降低混凝土灌注樁造價的技術手段

（廣東博意建筑設計院有限公司，廣東 佛山 528312）

1 研究背景

建筑工程項目層數較多、場地地質條件不理想時，需采用樁基礎將建筑物的重量傳到深層土層或巖層以減少沉降。受地質條件或施工場地條件所限不能采用預應力管樁、預制方樁的時候，一般采用混凝土灌注樁，但成本較高。國內有幾種施工工藝可有效提高灌注樁的單樁承載力，減少總樁數；樁數不變的情況下可以減少樁長，達到節約造價、提高材料使用率的目的。項目開始之初，建設方的設計管理人員應會同勘察、設計、施工等各方人員，共同研究制定項目的基礎方案，力求降低樁基礎的造價，為項目創造更大的效益。本文重點研究擠擴灌注樁、后注漿灌注樁這2種工藝的最優適用條件以及給項目帶來的經濟優勢。

2 擠擴灌注樁

擠擴灌注樁是在預鉆（沖）孔內，放入專用的三岔雙缸液壓擠擴裝置，按承載力要求和土層地質條件在樁身適當部位，通過擠擴裝置雙向油缸的內外活塞桿進行大小相等、方向相反的豎向移動帶動3對等長擠擴臂對土體進行水平向擠壓，擠擴出互成120°夾角的3岔狀或3n岔狀（n為同一水平面上的轉位擠擴次數）的上下對稱的擴大腔或經多次擠擴形成近似雙圓錐盤狀上下對稱的擴大腔，成腔后提出三岔雙缸液壓擠擴裝置，放入鋼筋籠，灌注混凝土，制成由樁身、承力岔、承力盤和樁根共同承載的鋼筋混凝土灌注樁。具體的適用條件、設備參數、設計及施工要求等可參考JGJ 171—2009《三岔雙向擠擴灌注樁設計規程》。各地區也編寫了地方規程，如山東省DBJ 14-019—2002《擠擴灌注樁技術規程》、天津市DB 29-65—2004《擠擴灌注樁技術規程》、中國鐵路總公司Q/CR 9401—2017《鐵路工程旋挖擠擴灌注樁技術規程》，河北省DB13/T 999—2008《公路橋涵多節三岔（DX）擠擴灌注樁技術規程》等。

根據土層的分布特性，可將多個承力盤設置在不同深度且承載力較高的土層中，旋挖擠擴形成承力盤的多層承載，以獲得較高的盤端阻力。擠擴樁的承載力主要來自于承力盤端部，基樁根部的附加應力急劇減少，與直孔樁有很大不同。因此，即使樁孔底存在一些沉渣，也不會對擠擴樁的承載力或剛度造成較大影響。

承力盤的底面是傾斜向樁孔的較大角度斜面，鉆孔泥渣無法留存，從而保證了從受荷一開始承力盤的支撐剛度得以發揮。以往工程實測沉降觀測資料表明，擠擴灌注樁沉降量比相同地質條件下的等直徑灌注樁減少30%～60%。這個也是擠擴灌注樁在鐵道運輸項目、公路運輸項目、石油倉儲項目得到廣泛應用的原因。

施工時，旋挖擠擴一體化設備搭載在旋挖鉆機上，擴頭設備包括油缸、外活塞桿、內活塞桿、三岔擠擴臂。無需外部供電，成盤速度快、質量高，駕駛室中設有擴盤數字化監控設備，實現了隱蔽工程可監控化。對黏性土、粉土、砂土、卵石層、礫石層、全風化層、強風化巖層等土層可直接采用擠擴臂成盤；對中風化巖層可在擠擴臂的螺栓孔中安裝合金材料的硬巖截齒，采用旋轉切削巖石方式成盤。土層中每樁需要增加1～2h的擴孔工期，硬質巖層的擴孔時間要更長，總體而言對總工期無明顯影響。

3 后注漿灌注樁

樁端樁側后注（壓）漿技術能有效降低樁側泥皮和樁端沉渣對灌注樁承載力及剛度的不利影響，改善樁基荷載傳遞特性，增強樁底土體和樁側土體的強度和剛度，從而提高樁的極限承載力。近年來該技術得到了廣泛的應用與發展，在此不再贅述。

值得注意的是，后注漿技術在施工過程中須嚴格控制注漿的壓力、瞬時流量、總流量的變化，避免質量事故。某自動控制系統對某根樁的注漿記錄，完整記錄了各個時間的瞬時流量、壓力、總水泥用量等，如圖1所示。

4 采用不同灌注樁施工技術的基礎造價對比

根據以往施工經驗，后注漿灌注樁、擠擴灌注樁比普通灌注樁成本低。為進一步科學地研究擠擴灌注樁、普通灌注樁和后注漿灌注樁的經濟性指標，以廣東省佛山市順德區某商業廣場項目為例，進行3種樁型的設計及經濟性對比分析。樁基礎綜合單價的計算采用碧桂園集團《樁基礎&基坑支護全費用綜合包干單價表20180501》。

廣東省佛山市順德區某商業廣場項目的地質特點是場地地質條件良好且基巖埋深不大。3種工藝的單樁指標分析如表1所示。

相較于灌注樁，擠擴樁增加造價8.3%，后注漿灌注樁增加造價3.7%。該種土層地質條件下，灌注樁最經濟。

理論造價橫向比較：為驗證其他類似場地的普遍情況，假定只有一個單一土層場地，厚度為10～58m，土層下即為中風化巖層，計算中風化巖層埋深不同時各樁型經濟性，以直徑800mm的灌注樁所需成本為研究對象，計算結果如圖2所示。

后注漿灌注樁采用全長側注漿，樁端為巖層，不考慮端阻力增大系數；擠擴樁按每7～10m設置一個承力盤布置；3種樁型入巖長度相同，入巖段承載力及造價均相同，因此統一不考慮入巖段側阻力，只考慮端阻力。土層及巖層承載力參數如下：場地所有土層側阻力特征值平均為30kPa；巖層端阻力特征值為2 300kPa；后注漿側阻增強系數為1.4；后注漿端阻增強系數為1；擠擴樁承力盤端阻力特征值為300kPa。

表1 經濟分析結果

結合分析案例可得出結論：場地存在巖層且埋深不大時，采用普通灌注樁經濟性最好。若同時滿足下面2個條件：巖層埋深和中間土層的端阻力較大時，建議采用擠擴樁灌注技術。

5 結語

1）樁端持力層為基巖且巖面埋深較大，建議采用普通灌注樁。

圖1 后注漿自動控制和數據采集系統

圖2 巖層埋深不同的性價比計算結果

2）當樁端持力層不是基巖且樁側大部分土層端阻力特征值大于500kPa時，擠擴灌注樁造價最優。

3）當樁端持力層不是基巖且樁側大部分土層端阻力特征值小于500kPa時，建議優先采用后注漿灌注樁；當樁端持力層為卵石層時，經濟效益優勢更明顯。后注漿灌注樁造價優于擠擴灌注樁和普通灌注樁。

4）除了基巖埋深較小的情況，采用擠擴灌注樁、后注漿灌注樁均能替代普通灌注樁并能有效降低成本13%～41.9%，建議采用。

根據造價計算和分析來選擇灌注樁方案，以供建設單位、設計、造價等相關技術人員參考。