DX樁的施工特點及其效果

唐松濤，陳立宏，彭 文

(北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

1 前言

DX樁是在擠擴支盤樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的［1～3］，早在20世紀(jì)80年代，北京市建筑工程研究院及一些學(xué)者［4～5］就開始對支盤樁的承載力進(jìn)行研究，隨后北京俊華地基基礎(chǔ)工程技術(shù)集團(tuán)研制開發(fā)出第一代YZJ型液壓擠擴支盤成型機(單向液壓油缸兩只腔擠擴機)，但其后的工程實踐表明YZJ擠擴機性能不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)擠擴坍孔嚴(yán)重、重擠質(zhì)量不可靠、擠擴臂回收時容易夾土等問題。針對擠擴機在工程中出現(xiàn)的各種問題，1998年賀德新研制開發(fā)出新型的多功能液壓擠擴裝置，以此實施DX擠擴灌注樁(簡稱DX樁)，并在北京、山東、河北、河南等地成功應(yīng)用，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益［6］。2006年，北京中闊地基基礎(chǔ)技術(shù)有限公司又研制了新型的旋挖擠擴鉆機，進(jìn)一步提高了DX樁的適用性。DX樁施工簡單方便，其施工流程基本與普通的等截面樁一致，只是在鉆(沖)后增加一道擠擴工序，然后再吊放鋼筋籠，灌注混凝土，形成由樁身、承力盤、樁端三者共同受力的樁型。

2 DX樁的施工流程

2．1 測量定位

使用全站儀，按圖紙坐標(biāo)放出關(guān)鍵控制樁位，其他樁位可以通過拉直線的方法，再配合鋼卷尺按設(shè)計的樁間距放出，放完樁位后，應(yīng)在所放的樁位中隨機地抽取一部分，用全站儀復(fù)測其坐標(biāo)，確認(rèn)是否與圖紙設(shè)計一致。復(fù)合無誤后，報監(jiān)理驗收同意，即可開始下一步施工。

2．2 成孔

2．2．1 鉆機就位

必須保證鉆機施工作業(yè)場地堅固、平整，避免鉆機在作業(yè)的過程中發(fā)生位移、偏斜，進(jìn)而影響成孔的質(zhì)量;在施工過程中必須控制鉆桿的垂直度，誤差要控制在0．2%之內(nèi);在開鉆之前，要在已經(jīng)放好的樁位中心上定十字線，具體的方法是拉兩條大約以90°夾角相交的直線，使這兩條直線各自向兩邊延伸到樁體之外，然后固定，這樣做的目的是在埋設(shè)護(hù)筒后，可以通過這兩條直線來復(fù)核護(hù)筒的中心是否正對樁中心。

2．2．2 泥漿制備

旋挖鉆機通常情況下都是采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁，在整個成孔的過程中，孔內(nèi)都是充滿泥漿的，為了防止孔壁坍塌，對泥漿的質(zhì)量要求較高，應(yīng)根據(jù)特殊的地層情況而采用特定的配比。泥漿使用火堿、纖維素、膨潤土和水按一定的比例配置而成。

2．2．3 埋設(shè)護(hù)筒

護(hù)筒以不小于3 mm的鋼板制成，護(hù)筒的直徑需根據(jù)樁的直徑確定，一般情況下護(hù)筒的直徑略大于樁的設(shè)計直徑，護(hù)筒的長度要視土層的情況而定，一般來說要從地面開始直到穿過非常不良的土層，以避免在提鉆和下鉆的過程中造成孔口坍塌。護(hù)筒埋設(shè)好后要按照預(yù)先留置的十字線復(fù)核，確保設(shè)計樁中心和護(hù)筒中心一致，誤差不能超過50 mm。

2．2．4 鉆進(jìn)成孔

場地土層若多為粉土或者粉質(zhì)粘土，在開孔的時候動力頭的壓力不宜過大，旋轉(zhuǎn)速度不宜過快，待到鉆進(jìn)整個鉆頭的長度時，方可適當(dāng)加壓，增加鉆速，平穩(wěn)鉆進(jìn)，避免發(fā)生位移或者偏斜。

2．3 旋挖擠擴承力盤

在成孔后即可進(jìn)行承力盤腔的擠擴，先對DX擠擴裝置進(jìn)行調(diào)試，檢查設(shè)備的可靠性，包括法蘭連接、螺栓、油管、液壓裝置、擠擴臂的分合情況等，然后將旋挖擠擴裝置下至承力盤設(shè)計位置，自下而上進(jìn)行擴盤施工，并認(rèn)真記錄擠擴壓力值等參數(shù)。承力盤的位置可以根據(jù)實際情況在設(shè)計位置上下1．5 m的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以便承力盤位于同一持力層中。在擴盤的過程中要隨時檢測孔內(nèi)液面高度，當(dāng)液面下降時，要及時向孔內(nèi)補充泥漿。擠擴完畢后測量孔深，記錄沉渣的厚度，同時用DX盤徑檢測器對承力盤的成型效果進(jìn)行檢測，檢測器的三對測桿與擠擴設(shè)備的擠擴臂張開的角度相同。

2．4 清孔

當(dāng)有沉渣或者沉渣的厚度較大時，必須清除孔底的沉渣，這樣做的目的是要保證樁端的土層密實，使樁端的承載力不受影響。

2．5 吊裝鋼筋籠

一般采用汽車吊放置鋼筋籠，對于較長的鋼筋籠必須選擇多個吊點，避免在起吊的過程中鋼筋籠發(fā)生嚴(yán)重的彎曲變形而影響正常使用。放入孔中的速度要慢，鋼筋籠距離孔底的距離按設(shè)計一般是20 cm，且鋼筋籠上必須要設(shè)置確保保護(hù)層厚度的焊接支架，避免成樁后出現(xiàn)鋼筋外露的現(xiàn)象。

2．6 灌注混凝土

旋挖鉆機成孔一般都采用水下灌注混凝土的方法，首先將連接好的導(dǎo)管下入孔內(nèi)，導(dǎo)管下面距離孔底的距離不能過大，當(dāng)孔內(nèi)的混凝土面上升到一定的高度時，要將導(dǎo)管上提，減少導(dǎo)管的長度，避免混凝土面上升過高而造成導(dǎo)管拔不出的情況，且在灌注的過程中要將從孔內(nèi)反出的泥漿抽入泥漿池，以便重復(fù)利用。此外混凝土必須超灌至少50 cm，以保證樁頭的質(zhì)量。

3 工程實例

3．1 工程概況

工程場地位于某高速公路某合同段，為特大橋的樁基礎(chǔ)。本次靜載試驗共檢測3根樁，其中2根為DX樁，樁徑為1．5 m，樁長為50 m，樁身承力盤分別為3個和4個，盤徑為2．5 m。1根為等截面樁，樁長為50 m，樁徑1．5 m。為節(jié)省試驗費用，本次試驗利用各試樁周圍的工程樁作抗拔錨樁，樁徑為1．3 m，樁長為 57 m，容許抗拔承載力為4000 kN。試樁平面布置圖如圖1所示。

圖1 試樁平面布置圖Fig．1 Layout of the pile load test

3．2 試樁方法及結(jié)果

本次每組試樁采用4根工程樁作錨樁，試驗方法采用慢速維持荷載法。試驗裝置為錨樁橫梁反力裝置，加荷等級分10級加載，本次試驗加載至設(shè)計極限承載力15000 kN即停止加載，部分試樁結(jié)果見表1～表3和圖2、圖3。

表1 試樁結(jié)果匯總Table 1 Test results of piles

表2 各級荷載下DX樁與直孔樁沉降的比值Table 2 Ratio of settlement of DX pile to straight pile under each load

表3 各錨樁的上拔量Table 3 Ascending displacement of each anchor pile

圖2 各試樁的Q－s曲線Fig．2 Q －s curves of 3 piles

圖3 各試樁的s－lgQ曲線Fig．3 s－ lgQ curves of 3 piles

從圖2和圖3中可以看到，3根試樁的Q－s曲線均呈緩變型，s－lgQ曲線也并未出現(xiàn)陡降段，表明3根試樁的實際極限承載力均高于15000 kN，且3根試驗樁卸載后的回彈量分別為 6．40 mm、6．20 mm及16．02 mm，其回彈率都達(dá)到了50%以上，表明在當(dāng)前試驗的荷載作用下，各試樁的沉降很大一部分是彈性變形所致，其樁端土的塑性變形和樁的刺入變形很小，這也能從一方面說明了當(dāng)前的最大荷載15000 kN并未達(dá)到試樁的極限承載力。但是在相同荷載下，由于DX樁的多層分散承載特性，在樁頂荷載增加的情況下，承力盤的盤承力先于樁端阻力發(fā)揮出來，使得DX樁端下層土體的附加應(yīng)力并未大幅度增加，其沉降量明顯要小于直孔樁的沉降。在同等樁頂荷載條件下，DX樁與直孔樁的沉降比值見表2，可以看到兩者的比值大約在0．45～0．6之間，所以相對于直孔樁來說，DX樁不但能提供較高的承載力，還能減少樁基礎(chǔ)的沉降量，其Q－s曲線要平緩得多。

10根錨樁M1～M10均為DX工程樁，樁身設(shè)置4個承力盤，樁長為57 m，樁徑為1．3 m。當(dāng)試驗樁被加載至最大抗壓承載力15000 kN時，平均每根錨樁所受的上拔力為3750 kN，在3根試驗樁實驗過程中，10根錨樁的上拔量見表3，其上拔量在0．58～0．76 mm之間，而1#DX樁和2#DX樁在3750 kN豎向壓力下，根據(jù)其Q－s曲線基本呈線性變化的特點求出3750 kN時的沉降量，經(jīng)線性插值求得，3750 kN時1#DX樁和2#DX樁的沉降量分別為0．58 mm和0．74 mm，與錨樁在同等上拔力情況下的上拔量基本相當(dāng)，且各錨樁在卸載以后，其殘余上拔量為0．02～0．11 mm，回彈率基本均在85%以上，基本處在彈性變形階段。經(jīng)過上述分析可以推測，DX樁由于承力盤的存在，使其抗拔能力大幅度提高，這一點同直孔樁有著很大的區(qū)別，關(guān)于DX樁抗拔能力方面的性能還需更多工程實踐及現(xiàn)場試驗、理論來證明。

4 結(jié)語

1)DX樁的施工簡單方便，只須在普通灌注樁的流程中增加一道擠擴工序，是一種值得推廣的新技術(shù)。

2)DX樁的Q－s曲線為緩變型，同一場地地質(zhì)條件下，DX樁與普通等截面樁相比，不但能提供很高的承載力，還能有效地控制樁基的沉降變形，在同樣的樁頂荷載條件下，與等截面樁相比，其沉降變形可以減少50%左右。

3)DX樁在抗拔性能方面也有很大的優(yōu)勢，但關(guān)于其抗拔能力及抗拔機理還需更多的工程實踐和理論來證明。

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

［2］周青青，于南燕．DX樁的試驗研究［J］．巖土力學(xué)，2001，22(3):298－302．

［3］張曉玲，王 理．?dāng)D擴支盤灌注樁的研究與工程應(yīng)用［J］．地基基礎(chǔ)工程，1991(1):1－17．

［4］賀德新，沈保漢．DX擠擴裝置及DX多節(jié)擠擴樁的應(yīng)用［J］．工業(yè)建筑，2001(1):27 －31．

［5］趙書平，劉寶利，樊春義，等．?dāng)D擴支盤樁的研究與應(yīng)用［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2001(1):51－52．

［6］連 峰，李 陽，王延祥．DX樁單樁荷載傳遞機理有限元分析［J］．山東建筑工程學(xué)院學(xué)報，2004，19(4):1 －5．