工民建工程中旋挖挤扩灌注桩设计方法论述

工民建工程中旋挖挤扩灌注桩设计方法论述摘要：本文首先介绍了旋挖挤扩灌注桩的一些详细的发展情况，然后重点介绍了其在工民建工程中的设计方法。关键词：工民建；旋挖挤扩灌注桩；设计方法中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：当前是我国基础建设的高潮期，高速铁路、城市轨道交通、城市化进程以及各种港口、桥梁建筑等重大项目不断开工建设，工程中涉及的桩基础不计其数，每年灌注桩的混凝土方量超过亿万吨。如此重要和巨大的工程量，十分有必要积极采用先进的技术和理念，建设更安全、更经济、更具社会效益的基础。DX桩通过旋挖挤扩技术，将传统的直孔桩转变为多点支撑的新型桩，充分利用了土体端阻力远远大于摩擦力这一天然特性，充分挖掘了土体的潜力，从而有更高的竖向抗压和抗拔承载力。1旋挖挤扩灌注桩简介2009年建设部发布了三岔双向挤扩灌注桩设计规程JGJ1712009，提出了DX桩的设计计算方法，但在铁路桥梁和公路桥梁设计规范中对于桩端承载力的计算有很大的不同。由于DX桩承力盘承担较大的荷载，因此不同的方法得到的结果有很大差异。铁路工程建设中少见使用DX桩的实例。文章主要研究JGJ1712009和TB1000252005铁路桥涵地基和基础设计规范这两个规范中单桩竖向抗压承载力的计算方法，并依据已有详细资料的18个工程实例，对DX桩在铁路工程中的设计方法进行研究。DX桩作为变截面新桩型的代表，近年来得到了迅速的发展。它是在钻孔灌注桩的基础上，使用专用的挤扩设备在桩底和桩身挤扩成为支盘状，然后浇灌混凝土形成桩身、承力盘和桩根共同承载的桩型。由于承力盘增大了桩身的有效承载面积，同时挤扩设备对周围土体有一定的挤密作用，因此DX桩可较大幅度提高单桩承载力。目前在山东、山西、天津等地的部分地区和企业已制订了DX桩设计与施工的规程和企业标准，使得DX桩在这些地区得到推广应用，并取得了良好的经济效益。但DX桩由于其多级扩径体的存在改变了传统等截面桩的荷载传递和变形性状，桩与土之间的相互作用问题较为复杂，目前人们对DX桩承载机理的认识还很不充分，制约了DX桩在工程中应用的发展。2DX桩的工艺特点21基本原理三岔双向挤扩灌注桩(简称DX桩)是在钻(冲)孔后，向孔内下入专用DX挤扩装置，通过液压系统控制该装置的挤扩臂的扩张和收缩，按承载力要求和地层土质条件在桩周土不同位置旋挖挤扩出匀称分布的扩大盘腔后，放入钢筋笼，灌注混凝土，形成由桩身、承力盘和桩根共同承载的桩型。DX桩实质上是多节扩孔桩的新一代产物，是在应用YZJ型支盘挤扩机的实践中，总结国内外同类型机具的优劣特点，分析各类扩孔机具在不同土体中的成型机理，在支盘桩的基础上进行多方位的实质性改进，明显地改善了旋挖挤扩成型效果的一种新桩型。22DX桩施工工艺DX桩施工工艺简单，主要的工艺流程包括:DX桩成直孔施工将DX挤扩装置放入孔内按设计位置自下而上依次挤扩形成承力盘腔体测定盘腔体的位置与尺寸下放钢筋笼插入导管灌注混凝土成桩。1)DX桩属于钻孔多节挤扩灌注桩，它区别于钻孔扩底桩与人工挖扩桩基本不改变原地基土物理力学特性，将桩端承压面积扩大，DX桩是在原等截面钻孔灌注桩施工增加一道工序，将DX旋挖挤扩装置下入孔中，通过地面液压站控制挤扩臂的扩张和收缩以及装置的自动旋转，旋扩出DX桩的承力盘腔，旋扩后腔体周围的土体被挤密，该挤密后的土体与随后浇注入盘腔内的混凝土紧密地结合成一体。通过扩大桩身多个断面直径，增大了桩的有效承载面积，同时由于挤密土体效应，较充分地发挥桩土共同承载作用，从而提高了单桩承载力，同时也改善了群桩的应力分布，进而达到减少沉降的目的。2)DX桩的挤扩成孔工艺适用范围广，可用于泥浆护壁、干作业、水泥浆护壁及重锤捣扩成直孔工艺。3)机具入孔过程，可对直孔部分的成孔质量(孔径、孔深及垂直度的偏差等)进行二次定性检测。4)施工工艺中实施二次回钻及增加旋挖斗等手段，保证桩底沉渣满足国家规范要求。3工民建中两种规范中的设计方法比较在三岔双向挤扩灌注桩设计规程JGJ1712009中规定单桩竖向抗压承载力特征值Ra的计算方法如下:当进行初步设计时，应根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向抗压极限承载力标准值Quk，可按下式估算:式(1)式(4)中各参数所代表的物理意义参见规范说明。在该规范中，认为DX桩的承载力由三部分构成，即侧摩阻力、盘端阻力、桩端阻力。在铁路桥涵地基和基础设计规范TB1000252005中规定的灌注桩单桩竖向抗压承载力为式(5)中各参数所代表的物理意义参见规范说明。从上述的计算公式来看，承载力公式中的第一项为桩身侧摩阻力，第二项为桩端地基土的允许承载力。这个公式是将荷载、承载力看成不变的定值，以单桩竖向极限承载力除以安全系数作为单桩的竖向容许承载力，安全系数就是度量桩基可靠度的指标，这种设计方法叫做“定值设计法”。铁路桥涵地基和基础设计规范继续沿用以前的“定值设计法”，这样既能保证桩的正常使用，又能有效控制沉降。铁路规范中没有盘端阻力的计算公式，只有端阻的计算公式，而且对于灌注桩的端阻、铁路规范与建筑规范的设计方法也不同。针对DX多节挤扩灌注桩，单桩竖向抗压承载力可按照下面3种方法来进行计算:1)按照三岔双向挤扩灌注桩设计规程JGJ1712009的规定进行计算，即2)按照铁路桥涵地基和基础设计规范TB1000252005的规定计算桩端阻力和桩身侧摩阻力，借用该规范桩端阻力的计算方法，计算盘端阻力，即3)按照铁路桥涵地基和基础设计规范TB1000252005的规定计算桩端阻力和桩身侧摩阻力，借用三岔双向挤扩灌注桩设计规程JGJ1712009的规定计算盘端阻力，即式(6)式(8)中的参数均与前述公式一致。4结合工程实例进行计算方法的研究为了对比分析各种方法，对18个有详细准确资料的工程实例采用如上所述3种方法分别进行计算，并与实测的单桩极限承载力进行对比分析，求出计算值与实测值之间的比值，以确定各种计算方法的误差。根据DX桩现场静荷载试验结果将这些工程分为两类:一类是加载达到单桩极限承载力的情况，另一类是未达到单桩极限承载力的情况。现场静载荷试验达到单桩极限承载力的工程一共有9个，每个工程的具体试桩参数见表1，其按照3种方法计算的结果见表2。各工程计算值与实测值比值的统计结果如图1所示。表1试桩参数表(试桩时达到极限承载力)表2计算结果(试桩时达到极限承载力)图1不同工程3种计算值与实测值的比例统计上述18个工程实例的计算分析表明，在铁路工程中进行DX桩设计时，考虑到铁路工程中对桩身长、桩基础沉降量有严格控制，在计算桩端阻力时采用现行的铁路规范中的计算公式更为合理，因此DX多节挤扩灌注桩在铁路工程中按照方法3来进行设计更为符合实际情况。结语DX桩技术走出了传统桩基技术靠增加桩长或桩径来提高承载力的做法，通过横向挤扩，将二维的桩基技术扩展到了三维空间。大量的工程实践证明这一技术具备安全、可靠、效率高的特点，能为工程提供更高的安全性并具备良好的经济性，同时可以大量节约混凝土和钢筋用量，为当前节能减排做出重要贡献。与工程实践相比，DX桩的相关研究还急待提高，特别是群桩抗压抗拔机理和沉降计算。当前的重大工程都是沉降控制设计，如高速铁路要求沉降小于15mm甚至小于10mm。对于群桩基础，如果仍然采用规范中的实体基础假设进行沉降计算，DX桩与直孔桩相比并无明显