對(duì)于后壓漿鉆孔灌注樁，當(dāng)豎向壓力達(dá)到7 000 kN時(shí)，累計(jì)沉降量分別達(dá)到了13.45 mm，10.95 mm 和5.83 mm;而對(duì)于支盤擠擴(kuò)樁，當(dāng)豎向壓力達(dá)到11 400 kN時(shí)，累計(jì)沉降量則分別為13.30 mm，12.13 mm和11.54 mm。可見，擠擴(kuò)支盤樁在受到較大豎向壓力 時(shí)，樁體沉降量較小，整體穩(wěn)定性得到較大提高。

圖1 擠擴(kuò)支盤試樁靜載試驗(yàn)Q—s曲線

圖2 后壓漿鉆孔灌注試樁靜載試驗(yàn)Q—s曲線

3)當(dāng)達(dá)到最終加載值時(shí)，支盤擠擴(kuò)樁豎向變形較為接近，最大與最小值相差1.76 mm;后壓漿灌注樁在荷載值達(dá)到最大時(shí)沉降值離散性較大，最大與最小值相差7.62 mm。由此可見，支盤擠擴(kuò)樁性能更加可靠。

4)減小豎向荷載后，樁體豎向變形出現(xiàn)回彈。擠擴(kuò)支盤樁試樁回彈量分別為 5.02 mm，4.88 mm 和 4.71 mm，回彈率分別為37.74%，40.23%和40.81%。而對(duì)于后壓漿鉆孔灌注樁，三根試樁回彈量則分別為5.35 mm，2.63 mm和4.87 mm，回彈率分別為48.90%，45.10%和36.20%。通過兩種樁型回彈率可見，擠擴(kuò)支盤樁受到豎向加載力后，經(jīng)過沉降以及同樁周土的結(jié)合，樁體穩(wěn)定性顯著增加，受到變化應(yīng)力后引起的樁體變形更小。

3 施工工藝比較

擠擴(kuò)支盤樁較普通鉆孔灌注樁主要是增加擠擴(kuò)這一施工工藝。擠擴(kuò)是在鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)孔深后，采用液壓推動(dòng)的弓臂擠擴(kuò)成分支，然后將支擴(kuò)設(shè)備旋轉(zhuǎn)一定角度后再擠擴(kuò)成支，一般經(jīng)過8次～10次旋轉(zhuǎn)后可在設(shè)計(jì)位置形成完整支盤。施工中對(duì)支盤擠擴(kuò)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，完成一個(gè)支盤施工需要的時(shí)間大概為20 min，即完成一根樁的擠擴(kuò)支盤工作需要1.5 h。

鉆孔灌注樁后壓漿工藝則是在灌注樁施工完畢后，在12 h內(nèi)利用固定在鋼筋籠上的注漿管進(jìn)行開環(huán)，以打開注漿環(huán)上的注漿孔，保證注漿通道的順暢。混凝土灌注完畢后的24 h進(jìn)行注漿工作。按每一根樁注進(jìn)2.5 t水泥漿計(jì)算，順利完成一根樁的注漿工作需要2 h。

由以上分析可知，對(duì)于擠擴(kuò)支盤樁和后壓漿樁，在新增加施工工藝方面耗時(shí)基本相同。但是對(duì)于后壓漿技術(shù)，將涉及到注漿管加工制作以及在鋼筋籠上的固定等工作。這一部分工作在整個(gè)鋼筋籠制作中將增加2 h左右的工作量，這將大大影響鋼筋籠制作速度，也就直接影響了成樁速度。

另外，對(duì)于擠擴(kuò)支盤樁，擠擴(kuò)裝置中的弓臂是否完全打開，旋轉(zhuǎn)裝置次數(shù)是否達(dá)到要求，是影響支盤擠擴(kuò)效果的主要因素。施工中可根據(jù)孔內(nèi)泥漿面下降量及混凝土灌注量的增減判斷支盤擠擴(kuò)情況。而對(duì)于后壓漿施工，則從固定注漿管開始就需要嚴(yán)格控制，包括注漿管焊接、同鋼筋籠體的固定、孔口連接及開環(huán)時(shí)間等。如果注漿管制作焊接不合格，有可能在混凝土灌注過程中造成砂漿進(jìn)入注漿管，這將對(duì)后期注漿工作造成嚴(yán)重影響;而在注漿過程中，漿液能否順利注入到樁周以及漿液在土層中的流動(dòng)情況都是無法準(zhǔn)確判斷的。

4 經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

對(duì)于擠擴(kuò)支盤樁和后壓漿鉆孔灌注樁，鋼筋用量基本相同，擠擴(kuò)支盤樁較后壓漿樁多出支盤部分的混凝土，而后壓漿工藝則多出注漿用水泥和注漿鋼管。下面分別計(jì)算擠擴(kuò)支盤樁和后壓漿樁的費(fèi)用。

根據(jù)擠擴(kuò)支盤尺寸，計(jì)算出擠擴(kuò)支盤部分需要的混凝土量為3.62 m3，C30混凝土市場(chǎng)價(jià)格為340元/m3，可以得到支盤部分費(fèi)用共計(jì)1 230.8元。目前施工中使用較多的擠擴(kuò)支盤機(jī)功率為20 kW，一根樁的擠擴(kuò)時(shí)間為1.5 h，所以需要耗電量30 kW·h，電費(fèi)按每度1元計(jì)算，共計(jì)30元;操作擠擴(kuò)裝置需要3人，每人一天人工費(fèi)為100元，一個(gè)班組一天可完成5根樁的擠擴(kuò)工作，平均每根樁的人工費(fèi)為60元，則完成一根樁的擠擴(kuò)工作共需費(fèi)用1 320.80 元。

對(duì)于后壓漿樁，每一根樁需要兩根注漿管，每一根注漿管按38 m長計(jì)算，采用1寸鋼管制作，每米價(jià)格為5元，所以注漿管需要費(fèi)用為380元。每根樁注漿量按水灰比0.6的水泥漿2.5 t計(jì)算，需要水泥量為1.56 t，市場(chǎng)散裝水泥每噸的價(jià)格為325元，所以水泥費(fèi)用為507元。注漿管和水泥用量合計(jì)為887元，較擠擴(kuò)支盤樁材料費(fèi)用少343.8元。注漿泵功率為11 kW，注漿工作時(shí)間為2 h，耗電量為22 kW·h，電費(fèi)共計(jì)22元;注漿工作需要3人，人工費(fèi)為每天100元，每個(gè)班組一天可完成5根樁注漿工作，每根樁的人工費(fèi)平均為60元，完成一根樁的后壓漿工作共需費(fèi)用969元。

5 結(jié)語

通過分析可知，在相同地質(zhì)條件下，擠擴(kuò)支盤樁較后壓漿鉆孔灌注樁的承載力更高，更加穩(wěn)定;支盤擠擴(kuò)樁成樁質(zhì)量均勻，可靠性高;施工中由于需要制作注漿管且技術(shù)要求嚴(yán)格，后壓漿技術(shù)施工也比擠擴(kuò)支盤樁更加復(fù)雜;而后壓漿技術(shù)施工成本僅比支盤擠擴(kuò)樁少350元左右。所以在內(nèi)蒙古達(dá)旗地區(qū)，支盤擠擴(kuò)樁較之后壓漿技術(shù)有著更大的優(yōu)越性，在這一地區(qū)采用這種樁基工藝更為合理。

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