擠擴支盤樁在工程中的應用

王振玲

1 概述

濮陽 220 kV范縣變電站工程，設計采用擠擴支盤鉆孔灌注樁基礎，經單樁豎向抗壓承載力試驗和低應變完整性檢測，單樁豎向抗壓承載力和樁身完整性均滿足設計要求。

1.1 場地地質概況

工程場地內地貌單元屬于黃河沖積泛濫平原，場地地貌較為單一，場地地表多為填土，地勢平坦，地下水水位埋深 2.6m～2.7m，近3年 ～5年最高水位埋深約 1.0m。場地環境類別為Ⅲ類，場地為嚴重液化場地。在該場地上建造變電站必須同時滿足三個條件:1)地基承載力要求;2)上部結構物的變形要求;3)抗震性能要求，即處理好地基土的液化問題，才能保證變電站的安全性、適用性和耐久性能。場地上部土層承載力較低，天然地基不能滿足變電站結構承載力要求，必須對地基進行處理或采用樁基礎。目前能滿足上述三個條件的處理方案有復合地基方案和樁基礎方案。下面根據上述條件對這兩種方案分別論述。

1.2 地基基礎方案論證

滿足結構荷載和變形要求的復合地基方案主要有碎石樁復合地基和砂樁復合地基;樁基礎方案有灌注樁基礎、預制樁基礎等，但兩種方案處理地基機理不同。碎石樁復合地基和砂樁復合地基，采用的是部分土體被增強或被置換形成豎向增強體，由增強體和周圍地基土共同承擔上部結構傳來的荷載。樁基礎采用是將上部結構傳來的荷載通過基樁傳到深部土體，由樁與土之間的摩擦力和樁端阻力來平衡。

1.2.1 碎石樁或砂樁復合地基方案

振動擠密碎石樁或砂樁在成樁過程中樁管對周圍砂層產生很大的橫向擠壓力，使樁周圍的土粒重新排列密實，孔隙比減小，密實度增大，這就是擠密作用。通過擠密作用，提高砂土的強度和砂土地基的承載力，在地震作用下，碎石樁或砂樁可以充當排水通道，從而消除砂土液化的可能性，根據震害調查表明，當地震烈度分別為 7度，8度，9度時，只要砂土的密實度分別達到或超過 55%，70%或80%，即不會產生液化。但是碎石樁和砂樁復合地基對原地基土承載力提高的能力很有限，一般都在 200 kPa以下，再者，根據 JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范的規定，當要消除地基液化時，在基礎外緣擴大寬度不應小于基底下可液化土層厚度的 1/2，這樣，要滿足上部結構承載力、變形要求且消除土層的液化，需對整個場區均進行處理且處理深度較大，綜合算下來約需工程造價為 800萬元，造價較高，并且工期較長。

1.2.2 樁基礎方案

結合本工程的結構特點，樁基礎中的基樁可采用預制樁、鉆孔灌注樁、擠擴支盤樁，支盤樁相對預制樁、鉆孔灌注樁等直身樁，其具有承載力高，單樁混凝土量少，抗拔力高等特點，因此特別適合變電站基礎，可在每個構架、支架下面布設樁，采用獨立樁基礎，這樣整個場地約需 800多根樁，總造價約為 400多萬元，比碎石樁約節省 300多萬元，并且能縮短工期。比預制樁或直身鉆孔灌注樁整體造價節約 200萬元。因此，本工程采用支盤樁更為優越。

本工程在實際施工時，也充分驗證了上述結果，整個工程有效工期僅為 40多天，并且工程造價也不超過 500萬元。

比較復合地基方案和支盤樁基礎方案，擠擴支盤樁基礎方案具有工期短、造價低、承載力高、安全可靠的優點。

2 擠擴支盤樁的施工方法

擠擴支盤樁全稱為“液壓擠擴支盤混凝土灌注樁”，是在常規鉆孔灌注樁的基礎上，采用專用液壓設備對樁長范圍內的土層進行多截面擴孔，形成多處錐狀或三角形擴徑空腔，空腔內灌注混凝土后形成多支點的多截面擴孔混凝土樁。

2.1 擠擴支盤樁的受力機理

擠擴支盤樁的承載機理首先是利用樁周中下部較好的土層，將荷載通過支盤傳遞到土層上去，即分層承受荷載。通過荷載沿深度的擴散，不僅減少了樁端荷載，而且還擴大了受力面積，從而達到大幅度提高承載力的目的。由于分層承受荷載，在工作荷載作用下，至樁端的荷載很小，保證了樁端土的穩定性。其次，用特制的擠擴器在鉆孔孔壁上擠擴成支狀或盤狀腔模(其結構見圖 1)，然后再放入鋼筋籠，澆灌混凝土后即成支盤樁。擠擴結果，使支盤上下端土體得到了壓密，減少了壓縮量，提高了土體內摩擦角和壓縮模量，其物理力學性質必然優于原狀土。在受力時，由于支盤周邊土體預先受到壓密，類似于“預應力”作用，減少了土體承載后的壓縮量，使土體的豎向承載力及抗拔力都成倍地提高。

2.2 擠擴支盤樁的施工工藝

目前支盤灌注樁已形成了完整的施工工藝，施工主要工藝流程:

定位放線→校核→埋設護筒→樁機就位并校正→鉆進(視場地情況用原土制漿、補漿)→第一次清孔→分支做盤→成孔檢查→吊放鋼筋籠→下導管→第二次清孔→灌注水下混凝土、拔出導管→拔出護筒→養護。

2.3 擠擴支盤樁的適用范圍

擠擴支盤樁可以適用在填土、粘性土、粉土、淤泥與粘土及粉土交互地層和砂卵石地基中，特別是應用于濕陷性黃土、液化土層、膨脹土層以及軟弱地基等，也可以用于多層磚混及框架結構建筑，工業建筑及構筑物和高層建筑的樁基工程。

2.4 擠擴支盤樁的經濟和社會效益

支盤不僅加大了樁端承載面積，同時還對支盤上下的樁周土進行了擠密加固，改善了地基土的物理特性，提高了地基土的力學指標，提高了地基土的承載力和樁側摩阻力。在同樣的外荷載作用下，比普通灌注樁的樁長減短，單方混凝土承載力提高，混凝土量減少，穩定性增強，沉降減少，工期提前，造價節省;擠擴支盤樁可實現施工中的監控與調整，質量比較可靠。可以根據要求承載力的大小增加或減少樁身支盤的數量，做到根據布樁要求選用承載力相近的樁型。與普通灌注樁相比:在樁徑、樁長相同時，支盤樁單樁豎向極限承載力標準值可提高 2倍左右，在單樁豎向極限承載力標準值相同時，支盤樁的混凝土量可減少 50%，工程造價可節約 20%～30%，施工工期可縮短 30%，建筑物的沉降可減少 50%左右。

擠擴支盤樁屬中國人的專利，這方面的技術在世界上屬絕對領先地位，目前已推廣應用到歐洲和東南亞的很多國家，工程應用已有幾百例，而且使用情況都非常良好，但是在濮陽地區還是第一次使用。

2.5 擠擴支盤樁的質量控制和環保措施

影響擠擴支盤灌注樁承載力的主要因素是其樁長、樁徑、支盤的直徑和數量，因此質量控制主要是保證其樁長、樁徑、支盤的直徑和數量。一方面可以從施工過程中通過嚴格的流程控制，另一方面也可以通過事后的檢測如取芯、靜載試驗、低應變、超聲波試驗等控制其施工質量。

擠擴支盤灌注樁相對于其預制樁和直身灌注樁對環境沒有什么特殊的污染，不需要采取特殊的環保措施。

3 結語

擠擴支盤樁為一技術性很強的樁型，可以節約投資、大幅度提高抗拔及抗壓能力，工期也可提前，可以很好的提高基礎的安全性和可靠性。

[1] 張質衡，吳 科.樁土復合地基在基礎加固處理中的應用[J].山西建筑，2009，35(14):85-86.