摘要：擠擴(kuò)支盤灌注樁及其用于支盤擠擴(kuò)成形的液壓設(shè)備是八十年代末期由張俊生先生發(fā)明的。1990年在國內(nèi)取得發(fā)明專利權(quán)以后又分別在美國、歐洲、日本、加拿大和泰國取得或申請了專利。
    關(guān)鍵詞：地基基礎(chǔ) 樁基礎(chǔ) 灌注樁
    一、概述
    擠擴(kuò)支盤樁是在原有等截面鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其專用液壓擠擴(kuò)設(shè)備與現(xiàn)有樁基機(jī)械配套使用，產(chǎn)生了樁體、承力盤和分支。根據(jù)地質(zhì)情況在適宜土層中擠擴(kuò)成型承力盤及分支、承力盤直徑較大，如樁身直徑600mm的樁體，其承力盤直徑可達(dá)1500—1600mm，如表1所示。
    樁徑 400 600 800 1000
    直徑 960 1600 2000 2500
    樁徑與承力盤直徑關(guān)系 表1
    擠擴(kuò)支盤灌樁從1992年開始在建筑工程中使用。十年來已在北京、天津、河北、河南、安徽、山東、江蘇、黑龍江、湖北、廣東、海南、福建等十多個(gè)省市的上百項(xiàng)工程中采用。在提高樁基承截力、減少沉降、增加樁基安全性、降低工程造價(jià)和縮短工期等方面都取得了顯著效果。國家科委1998年4月組織專家論證后，已將擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)納入“重點(diǎn)國家級(jí)火炬計(jì)劃項(xiàng)目”，建議在全國推廣應(yīng)用。1998年11月科技部、稅務(wù)總局、對外貿(mào)易經(jīng)濟(jì)合作部、質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、環(huán)保總局等單位將擠擴(kuò)支盤灌注樁及設(shè)備納入“國家重點(diǎn)新產(chǎn)品”。在此之前，天津市建委、北京市科委、黑友江省建委、江蘇省建委、河南省建委、廣州市建委等都下達(dá)了文件或以會(huì)議紀(jì)要的形式推廣這項(xiàng)新技術(shù)。
    擠擴(kuò)支盤灌注樁的出現(xiàn)，對于解決灌注樁的許多技術(shù)缺欠，提高和改進(jìn)灌注樁的承載性狀有著重大的影響和改進(jìn)，是一項(xiàng)重要的新技術(shù)成果。
    擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)在理論研究方面也做了大量工作。1992年北方交通大學(xué)唐業(yè)清教授主持完成了《擠擴(kuò)多分支承力盤砼灌注樁受力機(jī)型及承載力性狀的實(shí)驗(yàn)研究》、《擠擴(kuò)支盤樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究》并做了18組不同盤距、不同盤數(shù)支盤樁的數(shù)據(jù)測定，總結(jié)出不同盤距或盤數(shù)對承載力的影響和承載力的計(jì)算公式，對擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)做為承載樁及支護(hù)樁的應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)。1994年在中國水利水電科學(xué)研究院主持下，對擠擴(kuò)支盤帶來的土質(zhì)擠密效果進(jìn)行了72組試驗(yàn)，得出了不同土層下擠密效果和成型規(guī)律。1995年在天津大學(xué)顧曉魯教授的指導(dǎo)下，在天津沿海軟土地區(qū)做了擠擴(kuò)支盤工程樁的應(yīng)力傳遞規(guī)律的試驗(yàn)研究，并對該樁型的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析研究，進(jìn)一步豐富了沿海軟土情況下的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。1999年4月，與北京勘察設(shè)計(jì)研究院合作進(jìn)行了10組擠擴(kuò)支盤樁的抗試驗(yàn)。
    目前，擠擴(kuò)支盤灌注樁已編制了詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)程、施工規(guī)程以及施工質(zhì)量檢測和驗(yàn)收評定標(biāo)準(zhǔn)，并由天津市建委下發(fā)了新技術(shù)認(rèn)定證書。建設(shè)部于1997年5月和7月分別在《建筑施工手冊》和《地基基礎(chǔ)施工手冊》中編入了“擠擴(kuò)多分支承力盤砼灌注樁”的章節(jié)，內(nèi)容包括擠擴(kuò)支盤灌注樁的特點(diǎn)、適用范圍、工藝工法、承載力計(jì)算、質(zhì)量要求、工程實(shí)例和效果評價(jià)等。
    電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院于1998年4月下旬，在鄭州召開的“電子巖土工程技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)小組1998年年會(huì)暨多分支承力盤樁基經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)”上，已明確提出在電力行業(yè)的工程建設(shè)中推廣應(yīng)用擠擴(kuò)支盤灌注樁，并建議將現(xiàn)有的擠擴(kuò)支盤灌注樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修訂后，作為電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。
    總之，擠擴(kuò)支盤灌注樁經(jīng)過多年實(shí)踐證明技術(shù)是可靠的，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。而且設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)、驗(yàn)收都已制定了規(guī)程，并取得地方政府和在關(guān)單位的認(rèn)可。進(jìn)一步加速推廣這項(xiàng)新技術(shù)的條件已基本具備，應(yīng)用前景十分廣闊。
    二、樁的作用機(jī)理
    擠擴(kuò)支盤灌注樁作為一種新型樁基，其作用機(jī)理可概括為以下幾點(diǎn)。 
    1、灌注樁的特點(diǎn)
    灌注樁按其成樁過程對樁側(cè)土體的影響程度，可分為非擠土灌注樁（普通灌注樁）、部分?jǐn)D土灌注樁（擠擴(kuò)支盤樁）和擠土灌注樁（沉管灌注樁）等三大類。主要有以下特點(diǎn)：
    （1） 除沉管灌注樁外，（2） 各種灌注樁在施工過程中無大的噪聲和振動(dòng)。（3） 可根據(jù)土層分布情況任意變化樁長，（4）可根據(jù)同（5） 一建筑物的荷載分布與土層情況采用不同（6） 樁徑或樁型，（7） 對于承受側(cè)向荷載的樁可設(shè)計(jì)成有利于提高水平承載力的異型樁，（8） 變截面樁。（9） 可穿過各種軟硬層，（10） 將樁端置于堅(jiān)實(shí)土層和嵌入基巖，（11）還可擴(kuò)大樁底以充分發(fā)揮樁身強(qiáng)度和持力層的承載力。（12） 樁身鋼筋可根據(jù)荷載大小與性質(zhì)及荷載沿深度的傳遞特征，（13）以及土層的變化配置，（14） 配筋率遠(yuǎn)低于預(yù)制樁。
    2、擠擴(kuò)支、盤可充分利用承載土層
    擠擴(kuò)支盤灌注樁是采用普通鉆機(jī)成孔、通過專用裝置液壓擠密成支或承力盤，屬于部分?jǐn)D土灌注樁。在所需擠擴(kuò)支或盤的土層，支盤成型設(shè)備施加較大的油缸壓力（10-28Mpa），最大擠擴(kuò)壓力可達(dá)300T，對土強(qiáng)力擠密成分支或承力盤。因此不僅加大了樁側(cè)、樁端承載面積（以直徑600mm支盤樁為例，一個(gè)擠擴(kuò)成1.6m承力盤的面積是樁身截面面積的7倍），同時(shí)還對分支或承力盤上下的樁周土進(jìn)行了擠密加固，提高了地基土的承載力和樁側(cè)摩阻力。
    1994年6月水電科學(xué)研究院關(guān)于《多分支承力盤成型裝置支盤成型壓密效果試驗(yàn)報(bào)告》的試驗(yàn)研究結(jié)論指出：
    （１）多分支承力盤成型擠密的效果是明顯的，成型擠密的影響范圍水平方向在距樁孔外邊1.0米以內(nèi)，垂直方向在0.5米以內(nèi)，干密度的提高幅度量大可達(dá)15—20%左右。
    （２）分支或盤成型擠密的作用，對支或盤下方土體的影響比對上方土體的影響要大。由于樁的承載力主要取決于支盤下部土的性質(zhì)，因此該特點(diǎn)對提高樁的承載力是利的。 
    3、擠擴(kuò)支盤灌注樁具有廣泛的適用性
    擠擴(kuò)支盤樁不僅可以作為承載樁，也可作為支盤樁、抗拔樁和承受較大水平荷載的樁、復(fù)合地基等。特別是對于水下難于成孔的砂礫土層，此種擠擴(kuò)可形成理想的規(guī)則的擴(kuò)大頭，以及在擠擴(kuò)過程對持力土層進(jìn)行加固擠密。 
    4、擠擴(kuò)支盤樁比普通灌注樁更優(yōu)越
    擠擴(kuò)支盤灌注樁和普通灌注樁相比具有明顯的優(yōu)越性，由于擠擴(kuò)支盤的有效作用。 
    5、擠擴(kuò)支盤灌注樁的破壞形式
    灌注樁的破壞形式可分二種情況：第一為置于軟弱土層中的摩擦樁或一般土層中的小直徑樁，為樁尖刺入破壞模式。樁端阻力分擔(dān)的荷載比例較小，Ｑ－Ｓ曲線呈徒降型。第二為大直徑擴(kuò)底樁。由于樁端有較大的支承面積，以基底土的壓密變形為主，伴有少量的側(cè)向擠出。支承于礫、砂、硬粘性土、粉土上的擴(kuò)底樁，由于端阻破壞所需位移量過大，端阻所占比例較大，其中Ｑ－Ｓ曲線呈緩變形，極限承載力一般可取Ｓu=（3%-6%）D控制。
    擠擴(kuò)支盤灌注樁的破壞機(jī)理類似于大直徑擴(kuò)底樁基礎(chǔ)，當(dāng)樁頂受荷較小時(shí)，樁底承力盤下部土體被擠密，當(dāng)荷載繼續(xù)加大，承力盤底下土層被壓密。由于施工時(shí)通過液壓裝置擠擴(kuò)成孔，對樁底土壓密，故盤底土承載力高于原狀土，擴(kuò)底盤的上部斜面由于樁體向下位移會(huì)出現(xiàn)臨空面，如在適宜土層處設(shè)多個(gè)承力盤，則擠擴(kuò)支盤樁的極限承載力會(huì)明顯高于大直徑樁基礎(chǔ)，而且可以解決水下砂土不易形成擴(kuò)大頭的困難。
    當(dāng)有兩個(gè)擠擴(kuò)盤時(shí)，如果其間距大于最小臨界間距，則各承力盤周圍的土體，在成樁時(shí)被擠密加固，承力盤能提供較大的承載力，根據(jù)百余根擠擴(kuò)支盤樁的靜載荷檢測報(bào)告數(shù)據(jù)分析，極限承載力中支承阻力即各承力盤分擔(dān)荷載之和所占比例達(dá)50%—90%.
    如果盤間距太近，則承力盤間的土體就可能被剪裂，甚至塌落到下面承力盤的臨空面縫隙中，從而破壞了這一段樁土間的摩擦力。設(shè)計(jì)規(guī)程要求在計(jì)算樁側(cè)摩阻力時(shí)，將樁長減少ah，其中a取值1.1～1.8之間（參見表4），h為承力盤高度。
    當(dāng)設(shè)置兩個(gè)以上承力盤時(shí)，合理的盤間距是設(shè)計(jì)多支盤樁的一個(gè)重要因素。因?yàn)楸P間距太近，盤之間土層將會(huì)被剪壞，根據(jù)大量的室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)成果以及大量工程樁的工程實(shí)踐，總結(jié)出盤間距與土層的關(guān)系，在粘性土中承力盤最小臨界間距小于砂性土中最小臨界間距。
    分支的破壞機(jī)理與承力盤的不同之處在于分支與土層的接觸面比承力盤小，分支會(huì)產(chǎn)生剪切刺入破壞。其對承載力的貢獻(xiàn)可按增加側(cè)阻考慮。 
    6、樁側(cè)摩阻力的分析
    樁側(cè)摩阻力及支承力的發(fā)揮與受荷狀態(tài)下樁的位移有密切關(guān)系：
    （１）樁側(cè)土阻力在受荷初期就發(fā)揮作用，樁頂位移主要由樁身彈性變形和樁土相對位移引起，上部樁身與土體發(fā)生相對位移，使樁側(cè)摩阻力得以發(fā)揮，隨荷載的增加側(cè)摩阻力的發(fā)揮逐漸向下轉(zhuǎn)移，在分支或盤處荷載傳遞重新分配，盡管在盤附近可能失去部分摩阻力，但是，盤可以起到類似端承的支承作用，所以最終承載力仍可大幅度提高，單樁豎向承載力是普通鉆孔灌注樁的2倍—3倍。
    （２）支、盤支承力的發(fā)揮一般滯后于側(cè)摩阻力，由于有支或盤的存在使荷載傳遞更加復(fù)雜。在盤的設(shè)置位置問題上，除考慮最小臨界盤間距因素外，更要考慮各承力盤之間的協(xié)調(diào)變形問題，即各承力盤壓縮變形區(qū)內(nèi)各土層的壓縮模量Eai的問題。
    有時(shí)擠擴(kuò)支盤灌注樁的Q－S曲線呈此形狀，曲線前段與一般摩擦樁相同，隨各承力盤逐漸發(fā)生作用，Q－S曲線的坡度變緩，可謂支盤樁越壓越有勁。 
    7、樁的沉降變形是控制樁基承載能力的首要條件
    擠擴(kuò)支盤灌注樁的承載能力，既要考慮樁的承載能力因素，更應(yīng)考慮樁的沉降因素，過大的沉降即使地基還沒有發(fā)生塑性破壞，往往會(huì)導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的開裂和損壞。因此樁基承載力和樁的下沉變形是控制擠擴(kuò)支盤樁承載能力的雙重條件。尤其沉降變形更是首要條件。擠擴(kuò)支盤灌注樁的破壞模式。應(yīng)通過現(xiàn)場壓樁試驗(yàn)，按樁許可的沉降量，選定樁的承載力，以便根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合理樁長、支盤數(shù)、支盤間距的擠擴(kuò)盤的大小尺寸等。