多支盘钻孔灌注桩施工技术研究

蔡历颖 中建海峡建设发展有限公司助理工程师

李 龙 中建海峡建设发展有限公司高级工程师

1 引言

挤扩支盘灌注桩作为一种摩擦端承桩，利用液压挤扩设备对持力层界面的土层进行挤扩，使之形成一个或多个挤扩盘，以提高桩基承载力[1]。多支盘钻孔灌注桩比普通钻孔灌注桩多一道挤扩成盘和相应的清孔工序，施工显得复杂，对施工质量要求更高。因此，本文针对多支盘钻孔灌注桩施工技术进行研究，包括施工工艺流程以及施工操作要点进行研究分析，通过工程实践，总结该类多支盘钻孔灌注桩施工技术问题、难点及控制要点，特编制此工法，为类似工程提供借鉴经验。

2 工程概况

四川某工程项目中，桩基采用多支盘钻孔灌注桩，桩径800 mm，盘（支）径1 600 mm，盘支组合为两盘，盘支位于砾砂含卵石层面、砾砂含卵石层内，桩端持力层为破碎带，单桩竖向承载力设计值4 200 kN，单桩竖向极限承载力设计值不小于7 000 kN。

采用本工法进行多支盘钻孔灌注桩施工完毕后进行检测，静载结论：不小于7 500、8 130、8 860、7 420 kN；动测结论：Ⅰ类桩89.3%，Ⅱ类桩10.7%；工程质量满足规范和合同要求。

该工程项目中的桩基由原普通钻孔灌注桩改为多支盘钻孔灌注桩，总桩长由7 137 m 减小为4 139 m，混凝土量由3 568.5 m3减小为2 079.5 m3，节约混凝土量1 489 m3，节约投资约180 万元，共缩短工期2 个月。

3 多支盘钻孔灌注桩施工工艺特点及流程

3.1 施工工艺特点

（1）支盘桩一般适用于粘性土、粉土、填土、中等密实及以上的砂土、残积土层。地下水位上下均可选择适用的工艺进行施工。

（2）施工工艺较为简单，操作较方便，挤扩机移动灵活。可充分发挥各岩层的承载力，减小桩长及桩径，提高桩的承载力。

（3）该施工工艺适合支盘成型的持力层有硬可塑、硬塑、坚硬的黏性土；中密、密实的粉土和砂土；软质岩层的全风化、强风化带。适用的桩径一般为450 ～1 000 mm，最大盘（支）径为900 ～1 900 mm，盘径比为1.5 ～2.0之间。

（4）对孔壁的保护不需采取特别措施，仅在扩孔后及时往孔内添加泥浆保持水头压力即可。

（5）由于大大增加了端承面积，把土层中的硬层端阻充分调动起来，每立方米混凝土完成承载力可提高1.7 ～2.3倍，因此在承载力满足的情况下，可通过缩短桩长、减小桩径来降低造价，同时由于单桩承载力的提高又可以减小布桩面积，大大节约承台的造价。

（6）在桩长范围内，场区内可利用的持力层层数越多、厚度越大则支盘桩的优势性也越明显，即使某些嵌岩桩的端承嵌岩（软质岩层），其上若有硬土、砂土持力层分布，除充分利用做承力盘，使承载力继续增大外，嵌岩深度及桩径还可适当调整，对提高工程施工进度十分有利。

3.2 施工工艺流程

利用液压挤扩设备对持力层界面的土层进行挤扩，使之形成一个或多个挤扩盘，以提高桩基承载力。施工工艺流程如图1 所示。

图1 液压挤扩多支盘混凝土灌注桩施工工艺流程

4 施工操作要点

4.1 挤扩前各工序要点

（1）定位测量：测量放样控制网采用极坐标控制网，但较为简单的建筑物轴线可采用平面直角坐标网进行控制。护筒的位置通过每一桩位的“十”字控制架进行调整。护筒施工完毕待混凝土硬结后，直接在混凝土护筒面上标注“十”字控制点作为施工中桩位复核的参照点。

（2）护筒埋设：应采用现浇混凝土护筒进行孔口定位及孔口土层保护。开挖的最小处直径≥D+300 mm（D 为设计桩径）。开挖深度应该为自然地面下的1 500 mm，护筒口伸出地面100 mm并留出水企口。

（3）成孔：采用泥浆护壁成孔方式。成孔中应及时捞取各岩层的渣样，在设计盘（支）承力层的应做到每200 mm捞1次渣。钻进泥浆性能指标如表1所示。

表1 钻进泥浆性能指标

（4）终孔标准：一般以进入持力层深度控制。持力层面界定的方法：经常复核地质报告和岩层渣样，参照跳钻观察（直观感受钻机运行情况），分析岩层渣样，与地质勘察报告中的岩样分析相比对以确定钻头所处的岩层位置。

4.2 挤扩

在挤扩前由吊车起吊挤扩分支器在地面进行弓压臂预张缩，以检查挤扩支盘机的各项性能，并对成孔的质量进行检查，依据地质报告对挤扩土层的挤扩首压力值进行预估，然后计算出分支次数，采用双半圆环形分度盘进行分支角度标识。挤扩大样图如图2 所示。

图2 多支盘桩挤扩大样图

第一次清孔泥浆循环时必须使泥浆及时净化、经常除砂，必要时对泥浆予以全部置换泥浆，降低含砂率及表现密度、提高粘度、减少沉淤。若达不到要求，可在清理循环池、循环沟后，投放泥浆粉或水泥，换浆循环至符合要求。挤扩时应随时向孔内补充符合要求的泥浆，保持泥浆面标高高于地下水面标高1.5 m以上，保持水头压力，防止塌孔[2]。挤扩时泥浆性能要求如表2 所示。

表2 挤扩时泥浆性能要求

挤扩从上至下进行。成孔第一次清孔后，桩机机架后仰，用吊车将液压挤扩分支器吊入孔内，记录好下放深度，复核弓压臂挤扩土层位置与设计要求土层是否一致。符合要求后，启动地面上的电动液压泵，控制弓压臂屈张值，挤扩土层形成支，连续挤扩形成盘。挤扩结束后，应立即对孔深、孔径、盘（支）径进行检查，符合要求后立即下放钢筋笼进行二次清孔。

4.2.1 监控要点

（1）液压表读数：直观观测、记录压力表压力值，与预估挤扩首压力力对比，判断挤扩土层是否正确。如果挤扩首压力与预估首压力相差较大，可在上下1 m 范围内进行微调，找寻与预估首压力较为接近的地层进行挤扩。

（2）电动液压泵油箱油位表油位下降值：以挤扩分支器空载试验值为标准，允许偏差不得超出±3 mm 判断弓压臂张开宽度。张开宽度以超出设计100 mm进行控制。

（3）挤扩成盘中桩孔泥浆液面下降数值：泥浆下降的体积应大于承力盘（支）体积的60%。通过观察记录护筒段及孔壁段泥浆面下降值计算泥浆体积与盘（支）体积进行对比、校核，判断成盘（支）质量。

（4）挤扩装置弓压臂挤压时产生的上升值：通过分支器的垂直上升值进行测定，是判断挤扩分支器是否正常工作的标准之一及辅助判断弓压臂张开宽度是否符合要求。

（5）盘（支）相对应自然地面的深度值：依据图纸、勘察报告、场地标高、钻孔记录，在挤扩前复核准备成盘（支）位置，确定持力层层位、盘（支）位、盘（支）间距、盘（支）数是否正确。

（6）盘（支）径：通过井径仪进行检查。挤扩完成后，用测绳打活结将井径仪感应触角绑在一起，下放到孔底后，拉动测绳打开活结，使井径仪两触角自然张开顶在孔壁上，慢慢上提即可完成孔径、盘（支）径的测定。如图3 所示，其中测绳起提拉、测孔深作用。

图3 井径仪测支盘大样图

4.2.2 注意事项

（1）因地下条件复杂多变，盘或支的位置可据现场实际情况进行1 m 范围内的微调，保证支或盘能座落在设计所要求的地层上；

（2）盘与盘或盘与支、支与支的竖向最小间距宜为：粘性土、粉土取3 d，砂土取4 d。上、下分支宜相错90º，上、下十字分支宜相错45º，如图4 所示。

图4 支盘布置示意图

（3）当有中粗砂土层时，支盘桩的支及盘宜设在中、粗砂层的顶面。

（4）盘和支应避开下列土层：①液化土；②受大气影响深度内的膨胀土；③自重湿陷性黄土；④坚硬岩土层；⑤淤泥层。

4.3 挤扩后各工序要点

（1）钢筋笼制作安装时，底节钢筋笼主筋应向笼中心弯成圆台形，钢筋笼保护层制作一定要采用Φ50 mm 厚30 mm圆环式，套在每2 000 mm 一个的加劲箍上，钢筋笼下放至设计标高后，应延伸出2 ～4 根主筋焊接在机台或混凝土护筒的预埋铁件上，钢筋笼应满焊。

（2）下灌注导管时采用Φ250 导管螺纹连接，管间连接采用厚度为5 mm的“O”形密封圈。导管下放时，应使位置居孔中，顺直，稳步慢放，不得卡挂钢筋笼。

（3）在二次清孔时，第一次为钻机钻成孔后挤扩前，利用钻杆采用正循环清孔方式进行第一次清孔；第二次为下完灌注导管后混凝土灌注前，利用导管采用正循环方式（孔深30m 以内）或反循环方式（孔深30 m 以外）进行的第二次清孔。

（4）水下进行混凝土灌注时，混凝土采用预拌混凝土，并检查质量证明资料，对进场混凝土坍落度进行检测，抽查的坍落度值180 mm ～220 mm，否则作退场处理。混凝土灌注应连续进行，严禁中途停工，灌注时间必须控制在埋入导管中的混凝土不丧失流动性的时间内。灌注过程中应随时用专用测锤探测混凝土面的上升情况，保证导管不进水。导管埋入混凝土中的深度按表3进行控制。

表3 导管埋入混凝土中的深度

5 质量安全控制标准

（1）施工多支盘钻孔灌注桩时，施工质量控制应严格按照《建筑桩基技术规范》JGJ94 执行[3]。挤扩前孔底沉渣应不大于200 mm，支盘成型挤扩首压力≥设计综合预估值90%，挤扩成盘（支）泥浆下降体积宜大于承力盘体积的60%。

（2）油压液面下降值以支盘机空载试验值为标准，盘（支）径允许的偏差为±5 mm。

（3）下挤扩分支器时，若为桩机后仰，则角度应严格测算，一般不大于30度角，防止桩机向后倾倒。

（4）挤扩班组在挤扩施工中，应注意现场布置的泥浆池及已完桩顶空孔，防止掉入。同时泥浆池周边应设钢管围栏，送桩空孔应用土或砂石回填至自然地面，未及时回填的空孔应做好标识[4]。

6 总结

本文总结的工法适用于各类采用钻孔桩机成孔的多支盘桩基础工程及地基处理的施工。多支盘钻孔灌注桩的承载力明显高于普通钻孔灌注桩[5]。相对于普通钻孔灌注桩而言，多支盘钻孔灌注桩在工期、造价及施工空间方面都有明显的优势，在既定的单桩极限承载力下，通过盘或支来充分发挥各岩层的承载作用以提高承载力，较大程度地缩小桩径及桩长或桩数，节省了社会资源，节约了工程造价，具有良好的经济效益和社会效益。