内蒙古达拉特地区挤扩支盘桩使用效果分析

陈玉国 夏继宗

(1.河北建设勘察研究院有限公司，河北石家庄 050030;2.江苏中建工程设计研究院有限公司，江苏连云港 222006)

1 概述

挤扩支盘桩全称为“液压挤扩支盘混凝土灌注桩”，是在常规钻孔灌注桩的基础上，采用专用液压设备对桩长范围内的土层进行多截面扩孔，形成多处锥状或三角形扩径空腔，空腔内灌注混凝土后形成多支点的多截面扩孔混凝土灌注桩。由于挤扩支盘桩施工工艺简单，明显提高桩基承载能力，增加桩基抗震性能等优点，目前正越来越多的应用到桩基工程中。

钻孔灌注桩后压浆技术是在灌注桩施工中将钢管沿桩钢筋笼外壁埋设，桩身混凝土强度满足要求后，将水泥浆液通过钢管由压力作用压入桩端的碎石层孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙胶结成一个高强度的结合体。

通过注浆，可以清除桩身周围残留的护壁泥皮，从而增加桩身摩擦力，另一方面水泥浆同桩周土形成树根状胶结物，可明显提高桩基承载力。

本工程桩基分别进行了挤扩支盘桩和钻孔灌注桩后压浆试桩试验，施工地点位于内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗三垧梁工业园区内。根据勘察报告结果，本地区地层条件为:

①层粉砂(Qeol4):以石英、长石及云母为主要成分，局部粉土、细砂薄层。该层受自然地形及风成沉积影响，标准贯入试验实测击数13.0击～21.0击。本层土地基承载力特征值(fak)为140 kPa。

②层粉质粘土，干强度及韧性中等，多为粉砂与粉质粘土互层，水平层理清晰，局部夹粉砂、细砂薄层，属于中低压缩性土。本层统计标准贯入击数平均23.0击。本层土地基承载力特征值(fak)为 180 kPa。

③层粉砂层，中密～密实，以石英、长石及云母为主要成分，可见大量氧化铁条纹。本层统计标准贯入试验实测击数14.0击～42.0击，属于中密砂层。本层土地基承载力特征值(fak)为180 kPa。

④层粉质粘土，干强度、韧性中等～高，固结程度较好，本层统计的标准贯入试验实测击数为12.0击～23.0击，属于中压缩性土。本层土地基承载力特征值(fak)为190 kPa。

④1层粉砂，以石英、长石及云母为主要成分，磨圆度，分选性均较好，呈饱和密实状态。本层统计的标准贯入试验实测击数为20.0击～27.4击，属于密实砂层。本层土地基承载力特征值(fak)为 210 kPa。

⑤层粉质粘土，干强度及韧性中等，结构稳定，固结程度较好。本层统计的标准贯入试验实测击数为20.0击～33.0击，属于中压缩性土。本层土地基承载力特征值(fak)为200 kPa。

⑥层粉细砂，饱和，密实，磨圆度、分选性均较好，本层以石英、长石及云母为主要成分。统计标准贯入试验实测击数62.0击～150.0击。本层土地基承载力特征值(fak)为230 kPa。

⑥1层中粗砂，饱和，密实，磨圆度、分选性均较好，以石英、长石及云母为主要成分。本层统计的标准贯入试验实测击数为88.2击～187.5击，属于密实砂层。本层土地基承载力特征值(fak)为 280 kPa。

试桩采用的挤扩支盘试桩桩身直径800 mm，桩长35.39 m～35.45 m，每桩4 个支盘，支盘直径1.90 m，支盘高度0.90 m，桩身通长配筋，混凝土强度等级C35。

试桩数据见表1。

表1 试桩数据表

钻孔灌注桩后压浆试桩桩身直径800 mm，桩长37.00 m。灌注桩施工完毕24 h后进行后压浆施工，后压浆采用水灰比为0.6的水泥浆，每根桩水泥浆注入量为2.5 t。

2 试桩加载试验结果分析

试桩采用静载试验方法测定单桩竖向承载力，即在桩顶逐级施加竖向荷载，直至达到最大荷载值。在加载过程中，通过安装在桩侧的位移传感器测定竖向位移值变化。三根试桩最终加载力均为11 200 kN，最大沉降量则分别为13.30 mm，12.13 mm 和11.54 mm。三根试桩加载过程中的Q—s曲线如图1所示。

为进行比较，图2是相同地区进行的后压浆钻孔灌注桩试验得到的Q—s曲线。后压浆灌注桩桩长均为37.0 m，桩径800 mm，采用旋挖成孔混凝土浇筑，24 h后进行桩底注入水泥浆工艺成桩。试桩采用静载试验方法，三根桩最终加载力均为7 000 kN，最大沉降量分别为13.45 mm，10.95 mm 和5.83 mm。后压浆钻孔灌注桩所在地层条件同挤扩支盘桩基本相同。

对比两组试桩试验所得到的Q—s曲线，可以发现相同地质条件下，挤扩支盘桩与后压浆钻孔灌注桩相比有以下几方面不同:

1)地质条件相同，桩参数基本相同的条件下，挤扩支盘桩承载力更大。在相同地质条件下，挤扩支盘桩增加4个挤扩支盘，后压浆钻孔灌注桩则是在成桩之后进行桩底注浆。对比两种桩的承载力可见，挤扩支盘桩较钻孔灌注桩有明显提高。

2)挤扩支盘桩沉降量明显降低。由图1，图2曲线可知，对于后压浆钻孔灌注桩，当竖向压力达到7 000 kN时，累计沉降量分别达到了13.45 mm，10.95 mm 和5.83 mm;而对于支盘挤扩桩，当竖向压力达到11 400 kN时，累计沉降量则分别为13.30 mm，12.13 mm和11.54 mm。可见，挤扩支盘桩在受到较大竖向压力 时，桩体沉降量较小，整体稳定性得到较大提高。

图1 挤扩支盘试桩静载试验Q—s曲线

图2 后压浆钻孔灌注试桩静载试验Q—s曲线

3)当达到最终加载值时，支盘挤扩桩竖向变形较为接近，最大与最小值相差1.76 mm;后压浆灌注桩在荷载值达到最大时沉降值离散性较大，最大与最小值相差7.62 mm。由此可见，支盘挤扩桩性能更加可靠。

4)减小竖向荷载后，桩体竖向变形出现回弹。挤扩支盘桩试桩回弹量分别为 5.02 mm，4.88 mm 和 4.71 mm，回弹率分别为37.74%，40.23%和40.81%。而对于后压浆钻孔灌注桩，三根试桩回弹量则分别为5.35 mm，2.63 mm和4.87 mm，回弹率分别为48.90%，45.10%和36.20%。通过两种桩型回弹率可见，挤扩支盘桩受到竖向加载力后，经过沉降以及同桩周土的结合，桩体稳定性显著增加，受到变化应力后引起的桩体变形更小。

3 施工工艺比较

挤扩支盘桩较普通钻孔灌注桩主要是增加挤扩这一施工工艺。挤扩是在钻进到设计孔深后，采用液压推动的弓臂挤扩成分支，然后将支扩设备旋转一定角度后再挤扩成支，一般经过8次～10次旋转后可在设计位置形成完整支盘。施工中对支盘挤扩时间进行统计后发现，完成一个支盘施工需要的时间大概为20 min，即完成一根桩的挤扩支盘工作需要1.5 h。

钻孔灌注桩后压浆工艺则是在灌注桩施工完毕后，在12 h内利用固定在钢筋笼上的注浆管进行开环，以打开注浆环上的注浆孔，保证注浆通道的顺畅。混凝土灌注完毕后的24 h进行注浆工作。按每一根桩注进2.5 t水泥浆计算，顺利完成一根桩的注浆工作需要2 h。

由以上分析可知，对于挤扩支盘桩和后压浆桩，在新增加施工工艺方面耗时基本相同。但是对于后压浆技术，将涉及到注浆管加工制作以及在钢筋笼上的固定等工作。这一部分工作在整个钢筋笼制作中将增加2 h左右的工作量，这将大大影响钢筋笼制作速度，也就直接影响了成桩速度。

另外，对于挤扩支盘桩，挤扩装置中的弓臂是否完全打开，旋转装置次数是否达到要求，是影响支盘挤扩效果的主要因素。施工中可根据孔内泥浆面下降量及混凝土灌注量的增减判断支盘挤扩情况。而对于后压浆施工，则从固定注浆管开始就需要严格控制，包括注浆管焊接、同钢筋笼体的固定、孔口连接及开环时间等。如果注浆管制作焊接不合格，有可能在混凝土灌注过程中造成砂浆进入注浆管，这将对后期注浆工作造成严重影响;而在注浆过程中，浆液能否顺利注入到桩周以及浆液在土层中的流动情况都是无法准确判断的。

4 经济效果评价

对于挤扩支盘桩和后压浆钻孔灌注桩，钢筋用量基本相同，挤扩支盘桩较后压浆桩多出支盘部分的混凝土，而后压浆工艺则多出注浆用水泥和注浆钢管。下面分别计算挤扩支盘桩和后压浆桩的费用。

根据挤扩支盘尺寸，计算出挤扩支盘部分需要的混凝土量为3.62 m3，C30混凝土市场价格为340元/m3，可以得到支盘部分费用共计1 230.8元。目前施工中使用较多的挤扩支盘机功率为20 kW，一根桩的挤扩时间为1.5 h，所以需要耗电量30 kW·h，电费按每度1元计算，共计30元;操作挤扩装置需要3人，每人一天人工费为100元，一个班组一天可完成5根桩的挤扩工作，平均每根桩的人工费为60元，则完成一根桩的挤扩工作共需费用1 320.80 元。

对于后压浆桩，每一根桩需要两根注浆管，每一根注浆管按38 m长计算，采用1寸钢管制作，每米价格为5元，所以注浆管需要费用为380元。每根桩注浆量按水灰比0.6的水泥浆2.5 t计算，需要水泥量为1.56 t，市场散装水泥每吨的价格为325元，所以水泥费用为507元。注浆管和水泥用量合计为887元，较挤扩支盘桩材料费用少343.8元。注浆泵功率为11 kW，注浆工作时间为2 h，耗电量为22 kW·h，电费共计22元;注浆工作需要3人，人工费为每天100元，每个班组一天可完成5根桩注浆工作，每根桩的人工费平均为60元，完成一根桩的后压浆工作共需费用969元。

5 结语

通过分析可知，在相同地质条件下，挤扩支盘桩较后压浆钻孔灌注桩的承载力更高，更加稳定;支盘挤扩桩成桩质量均匀，可靠性高;施工中由于需要制作注浆管且技术要求严格，后压浆技术施工也比挤扩支盘桩更加复杂;而后压浆技术施工成本仅比支盘挤扩桩少350元左右。所以在内蒙古达旗地区，支盘挤扩桩较之后压浆技术有着更大的优越性，在这一地区采用这种桩基工艺更为合理。

［1］万林海，郭 鹏，吴伟功.变截面挤扩桩承载特性的数值模拟［J］.山西建筑，2005，31(17):1-2.

［2］钱德玲.挤扩支盘桩的荷载传递规律及FEM模拟研究［J］.岩土工程学报，2002，24(3):371-375.

［3］张 航，钱德玲.挤扩支盘桩单桩竖向承载力可靠度分析［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(22):4197-4201.

［4］胡春林，李向东，吴朝晖.后压浆钻孔灌注桩单桩竖向承载力特性研究［J］.岩石力学与工程学报，2001，20(4):546-550.

［5］吴礼广，徐登票.钻孔灌注桩桩底后压浆的工程实践［J］.中南公路工程，2002，27(2):64-65.

［6］王振玲.挤扩支盘桩在工程中的应用［J］.山西建筑，2011，37(1):62-63.