劉春剛，柴小兵，歐陽義，賀德新

(1．北京交通大學土木建筑工程學院，北京 100044;2．北京中闊地基基礎技術有限公司，北京 100097)

1 前言

DX樁是近些年來發(fā)展的一種多節(jié)擠擴灌注樁，其樁身由主樁和多個承力盤構成。其中承力盤是通過DX專用旋挖擠擴裝置，通過液壓系統(tǒng)控制該裝置旋轉切削或者旋轉碾壓形成的上下對稱的腔體，在澆筑混凝土后形成由樁身、承力盤和樁根共同承載的樁型。由于承力盤增大了樁身的有效承載面積，同時擠擴設備對周圍土體有一定的擠密作用，可以充分發(fā)揮端阻力的作用，而土體的端阻力往往是側阻力的幾十倍，因此DX樁可較大幅度提高單樁承載力，降低沉降。

經(jīng)過多地工程實踐證明，DX樁技術具有工藝獨特，操作設備方便，承載力高等特點。近年已經(jīng)有不少學者對DX樁進行了研究。魏章和等在對DX樁現(xiàn)場測試、理論分析的基礎上，分析了DX樁的變形破壞機理和承載性能，提出了單樁極限承載力計算的經(jīng)驗公式和影響承載力的因素［1］;周青春和于南燕通過現(xiàn)場靜載試驗對DX樁的荷載傳遞特點和樁周土體的破壞進行了研究［2］;陳輪等通過大比例尺的現(xiàn)場模型DX樁靜荷載試驗對DX樁的承載力機理和荷載傳遞規(guī)律進行了更為詳細的研究［3，4］;沈保漢也對DX樁的承載受力機制和影響承載力的各個因素進行了廣泛的研究［5］。通過近年工程實踐和研究表明，由于DX樁承力盤增大了樁身的有效承載面積，同時擠擴時對周圍土體有擠密作用，與普通直孔等截面灌注樁相比，因樁身多個斷面面積大幅度增大，充分利用了好土層的地基承載力，單樁承載力比普通直孔灌注樁一般可提高1倍以上，并具備良好的抗壓和抗拔能力。

后壓漿技術是20世紀60年代初開始應用于樁基施工，在提高樁基礎承載力方面是比較成熟的技術。其在公路、橋梁和高層建筑等行業(yè)中得到了廣泛的應用。后壓漿技術分為樁端壓漿和樁側壓漿兩種方式，是在鉆孔灌注樁成樁并達到一定強度的基礎上，通過埋設在樁身的注漿管，將能夠固化的漿液壓入樁端地層或樁側。這些漿液經(jīng)過滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結等物理或者化學作用來固化沉渣和泥皮，以此來改變樁身周圍土體的物理力學性質(zhì)，使得樁底、樁側一定范圍內(nèi)的土體相結合，使得土體強度和剛度大幅度提高;同時可以形成網(wǎng)狀結石的復合土體，顯示出“加筋效應”。究其實質(zhì)是后壓漿樁改善了樁土的邊界條件。

已有的資料表明，后壓漿技術可以提高鉆孔灌注樁承載力的30% ～100%，增大樁身剛度和穩(wěn)定性、減少樁基沉降量;同時該技術具有設備簡單，效果明顯，增加費用低，提高經(jīng)濟效益，施工時不增加工期等優(yōu)點。后壓漿技術應用于群樁時，還能改善樁荷載傳遞性能，增強樁群整體性，減少變形［6］。

關于后壓漿技術的研究比較多面，胡德華［7］對后壓漿鉆孔灌注樁的加固機理和施工工藝進行了較詳細的介紹;郝世龍、羅雄文［8］對后壓漿技術的參數(shù)控制進行了相關分析，趙晨等［9］和馮定波［10］在現(xiàn)場試驗的基礎上對后壓漿鉆孔灌注樁的承載機理進行了詳細的研究;黃生根等［11］通過在軟土中對后壓漿樁與普通鉆孔灌注樁的對比試驗中發(fā)現(xiàn)未壓漿樁破壞形式為陡降型，而后壓漿樁為緩變型破壞;程曄、龔維明等［12］通過對超長后壓漿樁與等直徑的普通鉆孔灌注樁的現(xiàn)場試驗研究，表明后壓漿樁不僅可以提高樁承載力，還能有效控制基礎的沉降。關于后壓漿鉆孔灌注樁的單樁承載力的計算在《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》JTG D63－2007中有推薦的經(jīng)驗系數(shù)法，此外中國建筑科學研究院和相關地方都有相應的經(jīng)驗公式。

DX樁是在擠擴過程中擠密周圍的土體增加樁側摩阻力，同時其承力盤提供盤阻力而大大提高了樁的承載力，后壓漿鉆孔灌注樁是通過注漿來提高樁側摩阻力和端阻力的。文章主要通過對DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁的現(xiàn)場豎向靜荷載試驗，比較了DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁的差異，為DX樁在建筑基礎中的設計和應用提供了參考。

2 試驗設計

2．1 工程場地概況

工程位于河南省鄭州市，地形單元為黃河沖積平原，地面標高為99．69 m，勘察期間地下水位埋深為 4．5 ～6 m(絕對標高為93．50 ～92．2 m)，根據(jù)鉆探、靜力觸探、標準貫入試驗結果，結合室內(nèi)土工試驗資料，得到其地基土層土性及其力學特征分布(見表1)。

表1 試驗場地土層分布情況Table 1 Soil properties of the test site

2．2 試驗樁設計方案

試驗共有4根豎向受壓的試樁，其中B－1、B－2為后壓漿鉆孔灌注樁，選用土層(15)粉質(zhì)粘土作為樁端持力層，沿樁身9個截面布置鋼筋應力計;D－1、D－2為DX擠擴樁(3個承力盤)，沿樁身8個截面布置鋼筋應力計，樁端持力層選用土層(14)粉土。試驗場地土層情況和DX樁的承力盤的位置及持力層如圖1所示，試驗樁的具體參數(shù)見表2。

圖1 土地地層與試驗樁柱狀圖Fig．1 Soil types and the sketch diagram of test piles

成樁完成后，樁身的完整性檢測采用低應變法，試驗加載裝置采用堆重平臺反力裝置，試驗加載方式采用慢速維持荷載法，荷載分級按預估極限荷載的1/10施加，B－1和D－1分9級加載，B－2與D－2分10級加載，然后都分5級卸載，試驗按照《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ 106－2003(簡稱基樁規(guī)范)相關要求進行，其檢測結果見表3。

表2 試驗樁的基本參數(shù)Table 2 Parameters of test piles

表3 試樁檢測結果Table 3 Results of test piles

3 試驗結果分析

根據(jù)設計要求，本次試樁加載至設計極限值即停止加載，所測得各樁沉降與荷載值見表4，試驗所得的Q－s曲線和s－logQ曲線如圖2、圖3所示。

表4 試樁在各級荷載下的沉降值Table 4 Settlements of test piles under each load level

圖2 試驗樁的Q－s曲線Fig．2 Q －s curves of test piles

從圖2中可以看出，在整個加載階段，后壓漿鉆孔灌注樁和DX樁的Q－s曲線基本一致，都屬于緩變型，但加載級數(shù)相同的DX樁的最終沉降量要比后壓漿鉆孔灌注樁小一些(B－1與D－1加載級數(shù)相等，B－2與D－2加載級數(shù)相等);但在加載的初始階段，后壓漿鉆孔灌注樁的樁頂沉降比DX樁要稍小些。隨著樁頂荷載的增大，后壓漿樁的樁頂沉降逐漸大于DX樁，本次試驗中，B－1與D－1在荷載19000 kN的時候，B－1的樁頂沉降開始大于D－1，B－2的樁頂沉降在12000 kN的時候，其沉降開始大于D－2樁。這主要是因為隨著樁頂荷載的增大，樁側摩阻力逐漸充分發(fā)揮，后壓漿鉆孔樁的樁端阻力的比例逐漸增大，從而引起樁端下層土體的下沉速率加快，而DX樁由于承力盤的存在，其盤承力消耗了很大一部分樁身荷載，傳遞到樁端時，樁端阻力的變化較后壓漿鉆孔灌注樁小，最終后壓漿鉆孔灌注樁的沉降超過DX樁。

圖3 各樁的s－logQ曲線Fig．3 s－log Q curve of test piles

DX樁的直徑為700 mm，有效樁長為33．6 m，樁端持力層的極限端阻力為800 kPa;后壓漿鉆孔灌注樁的直徑為800 mm，有效樁長43．3 m，樁端持力層的極限端阻力為1700 kPa。所以若是DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁在相同的設計條件下，DX樁的沉降和Q－s曲線可能會優(yōu)于同條件下的后壓漿鉆孔灌注樁。因而DX樁能以樁徑小、樁長短滿足大承載力的要求。

在卸載完成后，D－1樁、D－2樁的回彈率分別為69．3%和67．7%，B －1樁、B －2樁的回彈率依次為54．6%和64．5%。DX樁的回彈率略高于后壓漿鉆孔灌注樁，但兩者的回彈率都在50%以上。這表明DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁在正常工作荷載作用下，其樁頂沉降中彈性變形占很大一部分，樁身周圍土體的塑性變形量和樁端的刺入變形量比較小。

圖3為各樁的s－logQ曲線，從圖3(b)中可以看到B－2樁的s－logQ曲線末端開始出現(xiàn)陡降段，說明在達到預估極限承載力前已達到其極限承載力，其余各樁的s－logQ曲線末端均未呈現(xiàn)出豎向陡降段。經(jīng)逆斜率法［13］推求，B－1、B－2樁的極限承載力分別為20000、18181．8 kN;D －1、D －2樁的極限承載力分別為23529．4、25000 kN，DX樁的實際極限承載力高于后壓漿鉆孔灌注樁。

DX樁的設計樁長為47 m，有效樁長為33．6 m，樁徑為700 mm;后壓漿鉆孔灌注樁的樁長為55 m，有效樁長為43．3 m，樁徑為800 mm。經(jīng)計算，后壓漿鉆孔灌注樁每根樁的混凝土用量為27．6 m3，每立方米的承載力為722．9 kN;DX樁每根樁的混凝土用量為 18．1m3，每立方米的承載力為1106．3 kN，為后壓漿鉆孔灌注樁的1．5倍。

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁都能滿足大承載力的樁基要求，同時還能很好地控制樁的沉降，相對于后壓漿鉆孔灌注樁，DX樁所消耗的混凝土用量更少，只需在成樁過程中加一道擠擴工序，施工工藝簡單。

4 結語

1)DX樁作為一種新型的變截面樁，與普通鉆孔等截面灌注樁相比，其承力盤增大了樁身的有效承載面積，同時承力盤的設置可以充分利用好土層的地基承載力，多層分散承擔樁的豎向荷載，在大幅度增加樁的承載力的同時，樁底應力減小，所以能減小樁的整體沉降量。

2)DX樁和后壓漿樁兩種樁型在提高樁的承載力的同時，還能更大程度地發(fā)揮混凝土的承載能力，為工程節(jié)省大量財力、物力，且DX樁只須在成孔后增加一道擠擴工序，而后壓漿鉆孔灌注樁在成樁后增加一道注漿的工序。

3)DX樁和后壓漿鉆孔灌注樁在達到設計極限承載力后卸載，其回彈率都在50%以上，所以合理地使用DX樁或壓漿鉆孔灌注樁，均可在很好地提高樁基承載力的同時控制基礎的沉降。相比而言，DX樁樁長較短，在經(jīng)濟性上更具優(yōu)勢。

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