摘要：擠擴支盤灌注樁及其用于支盤擠擴成形的液壓設備是八十年代末期由張俊生先生發(fā)明的。1990年在國內取得發(fā)明專利權以后又分別在美國、歐洲、日本、加拿大和泰國取得或申請了專利。
    關鍵詞：地基基礎 樁基礎 灌注樁
    一、概述
    擠擴支盤樁是在原有等截面鉆孔灌注樁的基礎上發(fā)展而來的，其專用液壓擠擴設備與現(xiàn)有樁基機械配套使用，產生了樁體、承力盤和分支。根據地質情況在適宜土層中擠擴成型承力盤及分支、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系 表1
    擠擴支盤灌樁從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、福建等十多個省市的上百項工程中采用。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，已將擠擴支盤灌注樁技術納入“重點國家級火炬計劃項目”，建議在全國推廣應用。1998年11月科技部、稅務總局、對外貿易經濟合作部、質量技術監(jiān)督局、環(huán)?？偩值葐挝粚D擴支盤灌注樁及設備納入“國家重點新產品”。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了文件或以會議紀要的形式推廣這項新技術。
    擠擴支盤灌注樁的出現(xiàn)，對于解決灌注樁的許多技術缺欠，提高和改進灌注樁的承載性狀有著重大的影響和改進，是一項重要的新技術成果。
    擠擴支盤灌注樁技術在理論研究方面也做了大量工作。1992年北方交通大學唐業(yè)清教授主持完成了《擠擴多分支承力盤砼灌注樁受力機型及承載力性狀的實驗研究》、《擠擴支盤樁支護結構的試驗研究》并做了18組不同盤距、不同盤數(shù)支盤樁的數(shù)據測定，總結出不同盤距或盤數(shù)對承載力的影響和承載力的計算公式，對擠擴支盤樁技術做為承載樁及支護樁的應用提供了重要的理論基礎。1994年在中國水利水電科學研究院主持下，對擠擴支盤帶來的土質擠密效果進行了72組試驗，得出了不同土層下擠密效果和成型規(guī)律。1995年在天津大學顧曉魯教授的指導下，在天津沿海軟土地區(qū)做了擠擴支盤工程樁的應力傳遞規(guī)律的試驗研究，并對該樁型的應用效果進行了分析研究，進一步豐富了沿海軟土情況下的設計計算方法。1999年4月，與北京勘察設計研究院合作進行了10組擠擴支盤樁的抗試驗。
    目前，擠擴支盤灌注樁已編制了詳細的設計規(guī)程、施工規(guī)程以及施工質量檢測和驗收評定標準，并由天津市建委下發(fā)了新技術認定證書。建設部于1997年5月和7月分別在《建筑施工手冊》和《地基基礎施工手冊》中編入了“擠擴多分支承力盤砼灌注樁”的章節(jié)，內容包括擠擴支盤灌注樁的特點、適用范圍、工藝工法、承載力計算、質量要求、工程實例和效果評價等。
    電力規(guī)劃設計總院于1998年4月下旬，在鄭州召開的“電子巖土工程技術領導小組1998年年會暨多分支承力盤樁基經驗交流會”上，已明確提出在電力行業(yè)的工程建設中推廣應用擠擴支盤灌注樁，并建議將現(xiàn)有的擠擴支盤灌注樁技術標準修訂后，作為電力行業(yè)的標準來執(zhí)行。
    總之，擠擴支盤灌注樁經過多年實踐證明技術是可靠的，經濟效益十分顯著。而且設計、施工、檢驗、驗收都已制定了規(guī)程，并取得地方政府和在關單位的認可。進一步加速推廣這項新技術的條件已基本具備，應用前景十分廣闊。
    二、樁的作用機理
    擠擴支盤灌注樁作為一種新型樁基，其作用機理可概括為以下幾點。 
    1、灌注樁的特點
    灌注樁按其成樁過程對樁側土體的影響程度，可分為非擠土灌注樁（普通灌注樁）、部分擠土灌注樁（擠擴支盤樁）和擠土灌注樁（沉管灌注樁）等三大類。主要有以下特點：
    （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。（3） 可根據土層分布情況任意變化樁長，（4）可根據同（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） 對于承受側向荷載的樁可設計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） 將樁端置于堅實土層和嵌入基巖，（11）還可擴大樁底以充分發(fā)揮樁身強度和持力層的承載力。（12） 樁身鋼筋可根據荷載大小與性質及荷載沿深度的傳遞特征，（13）以及土層的變化配置，（14） 配筋率遠低于預制樁。
    2、擠擴支、盤可充分利用承載土層
    擠擴支盤灌注樁是采用普通鉆機成孔、通過專用裝置液壓擠密成支或承力盤，屬于部分擠土灌注樁。在所需擠擴支或盤的土層，支盤成型設備施加較大的油缸壓力（10-28Mpa），最大擠擴壓力可達300T，對土強力擠密成分支或承力盤。因此不僅加大了樁側、樁端承載面積（以直徑600mm支盤樁為例，一個擠擴成1.6m承力盤的面積是樁身截面面積的7倍），同時還對分支或承力盤上下的樁周土進行了擠密加固，提高了地基土的承載力和樁側摩阻力。
    1994年6月水電科學研究院關于《多分支承力盤成型裝置支盤成型壓密效果試驗報告》的試驗研究結論指出：
    （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，垂直方向在0.5米以內，干密度的提高幅度量大可達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，因此該特點對提高樁的承載力是利的。 
    3、擠擴支盤灌注樁具有廣泛的適用性
    擠擴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、復合地基等。特別是對于水下難于成孔的砂礫土層，此種擠擴可形成理想的規(guī)則的擴大頭，以及在擠擴過程對持力土層進行加固擠密。 
    4、擠擴支盤樁比普通灌注樁更優(yōu)越
    擠擴支盤灌注樁和普通灌注樁相比具有明顯的優(yōu)越性，由于擠擴支盤的有效作用。 
    5、擠擴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。樁端阻力分擔的荷載比例較小，Ｑ－Ｓ曲線呈徒降型。第二為大直徑擴底樁。由于樁端有較大的支承面積，以基底土的壓密變形為主，伴有少量的側向擠出。支承于礫、砂、硬粘性土、粉土上的擴底樁，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?。觰=（3%-6%）D控制。
    擠擴支盤灌注樁的破壞機理類似于大直徑擴底樁基礎，當樁頂受荷較小時，樁底承力盤下部土體被擠密，當荷載繼續(xù)加大，承力盤底下土層被壓密。由于施工時通過液壓裝置擠擴成孔，對樁底土壓密，故盤底土承載力高于原狀土，擴底盤的上部斜面由于樁體向下位移會出現(xiàn)臨空面，如在適宜土層處設多個承力盤，則擠擴支盤樁的極限承載力會明顯高于大直徑樁基礎，而且可以解決水下砂土不易形成擴大頭的困難。
    當有兩個擠擴盤時，如果其間距大于最小臨界間距，則各承力盤周圍的土體，在成樁時被擠密加固，承力盤能提供較大的承載力，根據百余根擠擴支盤樁的靜載荷檢測報告數(shù)據分析，極限承載力中支承阻力即各承力盤分擔荷載之和所占比例達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。設計規(guī)程要求在計算樁側摩阻力時，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。
    當設置兩個以上承力盤時，合理的盤間距是設計多支盤樁的一個重要因素。因為盤間距太近，盤之間土層將會被剪壞，根據大量的室內模型實驗成果以及大量工程樁的工程實踐，總結出盤間距與土層的關系，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，分支會產生剪切刺入破壞。其對承載力的貢獻可按增加側阻考慮。 
    6、樁側摩阻力的分析
    樁側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系：
    （１）樁側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，使樁側摩阻力得以發(fā)揮，隨荷載的增加側摩阻力的發(fā)揮逐漸向下轉移，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)揮一般滯后于側摩阻力，由于有支或盤的存在使荷載傳遞更加復雜。在盤的設置位置問題上，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)調變形問題，即各承力盤壓縮變形區(qū)內各土層的壓縮模量Eai的問題。
    有時擠擴支盤灌注樁的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
    擠擴支盤灌注樁的承載能力，既要考慮樁的承載能力因素，更應考慮樁的沉降因素，過大的沉降即使地基還沒有發(fā)生塑性破壞，往往會導致上部結構的開裂和損壞。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。擠擴支盤灌注樁的破壞模式。應通過現(xiàn)場壓樁試驗，按樁許可的沉降量，選定樁的承載力，以便根據設計要求選擇合理樁長、支盤數(shù)、支盤間距的擠擴盤的大小尺寸等。