擠擴(kuò)支盤灌注樁在交通土建工程中的應(yīng)用

..頁腳.擠擴(kuò)支盤灌注樁在交通土建工程中的應(yīng)用摘要：擠擴(kuò)支盤灌注樁是在鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上，可以充分利用已知地層條件，沿樁身在承載力相對較好的地層，通過專用設(shè)備向外擠壓土體，設(shè)置多個承力盤，改變原有摩擦樁的受力機(jī)理，顯著提高單樁承載力，從而減小樁徑，縮短樁長,減少樁體沉降量。交通土建樁基礎(chǔ)建設(shè)中推廣使用這種技術(shù)，可充分發(fā)揮其承載力高，沉降小的優(yōu)點(diǎn)，減小樁身截面和長度，將有效的縮短工期減少材料消耗，有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。關(guān)鍵詞：擠擴(kuò)支盤樁橋梁基礎(chǔ)地鐵抗拔樁1.前言擠擴(kuò)支盤灌注樁是在等截面鉆孔樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新樁型。采用擠擴(kuò)成型的方法在樁身設(shè)置一個或多個分支和承力盤的灌注樁。亦稱“多級擴(kuò)盤樁”、“多支盤鉆孔灌注樁”、“擠擴(kuò)多支盤DX灌注樁”、“DX樁”和“支盤樁”等等，這種樁通過分承力盤改變了原有摩擦樁的受力機(jī)理，能夠顯著提高單樁承載力，從而減小樁徑，縮短樁長，可以有效地縮短工期，減少材料消耗。本人結(jié)合交通工程實(shí)踐，認(rèn)真研究了這種樁在公路橋梁工程中的應(yīng)用技術(shù)。特別在公司2008年在古冶外環(huán)的跨鐵路橋進(jìn)行了擠擴(kuò)支盤灌注樁的靜載試驗(yàn)，2009年在寧波繞城高速公路中進(jìn)行了大面積推廣應(yīng)用，取得了很好的效果。2.技術(shù)發(fā)展與基本原理2.1技術(shù)發(fā)展擠擴(kuò)支盤樁的雛形源自20世紀(jì)50年代后期，印度開始在膨脹土中采用的多節(jié)擴(kuò)孔樁。20世紀(jì)60和70年代，印度、英國及前蘇聯(lián)在黑棉土、黃土、亞粘土、粘土和砂土中采用多節(jié)擴(kuò)孔樁的經(jīng)驗(yàn)已表明，多節(jié)擴(kuò)孔樁和直樁相比，承載力大大提高，沉降小，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。20世紀(jì)70年代末在北京出現(xiàn)后，經(jīng)過30年的探索和研究，在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)孔設(shè)備有了很大的進(jìn)步，在橋梁樁基礎(chǔ)中進(jìn)行了探索應(yīng)用，并取得了很好的效果，有很大的推廣價值。2.2基本原理擠擴(kuò)支盤灌注樁是在鉆（沖）孔后，向孔內(nèi)下入專用的液壓擠擴(kuò)成型機(jī)，通過地面液壓站控制該機(jī)弓壓臂的擴(kuò)張和收縮，按承載力要求和地層土質(zhì)條件，在樁身不同部位擠壓出擴(kuò)大支腔或近似圓錐盤狀的擴(kuò)大頭腔后，放入鋼筋籠，灌注混凝土，形成由樁身、分支、分承力盤和樁根共同承載的樁型。擠擴(kuò)支盤灌注樁的組成見圖1擠擴(kuò)支盤灌注樁根據(jù)土層分部特性，將多個分承力盤或分支設(shè)置在不同深度的承載力較高的土層中，形成多層端阻及多段側(cè)阻的共同作用，改變了傳統(tǒng)摩擦樁的受力模式。部分荷載通過分承力盤以類似端承樁的模式傳遞到承載力較好土層，充分利用了土體自身的承載性能，減少了樁端荷載，擴(kuò)大了承力面積，從而大幅度提高承載力。由于是擠壓成型，對腔體的土體進(jìn)行了擠密作用，提高了土體的內(nèi)摩擦角和壓縮模量，其物理力學(xué)性能必然優(yōu)于原狀土。由于承力盤周邊土體預(yù)先受到壓密，類似于“預(yù)應(yīng)力”作用，減少了土體承載后的壓縮量，使得土體的豎向承載力和抗拔力大幅度提高，減小了樁體的沉降。另外，在擠擴(kuò)過程中，依據(jù)擠擴(kuò)壓力值驗(yàn)證土層的承載力，當(dāng)設(shè)計(jì)擠擴(kuò)的位置土層承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求時，可及時進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到動態(tài)控制。3.工程應(yīng)用3.1成型設(shè)備夯擊式擠擴(kuò)支盤成型機(jī)是正式實(shí)現(xiàn)支盤樁擠擴(kuò)技術(shù)的最初形式。隨著液壓式擠擴(kuò)支盤成型機(jī)的出現(xiàn)，工作效率和施工水平都有了實(shí)質(zhì)性的提高。液壓式擠擴(kuò)支盤成型機(jī)主要由液壓站和成型主機(jī)兩大部分組成。目前國內(nèi)擠擴(kuò)支盤灌注樁成型設(shè)備主要有兩弓臂和三弓臂兩種類型（見圖2）。目前兩弓臂的YZJ液壓擠擴(kuò)支盤成型機(jī)最大擠擴(kuò)直徑可達(dá)3m，三弓臂的DX擠擴(kuò)成型機(jī)最大擠壓直徑可達(dá)2.5m。3.2施工工藝由于擠擴(kuò)支盤灌注樁是在鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上衍生而成的一種新樁型，所以其施工工序與鉆孔灌注樁基本相同，只是在鉆孔灌注樁施工工藝中增加了一道“擠擴(kuò)支、盤”的工序。見圖3、4、5圖2擠擴(kuò)支盤成型設(shè)備主機(jī)圖圖3盤腔成型示意圖圖4擠擴(kuò)支盤灌注樁施工工藝示意圖圖5擠擴(kuò)支盤灌注樁施工工藝流程圖施工中擠擴(kuò)支盤灌注樁的質(zhì)量控制要求除滿足普通灌注樁外，還應(yīng)有以下要求：（1）支盤擠擴(kuò)成型的首次壓力值。支盤機(jī)最初張開需要最大壓力，該壓力預(yù)估值應(yīng)由勘察報告的土層情況、施工人員的經(jīng)驗(yàn)和試樁成孔的數(shù)據(jù)綜合確定。要求：實(shí)際擠擴(kuò)壓力值≥0.8×預(yù)估壓力值。（2）擠擴(kuò)成支盤過程中泥漿的體積下降，一定程度上反映成支盤的質(zhì)量與體積，要求泥漿面有明顯下降。擠擴(kuò)成盤后，應(yīng)及時補(bǔ)充泥漿并維持水頭壓力。（3）盤體直徑是保證成盤質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，可使用井徑儀進(jìn)行檢查，要求不小于設(shè)計(jì)直徑的1/15。（4）成盤時如遇地質(zhì)條件變化，應(yīng)進(jìn)行盤位調(diào)整。（5）支盤擠擴(kuò)結(jié)束后，要立即投放鋼筋籠、二次清孔、灌注混凝土，不得中途停頓，防止塌孔。4.應(yīng)用實(shí)例4.1古冶外環(huán)線跨鐵路立交橋唐山市古冶區(qū)外環(huán)（南環(huán)）路工程新建上跨林范鐵路分離式立交橋工程，橋長113.08m，跨度布置為（3×35m）預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)（36片梁），道路等級為一級公路。擠擴(kuò)支盤灌注樁支盤的布置和地質(zhì)情況見圖6。靜載試驗(yàn)結(jié)果見表1和圖7。圖6地質(zhì)情況剖面及支盤布置圖通過靜載試驗(yàn)，擠擴(kuò)支盤灌注樁承載力明顯優(yōu)于鉆孔灌注樁，沉降也較小。4.2寧波繞城高速公路立交橋?qū)幉ㄊ欣@城高速公路東段東錢湖互通和五鄉(xiāng)互通工程區(qū)域地形較平緩，屬濱海淤積平原區(qū)，上部為第四系亞粘土、淤泥、淤泥質(zhì)亞粘土等，厚度在20-38m左右，高含水量，高壓縮性，工程力學(xué)性質(zhì)差；中部亞粘土、砂礫石層，中-低壓縮性，工程力學(xué)性質(zhì)較好；下伏基巖為白堊統(tǒng)金華組(K2J)粉砂巖、砂礫巖、砂巖，上侏羅統(tǒng)西山頭組(J3X)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r等；該區(qū)域工程地質(zhì)性質(zhì)較好，承載力較高。橋梁樁基礎(chǔ)為Ф1500/1200、Ф1200/1000樁身變直徑擠擴(kuò)支盤灌注樁，總樁數(shù)為270根，其中Ф1200/1000樁身變直徑擠擴(kuò)支盤灌注樁202根，Ф1500/1200樁身變直徑擠擴(kuò)支盤灌注樁68根。樁身設(shè)置2~4個分承力盤，Ф1500樁徑在樁頂以下15m處變?yōu)椐?200樁徑的樁型,分承力盤直徑采用2.5m,盤間距6m;Ф1200樁徑在樁頂以下15m處變?yōu)椐?000樁徑的樁型，分承力盤直徑采用1.9m，盤間距5米。該工程通過設(shè)置分承力盤和改變樁身直徑，比鉆孔灌注樁方案節(jié)約了大量混凝土和鋼筋用量。4.3河北唐曹高速公路南堡鹽場特大橋唐曹公路南堡鹽場特大橋全長3.5km，是唐山至曹妃甸高速公路的重要橋梁，該橋地形、地貌以沼澤、洼地為主，地勢較為平坦，地層主要為軟土、軟弱土、淤泥質(zhì)土、亞粘土和粉細(xì)砂組成，地下水埋深較淺。根據(jù)現(xiàn)場靜載試驗(yàn)，滿足1根擠擴(kuò)支盤灌注樁替代2根鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)專家組論證后，在55號~59號橋墩的樁基施工中使用了擠擴(kuò)支盤灌注樁（三弓臂DX成型機(jī)施工），僅此就比原設(shè)計(jì)節(jié)約工程造價130多萬元，減少混凝土使用量2800m3，施工時間縮短12天，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。4.4廣大高速滹沱河分洪特大橋廣大高速河北段滹沱河特大橋位于河北省饒陽縣境內(nèi)，橋長2647m，上部結(jié)構(gòu)采用88-30m先簡支后連續(xù)后張法預(yù)應(yīng)力T梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、肋板橋臺，樁基礎(chǔ)。進(jìn)行了擠擴(kuò)支盤灌注樁（三弓臂DX成型機(jī)施工）和鉆孔灌注樁的對比靜載試驗(yàn)，兩種樁型各試驗(yàn)2根，靜載試驗(yàn)顯示，擠擴(kuò)支盤灌注樁的沉降遠(yuǎn)小于鉆孔灌注樁，極限承載力要大很多。在位移為10mm時，擠擴(kuò)支盤灌注樁的承載力是同為1.5m直徑鉆孔灌注樁的2倍。4.5北京地鐵奧運(yùn)支線工程北京地鐵奧運(yùn)支線奧林匹克公園站為采用明挖法施工的地下車站,全長為228.2m。結(jié)構(gòu)中間標(biāo)準(zhǔn)斷面寬24.7m，為兩層三跨框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置118根擠擴(kuò)支盤灌注樁。每根樁長L=24.5m，樁身直徑d=850mm，分承力盤直徑D=1900mm。森林公園站南北橫跨辛店村路，車站總長219.3m，采用明挖法施工。南北兩側(cè)設(shè)置78根擠擴(kuò)支盤灌注樁。樁長L=28.0m，樁身直徑d=850mm，分承力盤直徑D=1900mm。本工程中，擠擴(kuò)支盤灌注樁是作為抗拔樁應(yīng)用于北京地鐵，比配重方案節(jié)約大量鋼筋混凝土，工程成本大大降低，工期縮短，節(jié)約投資，滿足了結(jié)構(gòu)的抗浮要求。5.技術(shù)總結(jié)與發(fā)展前景5.1技術(shù)總結(jié)擠擴(kuò)支盤灌注樁在公路橋梁基礎(chǔ)，顯示其承載力高，沉降小的特點(diǎn)。在荷載相同的情況下,可比鉆孔灌注樁縮短樁長、減小樁徑或者減少樁數(shù),乃至減小承臺尺寸,因此能節(jié)省投資、縮短工期、減少材料消耗節(jié)和能源消耗。支盤樁比直樁方案可減少混凝土使用量約30~50%，鋼材使用量減少約10%~20%，縮短工期約15~30%。沉降量比直樁有大幅度減小，約為直樁的30%左右。地鐵抗拔樁中的成功應(yīng)用，顯示其在抗拔方面的優(yōu)越性，抗拔支盤樁的使用既能大幅度減小結(jié)構(gòu)抗浮配重，又能提供穩(wěn)定的雙向承載力，在地下水位變化較大的地區(qū)，是可靠的解決方案。5.2發(fā)展前景在高速公路、高速鐵路、城市道路和城市軌道交通的建設(shè)過程中，特別在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海和平原地區(qū)，有大量的摩擦樁基礎(chǔ)和地鐵深基坑抗拔樁的施工，擠擴(kuò)支盤灌注樁的推廣將為國家節(jié)約投資、節(jié)約材料消耗和節(jié)能減排，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，有很大的推廣價值。另外，充分利用擠擴(kuò)支盤灌注樁在沉降方面的特性，采用小直徑支盤樁漸變過渡段來解決軟基地區(qū)橋頭差異沉降產(chǎn)生的橋頭跳車問題，和直接應(yīng)用與軟基處理方面也有很大的利用空間，正在進(jìn)行進(jìn)一步的探索和研究。參考文獻(xiàn)：[1]史佩棟,高大釗,桂業(yè)琨等.樁基