挤扩支盘灌注桩的设计及在火电工程中的应用

毕朝阳，仇翠苹

（华电科工集团环保分公司设计研究院，北京 100160）

挤扩支盘灌注桩的设计及在火电工程中的应用

毕朝阳，仇翠苹

（华电科工集团环保分公司设计研究院，北京 100160）

文章介绍挤扩支盘灌注桩的主要构造、单桩承载力的理论计算方法、与实际试验值的差异及与普通灌注桩的对比，认为支盘桩在工程应用中较传统灌注桩有较为明显的技术、经济优势。

挤扩支盘桩；灌注桩；单桩承载力；沉降

1 概述

挤扩支盘灌注桩是一种新型的钢筋混凝土灌注桩，其技术及液压设备发明于上世纪八十年代末期。这种桩型在传统等截面钻孔灌注桩的基础上发展而来，将专用液压挤扩设备与现有桩基机械配套使用，在桩孔内的合适土层进行加压挤扩，形成桩体、承力盘或分支，实现挤扩支盘灌注桩。它通过沿桩身不同部位设置承力盘或分支，变普通摩擦桩为变截面多支点的摩擦端承桩。

挤扩支盘灌注桩受力机理明确，它采用支盘挤扩机械根据地质情况在硬土层中通过液压挤扩，对各分支和承力盘周围的土体施以三维静压，挤扩支盘空腔。经挤密的土体与空腔内灌注的混凝土桩身、支盘紧密地结合为一体，发挥桩土共同作用形成挤扩支盘灌注桩。该技术能充分利用地基的承载土层，在有效地减少桩径和桩长的同时能大大提高桩的承载力，并减小桩体沉降量。

2 主要桩身构造及施工工艺

挤扩支盘桩的桩径、桩长和支盘尺寸应根据工程地质条件、单桩承载力和施工机具的结构尺寸确定。根据工程经验，当使用LZ系列的挤扩支盘机时，桩的主要构造尺寸如表1所示。

表1 支盘桩主要构造尺寸表

目前，常用的挤扩支盘桩成孔方法，主要有泥浆护壁成孔和干作业成孔两种。其中泥浆护壁成孔包括钻孔和冲孔成孔技术，干作业成孔包括螺旋钻孔成孔和钻斗钻进成孔技术。

3 支盘桩单桩竖向极限承载力计算

关于挤扩支盘桩单桩竖向极限承载力标准值计算，目前可遵循的依据有三个。

挤扩支盘灌注桩技术规程（CECS192-2005，中国工程建设标准化协会批准）：

电力工程地基处理技术规程（DL/T5024-2005，国家发改委发布）：

火力发电厂支盘灌注桩暂行技术规定（DLGJ153-2000，电力规划设计总院编制）：

上面三种计算公式中，主要的区别在于端阻力修正系数η和ψpi（ψp）的取值，其中公式（1）的η取值范围根据作业方法、承力盘的位置（盘径）不同取值范围为0.4～1.3；公式（2）的取值范围为0.6～0.8；公式（3）的取值范围为0.4～1.0。而支盘桩的单桩极限水平承载力值可通过现场试验，或按与之等直径的普通灌注桩计算确定。

4 工程应用

4.1 华电新乡发电有限公司烟气改造工程

（1）工程为新乡电厂新建脱硫吸收塔基础桩基，项目场地处于太行山山前冲洪积扇前缘缓倾斜地带，场地地层相对简单。地基土主要由第四系全新统冲洪积粉质粘土、粉土、粉砂、细砂、砾砂和卵石组成。

设计桩长：约33.0m，桩径d=0.7m，设置承力盘两个，支盘直径D=1.4m，支盘高h=0.7m。支盘设置于第5层粘土、第6层粘土内，如图1所示。

图1 新乡吸收塔基础支盘桩

（2）按公式（1），其中u=πd=2.2m，η=0.95，故Qu=3979+767.8+1316.2=6063kN，Ra=0.5×Qu=3032kN。按公式（2），其中u=πd=2.2m，取ψpi=ψp=0.7（取值范围0.6～0.8），故Quk=3979+565.7+969.8=5514.5kN，Ra=0.5×Quk=2757kN；按公式（3），其中u=πd=2.2m，取ψpi=0.9（取值范围0.8～1.0），计算可得Quk=3979+726.2+1385.4=6090.6kN，Ra=0.5×Quk=3045kN。

4.2 华电漯河一期（2×330MW）热电工程脱硫岛工程

（1）工程为漯河电厂新建脱硫吸收塔基础桩基，项目场地处于沙河冲积平原上，地基土主要由第四系冲洪积成因的粘土与粉土组成，局部分布砂层透镜体。设计桩长：约14.0m，桩径d=0.7m，设置承力盘1个，支盘直径D=1.4m，支盘高h=0.7m。支盘设置于第6层粘土内，如图2所示。

（2）相关计算。根据公式（1）得到Qu=2630kN，Ra=0.5×Qu=1315kN；根据公式（2）得到Quk=2353kN，Ra=0.5×Quk=1177kN；根据公式（3）得到Quk=2685kN，Ra=0.5×Quk=1343kN。

图2 漯河吸收塔基础支盘桩

4.3 对比分析

（1）计算值与试验值对比。取以上三种规范的公式计算平均值，两个工程支盘桩单桩竖向极限承载力特征值、承载力试验值如表2所示，单位（kN）。

表2 单桩竖向极限承载力特征值计算值与试验值对比

据此可见，试验结果略大于按规范计算所得结果，可认为设计提出的承载力要求合理。

（2）支盘桩与普通灌注桩对比。如采用同直径、同长度的等直径灌注桩，则其单桩竖向极限承载力特征值：

Ra0=1×Quk=1×（uqsikli+qpkAp）

新乡项目：Ra0=2100kN，（Ra-Ra0）/Ra0=40.2%

漯河项目：Ra0=849kN，（Ra-Ra0）/Ra0=41.3%

由此得知，采用支盘灌注桩时，单桩竖向承载力值可提高约40%，技术经济效益显著。

5 挤扩支盘桩桩基沉降计算

挤扩支盘桩是一种变截面灌注桩，其荷载传递规律和沉降机理均不同于等截面灌注桩基础，目前尚未有理论严密而又简便易行的计算方法。只能采取以现行常规灌注桩的计算方法为依据，再根据工程实践经验加以修正的办法来确定支盘桩的沉降量。

《挤扩支盘灌注桩技术规程》（CECS192-2005）提出的沉降计算公式正是基于一个被理论和实践证明的规律：支盘桩基与相同桩身设计直径的等截面桩基的沉降具有一定的相关性；而且，相同条件下支盘桩的沉降量要小于等截面桩。现行支盘桩的沉降计算方法就是按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）公式计算的沉降量Sz，再进行适当修正，从而得到支盘桩基的最终沉降量S。即修正时通过桩基沉降经验系数ψ进行：规范JGJ94-2008的取值如表3所示；规程CECS192-2005的取值如表4所示。

表3 桩基沉降计算经验系数ψ

表4 支盘桩基沉降计算经验系数ψ

6 结论

在工业建、构筑物中，经常遇到上部结构荷载很大、基础对地基要求较高的情况，因此在进行桩基设计、桩型选取时，采用合理的桩型方案，对整个建构筑物的技术、经济指标非常重要。文章通过以上分析对比，认为挤扩支盘灌注桩较传统的等直径灌注桩有以下优点：①充分利用桩身有效深度范围内各较好土层的端阻力，变摩擦型桩为多支点摩擦端承桩；②由于扩孔率大，使原小直径桩的剪切刺入型破坏模式变为大直径桩的渐进压缩破坏模式，其Q-s曲线为缓变形曲线；③充分利用各土层的承载力，使桩身单方混凝土所提供的承载力显著提高；④挤扩桩成立盘底无沉渣且盘底土经挤压密实，受荷后有很小的压缩变形就可以提供较大的阻力，能有效的减少建（构）筑物的沉降变形；⑤抗拔性能显著提高；⑥单桩承载力的提高，使设计布桩方案更为灵活；⑦工期与经济性。节约钢筋混凝土用量，缩短基础施工工期；⑧产生显著的经济效益。由于单桩承载力大，在荷载相同的情况下，可比普通灌注桩缩短桩长、减小桩径或者减少桩数，乃至减小承台尺寸，因此能节省投资、缩短工期。通常可以节约基础费用约20%，缩短工期25%左右。

[1]建筑桩基技术规范[S].JGJ94-2008.

[2]挤扩支盘灌注桩技术规程[S].CECS192-2005.

[3]电力工程地基处理技术规程[S].DL/T5024-2005.

[4]火力发电厂支盘灌注桩暂行技术规定[S].DLGJ153-2000.

U443.15+4

A

2096-2789（2016）12-0206-02