挤扩多分支承力盘与多支盘灌筑桩

挤扩多分支承力盘与多支盘灌筑桩
挤扩多分支承力盘（或多支盘）灌筑桩，为一种新型变截面桩，是在普通灌筑桩基础上，按承载力要求和工程地质条件的不同，在桩身不同部位设置分支和承力盘，或仅设置承力盘而成（图7-72）。

这种桩由主桩、分支、承力盘和在它周围被挤扩密实的固结料组成，类似树根系，但施工工艺方法及受力性能又不同于一般树根桩和普通直线形混凝土灌筑桩，而是一种介于摩擦桩和端承桩之间的变截面桩型。

其特点是：单桩承载力高，其每m3混凝土承载力，P k＞350kN，为普通混凝土灌筑桩的2~3倍；节约原材料，在同等承载力情况下桩长仅为普通灌筑桩的1/2~1/3，可省30%左右材料；施工快速，成本低，可缩短工期30%，节省资金25%；提高地基强度，适应性强，可在多种土层成桩，不受地下水限制；施工机械化程度高，低噪声，低振动，劳动强度低，工效高，操作维修方便。

但施工需多一套专用分支成型机具设备，多一道挤扩工序。

适用于一般多层和高层建筑物作桩基，可在粘性土、粉土、细砂土、含少量姜结石的砂土及软土等多种土层应用；但不适合于在淤泥质土、中粗砂层、砾石层以及液化土层中挤扩分支和成盘。

图7-72 挤扩多分支承力盘和多承力盘桩
（a）挤扩多分支撑力盘桩；（b）挤扩多承力盘桩
1-主桩；2-分支；3-承力盘；4-压实（挤密）土料
1．桩构造与布置
多分支承力盘灌筑桩的造型、尺寸、承力盘与分支数量根据上部建筑物的荷载量，结构形式、地质情况及使用的分支器尺寸而定，其分支、成盘形态和基本尺寸如图7-73所示。

桩的分支、盘的间距按表7-84采用。

一般在桩柱周围每隔1400mm左右设一组对称分支，呈十字方向分布，在下部设1~3道承力盘。

多分支撑力盘灌筑桩的最小中心距一般取（1.5~2.3）D或＋1m（D为多分支撑力盘灌筑桩的直径）。

桩端持力层应选在较硬的土层上，厚度应大于3m，下卧层不可有软弱土层。

图7-73 挤扩多分支撑力盘灌筑桩构造和尺寸
（a）分支盘示意；（b）φ600mm直径桩分支形态；
（c）φ426、φ600、φ800mm直径桩分支形态；
（d）、（e）、（f）分别为φ426、φ600、φ800mm分支尺寸
1-横向分支；2-纵向分支；3-承力盘
分支与承力盘的间距（mm）表7-84
注：当工程地质条件好时，间距亦可适当减小。

多分支撑力盘桩混凝土采用C20或C25，配筋主筋用φ12~16mm，长度一般要求在L/2~2L/3（L——桩长），不小于L/2，其配筋率P＝0.4%~0.6%，箍筋用φ8~10mm，间距100~200mm，另设加强筋。

2．单桩承载力计算
计算前应根据建筑物场地工程地质、水文地质条件、上部建筑物的层数、高度、荷载及结构类型等要求条件设计并绘制出多分支桩的桩径、分支和设盘的部位尺寸，据以计算单桩竖向承载力。

多分支撑力盘灌筑桩单桩竖向承载力的计算，应根据工程地质报告提供的地质钻孔剖面及柱状图（土层以平均厚度计）及相应的物理力学性能指标的数值按相应深度的数据计算。

单桩的极限承载力P k由主桩竖向极限承载力P m和桩分支、盘的竖向极限承载力P b组成，单桩的极限承载力P k可按下式计算：
P k＝P m＋P b（7-16）
其中P m＝q Pk·A m＋Σq sik·F m （7-17）
P b＝ΣR pk·A b cosθ＋Σf sik·F b（7-18）
式中q Pk——主桩端土（或承力盘上）的极限端阻力特征值（kPa）；
A m——主桩端承力盘面积（m2）；
q sik——主桩周围土的极限侧阻力特征值（kPa）；
F m——主桩土层分段的桩周表面积（m2）；
R pk——桩分支端土的极限阻力特征值（kPa）；
A b——桩分支底面积（m2）；
f sik——桩分支周围土的极限侧阻力（kN/m2）；
F b——桩分支的桩周表面积（m2）；
θ——桩分支与水平面的夹角（°）。

计算公式的参数选择，除了桩端承载力计算值采用端承极限特征值外，土分层的承载力和侧摩阻力均采用工程地质报告中给出的侧摩阻力和承载力特征值。

以上式计算的单桩竖向极限承载力P k值必须与单桩竖向静载试验值相对照、相校核，并以静载荷试验值为依据。

3．挤扩原理与机具设备
挤扩多分支撑力盘灌筑桩或挤扩多承力盘桩（以下简称多支盘桩）是利用支盘成型器（图7-74）在桩孔的某一位置进行挤压，使周围的土壤变得密实，灌筑混凝土后形成承力分支或盘，增大支撑面积，从而提高桩的竖向承载力和抗拔力。

图7-74 液压挤扩支盘成型器结构构造
1-液压缸；2-活塞杆；3-压头；4-上弓壁；5-下弓臂；6-机身；7-导向块支盘成型装置由接长管、液压缸、支盘成型器（机）（图7-74），液压胶管和液压站5个部分组成，由液压站提供动力，由支盘成型器实施支盘的成型。

支盘器工作原理是：当给定工作压力P时，液压缸活塞2向下伸出，带压头3压迫上弓壁4和下弓臂5挤扩孔壁，直至达到设计要的最大行程。

当液压缸反向供油时，活塞杆2回缩，拖动上弓壁4和下弓臂5恢复到原位，这样，即完成一个分支的挤扩过程。

通过旋转接长管将主机旋转相应的角度，多次重复上述挤扩过程，可在设定的位置上挤扩出分支或分承力盘胜体。

常用YZJ型系列液压扩支盘成型机技术性能如表7-85。

支盘桩施工需用机具设备见表7-86。

YZJ型系列液压挤扩支盘成型器主要技术性能表7-85
多分支撑力盘灌筑桩需用机具设备表7-86
4．施工工艺方法要点
（1）多支盘桩施工工艺程序为：桩定位放线→挖桩坑、设钢板护套→钻孔机就位→钻孔至设计深度→钻机移位至下一桩位钻孔→第一次清孔→将支盘成型器吊入已钻孔内→在设计位置压分支、承力盘→下钢筋笼→下导管→二次清孔→水下灌筑混凝土→清理桩头→拆除导管、护筒。

（2）成孔可采用干作业或泥浆护壁，一般多采用后者成孔，采用GZQ型潜水钻机或SY-120型钻井机。

对软粘土地基可采用自成泥浆护壁；对砂土地基宜采用红粘土泥浆护壁，泥浆密度为 1.3t/m3。

施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上，成
孔工艺方法同一般潜水电钻和回转钻。

（3）当成孔达到要求深度后，将钻机移至下一桩位继续钻进。

清孔后用吊车将支盘成型器吊起对准桩孔中心徐徐放入孔内，由上而下，按多支盘桩设计要求深度在分支或成盘位置（图7-75），通过高压油泵加压使支盘成型器下端弓压或挤扩臂向外舒张成伞状，对局部孔壁的土体实施挤压形成分支（图7-76），挤扩完毕后，收回挤扩臂，再转动一个角度重复前面的动作，在同一个分支标高处，挤扩两次（转动90°）即形成十字分支，挤扩3次（每次转动60°）即形成贫分支，挤扩8次（每次转动22.5°）即形成一个类似竹节状的承力支盘，每完成一组对称分支，或一个承力盘，即可将支盘成型器自上而下地下落至下一组分支或成盘部位继续压分支或承力盘，一般每压一根三盘18分支桩约需30~40min。

图7-75 起重机吊分支器压分支情形
1-120kN轮胎式起重机；2-电动液压泵；3-支盘成型器；
4-插孔；5-桩孔；6-已压分支；7-压分支
图7-76 挤扩多分支撑力盘灌筑桩成桩工艺
（a）钻孔；（b）分支；（c）成盘；（d）放钢筋笼；（e）浇筑混凝土；（f）成桩
（4）压分支成盘时要控制油压，对一般粘性土应控制在6~7MPa，对密实粉土、砂土为15~17MPa，对坚硬密实砂土为20~25MPa。

（5）每一承力盘挤扩完后，在不收回挤扩臂情况下，应将成型器转动2周扫平渣土，以使扩盘均匀、对称。

（6）分支、成盘完成后，将支盘成型器吊出，即可将稀泥浆注入孔内置换浓泥浆至密度为1.1~1.15t/m3为止。

浇筑混凝土前孔底500mm以内的泥浆密度应小于1.25t/m3，含砂率≤8%，粘度28s；沉渣厚度小于100mm。

（7）清孔后应在0.5h内进行下道工序，吊入钢筋笼，藉短钢管吊挂在孔口上，下导管，安浇灌架，用起重机吊混凝土料斗进行水下混凝土浇筑，采用坍落度为16~18cm的C20（或C25）混凝土，设钢管三木搭，利用卷扬机吊导管不断上下翻插窜动使达到密实，特别是在浇筑至扩盘部位时，应集中多次冲捣上下窜动反插，使扩盘处混凝土密实。

灌筑方法与普通混凝土灌筑桩导管法水中灌筑混凝土相同。

5．施工注意事项
（1）分支、盘位应选定较好的持力层。

施工中如地质变化，持力层深度不能满足设计要求，为提高承载力，应根据具体情况适当加深0.5~1.5m，或在桩上增加2~4个分支（或1~2个承力盘），以保证达到要求的承载力。

（2）由于分支成盘，对土层要施加很大侧压力，当桩距小于3.5d（d——主桩直径）时，钻机应采取相隔跳打，即间隔钻孔，以免造成塌孔，影响桩身质量。

（3）桩的分支未配钢筋，靠混凝土的剪力传递压力，因此该处的混凝土要保证密实，除控制混凝土配合比外，还应控制坍落度和用导管翻插捣固密实。

（4）每一支盘应通过孔口刻度圈按规定转角及次序认真挤扩，转动支盘成型器可用短钢管插入成型器上部连接管孔内旋转即可。

每次要测量泥浆面下降值，机体上升值和油压值，以判断支盘成型效果。

（5）挤扩盘过程中，随着盘体体积增大，应不断补充泥浆，尤其是在支盘成型器上提过程中。

6．质量控制
（1）灌筑桩用的原材料质量和混凝土强度必须符合施工规范的规定和设计要求。

（2）成孔深度，分支及承力盘位置必须符合设计要求，沉渣厚度不得大于100mm。

（3）钢筋笼制作应对钢筋规格、焊条规格、品种、焊口规格、焊缝长度、焊缝外观及质量、主筋和箍筋的制作偏差等进行检查。

（4）桩的位置偏移不得大于d/6（d——桩直径），且不大于100mm，垂直度偏差不得大于L/100（L——桩长）
（5）桩应取总数1%，且不少于3根做静载试验，取桩总数的10%~15%作动力测试，检验桩体竖向承载力；用应力反射法对桩体质量进行检验，不得有缩颈、夹层、混凝土不密实等缺陷。

在灌筑桩施工方面，近年来我国一些城市还推广了全套管法（Bemoto法）施工工艺，其优点是不用泥浆护壁，而且可使桩相切或相割，用于深基坑支护结构既可挡土又可隔水，既是受力结构又是止水帷幕，可省去目前常用的桩外止水帷幕，有较大的经济效益。