挤扩支盘灌注桩的技术原理、施工流程及其实例工程经济性分析

挤扩支盘灌注桩的技术原理、施工流程及其实例工程经济性分析
经过八年多的工程实践应用，挤扩支盘灌注桩技术已趋于成熟，节约用料与成本减少较为显著，使其在目前常见采用的桩基形式中占比得到进一步提高。

文章对挤扩支盘灌注桩的技术原理、施工流程、质量控制等进行描述，并以工程实例分析其经济性。

标签：支盘桩；技术原理；工艺；经济分析
1 挤扩支盘灌注桩的技术原理
1.1 产生由来。

挤扩支盘桩是在原有等截面钻孔灌注桩的基础上发展而来的，将专用液压挤扩设备与现有桩基机械配套使用而产生的一种变截面灌注桩。

1.2 概念定义、结构构成及适用范围
1.2.1 定义及特点
（1）挤扩支盘桩全称为“液压挤扩支盘砼灌注桩”，是在常规钻孔灌注桩的基础上，采用专用液压设备对桩长范围内的土层进行多截面扩孔，形成多处锥状或三角形扩径空腔，空腔内灌注砼后形成多支点的多截面扩孔砼桩。

（2）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，每立方米砼完成承载力可提高1.7～2.3倍，因此在承载满足的情况下，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。

1.2.2 结构构成
挤扩支盘桩的桩体由直杆部分和若干个突出的锥状分支、承力盘环组成，其具体结构如下图所示：
1.2.3 适用范围
（1）挤扩支盘桩属灌注桩体系，钻孔灌注桩适用的地质条件支盘桩基本都适用。

（2）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越性也越明显，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）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。

（4）支盘桩可作为建筑抗压桩、抗拨桩、复合地基、高承载力锚杆以及地基加固和增层改造的桩基。

适用于大型工业厂房、高层建筑、道路桥梁、码头、高耸构筑物、大型油罐、大型粮仓等对地基承载力要求较高的建筑。

（5）对于地面以下40m内无地基承载力超过140KPa的土层，或岩层埋藏较浅（小于30m）且岩层强风化层较薄的，则不适采用挤扩支盘灌注桩。

1.3 受力机理及破坏形式
挤扩支盘桩的受力机理。

通过大量的静载试验和工程桩原体实验发现，支盘桩的受力机理同普通灌注桩相比有较大的不同，其荷载传递大致呈这样特点：①由于端阻发挥所需的桩土相对位移大于侧摩阻，所以在受荷初期，桩所产生的位移主要是桩身弹性变形所产生的少量位移，因此承载力主要由桩身上部侧摩阻提供，这时下部的支或盘处的端阻还未得到发挥；②随着桩顶荷载的逐步增加，桩顶位移变大，当桩的上部荷载加到一定数值时，桩土产生相对位移增大，侧摩阻力的发挥逐渐向下传递，桩身下部支盘的阻力开始发挥并逐渐增大，桩端阻力的作用也开始明显表现出来；③在各部位支盘提供的阻力上，一般上部的支盘的发挥程度要大于下部支盘，当上部支盘的土体已开始塑性变形时，上部支盘提供的承载力基本为一定值，此后所加的荷载主要由底部支盘发挥端阻力的增大来承担；④随着荷载的增大，位移也不断增大，下部支盘的阻力才进一步发挥，各支盘下土层纷纷开始发生塑性变形，整个桩的承载力达到极限承载力。

1.4 挤扩多支盘灌注桩的特点
1.4.1 挤扩支盘可充分增大侧阻及端阻的面积、加固持力层有效的利用场区纵向所有的土层。

挤扩支盘灌注桩是采用普通钻机成孔，通过专用装置液压挤密成盘，属于部分挤土灌注桩，其扩径时通过三维挤压，同时对盘下的土层的挤密作用也是比较明显。

1.4.2 挤扩支盘桩具有广泛的适用性、比普通灌注桩更优越。

1.4.3 挤扩支盘桩可实现施工中的监控与调整，质量比较可靠。

可以根据要求承载力的大小增加或减少桩身支盘的数量，做到根据布桩要求选用承载力相近的桩型。

1.4.4 进行挤扩施工时，由地面压力显示装置可读取该土层挤压时的压力值，根据压力值可判明支盘桩各承力盘所处的持力层的软硬，因而可复核勘察资料中划分的各土层工程性质及层位界限，若各承力盘压力值偏低，超出预估压力范围值，表示地层变软或持力层缺失，现场即可发现并与有关单位联系提出补救方案，消除工程隐患，确保工程安全，达到支盘桩现场动态设计、质量双控功能。

1.4.5 可节省基础部分投资、缩短工期。

在负荷相同的情况下，可比普通灌
注桩缩短桩长、减小桩径或减少桩数，作为高层建筑及重要构筑物的基础，可供设计灵活使用，既可作柱下单桩方案以减少承台施工量，又可沿箱基墙下或筏基柱下布桩以减少底板厚度及配筋量。

这不仅节省投资，而且施工方便、工期短、造价低、质量优，具有显著的经济效益。

也就是在同样承载力要求下，挤扩支盘桩可比普通灌注桩节约材料30%-50%。

1.4.6 有利于环境保护。

相对打入式预制桩、沉管灌注桩，施工噪音低、振动低；与普通灌注桩完成等值承载力比，泥浆排放量显著减少，节能又环保，实现了绿色建筑、绿色施工的理念。

1.4.7 由于挤扩支盘桩的受力机理的影响，在设计荷载时桩顶位移一般都比较小，有利于控制建筑物的沉降，并且当处于极限荷载时，如果有较理想的持力层，也不会出现刺入破坏，有利于建筑物的安全。

1.5 挤扩支盘桩与其它桩型的性能对比（见表1）
2 挤扩支盘桩施工工艺、质控验收
2.1 工艺流程
2.1.1 挤扩支盘桩属于灌注桩的范畴，其施工的独特之处是在成孔后下入液压挤扩设备进行挤扩，按钻孔成孔的方法可分为泥浆护壁工艺、干作业成孔工艺、水泥注浆护壁成孔工艺、冲击成孔工艺等四种.南通地区常用泥浆护壁工艺进行，以下以此法进行描述。

2.1.2 当桩长深度范围内有地下水存在时，通常利用原土造浆或以泥浆护壁成孔，比较常用的钻孔设备一般为回转钻、潜水钻、旋挖钻机或冲击钻等。

设计人员根据地质情况选择持力层设立分支及承力盘，按支盘设计深度下入挤扩支盘成型机，操作液压工作站将弓压臂（承力板）挤出、收回、反复转角、多次挤压成盘，由上至下或由下至上完成各标高处的承力盘，安放钢筋笼，下入灌注导管，二次清孔，在孔底沉渣符合要求后用导管底注法灌注砼成桩，此工法适用范围较广。

（a）成孔（b）挤扩（c）成盘（d）下钢筋笼（e）浇注砼（f）成桩
2.2 挤扩支盘桩的质量检测及验收
2.2.1 成桩质量检测
（1）挤扩支盘桩的成桩质量检测主要包括成孔、挤扩支盘、清孔、钢筋笼制作和安放、混凝土拌制和灌注等，同时重点检测挤扩支盘的质量。

（2）钢筋笼制作应符合设计要求，应对钢筋规格、焊条规格、品种、焊接质量、主筋及箍筋的制作偏差等进行检查。

（3）在灌注砼前，应对桩孔的位置、孔深、孔径、盘数、盘径、盘位标高、
首次挤扩压力、垂直度、孔底沉渣厚度、钢筋笼安放质量等进行检测，并填定质量检测记录。

盘径、盘腔检测可能采用改进型井径仪或盘径测量仪等，检测数量宜为总桩数的10～20%，单柱单桩全检。

（4）挤扩支盘桩质量验收中的主控项目及一般项目中的垂直度、桩径、钢筋笼安放深度、混凝土充盈系数、桩顶标高等，其检验标准应按现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002的相关规定执行，其他主控项目和一般项目的检测标准按下表执行：
挤扩支盘桩质量检验标准
2.2.2 挤扩支盘成盘检验
（1）支盘成型挤扩首次压力值。

检验标准：抗压桩上盘首压值≥6Mpa，底盘首压值≥8Mpa；检验方法：观测、记录压力表值。

（2）液压站油位计反映油压液面下降值。

检验标准：油压液面下降值与支盘机空载油压液面下降值比较，允许偏差±3mm；检验方法：观测、记录压力表值。

（3）盘径检验。

检验标准：设计盘径、桩径；检测方法：目测，抽检比例1%，允许偏差1/15。

（4）设计持力层层位、盘位、盘间距、盘数。

检验标准：按设计、施工图、勘察报告；检验方法：查阅图纸、勘察报告、施工记录、现场观测。

2.2.3 基桩检测
（1）静载检测。

检测目的：可以检测单桩的承载力，桩身质量；检测比率：按照建筑桩基规程抽检1%，不小于3根，50根不小于2根。

（2）大应变检测。

检测目的：可以参照静载桩的大应变曲线检测单桩的承载力，桩身质量；检测比率：按照国家有关规程抽检5-10%。

（3）小应变检测。

检测目的：可以检测桩身质量；检测比率：按照国家有关规程抽检20%，单柱单桩比率100%。

3 实例工程经济性比较分析
3.1 案例一：中海某住宅项目（桩基工程2013年9月）。

地下两层、地上34层，建筑面积约68871m2，挤扩支盘桩设计参数如下表。

经济分析：
（1）在满足承载力要求的情况下，如采用同径同根数钻孔灌注桩，设计长度需50m，单桩工程量V=15.7m3，全综合单价1150元/m3，单根桩综合单价18055元/根，每吨承载力造价33.75元/t。

（2）在满足承载力要求的情况下，如采用同径同根数预应力砼管桩，设计长度46m，全综合单价315元/m，单根桩综合单价为14490元/根，每吨承载力造价27.08元/t。

（3）挤扩支盘桩单桩工程量V=10m3，桩基合同综合单价471元/m，单根桩造价10833元/根，每吨承载力造价20.25元/t。

比较计算可知，在相同承载力条件下，挤扩支盘桩可较普通灌注桩节约40%造价，较预应力砼管桩节约25%。

本工程共计907根桩，节约造价的经济效益十分明显。

3.2 案例二：魅力城某住宅楼桩基工程（桩基工程2010年12月）
由高层住宅、商业用房及地下车库等组成，总建筑面积69807.32m2，地上29～30层，地下一层，桩筏基础。

本工程原设计采用预应力管桩，管桩型号为PHC-600（130）AB-45，单桩竖向极限抗压承载力标准值要求达到6200KN。

打桩时先打了3根预应力管桩试桩，由于本工程地层多为中密～密实的砂层，土层侧摩阻力达到16MPa以上，施工过程中试桩压桩力较高，均达到6080KN 以上，但沉桩速度缓慢，无法压桩至设计标高，且工程桩施工过程中受群桩效应影响，后续压桩应该更加困难，该规格管桩桩身砼极限承载力为6200KN，压桩力过大极可能出现爆桩质量事故。

建设单位对此情况进行慎重考虑，从保障工程质量及投资项目的进度角度，决定变更桩基础形式，同时还必须控制造价。

经比选确定采用挤扩支盘桩方案。

挤扩支盘桩设计桩径Φ620MM，有效桩长27M，支承盘盘径Φ1400MM，盘高700MM，每根桩共设4个承力盘。

预应力管桩PHC-600（130）AB-45，单根桩综合单价13275元/根，每吨承载力造价21.41元/t；挤扩支盘桩单桩工程量V=11.71m3，单根桩造价11921元/根，每吨承载力造价19.22元/t。

在相同承载力条件下，计算可知挤扩支盘桩较原设计拟采用的管桩降低11.4%造价，205根桩比原设计方案节约造价27.76万元，更重要的是为建设单位解决了实际问题，节约了工期，确保了开盘销售的进度节点的完成。

参考文献
[1]设计院出具的桩基施工图纸.
[2]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].
[3]GB50202-2002.建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].
[4]JGJ106-2003.建筑基桩检测技术规范[S].
[5]CECS192-2005.挤扩支盘灌注桩技术规程[S].
[6]已有工程实例资料.
作者简介：环军，男，国家注册监理工程师、一级注册建造师、高级工程师，大学毕业后一直从事工业与民用建筑工程的项目管理与研究。