根固桩和扩体桩技术理论工程应用

1、CONTENTSCONTENTS目目 录录二二 技术理论与工艺技术理论与工艺三三 工程试验与应用工程试验与应用四四 技术发展与思考技术发展与思考一一 研究背景与概况研究背景与概况一一研究背景与概况研究背景研究背景灌注桩灌注桩能耗较高节能减排压力大能耗较高节能减排压力大施工环境差泥浆排放量大施工环境差泥浆排放量大沉渣孔壁松弛等质量问题多沉渣孔壁松弛等质量问题多桩基工程面临的挑战桩基工程面临的挑战预制桩预制桩土层适应差难穿越较硬土层土层适应差难穿越较硬土层挤土效应明显影响周边环境挤土效应明显影响周边环境施工技术落后制约推广应用施工技术落后制约推广应用桩基工程面临的挑战桩基工程面临的挑战研究背景研究

2、背景桩基工程面临的发展机遇桩基工程面临的发展机遇 量大面广的超高层建筑地基基础工程量大面广的超高层建筑地基基础工程 市政道路、隧道、桥梁工程市政道路、隧道、桥梁工程 海洋工程与岛礁建设海洋工程与岛礁建设 江海河湖护岸工程、高速公路、高速铁路桥梁路基工程江海河湖护岸工程、高速公路、高速铁路桥梁路基工程研究背景研究背景桩基工程面临的发展机遇桩基工程面临的发展机遇 地下空间开发利用与周边环境保护地下空间开发利用与周边环境保护 大面积深厚杂填土、污染土地基的处理大面积深厚杂填土、污染土地基的处理 国家建筑产业结构调整（装配化）工业化社会发展的需求国家建筑产业结构调整（装配化）工业化社会发展的需求 装备

3、生产能力与水平快速提升装备生产能力与水平快速提升 预制桩产品多样化预制桩产品多样化研究背景研究背景预制桩产品与工法及应用预制桩产品与工法及应用 节桩节桩HBHB、扩底桩、扩底桩STST 壁体桩壁体桩 预应力混凝土钢绞线桩预应力混凝土钢绞线桩SPHCSPHC 钢管混凝土桩钢管混凝土桩SCSC 混合配筋预应力混凝土管桩混合配筋预应力混凝土管桩PRCPRC 消除负摩阻力桩消除负摩阻力桩SLSL 防腐桩防腐桩中掘工法中掘工法植入工法植入工法桩与基础的半刚接连接技术桩与基础的半刚接连接技术快速接桩技术快速接桩技术上下组合桩技术上下组合桩技术预制桩复合地基预制桩复合地基桩承式路基桩承式路基桩板式路基桩板式

4、路基预制桩支护预制桩支护常压蒸汽养护技术常压蒸汽养护技术超高强度（超高强度（125MPa125MPa）透水混凝土桩透水混凝土桩研究背景研究背景研究概况研究概况 主要研究工作主要研究工作根固根固桩技术与设计理论研究桩技术与设计理论研究预制桩预制桩植入法植入法施工工艺与扩体材料研究施工工艺与扩体材料研究根固根固扩体桩桩土界面扩体桩桩土界面强度理论研究强度理论研究工程应用研究工程应用研究根固混凝土桩根固混凝土桩技术标准技术标准研究研究 研究编制了我国根固桩和扩体桩技术标准研究编制了我国根固桩和扩体桩技术标准研究概况研究概况主编单位：主编单位：郑州大学综合设计研究院有限公司郑州大学综合设计研究院有限公

5、司中国建筑西南勘测设计研究院有限公司中国建筑西南勘测设计研究院有限公司建华建材（中国）有限公司建华建材（中国）有限公司区别于现有行业标准：区别于现有行业标准：水泥土复合管桩基础技术规程水泥土复合管桩基础技术规程JGJT330-2014劲性复合桩技术规程劲性复合桩技术规程JGJT327-2014研究概况研究概况根固桩与扩体桩的技术概念根固桩与扩体桩的技术概念 根固桩：采用注浆、灌浆（含高压喷射注浆）对桩底空隙进行采用注浆、灌浆（含高压喷射注浆）对桩底空隙进行充填、桩端周围土体进行加固的混凝土灌注桩、预制桩。充填、桩端周围土体进行加固的混凝土灌注桩、预制桩。 1-桩底注浆灌注桩底注浆灌注桩；桩；2

6、-中掘法根固中掘法根固预制桩；预制桩；3-引孔引孔植入植入预制桩；预制桩；4-孔底挤扩孔底挤扩预制桩预制桩研究概况研究概况 扩体桩：外侧包裹水泥浆、水泥土混合料、水泥砂浆混合料、低标外侧包裹水泥浆、水泥土混合料、水泥砂浆混合料、低标号混凝土等固结体，形成由内外两层或两层以上材料组成的桩。号混凝土等固结体，形成由内外两层或两层以上材料组成的桩。1-扩体桩；扩体桩； 2-下部扩体桩下部扩体桩根固混凝土扩体桩基本形式根固混凝土扩体桩基本形式研究概况研究概况p 预应力管桩可分段设置，预应力管桩可分段设置，将将预制桩连同预应力钢筋锚固预制桩连同预应力钢筋锚固在基础混凝土内解决了囊式在基础混凝土内解决了囊

7、式锚杆等构造问题锚杆等构造问题p 拉拔双向承载，桩身拉拔双向承载，桩身全断面全断面受压，解决了预制桩受拉的受压，解决了预制桩受拉的所有问题所有问题p 管内注浆体部分为锚固段保管内注浆体部分为锚固段保证受拉安全证受拉安全桩身压力型扩体桩桩身压力型扩体桩注浆体注浆体高压旋喷高压旋喷水泥土或水泥土或水泥砂浆水泥砂浆混合料混合料预应力预应力钢筋钢筋研究概况研究概况 扩体桩与扩体桩与劲性劲性复合桩、静钻根植桩复合桩、静钻根植桩比较比较包裹材料为包裹材料为就地搅拌水就地搅拌水泥土，强度泥土，强度直径均匀性直径均匀性随土性变化随土性变化扩体材料为工扩体材料为工厂预拌水泥土厂预拌水泥土水泥砂浆混合水泥砂浆混合

8、料细石混凝土料细石混凝土强度直径均匀强度直径均匀研究概况研究概况 全长扩体桩与孔内灌浆根固预制桩的区别全长扩体桩与孔内灌浆根固预制桩的区别a孔内灌浆预制孔内灌浆预制桩包裹材料一般桩包裹材料一般为水泥浆；为水泥浆；b包裹材料厚度包裹材料厚度不大于不大于50mma全长扩体材料为全长扩体材料为预拌水泥土水泥砂预拌水泥土水泥砂浆混合料细石混凝浆混合料细石混凝土强度直径均匀；土强度直径均匀；b扩体厚度大于扩体厚度大于100mm研究概况研究概况p适用广泛：适用广泛：土层适应性强（深厚填土、密实砂土、碎石土、风化土层适应性强（深厚填土、密实砂土、碎石土、风化岩）岩）工程应用广泛（桩基、复合地基、基坑、边坡支

9、护工程应用广泛（桩基、复合地基、基坑、边坡支护）p性能优良：性能优良：竖向、水平承载力高，耐腐蚀性能好与一般混凝土预竖向、水平承载力高，耐腐蚀性能好与一般混凝土预制桩、灌注桩制桩、灌注桩p施工便捷：施工便捷：挤土效应弱、静压终压值小，挤土效应弱、静压终压值小，施工速度快、大幅降低施工速度快、大幅降低工程造价，不排或少排泥浆、施工受扬尘治理约束小工程造价，不排或少排泥浆、施工受扬尘治理约束小 技术优点技术优点二二技术理论与工艺技术理论与工艺技术理论技术理论p桩端阻力与桩侧阻力相互作用理论桩端阻力与桩侧阻力相互作用理论桩侧阻力受到桩端桩侧阻力受到桩端阻力和变形的影响阻力和变形的影响固桩端，保证获得

10、较高的桩侧阻力固桩端，保证获得较高的桩侧阻力Paf1F1F2f2f2F2F1f1Pa技术理论技术理论桩端桩端土层土层试验试验条件条件极限承载极限承载力力(kN)平均极限平均极限侧阻力侧阻力(kPa)极限端阻极限端阻力力(kPa)某工程灌注桩桩长某工程灌注桩桩长11.75m（直径（直径0.8m）微风化微风化岩石岩石空底空底38401300实底实底84201557650郑州国贸中心郑州国贸中心PHC桩长桩长20.0m（直径（直径0.4m）密实密实细砂细砂空底空底650260实底实底2567539910不同端阻条件下桩载荷试验结果比较技术理论技术理论p桩端阻力与桩侧阻力相互作用理论桩端阻力与桩侧阻力

11、相互作用理论高水平侧阻区高水平侧阻区桩侧阻力桩侧阻力考虑临界深度曲线考虑临界深度曲线理想曲线理想曲线典型现场试验曲线典型现场试验曲线深度深度设置扩体，桩端阻力获得增强设置扩体，桩端阻力获得增强技术理论技术理论ukpkDiisikiTqAuqL 上端阻力的存在限制了扩大段桩土相对位上端阻力的存在限制了扩大段桩土相对位移，砂土中桩侧阻力系数可达移，砂土中桩侧阻力系数可达2.0以上以上扩体桩上端阻力对桩侧阻力增强机制扩体桩上端阻力对桩侧阻力增强机制p桩端阻力与桩侧阻力相互作用理论桩端阻力与桩侧阻力相互作用理论技术理论技术理论p桩土界面理论桩土界面理论 固桩侧，侧阻表现为较高的黏结强度固桩侧，侧阻表现

12、为较高的黏结强度扩体与预制桩间的扩体与预制桩间的剪切变形形成理想剪切变形形成理想荷载传递机制荷载传递机制扩体与土界面黏结扩体与土界面黏结强度高，可以提供强度高，可以提供足够的桩侧足够的桩侧阻力阻力技术理论技术理论 承载力设计理论承载力设计理论n 桩端阻力发挥系数理论 建立标贯等原位测试结果与桩端阻力关系，改建立标贯等原位测试结果与桩端阻力关系，改q qpkpk取值范围为固定值取值范围为固定值 引入与根固方法和状态相关的桩端阻力发挥系数引入与根固方法和状态相关的桩端阻力发挥系数n 界面强度理论 桩侧阻力表现为黏结强度、抗剪强度；桩侧阻力表现为黏结强度、抗剪强度； 采用侧阻力系数，可做到与现行桩基

13、规范协调方便使用采用侧阻力系数，可做到与现行桩基规范协调方便使用技术理论技术理论 经验系数法估算经验系数法估算单桩承载力单桩承载力)(1piuiiiiiaANLquLNuKR式中：Ni桩侧i层砂性土的标贯击数； N桩端标高上下3D范围内土标贯击数平均值； qui桩侧i层黏性土无侧限抗压强度标准值； 桩端阻力系数，N60时，取270；N60时，应通过试验确定； 砂土侧阻力系数，N30时，取4.0；N30时，应通过试验确定； 黏性土侧阻系数，qui200kPa时，取0.5；qui200kPa时，应通过试验确定； K安全系数，不应小于2.0技术理论技术理论u 借鉴借鉴日本植入工法单桩承载力估算方法日

14、本植入工法单桩承载力估算方法1()3pssucRNAdN Lq L技术理论技术理论土的类别土的类别土（岩）层平均标准土（岩）层平均标准贯入实测击数贯入实测击数(击击)极限桩侧阻力极限桩侧阻力qsis（kPa）淤泥淤泥131016淤泥质土淤泥质土351826黏性土黏性土51020301015305015305080305080100粉土粉土51020401015406015306080305080100粉细砂粉细砂51020401015406015306090305090110中砂中砂1015406015306090305090110桩的极限侧阻力标准值桩的极限侧阻力标准值kPa（标贯内插）（标

15、贯内插） 高层建筑岩土高层建筑岩土工程勘察标准工程勘察标准（JGJ/T72-2017） 原原JGJ 72-2004技术理论技术理论（标贯内插）（标贯内插） 高层建筑岩土高层建筑岩土工程勘察标准工程勘察标准 （JGJ/T72-2017） 原原JGJ 72-2004技术理论技术理论 桩侧阻力系数、桩端阻力发挥系数法桩侧阻力系数、桩端阻力发挥系数法uks kss kppkpsiiijjjQuq luq lq A侧阻系数侧阻系数/端阻端阻发挥发挥系数系数淤泥淤淤泥淤泥质土泥质土黏性土黏性土粉土粉土粉砂细粉砂细砂砂中砂中砂粗砂砾砂粗砂砾砂 砾石卵石砾石卵石全风化岩全风化岩强风化岩强风化岩s1.01.11

16、.21.51.31.61.41.71.62.02.02.51.21.5p0.50.70.60.80.70.90.50.7技术理论技术理论u考虑植入工法与截面组合情况考虑植入工法与截面组合情况pkDisikiqAlqDQpkPisikiqAlqDQ时，或采用高频振动植入当pDAA2入时，或采用静压、锤击打当pDAA2工艺工法工艺工法p 材料组分及基本性能要求水泥、膨润土、砂、细石、粉煤灰、水泥、膨润土、砂、细石、粉煤灰、砂土等砂土等 超高流动性（超高流动性（100mm间隙上泛间隙上泛高度不小于高度不小于3m） 超缓凝性（超缓凝性（12小时以上）小时以上） 轻质（骨料总容重不大于轻质（骨料总容重不

17、大于20kN/m3）p 主要工艺工法 孔底后注浆工艺（预制桩桩底后注浆） 孔内灌浆植入工法 中掘法工艺 底部灌浆冲扩工艺 扩底灌浆植入工法 长螺旋压灌植入法长螺旋压灌植入法 干作业成孔孔内灌浆植入法干作业成孔孔内灌浆植入法 取土成孔喷射注浆植入法取土成孔喷射注浆植入法工艺工法工艺工法 （干作业成孔埋入）桩底注浆法（干作业成孔埋入）桩底注浆法工艺工法工艺工法 长螺旋扩底注浆植入法长螺旋扩底注浆植入法工艺工法工艺工法 半置换植入法半置换植入法 全置换植入法全置换植入法工艺工法工艺工法 底部灌浆挤扩法底部灌浆挤扩法工艺工法工艺工法 干作业成孔灌干作业成孔灌浆植入法浆植入法（适（适用于地下水以用于地下

18、水以上施工）上施工）工艺工法工艺工法 长螺旋压灌高频植入工法 长螺旋压灌锤击植入工法工艺工法工艺工法 深层搅拌法（双向搅拌，干法、湿法）深层搅拌法（双向搅拌，干法、湿法） 改进的深层搅拌法（掺入干砂、粉煤灰、石灰）改进的深层搅拌法（掺入干砂、粉煤灰、石灰） 喷射搅拌或旋喷水泥土法喷射搅拌或旋喷水泥土法 喷射搅拌水泥土后注浆植入法喷射搅拌水泥土后注浆植入法 水泥土长期工作的稳定性水泥土长期工作的稳定性 水泥土不均匀带来的界面抗剪强度的持久性水泥土不均匀带来的界面抗剪强度的持久性 密实砂土层中施工困难密实砂土层中施工困难p 与水泥土劲性复合管桩、静钻根植桩比较与水泥土劲性复合管桩、静钻根植桩比较三

19、三工程试验与应用工程试验与应用工程试验与应用工程试验与应用 工程试验工程试验1- 1- 郑州龙湖郑州龙湖金融岛桩基工程金融岛桩基工程工程试验与应用工程试验与应用短桩短桩D=800mm，L=18m,Ra=4600kN，Ta=1500kN两种试桩方案参数/方案方案一：长灌注桩方案二：短灌注桩抗压桩参数D800，L=34.0mD800，L=18.0m抗压承载力特征值4600kN4600kN抗拔桩参数D700，L=25.0mD800，L=18.0m抗拔承载力特征值1000kN1500kN工程试验与应用工程试验与应用qs1qs2理念：理念：桩长不同时，同一深度桩侧阻力不同桩长不同时，同一深度桩侧阻力不同

20、 充分利用桩端以上密实、厚砂土层高侧阻区桩侧阻力充分利用桩端以上密实、厚砂土层高侧阻区桩侧阻力工程试验与应用工程试验与应用套筒隔离法载荷试验示意图桩底注浆水泥用量桩底注浆水泥用量4吨吨工程试验与应用工程试验与应用检测结果比较-抗压桩 0 3000 6000 9000 12000 15000 16000 Q (kN) 0.00 9.00 18.00 27.00 36.00 45.00 54.00 63.00 72.00 81.00 90.00 s (mm) Q - s 曲 线 0 2400 4800 7200 9600 12000 15600 16800 Q (kN) 0.00 7.50 15.

21、00 22.50 30.00 37.50 45.00 52.50 60.00 67.50 75.00 s (mm) Q - s 曲 线 5 15 30 45 90 150 240 660 t (min) 0.00 7.50 15.00 22.50 30.00 37.50 45.00 52.50 60.00 67.50 75.00 s (mm) s - l g t 曲 线 2400 kN 3600 kN 4800 kN 6000 kN 7200 kN 8400 kN 9600 kN 10800 kN 12000 kN 13200 kN 14400 kN 15600 kN 16800 kN32m长

22、桩长桩18m短桩短桩工程试验与应用工程试验与应用检测结果比较-抗拔桩18m/800mm抗拔试桩：加载至抗拔试桩：加载至4000kN，上拔变形在小于，上拔变形在小于10mm25m/700mm抗拔试桩：加载至抗拔试桩：加载至3900kN，上拔变形平均，上拔变形平均21mm51530 4560 90 150240540t (min) 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 24.00 27.00 30.00 (mm) -lgt 曲线600 kN900 kN1200 kN1500 kN1800 kN2100 kN2400 kN2700 kN3000 kN

23、3300 kN3600 kN3900 kN4200 kN4500 kN0600 1200180024003000360042004500U (kN) 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 24.00 27.00 30.00 (mm)U- 曲线 0 800 1600 2400 3200 4000 4800 U (kN) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 (mm) U - 曲 线800mm短桩短桩700mm长桩长桩工程试验与应用工程试验与应用 工程试验工程试验2- 2-

24、河南农投国际中心河南农投国际中心桩基工程桩基工程工程试验与应用工程试验与应用CMC桩桩d=600D=900L=11m扩体桩现场试验扩体桩现场试验11密实砂土层密实砂土层锤击植入法锤击植入法工程试验与应用工程试验与应用014402880432057607200Q (kN) 0.00 6.50 13.00 19.50 26.00 32.50 39.00 45.50 52.00 58.50 65.00s (mm)Q-s 曲线014402880432057607200Q (kN) 0.00 1.70 3.40 5.10 6.80 8.50 10.20 11.90 13.60 15.30 17.00s

25、(mm)Q-s 曲线D=900,d=600,L=11m,极限承载力：极限承载力：6480kN,7200kN发挥系数法估算发挥系数法估算7200kN；桩身强度估算桩身强度估算6460kN；Q6480kN工程试验与应用工程试验与应用下部扩体桩下部扩体桩d=400D=800L1=5mL2=6m扩体桩现场试验2下部扩体桩锤击植入法0400600800120016002000U (kN) 0.00 2.50 5.00 7.50 10.00 12.50 15.00 17.50 20.00 22.50 25.00 (mm)U- 曲线0400 600 800 100014001600U (kN) 0.00 0

26、.80 1.60 2.40 3.20 4.00 4.80 5.60 6.40 7.20 8.00 (mm)U- 曲线0400600800120016002000U (kN) 0.00 1.10 2.20 3.30 4.40 5.50 6.60 7.70 8.80 9.90 11.00 (mm)U- 曲线Tu=2000kNQu=4200kN 竖向抗拔承载力试验竖向抗拔承载力试验工程试验与应用工程试验与应用扩体桩扩体桩D=800mm，d=400mm，L=11m，下部扩径段，下部扩径段5m抗压极限承载力试验结果大于抗压极限承载力试验结果大于3960kN，计算结果，计算结果4000kN 竖向抗压承载力

27、试验结竖向抗压承载力试验结果果08801760264035204400 4840Q (kN) 0.00 2.50 5.00 7.50 10.00 12.50 15.00 17.50 20.00 22.50 25.00s (mm)Q-s 曲线08801760264035204400Q (kN) 0.00 6.50 13.00 19.50 26.00 32.50 39.00 45.50 52.00 58.50 65.00s (mm)Q-s 曲线51530 4590 150240600t (min) 0.00 6.50 13.00 19.50 26.00 32.50 39.00 45.50 52.0

28、0 58.50 65.00s (mm)s-lgt 曲线880 kN1320 kN1760 kN2200 kN2640 kN3080 kN3520 kN3960 kN4400 kN08801760264035204400Q (kN) 0.00 6.50 13.00 19.50 26.00 32.50 39.00 45.50 52.00 58.50 65.00s (mm)Q-s 曲线Qu=4200kN工程试验与应用工程试验与应用 郑州某军民融合创新创业科技园 D=800mm，L=10.5m，C20细石混凝土细石混凝土 d=600mm，PHC-80-AB-110 最大加载量最大加载量7200KN扩体

29、桩现场试验3-杂填土锤击植入法工程试验与应用工程试验与应用Q-s 曲线Q(kN)s(mm)01200240036004800600040.0032.0024.0016.008.00Q-s 曲线Q(kN)s(mm)01200240036004800600040.0032.0024.0016.008.00杂填土杂填土Q-s 曲线Q(kN)s(mm)01440288043205760720040.0032.0024.0016.008.00Q-s 曲线Q(kN)s(mm)01440288043205760720040.0032.0024.0016.008.00 单桩静载荷现场试验结果单桩静载荷现场试验

30、结果工程试验与应用工程试验与应用扩体桩现场试验4-静压植入法 扩体桩设计桩长扩体桩设计桩长15m，扩体直径，扩体直径D=700mm，扩体材料为，扩体材料为C15细石混凝土，芯桩细石混凝土，芯桩采用采用PHC400AB（95）型。）型。Q-s 曲线Q(kN)s(mm)01080216032404320540090.0072.0054.0036.0018.000.00s-lgt 曲线lgt(min)s(mm)110100100090.0072.0054.0036.0018.000.00 (1) 1080(kN) (2) 1620(kN) (3) 2160(kN) (4) 2700(kN) (5)

31、3240(kN) (6) 3780(kN) (7) 4320(kN) (8) 4860(kN) (9) 5400(kN)工程试验与应用工程试验与应用各层地基土物理力学指标及单桩承载力试验结果土层编号土层名称土层厚度（m）极限侧阻标准值qsk（kPa）侧阻系数si极限桩端阻力标准值qp（kPa）1粉土2.1/0401.3/2粉土3.9/0.7421.3/3粉质黏土5.3/3.0561.5/4细砂2.7/6.6821.850005细砂0/1.7901.88000试桩编号扩体压灌有效长度（m）管桩施工有效长度(m)极限荷载（kN）极限承载力（kN）极限承载力对应沉降量（mm）115155400486

32、021.05215155400486018.32315154860432018.58416165040441015.3651614.96300567017.95616155670504017.81 桩端阻力折减系数反演结果为桩端阻力折减系数反演结果为0.8工程试验与应用工程试验与应用扩体桩现场试验5-振动植入法 高频振动扩体桩设计桩长高频振动扩体桩设计桩长15m，扩体直径，扩体直径D=600mm，扩体材料为，扩体材料为10MPa水泥水泥土混合料，芯桩采用土混合料，芯桩采用PHC500A（100）型。）型。土的名称厚度标准贯入试验实测击数N（击）极限桩侧阻力qsik（kPa）极限桩端阻力qpk（

33、kPa）粉土3.5750-粉质黏土1.8945-粉土2.4750-粉质黏土2.3740-粉土1.4842-粉质黏土2.1842-粉砂1.525807100工程试验与应用工程试验与应用08001600240032004000Q (kN) 0.00 9.00 18.00 27.00 36.00 45.00 54.00 63.00 72.00 81.00 90.00s (mm)Q-s 曲线08001600240032004000 4400Q (kN) 0.00 10.50 21.00 31.50 42.00 52.50 63.00 73.50 84.00 94.50105.00s (mm)Q-s 曲线按开挖后检查有效桩长按开挖后检查有效桩长14m，单桩承载力极限值，单桩承载力极限值3600kN，桩端，桩端阻力折减系数反演结果为阻力折减系数反演结果为0.5，与静压、锤击的，与静压、锤击的0.70.9稍有差距。稍有差距。工程试验与