挤扩灌注桩新技术、新设备及工程应用

挤扩灌注桩新技术、新设备及工程应用吴浩2011-5-24提纲•一、挤扩灌注桩新技术•二、挤扩装置及新型旋挖挤扩钻机•三、设计与盘径检测•四、工程应用一、挤扩灌注桩新技术1.1挤扩灌注桩的由来•桩基础的承载力由端阻力和侧摩阻力组成。•提高承载力的两种途径：1）增大侧阻力增加桩长、桩径（施工难度增加、材料用量加大、工期的拖延，难度大）2）增加端阻力增大端面积（增加支、盘，相对容易）•多种名称：挤扩多分支承力盘桩、挤扩分支桩、变径灌注桩、DX多节挤扩灌注桩。直桩与挤扩桩承载力机理比较发展历程•1989年，北京俊华地基基础工程技术集团董事长张俊生先生取得原创性的发明。•1992年，进行工程桩试验，取得预期效果。节约造价30%，节约工期20%。•1997年，该技术被认定为“国家级火炬计划项目”。•1998年，该技术被国家科技部、国家税务总局、国家技术质量监督局联合评定为“国家重点新产品”。同年DX桩诞生。•1999年之后，迅速发展，方兴未艾！1.2挤扩灌注桩构造•挤扩灌注桩由桩身、支、承力盘、桩端四部分组成。挤扩桩桩身图片十字支承力盘桩身桩端多种桩形型式•三岔•两叉•大桩•小桩1.3施工方法a)成孔b)成盘c)成支、盘d)下钢筋笼e)灌注砼f)成桩施工流程动画挤扩与刮扩的区别•钻头工作机理不同：液压式与机械式；•扩大过程不同：边挤边扩边削与一次扩大，直接切削。挤扩钻头刮刀扩底钻头土体的挤密效果1.4技术优势•单桩承载力高，理想的抗拔桩。•沉降量小、且均匀。•节约、环保、缩短工期。•成孔、成桩工艺多样，适用土层广泛。•施工设备简单。•通过挤扩，检测地层的软硬，可灵活调整桩的承载力。1.5适用范围•挤扩桩可以在粘性土、粉土、砂土层、强风化岩、残积土中挤扩成支、盘，也可在卵砾石层的上层面挤扩成盘。对于粘性土、粉土或砂土交互分层的地基中选用该桩是较合适的。•在下列地层中不能使用该桩：（1）淤泥及淤泥质粘土层深厚，并在桩长范围内无适合挤扩岔、盘的土层。（2）沿海浅岩地层，即地表下软土层较浅，且其以下紧接为岩层，或虽然两者之间夹有硬土层，但厚度小，无法挤扩岔盘时。（3）由于承压水而无法成直孔时。二、挤扩装置及新型旋挖挤扩钻机•2.1支盘机•2.2定位旋切挤扩支盘机•2.3DX挤扩机•2.4新型旋挖挤扩钻机2.1支盘机小型大型挤扩臂支盘机结构原理2.2定位旋切挤扩支盘机挤扩臂定位旋切挤扩支盘机结构原理挤扩臂收回状态挤扩臂张开状态油缸内活塞杆三岔挤扩臂外活塞杆2.3DX挤扩机DX挤扩机结构原理DX挤扩灌注桩及DX挤扩装置视频支盘机与DX机的比较支盘机与DX挤扩机的外部构造下挤扩臂套筒被夹土活塞杆油缸上挤扩臂联接杆油缸中阔DX三向挤扩臂外活塞杆内活塞杆支盘机呈筒状形DX机呈敞开形，不易夹土支盘机挤扩臂运动轨迹DX挤扩机挤扩臂运动轨迹•挤扩臂运动轨迹的区别水平线原位线桩挤扩臂运动轨迹支盘桩挤扩臂运动轨迹挤扩臂顶点轨迹上挤扩臂轨迹下挤扩臂轨迹上挤扩臂轨迹挤扩臂顶点轨迹下挤扩臂轨迹孔壁支盘机活塞杆力矩变化示意图受弯，易破坏•支盘机活塞杆力矩变化挤扩臂套筒活塞杆油缸油缸挤扩臂套筒活塞杆DX挤扩机活塞杆力矩变化示意图无弯矩，细杆受拉，不易破坏•DX挤扩机活塞杆力矩变化下挤扩臂上挤扩臂内活塞杆外活塞杆上挤扩臂下挤扩臂外活塞杆内活塞杆支盘机一字形挤扩DX机三点等角挤扩•支盘机与DX机挤扩腔与桩轴关系支盘机中心钻孔轴心钻孔壁挤扩臂钻孔轴心钻孔壁DX挤扩机中心挤扩臂支盘机挤扩臂呈平面DX机挤扩臂呈圆弧面•支盘机与DX机挤扩臂外表面挤扩臂油缸体孔壁孔壁挤扩臂圆弧面平面支盘机DX挤扩机1单缸单向挤压，土体有“临空区”，机体下窜，对土体扰动大，沉渣多双缸双向水平挤压，土体无“临空区”，扰动小，无或少沉渣2作用力矩大，活塞杆易受损作用力矩小，活塞杆不易受损3挤扩腔与桩轴心不易对中挤扩腔与桩身轴心对中4挤扩腔呈平面形，易变形坍塌挤扩腔呈“屋脊形”，不易变形坍塌5挤扩臂内藏在套筒内，易夹土，有时回位困难挤扩臂呈敞开式，不夹土，回位顺利6联接杆与机头为刚性连接联接杆与机头柔性连接支盘机与DX挤扩机性能比较2.4新型旋挖挤扩钻机•日前北京中阔地基基础技术公司成功将DX挤扩机与旋挖钻机集成一体，最新研制的一体化全液压旋挖挤扩钻机命名为HDX1215，见右图。•HDX1215新型旋挖挤扩钻机三、设计与盘径检测3.1标准、规范2000年～2009年编制：•《火力发电厂支盘灌注桩暂行技术规定》（DLGL-2000）——火电行业标准；•浙江省工程建设标准《挤扩支盘灌注桩技术规程》DB—2003；•山东省工程建设标准：挤扩灌注桩技术规程，DBJ14-019-2002，2002年12月1日实施；•河北省工程建设标准：DX挤扩灌注桩技术规程，DB13（J）37-2002，2003年1月1日实施；•江苏省工程建设推荐性技术规程：多节挤扩灌注桩技术规程，苏JG/T012-2004，2004年2月9日发布实施；•天津市工程建设标准：挤扩灌注桩技术规程，DB29-65-2004，2004年8月1日实施；•陕西省工程建设标准：挤扩灌注桩技术规程，DBJ/T61-27-2005，2005年11月1日实施；•国家行业标准：《三岔双向挤扩灌注桩设计规程》JGJ71-2009——建设部颁发。3.2承载力设计计算•桩的抗压承载力由承力盘端阻力、桩端阻力及桩侧阻力组成，一般计算公式为：第一项为桩身总侧阻力，第二项为各盘端阻力的总和，第三项为桩端阻力。•常见的著作、论文、规范和规程都是如此，只是各种“修正系数”的差别。ukskBkpkQQQQ11nmsisikeiBjBjkBjpkpijUqlqAqA——桩侧阻力综合修正系数；——第j个承力扩大盘端阻力综合修正系数；——考虑承力盘相互影响及承力支盘端承力发挥程度的修正系数。Bjsi载荷传递的规律•在比较均匀的地层中，各承力盘端阻力的发挥具有明显的时间和顺序效应。总体趋势是上盘比下盘承载力发挥的早，载荷分担的多。•承力盘影响桩侧阻力的发挥，与同直径、同桩长的桩相比，侧阻力要小。•桩的破坏模式是在极限载荷下各承力盘端阻力先后达到极限状态而破坏，表现在桩顶上为破坏迅速发生。•桩的承载力提高是在于承力盘端阻力发挥显著，故施工时，保证挤扩承力盘的质量是关键。3.3盘径检测方法井径仪：随着仪器的向上提升，井径臂随着孔壁凹凸不平的形状相应张开或缩进，带动密封筒内的活塞杆上下移动，使四组串联滑动电阻来回滑动，将电阻变化转化为电压变化，经信号放大记录，即可绘出孔壁形状，测出孔径尺寸。井径仪检测承力盘直径盘径主杆主测绳副测绳测杆收缩状态张开状态配重落差承力盘直径检测器四、工程应用实例1：北京建材总院干混砂浆厂房地基处理工程•场地位于房山区原窦店砖瓦厂采土场内，场地上要建一大型干混砂浆厂房。•地层条件：0～-13m：碎砖块及建筑渣土（没有压实）；-13～-15m：（盆底）污泥土；-15m以下为硬粘土（老土）。建成后的金隅砂浆搅拌塔•地基处理方案：首先用强夯对整个场地进行满夯处理（4m×4m）；厂房轴线上使用柱锤冲扩碎石桩处理。•搅拌塔载荷大，需使用桩基础。设计院给出搅拌塔下的两套桩基方案，其一为使用钻孔直桩，需要打桩80多根。其二为使用挤扩灌注桩，共需32根；(最终采用后者)工程中遇到的难题•碎砖层与污泥层构成的-8～-15m处出现塌孔，泥浆无法护壁，造成挤扩桩的成孔出现问题。•如何处理塌孔呢？•采用下钢护筒的护壁方案。在-8～-16m段下入5mm厚的钢护筒，解决孔壁坍塌问题。钢护筒下压护筒装置挤扩桩的施工王梦恕院士现场参观挤扩桩施工下入钢筋笼测桩自平衡载荷箱起吊钢筋笼旋挖挤扩钻机发展趋势•桩基承载力设计方法有待进一步完善；桩基型式有待进一步发展（变径桩）；•桩基承载力检测技术有待进一步开发（自平衡检测法）；•施工设备的机电液一体化程度有待进一步的提高；•检测盘形空间和成盘质量的仪器和仪表有待进一步开发。