內蒙古達拉特地區擠擴支盤樁使用效果分析

陳玉國 夏繼宗

(1.河北建設勘察研究院有限公司，河北石家莊 050030;2.江蘇中建工程設計研究院有限公司，江蘇連云港 222006)

1 概述

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灌注樁。由于擠擴支盤樁施工工藝簡單，明顯提高樁基承載能力，增加樁基抗震性能等優點，目前正越來越多的應用到樁基工程中。

鉆孔灌注樁后壓漿技術是在灌注樁施工中將鋼管沿樁鋼筋籠外壁埋設，樁身混凝土強度滿足要求后，將水泥漿液通過鋼管由壓力作用壓入樁端的碎石層孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和裂隙膠結成一個高強度的結合體。

通過注漿，可以清除樁身周圍殘留的護壁泥皮，從而增加樁身摩擦力，另一方面水泥漿同樁周土形成樹根狀膠結物，可明顯提高樁基承載力。

本工程樁基分別進行了擠擴支盤樁和鉆孔灌注樁后壓漿試樁試驗，施工地點位于內蒙古鄂爾多斯市達拉特旗三坰梁工業園區內。根據勘察報告結果，本地區地層條件為:

①層粉砂(Qeol4):以石英、長石及云母為主要成分，局部粉土、細砂薄層。該層受自然地形及風成沉積影響，標準貫入試驗實測擊數13.0擊～21.0擊。本層土地基承載力特征值(fak)為140 kPa。

②層粉質粘土，干強度及韌性中等，多為粉砂與粉質粘土互層，水平層理清晰，局部夾粉砂、細砂薄層，屬于中低壓縮性土。本層統計標準貫入擊數平均23.0擊。本層土地基承載力特征值(fak)為 180 kPa。

③層粉砂層，中密～密實，以石英、長石及云母為主要成分，可見大量氧化鐵條紋。本層統計標準貫入試驗實測擊數14.0擊～42.0擊，屬于中密砂層。本層土地基承載力特征值(fak)為180 kPa。

④層粉質粘土，干強度、韌性中等～高，固結程度較好，本層統計的標準貫入試驗實測擊數為12.0擊～23.0擊，屬于中壓縮性土。本層土地基承載力特征值(fak)為190 kPa。

④1層粉砂，以石英、長石及云母為主要成分，磨圓度，分選性均較好，呈飽和密實狀態。本層統計的標準貫入試驗實測擊數為20.0擊～27.4擊，屬于密實砂層。本層土地基承載力特征值(fak)為 210 kPa。

⑤層粉質粘土，干強度及韌性中等，結構穩定，固結程度較好。本層統計的標準貫入試驗實測擊數為20.0擊～33.0擊，屬于中壓縮性土。本層土地基承載力特征值(fak)為200 kPa。

⑥層粉細砂，飽和，密實，磨圓度、分選性均較好，本層以石英、長石及云母為主要成分。統計標準貫入試驗實測擊數62.0擊～150.0擊。本層土地基承載力特征值(fak)為230 kPa。

⑥1層中粗砂，飽和，密實，磨圓度、分選性均較好，以石英、長石及云母為主要成分。本層統計的標準貫入試驗實測擊數為88.2擊～187.5擊，屬于密實砂層。本層土地基承載力特征值(fak)為 280 kPa。

試樁采用的擠擴支盤試樁樁身直徑800 mm，樁長35.39 m～35.45 m，每樁4 個支盤，支盤直徑1.90 m，支盤高度0.90 m，樁身通長配筋，混凝土強度等級C35。

試樁數據見表1。

表1 試樁數據表

鉆孔灌注樁后壓漿試樁樁身直徑800 mm，樁長37.00 m。灌注樁施工完畢24 h后進行后壓漿施工，后壓漿采用水灰比為0.6的水泥漿，每根樁水泥漿注入量為2.5 t。

2 試樁加載試驗結果分析

試樁采用靜載試驗方法測定單樁豎向承載力，即在樁頂逐級施加豎向荷載，直至達到最大荷載值。在加載過程中，通過安裝在樁側的位移傳感器測定豎向位移值變化。三根試樁最終加載力均為11 200 kN，最大沉降量則分別為13.30 mm，12.13 mm 和11.54 mm。三根試樁加載過程中的Q—s曲線如圖1所示。

為進行比較，圖2是相同地區進行的后壓漿鉆孔灌注樁試驗得到的Q—s曲線。后壓漿灌注樁樁長均為37.0 m，樁徑800 mm，采用旋挖成孔混凝土澆筑，24 h后進行樁底注入水泥漿工藝成樁。試樁采用靜載試驗方法，三根樁最終加載力均為7 000 kN，最大沉降量分別為13.45 mm，10.95 mm 和5.83 mm。后壓漿鉆孔灌注樁所在地層條件同擠擴支盤樁基本相同。

對比兩組試樁試驗所得到的Q—s曲線，可以發現相同地質條件下，擠擴支盤樁與后壓漿鉆孔灌注樁相比有以下幾方面不同:

1)地質條件相同，樁參數基本相同的條件下，擠擴支盤樁承載力更大。在相同地質條件下，擠擴支盤樁增加4個擠擴支盤，后壓漿鉆孔灌注樁則是在成樁之后進行樁底注漿。對比兩種樁的承載力可見，擠擴支盤樁較鉆孔灌注樁有明顯提高。

2)擠擴支盤樁沉降量明顯降低。由圖1，圖2曲線可知，對于后壓漿鉆孔灌注樁，當豎向壓力達到7 000 kN時，累計沉降量分別達到了13.45 mm，10.95 mm 和5.83 mm;而對于支盤擠擴樁，當豎向壓力達到11 400 kN時，累計沉降量則分別為13.30 mm，12.13 mm和11.54 mm。可見，擠擴支盤樁在受到較大豎向壓力 時，樁體沉降量較小，整體穩定性得到較大提高。

圖1 擠擴支盤試樁靜載試驗Q—s曲線

圖2 后壓漿鉆孔灌注試樁靜載試驗Q—s曲線

3)當達到最終加載值時，支盤擠擴樁豎向變形較為接近，最大與最小值相差1.76 mm;后壓漿灌注樁在荷載值達到最大時沉降值離散性較大，最大與最小值相差7.62 mm。由此可見，支盤擠擴樁性能更加可靠。

4)減小豎向荷載后，樁體豎向變形出現回彈。擠擴支盤樁試樁回彈量分別為 5.02 mm，4.88 mm 和 4.71 mm，回彈率分別為37.74%，40.23%和40.81%。而對于后壓漿鉆孔灌注樁，三根試樁回彈量則分別為5.35 mm，2.63 mm和4.87 mm，回彈率分別為48.90%，45.10%和36.20%。通過兩種樁型回彈率可見，擠擴支盤樁受到豎向加載力后，經過沉降以及同樁周土的結合，樁體穩定性顯著增加，受到變化應力后引起的樁體變形更小。

3 施工工藝比較

擠擴支盤樁較普通鉆孔灌注樁主要是增加擠擴這一施工工藝。擠擴是在鉆進到設計孔深后，采用液壓推動的弓臂擠擴成分支，然后將支擴設備旋轉一定角度后再擠擴成支，一般經過8次～10次旋轉后可在設計位置形成完整支盤。施工中對支盤擠擴時間進行統計后發現，完成一個支盤施工需要的時間大概為20 min，即完成一根樁的擠擴支盤工作需要1.5 h。

鉆孔灌注樁后壓漿工藝則是在灌注樁施工完畢后，在12 h內利用固定在鋼筋籠上的注漿管進行開環，以打開注漿環上的注漿孔，保證注漿通道的順暢。混凝土灌注完畢后的24 h進行注漿工作。按每一根樁注進2.5 t水泥漿計算，順利完成一根樁的注漿工作需要2 h。

由以上分析可知，對于擠擴支盤樁和后壓漿樁，在新增加施工工藝方面耗時基本相同。但是對于后壓漿技術，將涉及到注漿管加工制作以及在鋼筋籠上的固定等工作。這一部分工作在整個鋼筋籠制作中將增加2 h左右的工作量，這將大大影響鋼筋籠制作速度，也就直接影響了成樁速度。

另外，對于擠擴支盤樁，擠擴裝置中的弓臂是否完全打開，旋轉裝置次數是否達到要求，是影響支盤擠擴效果的主要因素。施工中可根據孔內泥漿面下降量及混凝土灌注量的增減判斷支盤擠擴情況。而對于后壓漿施工，則從固定注漿管開始就需要嚴格控制，包括注漿管焊接、同鋼筋籠體的固定、孔口連接及開環時間等。如果注漿管制作焊接不合格，有可能在混凝土灌注過程中造成砂漿進入注漿管，這將對后期注漿工作造成嚴重影響;而在注漿過程中，漿液能否順利注入到樁周以及漿液在土層中的流動情況都是無法準確判斷的。

4 經濟效果評價

對于擠擴支盤樁和后壓漿鉆孔灌注樁，鋼筋用量基本相同，擠擴支盤樁較后壓漿樁多出支盤部分的混凝土，而后壓漿工藝則多出注漿用水泥和注漿鋼管。下面分別計算擠擴支盤樁和后壓漿樁的費用。

根據擠擴支盤尺寸，計算出擠擴支盤部分需要的混凝土量為3.62 m3，C30混凝土市場價格為340元/m3，可以得到支盤部分費用共計1 230.8元。目前施工中使用較多的擠擴支盤機功率為20 kW，一根樁的擠擴時間為1.5 h，所以需要耗電量30 kW·h，電費按每度1元計算，共計30元;操作擠擴裝置需要3人，每人一天人工費為100元，一個班組一天可完成5根樁的擠擴工作，平均每根樁的人工費為60元，則完成一根樁的擠擴工作共需費用1 320.80 元。

對于后壓漿樁，每一根樁需要兩根注漿管，每一根注漿管按38 m長計算，采用1寸鋼管制作，每米價格為5元，所以注漿管需要費用為380元。每根樁注漿量按水灰比0.6的水泥漿2.5 t計算，需要水泥量為1.56 t，市場散裝水泥每噸的價格為325元，所以水泥費用為507元。注漿管和水泥用量合計為887元，較擠擴支盤樁材料費用少343.8元。注漿泵功率為11 kW，注漿工作時間為2 h，耗電量為22 kW·h，電費共計22元;注漿工作需要3人，人工費為每天100元，每個班組一天可完成5根樁注漿工作，每根樁的人工費平均為60元，完成一根樁的后壓漿工作共需費用969元。

5 結語

通過分析可知，在相同地質條件下，擠擴支盤樁較后壓漿鉆孔灌注樁的承載力更高，更加穩定;支盤擠擴樁成樁質量均勻，可靠性高;施工中由于需要制作注漿管且技術要求嚴格，后壓漿技術施工也比擠擴支盤樁更加復雜;而后壓漿技術施工成本僅比支盤擠擴樁少350元左右。所以在內蒙古達旗地區，支盤擠擴樁較之后壓漿技術有著更大的優越性，在這一地區采用這種樁基工藝更為合理。

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