挤扩支盘桩浅析
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摘 要：本文介绍了挤扩支盘桩的施工工艺流程,分析了该型桩在施工中的众多特点，提出挤扩支盘桩作为一种新型的桩基，具有优良的工程特性和显著的经济效益，具有大力推广的价值。
关键词：挤扩支盘桩；工程特点；成桩机理
1、挤扩支盘桩的施工工艺流程
挤扩支盘桩既可以在钻孔灌注桩的桩孔上进行挤扩成孔，也可以在沉管灌注桩的基础上成孔。通过挤扩支盘成型机在桩孔内合适土层中挤扩成型分支或承力盘。
挤扩支盘桩的成桩工艺流程为：首先由普通钻机（或沉管机）成孔并清孔，然后通过吊车将支盘机主机头吊入桩孔中定位,操作液压工作站,将主机头中弓压壁通过液压油缸加压挤出,当弓压壁按照设计向外支出后,记录压力值，完成支出过程。然后再操作液压站将弓压壁收回,完成回缩过程,这样就完成了一个分支的挤扩。如果要进行多个分支或承力盘的施工,则将主机头转动0°～180°,反复连续挤扩即可。调整主机头深度,在桩孔内不同标高处重复上述工作即可完成整个支盘桩的挤扩作业。然后取出挤扩支盘机，二次清孔后吊入钢筋笼，浇注混凝土，最终形成挤扩支盘灌注桩
2、挤扩支盘桩的承载力传递机理
挤压支盘桩是在普通灌注桩的基础上，充分利用桩身上下各部位硬土层的承载力沿桩长设置一定数量的分支或盘，靠增加的支盘端阻力来提高桩的承载力。支盘在受力时，利用桩身各处较好的土层，将荷载通过支盘传递到土层上去，即分层承受荷载，逐一卸荷，使应力产生扩散。其结果，不仅减少了桩端荷载，而且扩大了承力面积，从而达到大幅度提高承载力的目的。由于分层承受荷载，在工作荷载作用下，传至桩端的荷载很小，保证了桩端土的稳定性。静载试验表明，荷载主要通过支盘传递，桩端承载力的安全储备较大。其次，在支盘成型过程中，由于支盘机的挤扩作用，支盘上下的土体被压密，减少了压缩量，提高了内摩擦角和压缩模量，土体的物理力学性质高于原状土。在承力时，由于支盘周边土体预先得到压密，减小了土体的压缩量，使得土体的竖向承载力及抗拔力都成倍地提高。
3、挤扩支盘桩的工程特点
①竖向承载力成倍地提高
挤扩支盘桩充分利用桩身上下各部位的硬土层，沿桩长设置一定数量的分支或盘。如前面所述，支盘桩的承力面积是同直径直杆桩的数倍，桩体与土体的接触面积大大增加；在桩受力时，将轴向荷载多级分配给支盘处的土层，充分利用了地质剖面中各承载力较高的好土层，而不至于将轴向荷载较多地传递到桩端，由桩端持力层承受较大的荷载，致使持力层破坏；同时由于支盘成型过程中挤扩支盘机对土体的压密作用，支盘周边土体的强度得到提高，使得支盘处土体的承载力明显提高。这一点是其他桩型包括切削成盘的支盘桩所不可能实现的。静载试验表明，在相同条件下，挤扩支盘桩与直杆桩相比，其竖向承载力可以提高一倍以上[3]。
②抗拔能力好，具有良好的抗震性能及承受活荷载的能力
由于支盘桩与土体的接触面积与直杆桩相比大大增加，同时因为土体的挤密作用，各支盘与土体相互嵌固地较牢，具有较好的稳定性，使得支盘桩的竖向承载力、抗拔力及水平抗力都相应地提高。其抗拔及抗浮能力比直杆桩和其他变截面桩要好得多，可用于桥台和地下水池等抗浮结构。亦广泛适用于承受动荷载的桥梁桩基、重型工业厂房、大吨位行车、大跨度柱下的桩基和抗震设防建筑桩基等。
③经济效益明显
挤扩支盘桩的混凝土单方承载力是普通灌注桩的2倍以上。且由于单桩承载力大，在荷载相同的情况下，可比普通灌注桩缩短桩长、减小桩径或者减少桩数，乃至减小承台尺寸，因此能节省投资、缩短工期。通常可以节约基础费用约20%，缩短工期25%左右。
④具有实时调控功能
挤扩支盘桩施工时，对支盘周围土的挤扩是通过支盘成型机来完成的，支盘成型机是支盘成型的专用设备，通过液压传动，产生三维挤扩功能，其挤扩压力值的大小可以反映地层的软硬程度。通过对支盘机深浅尺寸的控制，还可以掌握各地层的厚薄软硬变化情况，从而可以有效地控制持力层及设计盘位尺寸，保证单桩承载力满足设计要求。这种实时调控功能是其它桩型难以达到的，是支盘桩成桩工艺的突出特点。
⑤可以验证勘探资料的可靠性
在挤扩支盘成型机挤压土体时，弓压臂是通过液压系统控制的，土层性质的好坏，可以由液压表读数的大小反映出来。一般情况下，挤压过程中油压数值愈大，土层性质愈好，土体承载力愈大，支盘成型后，支端阻力也愈大。因此，挤压过程相当于静力触探，成盘作业的挤扩压力值反映了各土层的软硬程度，既可验证勘探资料的可靠性，也可以了解支盘所在土层的承载力情况。如果发现土层分布情况和土体性质与勘探资料不吻合时，可以通过增设支或盘来提高单桩承载力，这种功能也是其他桩型所不具备的。
⑥成桩工艺适用范围广
适用于泥浆护壁成孔工艺、干作业成孔工艺、水泥注浆护壁成孔工艺和重锤捣扩成孔工艺等。
⑦环境影响较小
挤扩支盘桩具有显著的低环境公害性能。与打入式预制桩相比，施工低噪音、低振动；与普通泥浆护壁直孔桩完成的等值承载力相比，成孔后泥浆排放量显著减少；
⑧适应性强
可在多种土层中成桩，不受地下水位的高低限制，可根据承载力的需要，充分利用硬土层，采用增设分支和承力盘数量以提高单桩承载力（竖向抗压承载力、水平承载力、抗拔承载力）和桩身稳定性以及抗震性能。内陆冲积平原、洪积平原及沿海河口部位的海陆交替沉积三角洲平原下的硬塑粘性土、密实粉土、粉细砂层或中细砂层等均适合作为挤扩支盘桩基的持力层。
根据挤扩支盘桩的承载力原理，受成桩工艺影响，支盘桩不适用于淤泥质土等欠固结土层、中、粗砂层、砾石层以及液化砂土层，在孤石、障碍物较多的地层和石灰岩地层中也不宜采用。
4、挤扩支盘桩的研究现状
挤扩支盘灌注桩优良的工程特性吸引了许多专家、学者进行研究。张俊生等在国内较早较全面地介绍了挤扩支盘灌注桩的成桩技术与作用。唐业清主持的《挤扩多分支承力盘混凝土灌注桩受力机理及承载力性状的实验研究》课题，总结出不同盘距和盘数对承载力的影响，提出了用标贯击数计算支盘桩承载力的公式。中国水利水电科学研究院对挤扩支盘灌注桩周围土的挤密效果作了深入研究，得出了不同土层的挤密效果和成型规律。徐至钧编著的《新型桩挤扩支盘灌注桩设计与工程应用》，详细介绍了挤扩支盘桩的施工、质量检测等，书中收集了挤扩支盘桩的多个工程实例及多项工程支盘桩静载荷Q-S曲线，为支盘桩的理论研究提供了宝贵的研究资料。
20世纪90年代，张俊生等人研制开发了液压挤扩支盘成型机；1998年，贺德新等人研制出DX多功能液压挤扩装置。这两个系列的挤扩装置分别获得了国家专利。便捷高效的施工机械的出现，使得挤扩支盘桩迅速在工程中应用开来，也使得我国科研人员在此领域内的研究走在了世界的前列。
5、结束语
挤扩支盘桩是在普通灌注桩基础上发展起来的新桩型，具有较高的承载力、良好的抗拔性能，可以充分利用有较高承载力的土层，通过调整支盘的数量及间距来满足不同承载力的要求，减少桩基的沉降量，有着良好的经济效益和社会效益。随着理论研究的发展和大量工程实践的检验，挤扩支盘桩的运用一定会越来越广泛。
参考文献:
[1]张晓玲，王理，唐业清.挤扩支盘灌注桩的研究与工程应用.地基基础工程，1999
[2]卢成原，孟繁丽，周明芳，等.挤扩支盘桩的试验研究.工程勘察，2001