浅谈挤扩灌注桩竖向抗压承载力施工影响因素

吕海滨 张学忠

挤扩灌注桩是在原有等截面钻孔灌注桩的基础上发展而来的新技术,挤扩支盘桩的机理特征是用特制的挤扩设备在普通灌注桩的基础上增加底部扩大头和中间的支盘来提高承载力的。目前成功和广泛地应用于工业与民用建筑等建设领域,与普通灌注桩相比,能有效地提高桩基承载力、减少沉降、增加安全、降低工程造价。由于挤扩灌注桩承载力大量或大部分由盘端阻力提供,影响抗压承载力的因素也是比较多的。

1 挤扩支盘桩的受力机理

挤扩支盘桩是采用现有桩基机械设备成孔,在等截面灌注桩孔身,通过专用装置液压挤扩成支或承力盘,在所需挤扩支或盘的土层,支盘成型设备施加较大的油缸压力(10 kPa～28 kPa),最大挤扩压力达到300 t。因此不仅加大了桩侧、桩端承载面积,同时还对分支或承力盘上下的桩周土进行了挤密加固,提高了地基土的承载力和桩侧摩阻力。所以挤扩支盘桩的受力机理和承载力性状比普通灌注桩要复杂。通过试验研究,支盘桩的承力盘端阻力发挥滞后于侧摩阻力的发挥,下盘承载力的发挥又滞后于上部承力盘的发挥,随着桩顶附加应力的不断增加,当变形较小时,桩侧摩阻力首先发挥作用,但变形达到一定量时,桩侧摩阻力就不再增加,达到了极限状态。承力盘只有达到一定变形后才发挥作用,首先是上盘提供承载力,但很快达到极限状态,最后承载力的发挥主要由底盘承担。

挤扩支盘灌注桩从荷载传递机理看属于端承摩擦桩或摩擦端承桩,其极限承载力大量或大部分由支盘端阻力提供。由于承力盘面积很大,同时在竖向设有多个承力盘,即使桩荷载突然增大,也不易发生土体的剪切破坏,对下盘土体来说,由于其埋深较大,处于三向受压状态,其变形特征类似于大直径桩渐进压缩型破坏模式,这种破坏机理对建筑物的安全十分有利。影响承载力的因素有桩身质量强度、承力盘直径大小、扩径率和扩大率、承力盘的数量、承力盘的间距和位置、承力盘(岔)端部土层的特性等等。

2 挤扩支盘灌注桩承载力的施工影响因素

2.1 承力盘的挤扩直径

钻进成孔后,将挤扩装置放入孔内,按设计位置自下而上依次挤扩形成承力盘腔体,保证承力盘挤扩直径达到设计值。施工中经常会出现承力盘腔体不完整,直径达不到设计要求,给工程留下了质量隐患。

首先是挤扩装置自身性能,有的挤扩装置油缸行程不自如、不到位,挤扩装置不能完全打开,造成盘径满足不了设计要求。其次在每次转动挤扩装置进行挤扩时,挤扩装置易侧滑,又回到上次的位置,不能形成规则的盘腔。再次是操作人员施工责任心不强,挤扩盘腔时已算出挤扩次数,人工或机械转动挤扩装置完成盘腔,转动少或转动不到位,直接影响成盘效果。

因此,挤扩装置入孔前先检查挤扩装置开合程度,不符合要求的严禁使用。挤扩过程中加强插杆的固定措施,防止挤扩装置侧滑。挤扩装置放入孔中的深度、接长管的伸缩长度、挤扩过程中的转角控制等,均应由专人负责指挥和操作,并做好详细的施工记录。加强现场工作人员技术交底,增强操作人员的责任心,注意观察操作过程中的各种表象(转动角度、油缸行程、液面变化等),严格按《挤扩支盘灌注桩操作规程》施工。配备质检人员跟踪监督,采用井径仪对每一个桩的承力盘进行检查,确保达到挤扩直径。

2.2 施工区域岩土层的影响

一般来说,挤扩桩的承载能力大量或大部分取决于承力盘端部的阻力,所以盘端持力层的物理力学特性对承载力会产生重大影响。挤扩体的设置位置影响着挤扩灌注桩承载力的发挥。在工程地质条件允许的前提下,挤扩体应尽量设置在岩土层的中下方,以利于桩身上部桩侧摩阻力的发挥。

勘察已提供施工区域内岩土层分布情况,但对民用桩基施工来说,桩与桩之间的间距是非常小的,勘察报告具有一定的局限性。这就需要在施工中重视成孔钻探的班报记录,详细记录下岩土层的实际变化情况,指导挤扩支盘的施工。专人记录支盘挤扩成型的首次压力值,该压力预估值应由勘察报告的土层情况、施工人员的经验和试桩成孔的数据综合确定。构成盘腔的首次挤扩压力值若不能满足预估压力值时,可将盘位在上下0.5 m～1.0 m高度范围内调整,地层变化较大时,及时与业主、监理、设计院沟通,调整承力盘的位置。最大限度地选择好盘端持力层,有效发挥挤扩支盘灌注桩的优点。

2.3 施工工序的影响

挤扩灌注桩的施工工艺包含成直孔、成盘腔、清孔、安放钢筋笼和灌注混凝土。施工质量检查是五个主要工序的检查,各个工序之间的紧密衔接又是保证挤扩灌注桩质量的重要因素。

钻进成直孔,检查合格后,随即将挤扩装置缓慢平稳地放入孔内,尽量不刮蹭孔壁,按照设计位置依次挤扩形成承力盘的腔体。当桩距较密时,宜采用跳跃式施工流水顺序或适当错开相邻的竖向盘位。

挤扩成支盘过程中泥浆体积下降,一定程度上反映成支盘的体积与质量,成盘质量要求泥浆面有明显下降。支盘成型机离孔后,应及时清除孔口拖带泥皮、泥块,防止回落孔内,并立即补充泥浆,保持水头压力。使用盘径检测仪对腔体进行盘径检测,确保盘的数量、质量符合要求后,立即进行二次清孔,二次清孔必须用三翼钻头进行,并控制清孔速度,这样才能有效地将挤扩残留在孔内的泥块打成泥浆返回地面。及时下放钢筋笼,利用导浆管进行第三次清孔,合格后灌注混凝土,不得中途停顿防止塌孔。

2.4 清孔效果的影响

清孔效果不同,桩的承载力不同。据文献记录,深长桩的挤扩桩施工中,正循环清孔导致桩底沉渣清除不彻底,试验结果桩承载力明显低于反循环清孔的桩。所以根据施工现场的情况,选择反循环施工工艺或局部气举反循环清孔工艺对确保满足承载力的设计要求是十分必要的。对非深长桩,达不到反循环施工条件的可采用正循环施工工艺,采用正循环要特别注意清孔质量。一清、二清要保持一定的泥浆粘度,确保将黏土颗粒带出,利用泥浆循环系统(循环槽、沉淀池、泥浆池)将其有效沉淀。在更换泥浆过程中要循序渐进,防止泥浆过稀降低悬浮能力,在灌注混凝土前的第三次清孔时,将泥浆参数逐渐调整到标准要求。清孔结束到混凝土初灌的时间过长也是造成孔底沉渣超标的主要原因,因此在清孔验收合格后应立即进行混凝土灌注。

3 结语

1)挤扩支盘桩其承载力大量或大部分由承力盘端阻力提供,切实消除施工中的影响因素,确保设计承载力,满足工程要求。

2)挤扩灌注施工时,做到精心施工,制定合适的施工工艺,加强施工管理,搞好施工质量控制要点,保证满足承载力的设计要求。

[1]CECS 192∶2005,挤扩支盘灌注桩技术规程[S].

[2]DBJ 14-019-2002,挤扩灌注桩技术规程[S].

[3]刘希武.挤扩支盘灌注桩的研究与应用[J].建筑科技与管理,2001(5):7.

[4]沈保汉.DX多节挤扩桩的产生及特点[J].工业建筑,2004,34(6):1-4.