擠擴(kuò)支盤灌注樁的設(shè)計(jì)及在火電工程中的應(yīng)用

畢朝陽，仇翠蘋

（華電科工集團(tuán)環(huán)保分公司設(shè)計(jì)研究院，北京 100160）

擠擴(kuò)支盤灌注樁的設(shè)計(jì)及在火電工程中的應(yīng)用

畢朝陽，仇翠蘋

（華電科工集團(tuán)環(huán)保分公司設(shè)計(jì)研究院，北京 100160）

文章介紹擠擴(kuò)支盤灌注樁的主要構(gòu)造、單樁承載力的理論計(jì)算方法、與實(shí)際試驗(yàn)值的差異及與普通灌注樁的對(duì)比，認(rèn)為支盤樁在工程應(yīng)用中較傳統(tǒng)灌注樁有較為明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

擠擴(kuò)支盤樁；灌注樁；單樁承載力；沉降

1 概述

擠擴(kuò)支盤灌注樁是一種新型的鋼筋混凝土灌注樁，其技術(shù)及液壓設(shè)備發(fā)明于上世紀(jì)八十年代末期。這種樁型在傳統(tǒng)等截面鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，將專用液壓擠擴(kuò)設(shè)備與現(xiàn)有樁基機(jī)械配套使用，在樁孔內(nèi)的合適土層進(jìn)行加壓擠擴(kuò)，形成樁體、承力盤或分支，實(shí)現(xiàn)擠擴(kuò)支盤灌注樁。它通過沿樁身不同部位設(shè)置承力盤或分支，變普通摩擦樁為變截面多支點(diǎn)的摩擦端承樁。

擠擴(kuò)支盤灌注樁受力機(jī)理明確，它采用支盤擠擴(kuò)機(jī)械根據(jù)地質(zhì)情況在硬土層中通過液壓擠擴(kuò)，對(duì)各分支和承力盤周圍的土體施以三維靜壓，擠擴(kuò)支盤空腔。經(jīng)擠密的土體與空腔內(nèi)灌注的混凝土樁身、支盤緊密地結(jié)合為一體，發(fā)揮樁土共同作用形成擠擴(kuò)支盤灌注樁。該技術(shù)能充分利用地基的承載土層，在有效地減少樁徑和樁長(zhǎng)的同時(shí)能大大提高樁的承載力，并減小樁體沉降量。

2 主要樁身構(gòu)造及施工工藝

擠擴(kuò)支盤樁的樁徑、樁長(zhǎng)和支盤尺寸應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、單樁承載力和施工機(jī)具的結(jié)構(gòu)尺寸確定。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)使用LZ系列的擠擴(kuò)支盤機(jī)時(shí)，樁的主要構(gòu)造尺寸如表1所示。

表1 支盤樁主要構(gòu)造尺寸表

目前，常用的擠擴(kuò)支盤樁成孔方法，主要有泥漿護(hù)壁成孔和干作業(yè)成孔兩種。其中泥漿護(hù)壁成孔包括鉆孔和沖孔成孔技術(shù)，干作業(yè)成孔包括螺旋鉆孔成孔和鉆斗鉆進(jìn)成孔技術(shù)。

3 支盤樁單樁豎向極限承載力計(jì)算

關(guān)于擠擴(kuò)支盤樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，目前可遵循的依據(jù)有三個(gè)。

擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)規(guī)程（CECS192-2005，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)批準(zhǔn)）：

電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程（DL/T5024-2005，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布）：

火力發(fā)電廠支盤灌注樁暫行技術(shù)規(guī)定（DLGJ153-2000，電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院編制）：

上面三種計(jì)算公式中，主要的區(qū)別在于端阻力修正系數(shù)η和ψpi（ψp）的取值，其中公式（1）的η取值范圍根據(jù)作業(yè)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(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，或按與之等直徑的普通灌注樁計(jì)算確定。

4 工程應(yīng)用

4.1 華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司煙氣改造工程

（1）工程為新鄉(xiāng)電廠新建脫硫吸收塔基礎(chǔ)樁基，項(xiàng)目場(chǎng)地處于太行山山前沖洪積扇前緣緩傾斜地帶，場(chǎng)地地層相對(duì)簡(jiǎn)單。地基土主要由第四系全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂、細(xì)砂、礫砂和卵石組成。

設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)：約33.0m，樁徑d=0.7m，設(shè)置承力盤兩個(gè)，支盤直徑D=1.4m，支盤高h(yuǎn)=0.7m。支盤設(shè)置于第5層粘土、第6層粘土內(nèi)，如圖1所示。

圖1 新鄉(xiāng)吸收塔基礎(chǔ)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(jì)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(chǔ)樁基，項(xiàng)目場(chǎng)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(shè)計(jì)樁長(zhǎng)：約14.0m，樁徑d=0.7m，設(shè)置承力盤1個(gè)，支盤直徑D=1.4m，支盤高h(yuǎn)=0.7m。支盤設(shè)置于第6層粘土內(nèi)，如圖2所示。

（2）相關(guān)計(jì)算。根據(jù)公式（1）得到Qu=2630kN，Ra=0.5×Qu=1315kN；根據(jù)公式（2）得到Quk=2353kN，Ra=0.5×Quk=1177kN；根據(jù)公式（3）得到Quk=2685kN，Ra=0.5×Quk=1343kN。

圖2 漯河吸收塔基礎(chǔ)支盤樁

4.3 對(duì)比分析

（1）計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比。取以上三種規(guī)范的公式計(jì)算平均值，兩個(gè)工程支盤樁單樁豎向極限承載力特征值、承載力試驗(yàn)值如表2所示，單位（kN）。

表2 單樁豎向極限承載力特征值計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比

據(jù)此可見，試驗(yàn)結(jié)果略大于按規(guī)范計(jì)算所得結(jié)果，可認(rèn)為設(shè)計(jì)提出的承載力要求合理。

（2）支盤樁與普通灌注樁對(duì)比。如采用同直徑、同長(zhǎng)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(xiāng)項(xiàng)目：Ra0=2100kN，（Ra-Ra0）/Ra0=40.2%

漯河項(xiàng)目：Ra0=849kN，（Ra-Ra0）/Ra0=41.3%

由此得知，采用支盤灌注樁時(shí)，單樁豎向承載力值可提高約40%，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 擠擴(kuò)支盤樁樁基沉降計(jì)算

擠擴(kuò)支盤樁是一種變截面灌注樁，其荷載傳遞規(guī)律和沉降機(jī)理均不同于等截面灌注樁基礎(chǔ)，目前尚未有理論嚴(yán)密而又簡(jiǎn)便易行的計(jì)算方法。只能采取以現(xiàn)行常規(guī)灌注樁的計(jì)算方法為依據(jù)，再根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以修正的辦法來確定支盤樁的沉降量。

《擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)規(guī)程》（CECS192-2005）提出的沉降計(jì)算公式正是基于一個(gè)被理論和實(shí)踐證明的規(guī)律：支盤樁基與相同樁身設(shè)計(jì)直徑的等截面樁基的沉降具有一定的相關(guān)性；而且，相同條件下支盤樁的沉降量要小于等截面樁。現(xiàn)行支盤樁的沉降計(jì)算方法就是按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）公式計(jì)算的沉降量Sz，再進(jìn)行適當(dāng)修正，從而得到支盤樁基的最終沉降量S。即修正時(shí)通過樁基沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψ進(jìn)行：規(guī)范JGJ94-2008的取值如表3所示；規(guī)程CECS192-2005的取值如表4所示。

表3 樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψ

表4 支盤樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψ

6 結(jié)論

在工業(yè)建、構(gòu)筑物中，經(jīng)常遇到上部結(jié)構(gòu)荷載很大、基礎(chǔ)對(duì)地基要求較高的情況，因此在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)、樁型選取時(shí)，采用合理的樁型方案，對(duì)整個(gè)建構(gòu)筑物的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)非常重要。文章通過以上分析對(duì)比，認(rèn)為擠擴(kuò)支盤灌注樁較傳統(tǒng)的等直徑灌注樁有以下優(yōu)點(diǎn)：①充分利用樁身有效深度范圍內(nèi)各較好土層的端阻力，變摩擦型樁為多支點(diǎn)摩擦端承樁；②由于擴(kuò)孔率大，使原小直徑樁的剪切刺入型破壞模式變?yōu)榇笾睆綐兜臐u進(jìn)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(kuò)樁成立盤底無沉渣且盤底土經(jīng)擠壓密實(shí)，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(gòu)）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(shè)計(jì)布樁方案更為靈活；⑦工期與經(jīng)濟(jì)性。節(jié)約鋼筋混凝土用量，縮短基礎(chǔ)施工工期；⑧產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)、減小樁徑或者減少樁數(shù)，乃至減小承臺(tái)尺寸，因此能節(jié)省投資、縮短工期。通常可以節(jié)約基礎(chǔ)費(fèi)用約20%，縮短工期25%左右。

[1]建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].JGJ94-2008.

[2]擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)規(guī)程[S].CECS192-2005.

[3]電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].DL/T5024-2005.

[4]火力發(fā)電廠支盤灌注樁暫行技術(shù)規(guī)定[S].DLGJ153-2000.

U443.15+4

A

2096-2789（2016）12-0206-02