挤扩支盘灌注桩及灌注桩后注浆工艺组合应用思考

挤扩支盘灌注桩及灌注桩后注浆工艺组合应用思考

马丽芳

身份证号：（ 13058119801001

摘 要

随着社会发展及社会进步，建筑物桩基础的经济性、可靠性也日益提出新要求。挤扩支盘灌注桩是近年来在钻孔灌注桩的基础上发展的一种提高桩承载效率的有效桩型；可通过挤扩支盘形成有效侧摩阻，提高桩身承载效率。但是有一定的土层适用性。而钻孔灌注桩后注浆工艺也是一种成熟的工艺。但也有相应的土层适用性。本文将分别分析这两种工艺的优缺点，以期阐明这两种工艺组合后的机理及适用范围。以便工程技术人员在合适的地层可以方便的选取此类联合工艺，做到更好的承载效率。

关键词：挤扩支盘；灌注桩；注浆；火山地质

1.挤扩支盘灌注桩受力原理简介及特点

挤扩支盘桩技术是上世纪90年代初的一种新型桩基技术。是在原普通灌注桩基础上增加了承力盘或分支，桩身由主桩、底盘、中盘、顶盘及数个分支所组成。由扩支、支盘分别增大桩身受力面积，提高桩身承载效率。其提高承载效率的原理如下：

挤扩支盘桩技术的应用是把普通的摩擦桩或者摩擦端承桩，通过在桩身不同部位的土层内设置承力盘或分支来提高其桩端、桩侧的受力面积和支撑点，同时，利用桩身范围内各层土体的桩端承载力提高单桩承载力，可以在承载力不变的条件下，缩短桩长和缩小桩径，从而节省造价和缩短工期。我们需要注意到，其提高承载力的主要机理为通过扩支盘或者承力分支来提高各层土体的桩端承载力，但其对土层的桩侧阻力提高不明显。其布置原则如下(d、D分别表示桩直径和承力盘直径，h为承力盘高度)：

（1）布桩原则：可根据建筑物上部结构类型及地基持力层的不同采用不同方式布置，如：可采用单桩和多桩基础。

（2）桩径和支盘的最小中心距：挤扩支盘桩的最小中心距不宜小于3d和1.5D。

（3）支盘数量及间距：承压式宜少于等于4个，抗拔式一般为1—2个，挤扩支盘桩竖向最小盘间距大于等于2D。

（4）支盘的设置土层：挤扩支盘桩的承力盘对设置土层有要求，要求土层结构稳定、压缩性较小、承载力较高、层厚较大（不宜小于2D）。其中，承压式设置在承载土层的上部，抗拔式设置在承载土层的下部。

（5）支盘进入土层深度：承力盘底进入持力层的深度不宜小于0.5h—1.0h，桩根长度不宜小于1d；桩端全断面进入持力层的深度由于土层的不同而不同（1d-2d）。

下面，我们总结一下这种桩型的特点：

(1) 由于桩身所处土层存在的不同硬土层，所以可以通过特色设备设置支盘、分支来利用相应土层的桩端阻力以提高桩的承载效率，使其在受力上结合摩擦和端承两种形式，成为摩擦端承桩，这样建筑结构更加稳定，抗震性更强，沉降变形更小。

(2) 根据相关工程验证，挤扩多支盘桩相比传统的灌注桩有明显的技术经济效益。其混凝土承载效率为相应普通灌注桩的2倍以上；而其本身与普通灌注桩比较，桩长缩短、桩径减小、甚至桩数减少，进而减小承台尺寸，可节约大量工期及成本，大大提高使用方的经济效益。

(3) 可适用于多种成桩工艺，如：泥浆护壁成孔、干作业成孔、水泥注浆护壁成孔和重锤捣扩成孔等。

(4) 适用土层广，且不受地下水位限制，对各种土层的适应性非常强，可根据土层采用不同组合方式，如增设分支或者承力支盘，以提高单桩承载效率。

(5) 根据成桩工艺，大多属于非挤土类灌注桩，可避免了预制类桩的种种缺点。

但是，对于比较特殊的地质，如：上软下硬的底层，或者海南海口地区等火山岩发育存在硬夹层的地质，有限制。能否通过和其他技术相结合，来适用于硬夹层地质是我们要继续研究的问题。本文选取后注浆工艺对其进行类比分析。

2.灌注桩后注浆工艺原理简介及特点

灌注桩后注浆：这是一种在钻孔灌注桩类桩的钢筋笼底部和侧面，将注浆管及注浆阀预先埋设好，待成桩后2-30天内再进行高压注浆的一种工艺。按不同土层，可采取不同的注浆方式，如：高压劈裂注浆、低压渗透注浆；注入的水泥浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用与桩体周围土体结合，固化桩底沉渣和桩侧泥皮，起到提高承载力、减少沉降的效果，可同时提高桩周土层的桩端阻力和桩侧阻力。灌注桩后注浆按注浆部位可划分为：桩底后注浆、桩侧后注浆和桩底、桩侧复式后注浆。其受力的机理如下：

钻孔灌注桩的后注浆一般有高压劈裂注浆与低压渗透注浆两种方式。其中，劈裂注浆，即压入的高压浆体克服土体主应力面上的初始压应力，使土体产生劈裂破坏，浆体沿劈裂缝隙渗入土体填充空隙，并挤密桩侧土，促使土体固结从而提高注浆区的土体强度。如注浆区在桩底，则浆液首先在桩底沉渣区劈裂和渗透，使沉渣及桩端附近土体密实，产生“扩底”效应，提高桩端土层的承载力，使桩端承力提高；如注浆区在桩侧某部位，则该部位也同样出现“扩径”效应。

这种工艺以改变桩身周围土层性能为主要手段，可同时提高桩端阻力和桩侧阻力，而且可以根据土层情况灵活设置。后注浆工艺与挤扩支盘桩原理上有着本质的不同，后者通过改变桩身形态来提高土层的桩端承载力，且只提高土层的桩端承载力（虽然也有挤密土层增加桩侧阻力的效果，但按公式计算没有考虑，当作安全储备了）。

3. 后注浆工艺的应用范围及海口地区设想

（1）后注浆工艺适宜土层比较广泛，基本涵盖了常见地质土层。查规范给出的参考侧阻值、（端阻值）提高系数、土层调整系可以看出，后注浆工艺比挤扩支盘桩在岩土的适用范围多了淤泥及淤泥质土等软土，且后注浆工艺在砂类土，尤其是在中砂及以上土层中，桩身承载效率可提高一倍以上，从而达到缩小桩径或者缩短桩长的目的。

（2）那么，这种工艺和挤支扩盘桩结合起来，能否分别提高桩的端阻和桩的侧阻或者能产生1+1大于2的效果呢？而且，从施工工艺上，我们可以看出：这两种工艺在施工并没有冲突，是可以重叠的。挤扩支盘桩是在下钢筋笼前进行扩支作业，而后注浆是在钢筋笼上提前安装导管及注浆阀，浇注后进行注浆，此工序是互不干扰的，组合起来应该可以发挥更好的效果。

下面，我们以海口地区的地质举例进行类别分析。

我们注意到，海口地区为火山喷发地质。地层中经常有硬夹层-火山岩或者玄武岩。但是地表经常地质一般，经常承载力较差，硬夹层下以砂性粉质粘土为主。这种地质，常规的预制管桩施工困难。硬夹层很难穿越，如果引孔的话，费用成本高且质量容易出现断桩等问题。一般会选择用钻孔灌注桩来解决问题。但钻孔灌注桩的经济性还可以提高。如果单单选用挤扩支盘或者后注浆等某一种工艺，显然提高程度有限。能否把两种工艺有机结合起来？得到更大的桩身承载效率？

（3）下面我们开始具体的施工设想及类比分析。

对于这种有硬夹层的地质，先冲孔成桩孔，再在硬夹层下一定尺寸进行扩支盘作业（软弱土层不做扩支盘），注意深度满足堪固稳定性后，进行扩支盘作业，桩端一次，硬夹层下方一次；扩支盘施工完毕后，放入设置好后注浆装置的钢筋笼，强度达到后再进行后注浆施工，注浆位置为桩端即硬夹层下方的桩侧。此种工艺下，扩支盘于桩底提高桩的受力面积，后注浆于桩底提高土层桩端阻力值，这样双重作用下，大幅度提高桩端承载力及桩承载效率。对于桩的承载效率来说，必然会出现1+1大于二的结果。因为受力机理不同，参考土层，可以预判，两种桩的承载效率提升应该在3-6倍，在所需桩的深度、数量较多的情况，应该会产生惊人的经济效益。或者说，部分改变桩的受力机理，即受力形态由摩擦端承桩接近端承桩。在此种地形下，硬夹层也变不利为有利，相当于灌注桩的水平堪固端。可以预见，只要设计单位、施工单位在项目进行过程中互相配合完善，（比如注意扩支盘的位置、注浆孔的标高是否冲突等）将取得到很好的效果。