擠擴支盤灌注樁的設計及在火電工程中的應用

畢朝陽，仇翠蘋

（華電科工集團環保分公司設計研究院，北京 100160）

擠擴支盤灌注樁的設計及在火電工程中的應用

畢朝陽，仇翠蘋

（華電科工集團環保分公司設計研究院，北京 100160）

文章介紹擠擴支盤灌注樁的主要構造、單樁承載力的理論計算方法、與實際試驗值的差異及與普通灌注樁的對比，認為支盤樁在工程應用中較傳統灌注樁有較為明顯的技術、經濟優勢。

擠擴支盤樁；灌注樁；單樁承載力；沉降

1 概述

擠擴支盤灌注樁是一種新型的鋼筋混凝土灌注樁，其技術及液壓設備發明于上世紀八十年代末期。這種樁型在傳統等截面鉆孔灌注樁的基礎上發展而來，將專用液壓擠擴設備與現有樁基機械配套使用，在樁孔內的合適土層進行加壓擠擴，形成樁體、承力盤或分支，實現擠擴支盤灌注樁。它通過沿樁身不同部位設置承力盤或分支，變普通摩擦樁為變截面多支點的摩擦端承樁。

擠擴支盤灌注樁受力機理明確，它采用支盤擠擴機械根據地質情況在硬土層中通過液壓擠擴，對各分支和承力盤周圍的土體施以三維靜壓，擠擴支盤空腔。經擠密的土體與空腔內灌注的混凝土樁身、支盤緊密地結合為一體，發揮樁土共同作用形成擠擴支盤灌注樁。該技術能充分利用地基的承載土層，在有效地減少樁徑和樁長的同時能大大提高樁的承載力，并減小樁體沉降量。

2 主要樁身構造及施工工藝

擠擴支盤樁的樁徑、樁長和支盤尺寸應根據工程地質條件、單樁承載力和施工機具的結構尺寸確定。根據工程經驗，當使用LZ系列的擠擴支盤機時，樁的主要構造尺寸如表1所示。

表1 支盤樁主要構造尺寸表

目前，常用的擠擴支盤樁成孔方法，主要有泥漿護壁成孔和干作業成孔兩種。其中泥漿護壁成孔包括鉆孔和沖孔成孔技術，干作業成孔包括螺旋鉆孔成孔和鉆斗鉆進成孔技術。

3 支盤樁單樁豎向極限承載力計算

關于擠擴支盤樁單樁豎向極限承載力標準值計算，目前可遵循的依據有三個。

擠擴支盤灌注樁技術規程（CECS192-2005，中國工程建設標準化協會批準）：

電力工程地基處理技術規程（DL/T5024-2005，國家發改委發布）：

火力發電廠支盤灌注樁暫行技術規定（DLGJ153-2000，電力規劃設計總院編制）：

上面三種計算公式中，主要的區別在于端阻力修正系數η和ψpi（ψp）的取值，其中公式（1）的η取值范圍根據作業方法、承力盤的位置（盤徑）不同取值范圍為0.4～1.3；公式（2）的取值范圍為0.6～0.8；公式（3）的取值范圍為0.4～1.0。而支盤樁的單樁極限水平承載力值可通過現場試驗，或按與之等直徑的普通灌注樁計算確定。

4 工程應用

4.1 華電新鄉發電有限公司煙氣改造工程

（1）工程為新鄉電廠新建脫硫吸收塔基礎樁基，項目場地處于太行山山前沖洪積扇前緣緩傾斜地帶，場地地層相對簡單。地基土主要由第四系全新統沖洪積粉質粘土、粉土、粉砂、細砂、礫砂和卵石組成。

設計樁長：約33.0m，樁徑d=0.7m，設置承力盤兩個，支盤直徑D=1.4m，支盤高h=0.7m。支盤設置于第5層粘土、第6層粘土內，如圖1所示。

圖1 新鄉吸收塔基礎支盤樁

（2）按公式（1），其中u=πd=2.2m，η=0.95，故Qu=3979+767.8+1316.2=6063kN，Ra=0.5×Qu=3032kN。按公式（2），其中u=πd=2.2m，取ψpi=ψp=0.7（取值范圍0.6～0.8），故Quk=3979+565.7+969.8=5514.5kN，Ra=0.5×Quk=2757kN；按公式（3），其中u=πd=2.2m，取ψpi=0.9（取值范圍0.8～1.0），計算可得Quk=3979+726.2+1385.4=6090.6kN，Ra=0.5×Quk=3045kN。

4.2 華電漯河一期（2×330MW）熱電工程脫硫島工程

（1）工程為漯河電廠新建脫硫吸收塔基礎樁基，項目場地處于沙河沖積平原上，地基土主要由第四系沖洪積成因的粘土與粉土組成，局部分布砂層透鏡體。設計樁長：約14.0m，樁徑d=0.7m，設置承力盤1個，支盤直徑D=1.4m，支盤高h=0.7m。支盤設置于第6層粘土內，如圖2所示。

（2）相關計算。根據公式（1）得到Qu=2630kN，Ra=0.5×Qu=1315kN；根據公式（2）得到Quk=2353kN，Ra=0.5×Quk=1177kN；根據公式（3）得到Quk=2685kN，Ra=0.5×Quk=1343kN。

圖2 漯河吸收塔基礎支盤樁

4.3 對比分析

（1）計算值與試驗值對比。取以上三種規范的公式計算平均值，兩個工程支盤樁單樁豎向極限承載力特征值、承載力試驗值如表2所示，單位（kN）。

表2 單樁豎向極限承載力特征值計算值與試驗值對比

據此可見，試驗結果略大于按規范計算所得結果，可認為設計提出的承載力要求合理。

（2）支盤樁與普通灌注樁對比。如采用同直徑、同長度的等直徑灌注樁，則其單樁豎向極限承載力特征值：

Ra0=1×Quk=1×（uqsikli+qpkAp）

新鄉項目：Ra0=2100kN，（Ra-Ra0）/Ra0=40.2%

漯河項目：Ra0=849kN，（Ra-Ra0）/Ra0=41.3%

由此得知，采用支盤灌注樁時，單樁豎向承載力值可提高約40%，技術經濟效益顯著。

5 擠擴支盤樁樁基沉降計算

擠擴支盤樁是一種變截面灌注樁，其荷載傳遞規律和沉降機理均不同于等截面灌注樁基礎，目前尚未有理論嚴密而又簡便易行的計算方法。只能采取以現行常規灌注樁的計算方法為依據，再根據工程實踐經驗加以修正的辦法來確定支盤樁的沉降量。

《擠擴支盤灌注樁技術規程》（CECS192-2005）提出的沉降計算公式正是基于一個被理論和實踐證明的規律：支盤樁基與相同樁身設計直徑的等截面樁基的沉降具有一定的相關性；而且，相同條件下支盤樁的沉降量要小于等截面樁。現行支盤樁的沉降計算方法就是按《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）公式計算的沉降量Sz，再進行適當修正，從而得到支盤樁基的最終沉降量S。即修正時通過樁基沉降經驗系數ψ進行：規范JGJ94-2008的取值如表3所示；規程CECS192-2005的取值如表4所示。

表3 樁基沉降計算經驗系數ψ

表4 支盤樁基沉降計算經驗系數ψ

6 結論

在工業建、構筑物中，經常遇到上部結構荷載很大、基礎對地基要求較高的情況，因此在進行樁基設計、樁型選取時，采用合理的樁型方案，對整個建構筑物的技術、經濟指標非常重要。文章通過以上分析對比，認為擠擴支盤灌注樁較傳統的等直徑灌注樁有以下優點：①充分利用樁身有效深度范圍內各較好土層的端阻力，變摩擦型樁為多支點摩擦端承樁；②由于擴孔率大，使原小直徑樁的剪切刺入型破壞模式變為大直徑樁的漸進壓縮破壞模式，其Q-s曲線為緩變形曲線；③充分利用各土層的承載力，使樁身單方混凝土所提供的承載力顯著提高；④擠擴樁成立盤底無沉渣且盤底土經擠壓密實，受荷后有很小的壓縮變形就可以提供較大的阻力，能有效的減少建（構）筑物的沉降變形；⑤抗拔性能顯著提高；⑥單樁承載力的提高，使設計布樁方案更為靈活；⑦工期與經濟性。節約鋼筋混凝土用量，縮短基礎施工工期；⑧產生顯著的經濟效益。由于單樁承載力大，在荷載相同的情況下，可比普通灌注樁縮短樁長、減小樁徑或者減少樁數，乃至減小承臺尺寸，因此能節省投資、縮短工期。通常可以節約基礎費用約20%，縮短工期25%左右。

[1]建筑樁基技術規范[S].JGJ94-2008.

[2]擠擴支盤灌注樁技術規程[S].CECS192-2005.

[3]電力工程地基處理技術規程[S].DL/T5024-2005.

[4]火力發電廠支盤灌注樁暫行技術規定[S].DLGJ153-2000.

U443.15+4

A

2096-2789（2016）12-0206-02