淺談擠擴灌注樁豎向抗壓承載力施工影響因素

呂海濱 張學忠

擠擴灌注樁是在原有等截面鉆孔灌注樁的基礎上發展而來的新技術,擠擴支盤樁的機理特征是用特制的擠擴設備在普通灌注樁的基礎上增加底部擴大頭和中間的支盤來提高承載力的。目前成功和廣泛地應用于工業與民用建筑等建設領域,與普通灌注樁相比,能有效地提高樁基承載力、減少沉降、增加安全、降低工程造價。由于擠擴灌注樁承載力大量或大部分由盤端阻力提供,影響抗壓承載力的因素也是比較多的。

1 擠擴支盤樁的受力機理

擠擴支盤樁是采用現有樁基機械設備成孔,在等截面灌注樁孔身,通過專用裝置液壓擠擴成支或承力盤,在所需擠擴支或盤的土層,支盤成型設備施加較大的油缸壓力(10 kPa～28 kPa),最大擠擴壓力達到300 t。因此不僅加大了樁側、樁端承載面積,同時還對分支或承力盤上下的樁周土進行了擠密加固,提高了地基土的承載力和樁側摩阻力。所以擠擴支盤樁的受力機理和承載力性狀比普通灌注樁要復雜。通過試驗研究,支盤樁的承力盤端阻力發揮滯后于側摩阻力的發揮,下盤承載力的發揮又滯后于上部承力盤的發揮,隨著樁頂附加應力的不斷增加,當變形較小時,樁側摩阻力首先發揮作用,但變形達到一定量時,樁側摩阻力就不再增加,達到了極限狀態。承力盤只有達到一定變形后才發揮作用,首先是上盤提供承載力,但很快達到極限狀態,最后承載力的發揮主要由底盤承擔。

擠擴支盤灌注樁從荷載傳遞機理看屬于端承摩擦樁或摩擦端承樁,其極限承載力大量或大部分由支盤端阻力提供。由于承力盤面積很大,同時在豎向設有多個承力盤,即使樁荷載突然增大,也不易發生土體的剪切破壞,對下盤土體來說,由于其埋深較大,處于三向受壓狀態,其變形特征類似于大直徑樁漸進壓縮型破壞模式,這種破壞機理對建筑物的安全十分有利。影響承載力的因素有樁身質量強度、承力盤直徑大小、擴徑率和擴大率、承力盤的數量、承力盤的間距和位置、承力盤(岔)端部土層的特性等等。

2 擠擴支盤灌注樁承載力的施工影響因素

2.1 承力盤的擠擴直徑

鉆進成孔后,將擠擴裝置放入孔內,按設計位置自下而上依次擠擴形成承力盤腔體,保證承力盤擠擴直徑達到設計值。施工中經常會出現承力盤腔體不完整,直徑達不到設計要求,給工程留下了質量隱患。

首先是擠擴裝置自身性能,有的擠擴裝置油缸行程不自如、不到位,擠擴裝置不能完全打開,造成盤徑滿足不了設計要求。其次在每次轉動擠擴裝置進行擠擴時,擠擴裝置易側滑,又回到上次的位置,不能形成規則的盤腔。再次是操作人員施工責任心不強,擠擴盤腔時已算出擠擴次數,人工或機械轉動擠擴裝置完成盤腔,轉動少或轉動不到位,直接影響成盤效果。

因此,擠擴裝置入孔前先檢查擠擴裝置開合程度,不符合要求的嚴禁使用。擠擴過程中加強插桿的固定措施,防止擠擴裝置側滑。擠擴裝置放入孔中的深度、接長管的伸縮長度、擠擴過程中的轉角控制等,均應由專人負責指揮和操作,并做好詳細的施工記錄。加強現場工作人員技術交底,增強操作人員的責任心,注意觀察操作過程中的各種表象(轉動角度、油缸行程、液面變化等),嚴格按《擠擴支盤灌注樁操作規程》施工。配備質檢人員跟蹤監督,采用井徑儀對每一個樁的承力盤進行檢查,確保達到擠擴直徑。

2.2 施工區域巖土層的影響

一般來說,擠擴樁的承載能力大量或大部分取決于承力盤端部的阻力,所以盤端持力層的物理力學特性對承載力會產生重大影響。擠擴體的設置位置影響著擠擴灌注樁承載力的發揮。在工程地質條件允許的前提下,擠擴體應盡量設置在巖土層的中下方,以利于樁身上部樁側摩阻力的發揮。

勘察已提供施工區域內巖土層分布情況,但對民用樁基施工來說,樁與樁之間的間距是非常小的,勘察報告具有一定的局限性。這就需要在施工中重視成孔鉆探的班報記錄,詳細記錄下巖土層的實際變化情況,指導擠擴支盤的施工。專人記錄支盤擠擴成型的首次壓力值,該壓力預估值應由勘察報告的土層情況、施工人員的經驗和試樁成孔的數據綜合確定。構成盤腔的首次擠擴壓力值若不能滿足預估壓力值時,可將盤位在上下0.5 m～1.0 m高度范圍內調整,地層變化較大時,及時與業主、監理、設計院溝通,調整承力盤的位置。最大限度地選擇好盤端持力層,有效發揮擠擴支盤灌注樁的優點。

2.3 施工工序的影響

擠擴灌注樁的施工工藝包含成直孔、成盤腔、清孔、安放鋼筋籠和灌注混凝土。施工質量檢查是五個主要工序的檢查,各個工序之間的緊密銜接又是保證擠擴灌注樁質量的重要因素。

鉆進成直孔,檢查合格后,隨即將擠擴裝置緩慢平穩地放入孔內,盡量不刮蹭孔壁,按照設計位置依次擠擴形成承力盤的腔體。當樁距較密時,宜采用跳躍式施工流水順序或適當錯開相鄰的豎向盤位。

擠擴成支盤過程中泥漿體積下降,一定程度上反映成支盤的體積與質量,成盤質量要求泥漿面有明顯下降。支盤成型機離孔后,應及時清除孔口拖帶泥皮、泥塊,防止回落孔內,并立即補充泥漿,保持水頭壓力。使用盤徑檢測儀對腔體進行盤徑檢測,確保盤的數量、質量符合要求后,立即進行二次清孔,二次清孔必須用三翼鉆頭進行,并控制清孔速度,這樣才能有效地將擠擴殘留在孔內的泥塊打成泥漿返回地面。及時下放鋼筋籠,利用導漿管進行第三次清孔,合格后灌注混凝土,不得中途停頓防止塌孔。

2.4 清孔效果的影響

清孔效果不同,樁的承載力不同。據文獻記錄,深長樁的擠擴樁施工中,正循環清孔導致樁底沉渣清除不徹底,試驗結果樁承載力明顯低于反循環清孔的樁。所以根據施工現場的情況,選擇反循環施工工藝或局部氣舉反循環清孔工藝對確保滿足承載力的設計要求是十分必要的。對非深長樁,達不到反循環施工條件的可采用正循環施工工藝,采用正循環要特別注意清孔質量。一清、二清要保持一定的泥漿粘度,確保將黏土顆粒帶出,利用泥漿循環系統(循環槽、沉淀池、泥漿池)將其有效沉淀。在更換泥漿過程中要循序漸進,防止泥漿過稀降低懸浮能力,在灌注混凝土前的第三次清孔時,將泥漿參數逐漸調整到標準要求。清孔結束到混凝土初灌的時間過長也是造成孔底沉渣超標的主要原因,因此在清孔驗收合格后應立即進行混凝土灌注。

3 結語

1)擠擴支盤樁其承載力大量或大部分由承力盤端阻力提供,切實消除施工中的影響因素,確保設計承載力,滿足工程要求。

2)擠擴灌注施工時,做到精心施工,制定合適的施工工藝,加強施工管理,搞好施工質量控制要點,保證滿足承載力的設計要求。

[1]CECS 192∶2005,擠擴支盤灌注樁技術規程[S].

[2]DBJ 14-019-2002,擠擴灌注樁技術規程[S].

[3]劉希武.擠擴支盤灌注樁的研究與應用[J].建筑科技與管理,2001(5):7.

[4]沈保漢.DX多節擠擴樁的產生及特點[J].工業建筑,2004,34(6):1-4.