挤扩支盘灌注桩在地下室抗拔中的应用

挤扩支盘灌注桩在地下室抗浮中的应用王爱红(江苏兴鹏基础工程有限公司南通226000)[摘要]在地下工程中，采用桩基础是常用的抗浮措施之一。挤扩支盘桩在抗浮方面具有优良的性能，近年来在地下工程中得到较为广泛的应用。[关键词]挤扩支盘、灌注桩、抗浮工程上的抗浮或抗拔措施通常采用压重法、抗浮锚杆、降水抗浮、抗拔桩抗浮等[1]。压重法就是增加底板混凝土厚度，从而增加结构的自重，以达到平衡地下水的上浮力，这样就要求加大埋深，增加投资，但经济上是不合理的；抗浮锚杆利用的是锚杆和砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力，抗浮效果较好，造价较低，但易受地质条件影响；降水抗浮就是在基坑开挖时利用降水来减少地下水引起的上浮力，地面结构造到一定高度后便停止降水，而很多工程事故往往是由于停止降水后，基础抗浮力不足引起的地下室开裂，因此也不是一种理想的方法；而抗拔桩抗浮的性能较好，施工工艺简单，但造价相对较高。挤扩支盘灌注桩是在普通灌注桩基础上发展起来的一种新型桩，它是为充分挖掘地基土各硬土层的承载潜力，根据桩承载力和地基土特征，在桩身不同部位设置分支和承力盘，靠增加支盘的端阻力和侧阻力来提高桩的抗压或抗拔力，具有单桩承载力高、材料用量省、施工简便、工期短等优点[2]。本文结合南通市鹏盛和美世家人防地下室抗拔桩工程的应用实例，分析了挤扩支盘桩在地下室抗浮应用中的适用性和经济性。一、工程概况：鹏盛和美世家项目规划用地面积40570m2，总建筑面积70244m2，人防地下室建筑面积约为6300m2，地下室开挖深度5.0m。本工程抗拔桩基础原设计采用预制混凝土方桩，方桩型号JAZH-240-9,9，有效桩长18m，单桩竖向抗拔极限承载力标准值要求达到600KN，每柱下布设预制方桩2根，经设计优化采用挤扩支盘桩方案。两桩型桩长及桩端持力层对比详见下图：图1两桩型桩长及桩端持力层参数对比图一、原预制方桩设计方案1.地质参数：详见下表：表1预制方桩设计参数一览表2.设计参数预制方桩设计桩径400×400mm，方桩型号JAZH-240-9,9，桩顶相对标高-5.20m,桩底标高-23.20m，，有效桩长18.0，单桩竖向抗拔极限承层号土层名称预制方桩抗拔桩抗拔系数极限端承力标准值极限摩阻力标准值pkqsikqkPakPa②淤泥质粉质粘土夹粉土280.70③粉质粘土夹粉土350.65④粉砂3000500.5⑤粉土夹粉质粘土380.6载力标准值要求达到600KN。3.设计验算根据建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）[3]当群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值按以下公式计算：iiilqUTksuk⑴0.4×4×（0.70×28×2.23+0.65×35×4.7+0.50×50×5.5+0.60×38×5.57）664.21KN4.单柱需布置预制方桩2根，方可满足荷载抗拔要求。二、挤扩支盘桩方案设计1.地质参数：详见下表：表2挤扩支盘桩设计参数一览表2.设计参数抗拔桩设计桩径φ600mm，盘径D=1400mm，盘高h=700mm，承力盘个数1个，承力盘盘顶位于第④层粉砂层中，桩顶相对标高-5.20m,桩底标高-18.20m，盘中标高-16.20m，有效桩长13.0m。3.设计验算根据建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）[3]及挤扩支盘灌注桩技术规程（CECS192:2005）[4]①当群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值按以下公式计算：PjjiiiAqlqUTpksuk⑵式中:ukT－基桩竖向抗拔极限承载力标准值（KN）；i—桩周第i层土的抗拔系数；sikq—桩侧表面第i土的极限侧阻力标准值；il—当第i层土中设置承力盘时，桩穿越第i层土折减盘高的有效厚度,按表3计算；—承力盘所在土层的极限端阻力标准值的修正系数，按表2取值；pjq—桩身第j个承力盘顶部土层的极限端阻力标准值（KN）；pjA—第j个承力盘扣除桩身截面积的盘投影面积；表3il的计算方法土层名称公式粘性土、粉土hHlii2.1砂土hHlii)8.15.1(碎石类土hHlii8.1其他hHlii)2.11.1(注：其中iH为第i层土的厚度；h为承力盘高度；表4盘底土层极限端阻力标准值修正系数η盘径承力盘位置90014001900上盘1.30.950.9层号土层名称钻孔灌注桩抗拔桩抗拔系数极限端承力标准值极限摩阻力标准值pkqsikqkPakPa②淤泥质粉质粘土夹粉土150.70③粉质粘土夹粉土200.65④粉砂700400.50⑤粉土夹粉质粘土250.60中盘1.20.850.8下盘1.10.750.7②当群桩呈整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值按以下公式计算：PjjiiilAqlqnUTpkspk/1⑶式中:pkT－基桩竖向抗拔极限承载力标准值（KN）；lU—桩群外围周长；本工程采用公式⑵进行计算，即群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值预估可达到1200KN.PjjiiiAqlqUTpksuk0.6×3.14×（0.70×15×2.23+0.65×20×4.7+0.50×40×4.65+0.6×25×1.3）+0.95×700×1.256=371.17+835.24=1206.41KN单桩抗拔承载力特征值603.20KN。4.检测数值根据南京南大工程检测有限公司提供的本工程静载检测报告，该项目挤扩支盘桩单桩竖向抗拔承载力特征值达到640KN，见附图。图2单桩竖向抗拔静载试验U-δ曲线图图3单桩竖向抗拔静载试验δ-lgU曲线图图4单桩竖向抗拔静载试验δ-lgt曲线图三、经济分析：1.预制方桩,单根桩造价5500元/根，每柱下承台桩基础部分造价11000元。2.挤扩支盘桩单根桩造价8450元/根，每柱下承台桩基础部分造价8450元。在相同承载力条件下，挤扩支盘桩可较预制方桩方案节约23.8%造价，另承台费用可节约37%。3.从以上对比可知，挤扩支盘桩作为抗拔桩施工经济效益十分显著。四、应用优势：该桩型具有显著的低公害性能，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，成孔后排泥（土）即泥浆排放量显著减少；挤扩支盘桩受理机理明确，竖向承载力高，受荷变形小，抗震性能好，使结构设计方案优化，由于其独特的技术形式，有效缩短工期，节省原材料，致使工程造价大幅降低，产生显著的经济效益。结束语：挤扩支盘灌注桩能充分利用桩身上下各部位的硬土层，从而改变了普通等直径钻孔灌注桩（以下简称直孔桩）的受力机理。将摩擦桩变为摩擦端承桩，这样的桩基础会使建筑结构稳定耐震，沉降变形更小。一般说来，直孔桩的破坏形式为剪切刺入型，而挤扩多支盘桩则为渐进压缩型。支盘桩适应性强，可在多种土层中成桩，不受地下水位高低限制，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）、桩身稳定性以及抗震性能；挤扩支盘桩在内陆冲积、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、粉细砂层均适合作支盘桩基的持力层。支、盘位置恰当，支盘桩能充分利用各持力层使单桩承载力得以充分发挥。综合挤扩支盘灌注桩的经济效益和在环保节能方面的贡献，笔者认为挤扩支盘灌注桩在在地下室抗浮中的应用前景十分广泛，是地下室抗浮理想措施。参考文献[1]袁正如.地下工程的抗浮设计[J].地下空间，2004,24(1):41-43.[2]钱德玲.具有高抗拔性能的挤扩支盘桩在工程中的应用研究[J].岩石力学与工程学报，2003,22(4):678-682.[3]CECS192:2005.挤扩支盘灌注桩技术规程[S].北京.中国建筑工业出版社，2005.[4]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].北京.中华人民共和国住房和城乡建设部，2008.