旋挖扩底桩在软岩地质的应用研究

旋挖扩底桩在软岩地质的应用研究

彭红波

彭红波

广东省基础工程公司广东广州510000

摘要：随着施工技术的快速发展，在工程项目建设中各种新技术、新工艺的应用也逐渐广泛，在高层建筑的桩基础选型中，旋挖扩底灌注桩因承载力大、施工进度快、经济效益好，比普通灌注桩降低成本造价，正被越来越多的设计所采用。本文阐述佛山某商住项目基坑支护桩基础工程通过在软岩地质采用旋挖扩底灌注桩提高承载力、降低桩身长度的施工应用功效研究，希望为同类型的工程施工应用提供可借鉴的经验。

[关键词]旋挖扩底桩软岩地质应用研究

一、前言

相对传统的冲击钻和回旋钻成孔工艺，旋挖钻因其施工速度快、成孔质量高、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及适用性强等诸多优势，成为工程界钻孔桩施工的主要成孔设备。因此，旋挖扩底桩在技术、经济以及环保等方面都显现了很大的优越性。

二、工程概述

本文研究所依托的工程为两层地下室，基坑面积约为25212.53m2，周长817.5m，基坑开挖标高约-10.55m，基础采用桩基础，桩总共385根，其中扩底灌注桩为133根，扩底桩种类多，有ZH-1.0/1.4（1.0为桩直段直径1.0m，1.4为桩扩底段最大直径，下同），ZH-1.2/1.6，ZH-1.6/2.0，ZH-2.0/2.4等桩型。

根据地质资料，场地地层岩性自上而下为地基土主要由填土（Q4ml）、第四系冲积层（Q4al）及第三系（E）基岩泥岩组成。第四系土层厚度15.60～23.20m，与下伏下第三系风化基岩呈不整合接触。杂填土：全场分布。灰色、灰黄色，以砂石及粘性土为主，上部含较多建筑物碎块。由地质报告可看出旋挖扩底桩的终孔土层为泥岩组成，为一般的软岩。

三、旋挖扩底桩的施工应用研究

1、扩底桩的受力原理

（1）承载力：因为扩底灌注桩采用桩底扩大部分的支撑力和桩体的摩擦力共同受力，所以其承载力将大大地增大。扩底部分由1.2m扩大到1.6m，其扩底部分承载力将是原来的1.4倍。

（2）抗拔力：由于桩底的扩大，也提高了抗拔力。

2、旋挖扩底桩的施工原理

首先利用旋挖钻机普通钻头形成普通等直径桩孔，成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘岩土层，同时切削下来的渣土挤入钻斗内，钻斗装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。等直径桩孔成孔达到设计位置后，将普通钻头更换成扩底钻头，通过钻杆对扩底钻头施加桩孔轴向向下的压力，扩底钻头横向张开，这时，通过钻杆传递扭矩带动扩底钻头旋转削刮岩层桩孔侧壁，形成扩孔。钻扩成孔后安装钢筋笼，按普通钻孔灌注桩程序灌注水下混凝土即成扩底灌注桩。

3、应用研究

（1）扩底灌注桩设计规定

《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.6中，对于确定大直径单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：

此处，选取桩号ZH-008#桩为实例，对扩底灌注桩与等直径灌注桩设计参数进行比较。桩身采用C35混凝土，桩身直径1.2m，扩底直径1.6m，桩端持力层为泥岩，桩长16.9m。

根据上述公式，结合勘察报告提供的地质参数及考虑负摩阻力系数取0.3，计算得到：

①桩身极限承载力的比较

等径桩的极限承载力标准值约为5650KN，旋挖扩底灌注桩的极限承载力标准值约为8100KN，扩底灌注桩承载力提高比例为43%。

②桩身混凝土用量的比较

为了进一步进行比较，将同深度、同直径（非扩底段）的承载力比值、砼用量比值进行比较。扩底桩的体积为19.51m3，普通桩的体积为19.10m3，因此扩底桩的砼用量增加2.1%，而承载力提高43%。由此可得到，相同的承载力下，扩底桩可以节约砼的用量为40.1%。

四、旋挖扩底桩在软岩地质的应用效果统计

验证试验是检验旋挖扩底灌注桩方案最有效的方法，而试验结果是最有说服力的依据。根据对本工程进行委托监督检测的单桩竖向抗压静载试验，试验结果统计如下表：

上述检测结果表明：

（1）普通桩、扩底桩承载力均满足设计要求；

（2）扩底桩极限承载力大于普通桩，且沉降量明显小于普通桩；

（3）扩底桩较普通桩节省桩长，具有较好的经济效益；

通过对扩底桩的现场检测，进一步论证了旋挖扩底桩在软岩地质中的施工技术应用的可行性。

五、旋挖扩底桩在软岩地质中的应用技术特点及范围

1、应用技术特点

本工程是通过利用旋挖桩机XGR260R形成等直径桩孔入桩端岩层持力层后，在待扩底位置利用扩底钻头在等直径桩侧壁上扩大桩端直径，成孔后按正常钢筋混凝土桩浇灌而成，在有水情况下多以水下混凝土浇灌形成一个带桩端扩大头的新型桩基。该方法可以大幅度的提高桩基的承载力，并适用于各种复杂的软岩地层。

2、应用范围

通过本工程的研究应用，由于泥岩等软质岩强度一般小于15MPa，而桩身砼采用强度C30以上时，通过扩底措施，可以充分利用砼强度。同时，旋挖机的入岩能力一般为20MPa左右，其入岩能力亦能满足扩底桩的需要。若需要在软岩地质减少桩长的同时增加桩身承载力，总结出旋挖扩底桩的应用范围如下：

1、结合泥浆护壁或套管施工，对以强度较低的软岩（如泥岩、泥质砂岩、砂岩等）作为桩基持力层的工程适用性强；

2、适用或虽然以硬质岩为桩基持力层，但穿越强风化等强度较低的岩层较厚，持力层达到较高承载力的岩层不经济的情况。

六、总结语

旋挖扩底成孔灌注桩施工技术在佛山某商住项目基坑支护桩基础工程中得到了成功的应用，研究得出旋挖扩底桩在软岩地质中的应用效果，承载力得到提高的同时桩身长度减少；另外验证灌注桩设计要求的作用，确保了桩基础设计的安全，且也大大的节约了施工成本，具有较好的社会效益与经济效益。

参考文献

[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）.

[2]《广东省建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）.

[3]《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）(2011版)

[4]《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2011）

[5]建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012），2012.

作者简介：彭红波，男，汉族，华南理工大学研究生毕业，就职于广东省基础工程公司