擠擴(kuò)支盤灌注樁的技術(shù)原理、施工流程及其實(shí)例工程經(jīng)濟(jì)性分析

摘 要：經(jīng)過八年多的工程實(shí)踐應(yīng)用，擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)已趨于成熟，節(jié)約用料與成本減少較為顯著，使其在目前常見采用的樁基形式中占比得到進(jìn)一步提高。文章對(duì)擠擴(kuò)支盤灌注樁的技術(shù)原理、施工流程、質(zhì)量控制等進(jìn)行描述，并以工程實(shí)例分析其經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：支盤樁；技術(shù)原理；工藝；經(jīng)濟(jì)分析

1 擠擴(kuò)支盤灌注樁的技術(shù)原理

1.1 產(chǎn)生由來。擠擴(kuò)支盤樁是在原有等截面鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，將專用液壓擠擴(kuò)設(shè)備與現(xiàn)有樁基機(jī)械配套使用而產(chǎn)生的一種變截面灌注樁。

1.2 概念定義、結(jié)構(gòu)構(gòu)成及適用范圍

1.2.1 定義及特點(diǎn)

（1）擠擴(kuò)支盤樁全稱為“液壓擠擴(kuò)支盤砼灌注樁”，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)灌注砼后形成多支點(diǎn)的多截面擴(kuò)孔砼樁。

（2）由于大大增加了端承面積，把土層中的硬層端阻充分調(diào)動(dòng)起來，每立方米砼完成承載力可提高1.7～2.3倍，因此在承載滿足的情況下，可通過縮短樁長(zhǎng)、減小樁徑來降低造價(jià)，同時(shí)由于單樁承載力的提高又可以減小布樁面積，大大節(jié)約承臺(tái)的造價(jià)。

1.2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)成

擠擴(kuò)支盤樁的樁體由直桿部分和若干個(gè)突出的錐狀分支、承力盤環(huán)組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1.2.3 適用范圍

（1）擠擴(kuò)支盤樁屬灌注樁體系，鉆孔灌注樁適用的地質(zhì)條件支盤樁基本都適用。

（2）在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)可利用的持力層層數(shù)越多、厚度越大則支盤樁的優(yōu)越性也越明顯，即使某些嵌巖樁的端承嵌巖（軟質(zhì)巖層），其上若有硬土、砂土持力層分布，除充分利用做承力盤，使承載力繼續(xù)增大外，嵌巖深度及樁徑還可適當(dāng)調(diào)整，對(duì)提高工程施工進(jìn)度十分有利。

（3）適合支盤成型的持力層有硬可塑、硬塑、堅(jiān)硬的黏性土；中密、密實(shí)的粉土和砂土；軟質(zhì)巖層的全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化帶。

（4）支盤樁可作為建筑抗壓樁、抗撥樁、復(fù)合地基、高承載力錨桿以及地基加固和增層改造的樁基。適用于大型工業(yè)廠房、高層建筑、道路橋梁、碼頭、高聳構(gòu)筑物、大型油罐、大型糧倉等對(duì)地基承載力要求較高的建筑。

（5）對(duì)于地面以下40m內(nèi)無地基承載力超過140KPa的土層，或巖層埋藏較淺（小于30m）且?guī)r層強(qiáng)風(fēng)化層較薄的，則不適采用擠擴(kuò)支盤灌注樁。

1.3 受力機(jī)理及破壞形式

擠擴(kuò)支盤樁的受力機(jī)理。通過大量的靜載試驗(yàn)和工程樁原體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，支盤樁的受力機(jī)理同普通灌注樁相比有較大的不同，其荷載傳遞大致呈這樣特點(diǎn)：①由于端阻發(fā)揮所需的樁土相對(duì)位移大于側(cè)摩阻，所以在受荷初期，樁所產(chǎn)生的位移主要是樁身彈性變形所產(chǎn)生的少量位移，因此承載力主要由樁身上部側(cè)摩阻提供，這時(shí)下部的支或盤處的端阻還未得到發(fā)揮；②隨著樁頂荷載的逐步增加，樁頂位移變大，當(dāng)樁的上部荷載加到一定數(shù)值時(shí)，樁土產(chǎn)生相對(duì)位移增大，側(cè)摩阻力的發(fā)揮逐漸向下傳遞，樁身下部支盤的阻力開始發(fā)揮并逐漸增大，樁端阻力的作用也開始明顯表現(xiàn)出來；③在各部位支盤提供的阻力上，一般上部的支盤的發(fā)揮程度要大于下部支盤，當(dāng)上部支盤的土體已開始塑性變形時(shí)，上部支盤提供的承載力基本為一定值，此后所加的荷載主要由底部支盤發(fā)揮端阻力的增大來承擔(dān)；④隨著荷載的增大，位移也不斷增大，下部支盤的阻力才進(jìn)一步發(fā)揮，各支盤下土層紛紛開始發(fā)生塑性變形，整個(gè)樁的承載力達(dá)到極限承載力。

1.4 擠擴(kuò)多支盤灌注樁的特點(diǎn)

1.4.1 擠擴(kuò)支盤可充分增大側(cè)阻及端阻的面積、加固持力層有效的利用場(chǎng)區(qū)縱向所有的土層。擠擴(kuò)支盤灌注樁是采用普通鉆機(jī)成孔，通過專用裝置液壓擠密成盤，屬于部分?jǐn)D土灌注樁，其擴(kuò)徑時(shí)通過三維擠壓，同時(shí)對(duì)盤下的土層的擠密作用也是比較明顯。

1.4.2 擠擴(kuò)支盤樁具有廣泛的適用性、比普通灌注樁更優(yōu)越。

1.4.3 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?？梢愿鶕?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。

1.4.4 進(jìn)行擠擴(kuò)施工時(shí)，由地面壓力顯示裝置可讀取該土層擠壓時(shí)的壓力值，根據(jù)壓力值可判明支盤樁各承力盤所處的持力層的軟硬，因而可復(fù)核勘察資料中劃分的各土層工程性質(zhì)及層位界限，若各承力盤壓力值偏低，超出預(yù)估壓力范圍值，表示地層變軟或持力層缺失，現(xiàn)場(chǎng)即可發(fā)現(xiàn)并與有關(guān)單位聯(lián)系提出補(bǔ)救方案，消除工程隱患，確保工程安全，達(dá)到支盤樁現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、質(zhì)量雙控功能。

1.4.5 可節(jié)省基礎(chǔ)部分投資、縮短工期。在負(fù)荷相同的情況下，可比普通灌注樁縮短樁長(zhǎng)、減小樁徑或減少樁數(shù)，作為高層建筑及重要構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，可供設(shè)計(jì)靈活使用，既可作柱下單樁方案以減少承臺(tái)施工量，又可沿箱基墻下或筏基柱下布樁以減少底板厚度及配筋量。這不僅節(jié)省投資，而且施工方便、工期短、造價(jià)低、質(zhì)量?jī)?yōu)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。也就是在同樣承載力要求下，擠擴(kuò)支盤樁可比普通灌注樁節(jié)約材料30%-50%。

1.4.6 有利于環(huán)境保護(hù)。相對(duì)打入式預(yù)制樁、沉管灌注樁，施工噪音低、振動(dòng)低；與普通灌注樁完成等值承載力比，泥漿排放量顯著減少，節(jié)能又環(huán)保，實(shí)現(xiàn)了綠色建筑、綠色施工的理念。

1.4.7 由于擠擴(kuò)支盤樁的受力機(jī)理的影響，在設(shè)計(jì)荷載時(shí)樁頂位移一般都比較小，有利于控制建筑物的沉降，并且當(dāng)處于極限荷載時(shí)，如果有較理想的持力層，也不會(huì)出現(xiàn)刺入破壞，有利于建筑物的安全。

1.5 擠擴(kuò)支盤樁與其它樁型的性能對(duì)比（見表1）

2 擠擴(kuò)支盤樁施工工藝、質(zhì)控驗(yàn)收

2.1 工藝流程

2.1.1 擠擴(kuò)支盤樁屬于灌注樁的范疇，其施工的獨(dú)特之處是在成孔后下入液壓擠擴(kuò)設(shè)備進(jìn)行擠擴(kuò)，按鉆孔成孔的方法可分為泥漿護(hù)壁工藝、干作業(yè)成孔工藝、水泥注漿護(hù)壁成孔工藝、沖擊成孔工藝等四種.南通地區(qū)常用泥漿護(hù)壁工藝進(jìn)行，以下以此法進(jìn)行描述。

2.1.2 當(dāng)樁長(zhǎng)深度范圍內(nèi)有地下水存在時(shí)，通常利用原土造漿或以泥漿護(hù)壁成孔，比較常用的鉆孔設(shè)備一般為回轉(zhuǎn)鉆、潛水鉆、旋挖鉆機(jī)或沖擊鉆等。設(shè)計(jì)人員根據(jù)地質(zhì)情況選擇持力層設(shè)立分支及承力盤，按支盤設(shè)計(jì)深度下入擠擴(kuò)支盤成型機(jī)，操作液壓工作站將弓壓臂（承力板）擠出、收回、反復(fù)轉(zhuǎn)角、多次擠壓成盤，由上至下或由下至上完成各標(biāo)高處的承力盤，安放鋼筋籠，下入灌注導(dǎo)管，二次清孔，在孔底沉渣符合要求后用導(dǎo)管底注法灌注砼成樁，此工法適用范圍較廣。

（a）成孔（b）擠擴(kuò) （c）成盤（d）下鋼筋籠（e）澆注砼（f）成樁

2.2 擠擴(kuò)支盤樁的質(zhì)量檢測(cè)及驗(yàn)收

2.2.1 成樁質(zhì)量檢測(cè)

（1）擠擴(kuò)支盤樁的成樁質(zhì)量檢測(cè)主要包括成孔、擠擴(kuò)支盤、清孔、鋼筋籠制作和安放、混凝土拌制和灌注等，同時(shí)重點(diǎn)檢測(cè)擠擴(kuò)支盤的質(zhì)量。

（2）鋼筋籠制作應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)對(duì)鋼筋規(guī)格、焊條規(guī)格、品種、焊接質(zhì)量、主筋及箍筋的制作偏差等進(jìn)行檢查。

（3）在灌注砼前，應(yīng)對(duì)樁孔的位置、孔深、孔徑、盤數(shù)、盤徑、盤位標(biāo)高、首次擠擴(kuò)壓力、垂直度、孔底沉渣厚度、鋼筋籠安放質(zhì)量等進(jìn)行檢測(cè)，并填定質(zhì)量檢測(cè)記錄。盤徑、盤腔檢測(cè)可能采用改進(jìn)型井徑儀或盤徑測(cè)量?jī)x等，檢測(cè)數(shù)量宜為總樁數(shù)的10～20%，單柱單樁全檢。

（4）擠擴(kuò)支盤樁質(zhì)量驗(yàn)收中的主控項(xiàng)目及一般項(xiàng)目中的垂直度、樁徑、鋼筋籠安放深度、混凝土充盈系數(shù)、樁頂標(biāo)高等，其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，其他主控項(xiàng)目和一般項(xiàng)目的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)按下表執(zhí)行：

擠擴(kuò)支盤樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 擠擴(kuò)支盤成盤檢驗(yàn)

（1）支盤成型擠擴(kuò)首次壓力值。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：抗壓樁上盤首壓值≥6Mpa， 底盤首壓值≥8Mpa；檢驗(yàn)方法：觀測(cè)、記錄壓力表值。

（2）液壓站油位計(jì)反映油壓液面下降值。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：油壓液面下降值與支盤機(jī)空載油壓液面下降值比較，允許偏差±3mm；檢驗(yàn)方法：觀測(cè)、記錄壓力表值。

（3）盤徑檢驗(yàn)。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)盤徑、樁徑；檢測(cè)方法：目測(cè)，抽檢比例1%，允許偏差1/15。

（4）設(shè)計(jì)持力層層位、盤位、盤間距、盤數(shù)。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：按設(shè)計(jì)、施工圖、勘察報(bào)告；檢驗(yàn)方法：查閱圖紙、勘察報(bào)告、施工記錄、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。

2.2.3 基樁檢測(cè)

（1）靜載檢測(cè)。檢測(cè)目的：可以檢測(cè)單樁的承載力，樁身質(zhì)量；檢測(cè)比率：按照建筑樁基規(guī)程抽檢1%，不小于3根，50根不小于2根。

（2）大應(yīng)變檢測(cè)。檢測(cè)目的：可以參照靜載樁的大應(yīng)變曲線檢測(cè)單樁的承載力，樁身質(zhì)量；檢測(cè)比率：按照國(guó)家有關(guān)規(guī)程抽檢5-10%。

（3）小應(yīng)變檢測(cè)。檢測(cè)目的：可以檢測(cè)樁身質(zhì)量；檢測(cè)比率：按照國(guó)家有關(guān)規(guī)程抽檢20%，單柱單樁比率100%。

3 實(shí)例工程經(jīng)濟(jì)性比較分析

3.1 案例一：中海某住宅項(xiàng)目（樁基工程2013年9月）。

地下兩層、地上34層，建筑面積約68871m2，擠擴(kuò)支盤樁設(shè)計(jì)參數(shù)如下表。

經(jīng)濟(jì)分析：

（1）在滿足承載力要求的情況下，如采用同徑同根數(shù)鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度需50m，單樁工程量V=15.7m3，全綜合單價(jià)1150元/m3，單根樁綜合單價(jià)18055元/根，每噸承載力造價(jià)33.75元/t。

（2）在滿足承載力要求的情況下，如采用同徑同根數(shù)預(yù)應(yīng)力砼管樁，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度46m，全綜合單價(jià)315元/m，單根樁綜合單價(jià)為14490元/根，每噸承載力造價(jià)27.08元/t。

（3）擠擴(kuò)支盤樁單樁工程量V=10m3， 樁基合同綜合單價(jià)471元/m，單根樁造價(jià)10833元/根，每噸承載力造價(jià)20.25元/t。

比較計(jì)算可知，在相同承載力條件下，擠擴(kuò)支盤樁可較普通灌注樁節(jié)約40%造價(jià)，較預(yù)應(yīng)力砼管樁節(jié)約25%。本工程共計(jì)907根樁，節(jié)約造價(jià)的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

3.2 案例二：魅力城某住宅樓樁基工程（樁基工程2010年12月）

由高層住宅、商業(yè)用房及地下車庫等組成，總建筑面積69807.32m2，地上29～30層，地下一層，樁筏基礎(chǔ)。

本工程原設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力管樁，管樁型號(hào)為PHC-600（130）AB-45，單樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值要求達(dá)到6200KN。

打樁時(shí)先打了3根預(yù)應(yīng)力管樁試樁，由于本工程地層多為中密～密實(shí)的砂層，土層側(cè)摩阻力達(dá)到16MPa以上，施工過程中試樁壓樁力較高，均達(dá)到6080KN以上，但沉樁速度緩慢，無法壓樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高，且工程樁施工過程中受群樁效應(yīng)影響，后續(xù)壓樁應(yīng)該更加困難，該規(guī)格管樁樁身砼極限承載力為6200KN，壓樁力過大極可能出現(xiàn)爆樁質(zhì)量事故。建設(shè)單位對(duì)此情況進(jìn)行慎重考慮，從保障工程質(zhì)量及投資項(xiàng)目的進(jìn)度角度，決定變更樁基礎(chǔ)形式，同時(shí)還必須控制造價(jià)。

經(jīng)比選確定采用擠擴(kuò)支盤樁方案。擠擴(kuò)支盤樁設(shè)計(jì)樁徑Φ620MM，有效樁長(zhǎng)27M，支承盤盤徑Φ1400MM，盤高700MM，每根樁共設(shè)4個(gè)承力盤。

預(yù)應(yīng)力管樁PHC-600（130）AB-45，單根樁綜合單價(jià)13275元/根，每噸承載力造價(jià)21.41元/t；擠擴(kuò)支盤樁單樁工程量V=11.71m3，單根樁造價(jià)11921元/根，每噸承載力造價(jià)19.22元/t。在相同承載力條件下，計(jì)算可知擠擴(kuò)支盤樁較原設(shè)計(jì)擬采用的管樁降低11.4%造價(jià)，205根樁比原設(shè)計(jì)方案節(jié)約造價(jià)27.76萬元，更重要的是為建設(shè)單位解決了實(shí)際問題，節(jié)約了工期，確保了開盤銷售的進(jìn)度節(jié)點(diǎn)的完成。

參考文獻(xiàn)

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[4]JGJ106-2003.建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[5]CECS192-2005.擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)規(guī)程[S].

[6]已有工程實(shí)例資料.

作者簡(jiǎn)介：環(huán)軍，男，國(guó)家注冊(cè)監(jiān)理工程師、一級(jí)注冊(cè)建造師、高級(jí)工程師，大學(xué)畢業(yè)后一直從事工業(yè)與民用建筑工程的項(xiàng)目管理與研究。