于挤扩支盘桩在地基基础工程施工中的应用

陈如军

摘要：笔者结合多年工作经验和工程实例，对挤扩支盘灌注桩做应用的研究进行分析。
关键词：挤扩支盘桩；质量控制；施工工艺
Abstract: the author combined with years work experience and the practical engineering, the crowded reamed bored piles applied to do analysis.
Keywords: crowded reamed pile; Quality control; Construction technology

中图分类号： TU47        文献标识码：A                文章编号：
1、工程概述
该小区工程由住宅、超市及地下车库组成，分别为住宅21层、超市卖场为4层、地下车库为1层，总建筑面积约为103779 m2。
本工程场地土质为中软场地土，属Ⅲ类场地，承载力低，压缩性高，物理力学性质差。地层特性描述为：①1层为填土，以粘性土为主，含较多建筑垃圾，夹碎砖、碎石子及少量植物根茎。①2层为浜填土，含大量黑色有机质，分布于场地西侧原东港河底。④1层为粉质粘土，夹氧化铁条纹及铁锰质结核，含有机质与泥钙质结核，切面光滑，干强度中高等，韧性中高等。④2层为粉质粘土夹粘质粉土，含云母，有机质夹氧化铁条纹及铁锰质结核，切面光滑，干强度中等。⑤层为砂质土，含云母碎屑，偶夹贝壳碎屑，夹较多薄层粘性土，切面粗糙，干强中等，韧性中等。⑥层为粉质粘土，含云母、有机质、及泥钙质结核，见贝壳碎屑，夹薄层粉土，切面光滑，干强度中等，韧性中等。⑧1层为粉质粘土，含氧化铁及铁锰质结核，土质均匀，切面光滑，干强度中~高等，韧性中~高等。⑧2-1层为粉质粘土夹粘质粉土，含云母，夹粘性土条带，土质不均，切面粗糙，干强度中~低等，韧性中~低等。⑧2-2层为含氧化铁和铁锰质结核，夹薄层粉土，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等。
2、设计方案状况
本工程超市卖场设计采用为挤扩支盘灌注桩，桩径为Φ650mm，桩长为10.0m，为抗压兼抗拔桩。设上下两个承力盘，承力盘直径1400mm，上、下两盘设计间隔为5.0m。其中，上承力盘位于第5层土(砂质粉土）中；下承力盘位于第6层土（粉质粘土）或第8-1层土（粉质粘土）中；桩端持力层为第8-1层土（砂质粉土）。单桩抗拔承载力极限值2000KN,特征值1000KN；单桩抗压承载力极限值2500KN,特征值1250KN。
3、挤扩支盘灌注桩施工工艺
挤扩支盘混凝土灌注桩是在原有混凝土灌注桩的常规成孔后采用下入支盘成型机械形成支盘盘体，本工程支盘桩由上承力盘、下承力盘两个盘数所组成。通过液压挤扩，对各分支和承力盘周围土体施以三维静压，挤扩支盘桩空腔，经挤密的周围土体与空腔内灌注的砼桩身、支盘紧密地结合为一体，发挥了桩土共同承力作用。
3.1 挤扩支盘机的构造

1—接长杆接头 2—油缸 3—防缩径套 4—回收状态   5—弓压臂 6—扩展状态

3.2 工艺流程图

图一

(a)成孔        (b)下盘挤扩 (c)上盘挤扩 (d)挤扩成型后下钢筋笼 (e)浇注混凝土后成桩
图二
3.3 主要施工技术措施
3.3.1 从测量定位放样到一清提杆之间工序均按混凝土钻孔灌注桩一样程序操作完成，在此不详细叙述。
3.3.2 扩盘次数
将挤扩装置按自下而上次序在所设盘位进行挤扩，按角度盘上的分度指示将挤扩支盘机均匀转动8~10次并挤扩成盘。
       挤扩次数=（1.4×π）÷0.28÷2=8次
设计盘径1.4m          挤扩臂宽0.28m
因此，每次参照角度盘均匀转动角度约22.5°，共转角8次（ 180°转角），完成8次挤扩，一个盘腔便扩盘成形。
3.3.3 盘径检测
挤扩成盘后应采用盘径测仪进行盘径检测，检查所成盘是否在设计持力层层位、盘位、盘间距、盘数。
盘径测仪采用主测绳与副测绳在同一水平位置上，标出盘位深度，然后将盘径测量仪下入桩盘所在位置后放松副测绳，使测架张开，接着在孔口处测量主测绳与副测量绳标记的落差值。最后根据落差表查出落差值所以应的盘径尺寸。
3.4 一般规定
3.4.1 挤扩支盘灌注桩施工前应具备场地地质工程勘察资料、地下管线和其他障碍物资料、桩基工程的施工组织设计等相关施工资料。
3.4.2 挤扩支盘桩施工应采用经检验合格的支盘机并满足应有足够的动力、承力盘挤扩成型的要求、应安装防缩径套管装置、支盘机的弓压臂宽度b不应小于单支临界宽度。
3.4.3 显示挤扩压力的液压表应经检定合格
3.4.4 应经常检查现场施工设备、安全和环保措施、工具配件和劳保用品。
3.4.5 施工前，宜进行试成孔作业，灌注充盈系数不得小于1.0，且不大于1.3。
3.4.6 清孔是钻孔灌注桩施工重要的一道工序，清孔质量的好坏直接影响水下混凝土灌注施工、桩身质量与承载力的大小。为了保证清孔质量，本工程采用两次正循环清孔。在保证泥浆性能的同时，必须在终孔后（盘径挤扩前）清孔一次和灌注前（盘径挤扩后）清孔一次。
（1）第一次清孔在成孔结束时利用钻杆清孔，调制性能好的泥浆替换孔内泥浆与钻屑，时间一般控制在45分钟左右，为盘径挤扩的顺利进行作好必要的前期准备。
根据本工程地质岩土物理性能，选用原地层自然造浆，地表调节泥浆物理性能。根据不同的地质情况，选用不同的泥浆性能参数，来平衡地层的侧压力，以保证孔壁的稳定性，防止坍孔。
    泥浆性能多数指标控制范围如下：
    一清泥浆比重≤1.30     粘度 20～26s
    含砂率≤4~8%
泥浆性能多数一般选择原则是：易塌孔地层选用较大值，不易塌孔地层选用较小值。
泥浆性能主要通过上海地质仪器厂生产的NB-1型泥浆比重计和1006型泥浆粘度计来测试。成孔施工中，机班长主要通过仪器检测来控制、调整泥浆性能，确保钻进顺利。
（2）第二次清孔是在下好钢筋笼和导管后利用导管进行清孔，清孔时经常上下窜动导管，以便能将孔底周围虚土及挤扩后坠入孔底的淤块清除干净。
清孔后沉渣控制在100mm以内，用泥浆比重仪和漏斗粘度计测定泥浆比重和粘度，符合要求后方可进行水下混凝土灌注，并在第二次清孔结束后30分钟内灌入混凝土。泥浆性能多数指标控制范围如下：二清泥浆比重≤1.20    粘度 18～20s
4、挤扩支盘桩质量的控制
4.1 挤扩支盘机入孔前应检查连接法兰、螺栓、油管、液压装置、弓压臂分合，检查连接杆盘位标记和挤扩支盘机运行情况；
4.2 入孔后可利用挤扩支盘机检查孔的垂直度，并复测孔深；
4.3 挤扩支盘作业宜自下而上进行。挤扩前后均测量孔深，并做好详细的施工记录；
4.4 按角度盘上的分度指示将挤扩支盘机均匀转动8~10次并挤扩成盘，应保证各相邻分支搭接30~50mm；
4.5 当地质条件较复杂或土层标准贯入击数大于50从而挤不动时，及时报告监理。可根据实际情况在桩身上下各1m范围适当调整盘位标高，但应保证调整后的盘位处于设计规定的土层中，并满足最小盘间距的要求；
4.6 在挤扩过程中做好每次挤扩的压力值，盘位深度和挤扩全程的起止时间、每个承力盘腔形成后的泥浆液面变化情况、观测每次挤扩时油压计的读数变化，并记录挤扩支盘机机体上升值；
4.7 首扩压力值要与规程规定符合，各盘首扩压力值均大于10MPa，为提高工程桩的施工要求，保证施工质量，每盘的首扩压力值可提高1-2MPa。挤扩时，挤扩装置下至底盘设计位置，根据规程及经验，成盘遇到此种地质条件复杂变化时要进行盘位调整。盘位调整根据最近孔的地勘资料进行，根据试挤压力变化趋势，逐渐缩小调整幅度，直至首扩压力值达到要求，盘位确定。如试挤压力反映偏低，则相反往下微调，即可达到要求的盘位。
首扩压力值（无论底盘与其他位置的盘位）与规程指标吻合，不能小于规程表中的首扩压力值，这是保证工程桩施工质量的重要控制点。在调整过程中，如果首扩压力值偏低，说明该处土层较软，前级调整幅度过大，此时，须认真仔细操作挤扩装置往下寻找试挤，直至首扩压力值达到施工要求，也表明盘位已调整到持力性较好的土层位置。
4.8 挤扩过程中及时补充护壁泥浆，保持水头压力，防止塌孔；施工中，要充分注意钻孔坍塌的主要问题，所以在挤扩中，每完成一次挤扩，遇泥浆液面下降明显，就要及时补充泥浆，始终保持孔口水头压力，防止塌孔。
4.9 挤扩过程中如遇塌方、流砂等情况，则立即停止操作，提出挤扩装置，妥善处理后，再继续进行挤扩作业。
4.10 盘径质量标准：盘径允许偏差-0.1d，且≤50mm，盘间距可根据实际情况在桩身上下各1.0m范围适当调整盘位，但要保证调整后的盘位处于设计规定的土层中，并满足最小盘间距的要求（允许偏差±300mm，）盘数不得少于设计盘数。
4.11 当桩中心距不大于2D时，宜间隔施工。本工程支盘桩基本上采有3桩为一个承台和2桩一承台布设，中心距基本上为2.1m，且无法夜间施工，施工作业时间仅有15h的工程特点，因此，施工时必须采用跳桩作业施工，并且安排三个承台桩进行跳桩才能满足要求。
4.12 灌注混凝土时导管口距孔底不大于500mm，混凝土初灌量高出底盘顶部1.0m以上，严禁将导管底端拔出混凝土面。
结语：挤扩支盘灌注桩作为一种新型深基础，在适宜土层条件下可取代目前工程上使用最多的预制桩、钻孔灌注桩以及大直径桩墩基础。不仅可以作为承载桩，也可作为支盘桩、抗拔桩和承受较大水平荷载的桩、复合地基等。挤扩支盘灌注桩技术，为桩基工程提供一种新手段、新方法，能适应更复杂的建筑工程要求，今后必将得到更广泛的应用与发展。