DX樁技術的設備與工法概述

賀德新

(北京中闊地基基礎技術有限公司，北京 100097)

1 前言

三岔雙向擠擴灌注樁(DX樁)是一種優秀的新型變截面樁，以發明人賀德新先生的名字(De Xin)命名。它是在鉆孔灌注樁鉆孔的基礎上，使用專用的DX擠擴設備在樁身擠擴成上下對稱的空腔，然后澆灌混凝土后形成的樁身、承力盤和樁根共同承載的樁型(見圖1)。

圖1 DX樁樁身圖Fig．1 DX pile

DX樁技術的發展離不開DX擠擴設備的不斷發展與完善。經過10多年的發展，DX樁設備與工藝已經日趨成熟［1～3］。

目前DX樁已經應用于公路交通大橋、特大橋，及各省市工業廠房、商住樓、發電廠、LNG等眾多領域的100多個項目，目前已完成總樁數5萬多根，收到了良好的社會效益和經濟效益。

2 DX樁發展

DX樁是伴隨著DX擠擴設備的發展而發展的，DX擠擴設備大致經歷了三代，第一代三岔雙向擠擴設備，第二代鉆擴清一體化機，以及第三代旋挖擠擴鉆機。

2．1 三岔雙向擠擴設備

1998年北京中闊地基基礎技術有限公司賀德新先生發明設計了新型的多功能液壓三岔雙向擠擴裝置(簡稱DX擠擴設備)，1999年在我國第十二屆發明會上該項發明被評為金獎。由DX擠擴設備擠擴形成的多節擠擴灌注樁稱為三岔雙向擠擴灌注樁，簡稱DX樁。

三岔雙向擠擴設備主要由三岔擠擴臂、油缸及相應的控制系統組成。三個擠擴臂之間成120°夾角，如圖2所示。施工時將擠擴設備放入孔中，通過液壓設備控制擠擴臂張開，一次擠擴完成后收回擠擴臂，轉動一定角度，再次擠擴，直至形成完整的承力盤(見圖3)。

圖2 三岔雙向擠擴設備平面圖Fig．2 Plan of extruding-expanding rig

圖3 DX樁成盤效果Fig．3 Sketch map of DX pile bell

DX樁與早先的支盤樁相比，具有更明顯的優勢，其中最重要的區別在于:支盤擠擴機是單油缸單向往下擠壓，從而形成如圖4(a)所示的上大下小的承力盤，擠擴過程中會形成設備“上浮現象”，從而造成上部土體塌落產生“臨空區”，擠擴成腔質量較差。DX擠擴設備是雙油缸雙向相對移動，三對擠擴臂水平擠壓土體，擠擴時設備沒有“上浮現象”，不會出現土體塌落而產生“臨空區”，承力盤上下對稱(如圖4(b)所示)，成腔效果較好。

2．2 鉆擴清一體化機

鉆擴清一體化機是在三岔雙向擠擴設備基礎上改進而成的(見圖5)，該設備集鉆孔、多節擠擴、清孔于一體。無論是干法成孔工藝，還是泥漿護壁濕法成孔工藝都可以一機完成，能有效的保證成孔質量。施工時，鉆機定位，鉆成孔后，DX擠擴裝置放至孔中擴盤位置，擠擴出承力盤，擠擴時的轉位角度由專門液壓系統操控。擠擴工序完成后，將清孔裝置放入孔中，用旋挖清孔裝置將虛土徹底清除干凈，隨即下鋼筋籠，灌注混凝土成樁。

圖4 支盤樁與DX樁構造對比Fig．4 Comparison of Squeezed branch pile and DX pile

圖5 鉆擴清一體化機Fig．5 Drilling-extruding-cleaning rig

2．3 旋挖擠擴鉆機

2006年北京中闊地基基礎技術有限公司又發明創新出了最新一代的HDX旋挖擠擴鉆機(簡稱HDX旋擴鉆機)及其工法，該設備采用了邊旋轉邊擠擴的設計思想，在原擠擴臂表面裝置弧形切刀(有低刃和高刃切刀兩種)，根據土層的軟硬選配低刃切刀或高刃切刀進行旋擴作業。在連續旋轉的過程中三對旋擴臂逐漸向外打開，盤腔一次旋擴成型，時間短、工效高、成腔好，傳統的人工操作的擠擴方式與之無可比擬。

3 HDX旋挖擠擴設備

新型HDX旋挖擠擴鉆機，如圖6所示，由雙向液壓油缸裝置、三岔雙向旋擴裝置、連接器、電腦液壓站控制系統及車載系統等組成。

圖6 HDX1215旋挖擠擴鉆機Fig．6 HDX1215 rotary expanding-extruding rig

新一代的HDX1215型旋挖擠擴鉆機在諸多方面都處于行業內的領先地位，主要包括:配重調整系統;大三角支撐;垂直度調整;自動化實時監控系統。

3．1 節能鉆桿與配重調整系統

常規的鉆機在施工過程中始終采用同一套鉆桿系統，若孔深較淺時，亦采用多節鉆桿，這樣設備做功主要用于提升鉆桿，利用效能低。在新一代鉆機中，采用了節能鉆桿的設計，可以根據不同的鉆孔深度隨時調整鉆桿節數，起到了很好的節能效果。由于鉆桿節數的調整，整個鉆機的重心會隨之變化，因此引入了配重調整系統，如圖7所示。該系統是以車輛的回轉中心為支點，前后調整配重，確保鉆機平衡。同時，又保證鉆機回轉時快速、穩定和可靠。

圖7 配重調整系統Fig．7 Counterweight adjusting system

3．2 大三角支撐

后起桅桿的大三角支撐(見圖8)，采用了兩個二級油缸，形成立體大三角，保證桅桿能夠順利平穩的起降。同時保證了回轉或者行進過程中底盤的穩定。該設計可以使桅桿快速平穩的放倒或立起，這樣在現場施工中使得車輛可以迅速的移位，提高了施工效率。

圖8 大三角支撐系統Fig．8 Big triangle support system

3．3 垂直度調整

垂直度調整系統同樣是該設備在設計中的一個亮點(見圖9)。傳統的設備采用平行四邊形方法，垂直度調整依靠上兩點、下一點的兩個油缸調整，既有前后調整，又有左右調整，控制難度較大。且立體小三角支撐，穩定性差，容易出現事故。而該設備創新的設計將垂直度調整分為前后和左右兩套系統。前后垂直度的調整依靠大三角支撐的兩個油缸調整，且設有平衡閥，保證安全。在左右調整時，采用上一點，下一面的鐘擺式調整系統，簡單可靠。而且底面油缸中有平衡閥，保證調整后在施工過程中的安全性。這一點在重、大型設備中尤為重要。

圖9 垂直度調整Fig．9 Vertical degree adjusting

3．4 自動化實時監控系統

由于樁基工程屬于隱蔽工程，在施工過程中監控非常困難，尤其對于變截面樁型，樁身擴大部位的施工監控尤為重要。因此，在鉆機的設計中引入了自動化實時監控系統。該系統的主界面見圖10。

圖10 自動化實時監控系統操作主界面Fig．10 Main page of the automatic real-time monitoring system

主界面中，包括了設備在施工過程中涉及的主要參數:擠擴壓力、擠擴盤徑、實際孔深、孔當前的深度、鉆頭位置、單次進尺、收回壓力、X軸傾角、Y軸傾角、回轉角度、重心、盤號、盤位深度等參數。

主界面最左側為標尺。標尺右側顯示孔深和鉆頭位置。當前擠擴壓力，擠擴盤徑，單次進尺，主卷上層鋼絲繩圈，收回壓力數值均顯示在刻度尺右側。擠擴頭的張收，圖10中會顯示不同的形狀。界面右側顯示桅桿傾角以及不同盤號的擠擴相關參數表格，表格內容包括:盤位深度，擠擴壓力，擠擴盤徑。

4 DX施工工藝及方法

4．1 工藝流程

DX樁的施工工序比直孔灌注樁的施工工序多一道專利擠擴工作(第二道工序)。正是因為這一擠擴工序，DX樁與同樁徑和樁長的等截面鉆孔灌注樁相比，承載力有較大幅度的提高，而提高部分的承載力主要由擴徑體的端阻力提供。施工步驟如圖11所示。

4．2 旋擴臂的運動軌跡

DX旋挖擠擴裝置采用獨特的雙缸雙向液壓結構設計理念。從圖12可以看出，設備的旋擴臂從上下兩個方向同時運動，整個旋擴臂的頂點軌跡在同一個水平面上，保證了上下兩部分腔體的對稱性。如圖12所示，豎向虛線代表孔壁，豎向實線代表旋擴設備的邊界線。DX樁整個旋擴過程中，旋擴臂的運動軌跡包絡線是一條曲線，亦即成腔后承力盤與樁身的交界面為曲線漸變過渡，這樣可以防止應力集中，對該處的受力是非常有利的。

圖11 DX樁的施工流程圖Fig．11 Flowchart of DX pile construction

圖12 旋擴臂的運動軌跡圖Fig．12 Traces of the rotary extruding-expanding arm

旋擴臂的打開是一個近似的對數螺旋漸開線，如圖13所示，旋擴臂上的碾壓切刀始終壓在土體中，這樣確保了土體不會坍塌。碾壓切刀工作時所形成的包絡線是逐漸打開的、上下對稱的立體錐狀回轉體。

4．3 旋挖擠擴裝置的類型

目前該設備可根據土層選擇適合的切刀，采用切削碾壓或純切削的方式，這樣就大大提高旋擴的質量和效率。對于一般土體，通常采用碾壓旋擴與切削碾壓旋擴相結合的方式，擠擴臂正向旋轉，切刀的刀口對土體進行少量切削，同時切刀的外弧面對土體進行碾壓;反轉時，切刀的外弧面對土體進行碾壓旋擴，不進行切削。對于標貫值N大于40的土體由于本身十分密實，則通常以切削旋擴為主，見圖14。

圖13 旋擴臂的打開軌跡Fig．13 The trace of the rotary extruding-expanding arms while opening

圖14 不同土層適用的旋擴方法Fig．14 Methods using in different soils

4．3．1 切削碾壓施工工藝

此工藝適用于粘性土、粉土、粉質粘土和標貫擊數N＜40的粉砂、砂土等土體。具體工作機理如下:

1)切削碾壓。當碾壓切刀正向旋轉時，旋擴臂沿水平方向逐漸打開，旋擴臂上的碾壓切刀壓入土體后，刀口對土體進行切削，如圖15所示;同時，由于在平面上碾壓切刀的外弧面高出刀口，因此在旋擴臂旋轉時外弧面緊接著對土體進行碾壓。

2)碾壓。當旋擴臂反向旋轉時，碾壓切刀的外弧面對土體進行碾壓，三對旋擴臂上的碾壓切刀如同三對抹子，對土體進行多次碾壓。尤其是在泥漿護壁成孔時，旋擴臂把泥漿壓入砂層或土層，使砂層和土層形成較密實的保護層，腔體不易坍塌。

對于上述土層，合理選擇切削碾壓和碾壓的組合能達到更理想的效果。

4．3．2 切削工藝

當需要擴孔的土層為強風化巖層、殘積土或密實的砂層(N63．5大于40擊)時，應選擇旋轉切削方法。因為上述土體密實，結構穩定，要繼續對土體進行擠壓就可能發生“剪脹”，反而削弱了土體強度。具體工作機理如下:

選擇外弧面最高點在刀口處的切刀，施工時切刀與土體的角度成銳角。正向旋轉只對土體進行切削，反轉時可以對土體進行碾壓(見圖16)。對于這些密實的土體，宜采用切削工藝。

5 結語

圖15 切削碾壓的施工俯視圖Fig．15 Top view of the cutting-rolling construction

圖16 切削施工俯視圖Fig．16 Top view of the cutting construction

綜上所述，DX樁技術通過十幾年來的理論研究、設備研發和工程實踐，該技術在全國各地得到廣泛的應用，得到業界一致贊許，并相繼制定出天津、河北、山東、陜西、江蘇5省市的地方標準。2009年10月，中華人民共和國住房和城鄉建設部頒布了DX樁《三岔雙向擠擴灌注樁設計規程》(JGJ171－2009)國家行業標準，該標準為強制性標準。標準審定會專家認為:“DX樁技術可靠、承載力高、質量可控、節能環保、技術成熟，具有較高的科學性和突出的創新性，該標準達到國際領先水平”。

隨著國家行業標準的頒布，將為今后更好的普及應用該項技術奠定更堅實的基礎。在當前建筑業高速發展的今天，DX樁的廣泛應用，為建筑安全、節能減排、節約材料、降低成本產生巨大的社會效益，愿DX樁打下最堅實的基礎，為祖國和世界的建設作出重大的貢獻!

［1］賀德新，沈保漢．DX擠擴裝置及DX多節擠擴樁的應用［J］．工業建筑，2001，31(1):27 －31．

［2］沈保漢，賀德新，陳 輪，等．DX多節擠擴灌注樁［J］．巖土工程界，2002，5(4):30 －35．

［3］沈保漢，賀德新，劉振亮，等．DX多節擠擴樁的產生及特點［J］．工業建筑，2004，34(3):1 －4，8．