大直径钻孔灌注扩底桩的设计与施工要点

摘要：大直径扩底灌注桩以其承载力高、沉降小等优点，在高层建筑领域得到了广泛的应用，本文则结合实际情况，详细阐述了大直径钻孔灌注扩底桩的设计与施工。

关键词：大直径钻孔灌注扩底桩 设计要点 施工要点

概述

随着经济建设的发展，各种大型建筑物不断出现，对基础承载力的要求愈来愈高，对基础工程的设计、施工要求也愈来愈高。因此，在大直径钻孔灌注桩被广泛采用的同时，也逐步应用扩底桩基础。大直径扩底桩具有承载力高、传力直接、清底干净、施工速度快、节约造价、设备简单、施工方便等特点。对于上覆土层厚薄差异较大的地基采用大直径扩底桩更是一种理想的基础形式。扩底桩是在桩身底部即桩端持力层中，采用人工或机械方式扩大，形成桩端扩大空间，增大桩端混凝土与持力层的投影接触面积，从而相应提高桩的承载力。

一、大直径钻孔灌注扩底桩的设计

（一）桩长设计

扩底桩是基于增大扩大头来增加桩端承载力，桩的侧摩阻力在这类桩的承载力中所占比例一般不超过30％，在桩长较短和持力层强度较高时可降至10％左右。桩端持力层的类型及物理力学性质对扩底桩承载力的影响较大，一般要求以地基承载力较高的粘土或砂卵（砾）石层以及强风化或弱风化岩层作为扩底桩的持力层。桩长与地质条件、桩端间净距、施工条件、持力层埋深及嵌岩深度有关。规范规定灌注桩孔深不宜大于40m，钻孔扩底灌注桩桩长一般为10～25m。对嵌岩深度的确定，应考虑各类持力层中成桩的可能性和提高桩端阻力的要求，如桩端以下3倍桩径深度范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和溶洞分布，在桩底应力扩散范围内无岩体临空面，另外还应满足建筑物整体稳定所需的抗滑要求和抗震要求。

（二）单桩水平承载力设计

单桩水平承载力特征值取决于桩的材料强度、截面刚度、桩顶嵌固程度、入土深度及各土层的物理力学参数。大直径扩底桩抵抗水平荷载的能力较强，尤其对设置桩帽或承台的情况，由于桩帽或承台周围土的嵌固作用，抵抗水平力的能力进一步提高。经对大量工程实践进行分析可以得出，对于一般多层框架结构房屋下的大直径扩底桩，可不进行水平承载力验算；对承受较大水平荷载建筑物的大直径扩底桩，应进行水平承载力的验算；对于受水平力较大的一级建筑桩基，应通过试验确定单桩水平承载力设计值。

二、大直径钻孔灌注扩底桩的施工

反循环钻孔扩底桩对地层适应能力强；钻孔直径、孔深可选范围大，钻孔直径0.6m～25 m，扩底直径一般为0.8 m～40m，孔深可达100m；振动小，噪声低，工期短；比正循环钻孔桩成孔质量高，孔壁泥膜薄，孔底沉渣少。下面就具体介绍泵吸反循环钻孔的基本原理及施工工艺。

（一）反循环钻孔灌注桩基本原理

反循环钻孔施工法钻机工作时，旋转盘带动钻杆端部的钻头，切削破碎岩土，钻进泥浆从钻杆与孔壁间的环状空间中流人孔底冷却钻头，并携带岩土钻渣，在负压作用下混合液从钻杆内腔上升到地面通过泥浆沟流进沉淀池后返回泥浆池中净化，净化后的泥浆又返回孔内形成循环，故称反循环钻进。泵吸反循环钻孔扩底桩是利用泥浆护壁，钻机直孔钻进至设计孔深后，换上扩底钻头，采用泵吸反循环工艺扩底成孔，清除孔底沉渣，检测合格后放人钢筋笼，灌注混凝土形成扩底桩。

（二）施工工艺流程

编写施工设计一桩位测量、设备安装一埋设护筒一钻机定位、验收开钻一直孔钻进成孔一第一次清孔、测量孔深一检测扩底钻头一扩底钻进成孔一第二次清孔、检测扩底孔形一钻机移位、安装钢筋笼及灌注设备就位一吊放钢筋笼一下人灌浆管一第三次清孔、测量孔深与沉渣一灌注水下混凝土一起拔护筒一桩头处理一混凝土养护。

（三）钻孔扩底桩施工的关键工序

1、护筒埋设是反循环施工作业的关键之一，护筒用6 mm～10 mm钢板，内径比桩径大，易塌孔部位应加长护筒，有利于孔壁稳定。

2、终孔后应进行第一次清孔，把钻具提高孔底0.3 m～0.5 m，一般用泵吸反循环抽吸30 min～60min，把孔底沉渣抽吸干净。用测绳准确测量孔深，符合要求根据最大扩底直径，确定其行程。在主动钻杆上做扩底的起点和终点标记，通过行程可控制扩底直径。此后才能下扩底钻头，以确保扩底钻头能安放到位。

3、钻进终孔清孔后，换上扩底钻头进行扩底钻进。扩底钻进开始时，应轻压慢转，严格控制钻进速度。当钻进至机上钻杆所标出的行程时，逐步放松钻具钢丝绳，钻具钻进阻力减少，转动自如，证明扩底行程已达到扩底限位器。此时，可重新收紧钻具钢丝绳，回转钻进数分钟，即可完成扩底钻进。

4、扩底完成后，扩底钻头空转清孔换浆，同时及时调整好泥浆性能，泥浆相对密度一般应小于l 2，含砂率小于6％，粘度小于21S。本次清孔换浆是确保扩大头孔底沉渣厚度达到规范或设计要求的关键工序，一般清孔时间为1 5 h～2.5 h。

5、混凝土灌注前，利用灌注导管进行第三次清孔。应及时调整好泥浆性能，泥浆相对密度不大于115，含砂率不大于5％，粘度不大于20 s。孔底沉渣不大于50 nm。

6、灌注前，通过对扩底端容积的分析，准确计算初始量，确保初灌后混凝土埋管在0.8m以上。

结束语

1、从施工方面来说，由于目前许多新建筑物都不得不建在既有建筑物的旁边，一般不宜采用有强烈振动的桩型，减少、限制噪声已是城市环境保护的发展趋势。大直径钻孔灌注扩底桩施工简便、噪声小、振动小，对高层建筑物来说，不失为一种较为理想的桩型。

2、从承载力方面来说，大直径扩底桩一般设置在较好的持力层上，单桩承载力较高，且由于群桩效应微弱其整体承载力更好于普通桩。

3、从设计方面来说，尽管目前还没有此类型桩的设计规范，但可以参照JGJ 94―94建筑桩基技术规范，假定一些条件进行设计。目前国内外对大直径桩的承载力及变形尚未取得统一的取值方法，认识大直径桩的受力性能，提出合理的承载力与变形计算模式及相应的计算参数是目前亟需解决的问题。

参考文献：

[1]周红 扩底墩地基土的位移和应力，岩土工程学报，2007

[2]宰仝璋 层状土中扩底桩的性状分析厦其工程应用，福建建筑，2008