地下工程施工支盘桩技术演示文稿

1、支盘桩技术中冶交通工程技术有限公司北京支盘地工科技中心 挤扩支盘桩是一项仿生学的发明，其受力机理明确，竖向承载能力高，受荷变形小，抗震性能好，使结构设计方案优化。该技术可大幅度提高桩承载力，在承受同等荷载的情况下，支盘桩与灌注桩相比：可以节约钢材、混凝土30-65%缩短工期30-50%减小工后沉降30%70%降低工程造价15-25%实现项目工程的节能减排和科技进步。该技术已获得欧、亚、美三大洲发明专利权；被国家五部局批准为“国家重点新产品”；被国家科学技术部评定为“重点国家级火炬项目”；是国家火炬计划重点推广项目；北京市科委列为“北京市重大科技成果推广计划”；宁波市节能减排重点项目。支盘桩的特

2、点和优点1、与同直径同长度的桩相比，能充分利用桩身上下各部位的硬土层，从而改变了普通等直径钻孔灌注桩的受力机理，增加了土的端承力，提高了抗压、抗拔的能力，其单方混凝土承载力为相应的直孔桩的1.53倍。 a-普通钻孔灌注桩受力机理； b支盘桩受力机理支盘的阻尼作用 提高的刚度系数 盘周土挤密后的预压作用对承受动荷载和减小长期变形都将产生积极作用。支盘桩桩周土应力分布及桩身应力分布荷载编号加载值P4P3P2P1-28.4m-29.9m-34.4m-35.9m-40.4m-41.9m-46.4m-47.9m1 7800 994.0506.7686.4372.82 91001159.6591.1800

3、.7434.93 10400 1211.1687.0869.5611.34 11700 1362.4772.9978.1755.25 13000 1513.8858.81297.91005.86 14300 1621.21021.71559.71436.47 15600 1714.21136.51756.21894.48 169001889.51317.82021.72160.6K3+195各支盘所承担荷载（kN）2、由于其特殊的挤压成盘工艺，使桩具有支盘的承载结构同时又挤压密实了盘周土体，将桩土刚度共同提高，从而大大减小了基础的工间和工后沉降； 在较大动荷载作用下，多重支盘发挥着阻尼作用，它

4、有效地克服了摩擦桩在软弱地基中出现的长期沉降不能稳定的问题，这种阻尼作用也还得益于盘周土被强力静压挤密后的“预应力”作用；3、地质勘察往往是“以孔代面”即用一个探孔获取的资料代表一定区域的土质情况，设计者则用此作为设计依据，因此它可能与实际不符。而挤扩桩的操作过程是对实际孔位的勘察，实质上也是对该地质情况的“审核”过程，消除场区地质突变带来的基础工程风险。图 挤扩支盘成形机整机受力分析图（a）挤扩初始状况（b）挤扩终了状况GTP 吊车钢丝绳 接长管 液压缸 主机头T0GP0P04321P4、挤扩支盘桩本着因地制宜的原则，力求做到“地尽其利，物尽其用”。它可以根据所探测的土层变化情况，布设承力盘

5、或支，起到调控桩承载能力作用，以充分发挥土质和承力盘的功能。因此施工的过程，广义的说，也是“再设计”的过程。支盘桩挤扩施工地质检验支盘桩桩身图片 十字支盘底盘 综上所述，挤扩支盘桩是一种安全稳定的承载方式，是桩结构的优化，可实现勘查、设计、施工一体化，所带来的安全和经济效益是显著的，既避免了建设工程的较大风险桩基础工程风险，又将实现经济效益。挤扩支盘混凝土灌注桩技术规程DB33/T1012-2003浙江省工程建设标准；火力发电厂支盘灌注桩暂行技术规定DLGJ153-2000电力行业标准；挤扩灌注桩技术规程DB29-65-2004 天津市工程建设标准；挤扩支盘灌注桩技术规程CECS 192：20

6、05中国工程建设标准化协会标准；建筑地基基础设计规范支盘桩章节DB33/1001-2003浙江省标准；挤扩支盘桩设计、施工及质量评定验收技术规程北京市建委鉴定企业标准。挤扩支盘灌注桩工程主要技术标准挤扩支盘灌注桩理论研究 唐业清教授（1992，北方交通大学）主持完成了挤扩多分支承力盘混凝土灌注桩受力机理及承载力性状的试验研究课题，提出用标贯击数计算挤扩一支盘桩承载力的公式。 顾晓鲁教授（1995，天津大学）对天津软十地区挤扩支盘灌注桩的传力机理和竖向承载力作了研究，为沿海软土地区应用挤扩支盘灌注桩提供了经验。 宋二祥教授（2005，清华大学）通过大型有限元分析软件Ansys对支盘桩进行数值模拟

7、，得出了支盘桩下土体的位移场和应力场的分布范围。 钱德玲（2004，合肥工业大学）探求了支盘桩的荷载传递规律，并且在静载荷试验的基础上，全面系统地研究了支盘桩的承载机理、挤密效应、孔隙水压力消散、荷载传递性状。以及有限元模拟结果通过计算分析表明：支盘桩在受力上具有摩擦端承桩的特性，并且主要靠承力盘承受荷载，支盘力约占极限承载力的60%以上。根据有限元数值模拟结果，指出了盘间存在着应力叠加效应以及最佳盘间距和桩间距。模型试验及现场测试卢成原（浙江工业大学）等通过对试验挤扩支盘桩桩周土的开挖取样做室内土工试验，得出挤扩分支盘挤压应力对桩周土挤密效应所引起的土干密度的变化规律，提出了挤密效应综合影响

8、系数日的概念和设计时应注意的有关问题。 孟凡丽（2007）设计了一个室内模型试验来研究支盘桩在重复荷载作用下的承载和变形性能。试验证明: 支盘桩在其极限承载力约75 %的荷载重复作用下变形增加很小, 工作性能十分稳定; 支盘桩与普通等直径桩相比, 其承载力和抗变形能力十分优越; 史鸿林（1997）通过17组试桩的原型荷载试验及计算，对新型挤压分支桩的承载能力进行了计算分析和研究。结果表明：同一场地、相同桩长、相同桩径的新型挤压分支桩比钻孔灌注桩的单桩竖向承载力要提高一倍以上（混凝土量仅增加6%-12%）。 杨锦东（1999）通过对挤扩支盘混凝土灌注桩的现场试验，根据埋设压力盒和布置变形片的实测

9、记录，分析讨论了新桩型荷载沿桩身的传递规律。 施 工 工 艺 流 程 图 挤扩支盘桩是在已有钻孔桩技术基础上，增加了一道挤扩工序，在已成孔中下入挤扩孔设备，进行挤扩成盘（或成支）。各种施工工艺的核心，都必须把支盘成型作业中的盘腔做好。成盘作业有多项指标实施监督与检测，可确保成盘质量。挤扩支盘桩施工工艺挤扩支盘施工工艺1、施工单位是否有支盘桩施工工艺标准及质量评定标准。2、如何确定成孔工艺以避免孔斜以及坍塌。如采用潜水钻工艺，施工单位有何技术措施保障避免以下情况：（1）桩身位置任何部位垂直度差，将影响支盘机的下孔。（2）造成支盘机刮孔，形成坍塌，桩体不规整。（3）时垂直度差，将造成桩距较近的相邻

10、支盘桩，在成盘时相互影响。3、施工单位如何检测钻孔质量，钻孔垂直度、塌孔情况以及设置盘位的土层位置没有塌孔。4、施工单位如何检测盘腔的挤扩成形情况，如何获得桩孔及盘腔的井径电脑扫描三维图像。5、如果盘腔直径未达到设计要求，有何技术措施。6、施工单位在施工支盘时，需要记录的哪些内容，挤扩压力值，土层反力上浮、泥浆下降如何反映成盘质量。7、软土地层有何技术措施确保盘腔质量。8、施工单位有哪些技术措施，确保盘腔砼的浇注质量，如何检测。9、施工单位的支盘机是否具备设备使用说明书以及出厂合格证。d(a)d(b)软土层硬土层持力层设备在坚硬土层中和在软硬交互层界面成型盘腔成型示意图挤扩支盘工艺挤扩支盘成盘

11、检验支盘成型挤扩首次压力值检验方法：观测、检查记录压力表值，观察检查和检查施工记录。挤扩成盘中泥浆下降情况支盘成型机挤扩之后将在土体中形成盘腔，将使孔内水泥浆面下降，理论上讲泥浆下降的高度乘以钻孔的截面面积所得体积等于盘腔的体积。因此，通过测得每次挤扩后泥浆面下降的高度就可以检验盘腔的成型效果。考虑到在挤扩过程中要形成一部分沉渣以及挤扩后土体要有一部分回弹（这一部分在设计中已经已经考虑）。因此，测得的体积会略小于理论值。a. 检验标准：泥浆面要有明显下降。b. 检验方法：观测记录孔口泥浆面下降值。（a）硬土挤扩成型图示（b）软土挤扩成型图示挤扩成盘中设备上浮情况 由设备的结构特点和力学特征所决

12、定，该支盘成型机在施工过程中会发生设备向上移动的现象，施工中统称为“上浮”, 支盘成型机上升尺寸可以反映成盘质量。如果上升尺寸不够，则说明弓压臂没有完全打开；反之则说明弓压臂已经打开。同时，由于不同的土体对于下弓压臂的作用力不同，使得上升尺寸也不同。例如：如果在沙卵石层进行挤扩，YZJ-800A设备上升高度大于400mm；在粉土层进行挤扩上升高度大约在250350mm左右。因此只要测得支盘成型机的上升高度即可判断成盘所在土层情况和成盘情况。支盘桩检测方法 声波孔壁测定仪检测受泥浆比重影响比较大。测定仪由声波发生器、发射探头和接收探头、放大器、记录仪和提升机构组成。其中，声波发生器主要部件是振荡

13、器，振荡器产生一定频率的电脉冲信号，经由放大器放大后，又发射探头转换为声波并发射。一般情况下，振荡器频率是可调的，可以取得不同频率的声波以满足不同检测的需要。声波发射后，遇到不同介质的分界面，会被反射。接收探头接收到反射后的声波，再转换成电信号，经由放大器放大，并进行显示、整形和记录。 检测设备由测头、放大器和记录仪三部分组成。测头为机械式的，测头放入测孔之前，四条测臂合拢并用弹簧锁定。将测头放入孔底，然后通过设定的方式打开井径臂，于是互成90的四条井径臂便在弹簧力的作用下向外张开，其末端紧贴孔壁。随着仪器的向上提升，井径臂随着孔壁凹凸不平的形状相应张开或缩进，带动密封筒内的活塞杆上下移动，使

14、四组串联滑动电阻来回滑动，将电阻变化转化为电压变化，经信号放大记录，即可绘出孔壁形状，同时测出孔径尺寸。支盘桩孔数字检测系统支盘桩孔径、盘腔数字三维扫描检测设备及图形将施工决议付诸实施监控施工过程监控施工过程审核施工调整决议施工现场地工科技监理施工管理数字化平台设计单位ie提供现场施工实时数据监控施工过程根据施工现场的各种变化提出调整施工设计的建议监控施工过程根据施工现场的各种变化提出调整施工设计的建议审核施工调整决议交流交流交流交流交流甲方“支盘地工施工管理数字化平台”通过internet网络，整合施工现场、地工科技、设计单位、监理、甲方等与工程相关的多方面资源，建立安全稳定的交流平台，对施

15、工现场进行实时监控管理。支盘桩技术质量保证措施支盘地工科技支盘桩的发展过程支盘桩结构和工艺工法技术：发明专利号： 94106434.4、 95104960.7、97196360.6、 02100102.2、 03156360.0支盘桩成套设备、设备结构、功能开发技术：发明专利号：94106434.4、97196360.6、98103449.7、99102748.5、99102751.5、99102747.7、99102933.X、99118966.3、99125064.8支盘桩基础质量检验、施工监测技术：发明专利号：97196360.6 、03156360.0 、99102748.5、9910

16、2751.5已申请和获得的商标内容：支盘，支盘地工具有以下专利技术和商标知识产权：TM对应上述专利申请的已成熟技术和设备有：工艺工法：支盘地工正、反循环工艺工法：ZP-XH工法支盘地工旋挖工艺工法： ZP-XW工法支盘地工全套管工艺工法： ZP-TG工法正待开发的管桩支盘工艺工法：GZ-ZP工法及上述工法施工标准，质量检验和验评标准。成套设备：（1）单缸技术：增力型挤扩支盘机： YZJ（A）型系列，包括YZJ（A）-400型、YZJ（A）-600型、YZJ（A）-800型大臂型挤扩支盘机： YZJ（A）-2006大臂型。包括YZJ（A）-2006 -400 （巨臂）、YZJ（A）-2006 -

17、600 （巨臂）、YZJ（A）-2006 -1000（巨臂）、YZJ（A）-2006 -1200（巨臂） 双级（多级）型挤扩支盘机：YZJ（A）-双级-600C型YZJ（A）-双级-3000S型（2）双缸技术： YZJ（A）-双缸（大臂）（3）双向缸技术：YZJ-双向系列，包括：YZJ-双向-自转、YZJ-双向-一体机（4）一体机技术：XH-ZP一体机、XW-ZP一体机19891993年，挤密成孔锤击多向挤扩工艺，于天津汉沽、塘沽、北京方庄、黑山沪、河北沧州等地进行了多次试验，1989年同中国地质工程公司首次于塘沽试验测试一根直径400，长3米的锤击分支桩，其承载能力为同比直径桩的3倍，此项工

18、作奠定了支盘桩科技工作的信心和基础，（此工艺后由华俊公司沧州分公司多次改进发展成为复合载体桩技术）；发明专利号：88221049，89107846项目负责人：张俊生 19911994年干取土成孔挤扩多支盘桩结构及工艺，于北京、黑山沪、西单、河南商丘、安阳电厂，河北秦皇岛等地，华俊公司同北京水利基础总队等企业余黑山沪、秦皇岛等地进行了多次，多桩孔试验研究，并请北京交通大学、清华大学和北京城建设计研究院共同对支盘桩展开了较系统的研究，并开创了支、盘新结构桩基，在北京西单复兴商业中心、北京大平湖城建院住宅8#楼和河南商丘、安阳、郑州等地进行实际工程应用。19921995年，泥浆护壁成孔多支盘桩结构及

19、工艺，于北京黑山沪、天津塘沽、河南郑州、安徽蚌埠、河北、武汉、哈尔滨、海口等地的塘沽金宝大厦、郑州明鸿新城、安徽劳动大厦、淮河河套管理局大楼、海口欣安大厦、哈尔滨一面街地块等工程应用。此间合作天津大学、北京交大、安徽合肥大学、清华大学等展开可大型室内模型试验、计算机模拟、工程试验测试等大量研究工作。泥浆护壁挤扩支盘桩结构及工艺的实施极大地拓展了支盘桩技术的应用范围，包括大量的工业项目。项目负责人：张俊生 张国梁 发明专利号：94106434.4 95 95104960.7 97196360.6 19931999年挤扩支盘桩结构设计、支盘工序、流程工艺、支盘机成形设备、支盘挤扩地质检测、成孔成桩

20、检测支盘地工系统科技的开发研究。使支盘桩技术能系统全面地进入多行业、多地区，攻克多项复杂而系统的问题。 集团组建有支盘地工研发中心，集多学科多领域的人才和专家开展系统的研发工作，1999年将研发中心独立于集团为企业中心北京支盘地工科技开发中心（股份合作型企业），使其成为多元资产结构、多学科开发机制面向国际的开发型研发中心，其先后开发的成果有：挤扩成盘排挤工艺、交挤工艺及配套检测手段；挤扩成盘旁压地层检验系统，并于2003年列入浙江省地方标准，中国建设行业协会标准。19951997年，在天津市建委主持下完成了支盘桩第一部企业标准，并通过市建委认定。19982003年，先后于北京八王坟地铁车辆段，

21、北京城市铁路轻轨工程中和北京城建设计院完成了轨道交通支盘桩设计施工应用研究，开创了支盘桩在较大动载工作条件下、超小沉降变形的理论设计和施工手段。此间开发了挤扩支盘桩旋挖工艺工法及配套检测手段。20012006年，开发了支盘桩基础沉降分析系统，先后于天津、浙江、江苏、北京等三十多项工程应用及咨询工作中完善开发此系统。特别是总结归纳了大量群桩工程的沉降和问题后提出对该系统的一套工程管理方法。典型实例：天津嘉海花园工程、环渤海地区四项火力发电厂工程。CCTV新址A标群桩优化分析（国际合作）工作。杭州软件园9#楼短桩支盘桩超厚软弱下卧层分析，北京轻轨13#线超小沉降控制分析等。19972005年主持或

22、协助编制：挤扩支盘桩设计、施工及质量评定验收规程天津市、北京市建委认定、鉴定企业标准；挤扩桩火力发电厂（暂行）技术规程火电行业标准；挤扩支盘灌注桩技术规程浙江省建设标准；挤扩支盘灌注桩技术规程中国建设行业协会标准；建筑地基基础设计规范浙江省标准；支盘桩正、反循环泥浆护壁工艺工法企业标准；支盘桩管桩组合结构工艺工法企业标准；支盘桩工艺检测手册企业标准；支盘桩桥梁工程应用指南企业标准；支盘机使用手册企业标准；支盘地工专业技术培训手册企业标准；支盘地工专业企业发展指南企业标准；支盘地工科技之挤扩设备研发过程：支盘地工科技自89年至今，经过了以下设备的研发过程：19891992，锤击多向分支器，于天津

23、汉沽、塘沽、北京方庄、黑山沪试验；发明专利号：88221049，8910784619911994，液压上翻式、平挤式挤扩设备，于北京、河南、河北试验；发明专利号：94106434.41992今，液压弓压式挤扩设备（YZJ系列），支盘桩首次工程应用。发明专利号：95104960.7、9719660.619931995，弓压复合臂液压挤扩设备，于北京、天津试验；发明专利号：94104550.11996今，双腔缸双向挤压挤扩设备（又称DX设备），试验应用；发明专利号：99102748.5、99102751.5、99102747.7、99102993.X19981999，完成了液压弓压式挤扩设备的第一

24、次技术改造（YZJ-98），并获得国家级新产品证书；发明专利号：98103449.71997今，液压双缸双向挤压挤扩设备，试验应用发明专利号：99125064.819992005，完成了液压弓压式挤扩设备的第二次技术改造YZJ（A）-2000；发明专利号：99118966.320052007，液压弓压式挤扩设备的第三次技术改造YZJ（A）巨臂-双级；发明专利申请号：200510115744.9、200610127924.3600型支盘机的普通臂照片600c型支盘机的巨臂照片3000s型支盘机的巨臂照片2004型支盘成型机相关参数组件项 目型 号 规 格YZJ600A1YZJ800A1主机外形尺

25、寸 (mmmm)58024527403104弓臂宽度 (mm)280380支出最大直径 (mm)15502050重量 (kg)2700 4800液压缸活塞直径 (mm)360450最大工作压力 (Mpa)3232半程推力 ( t )450（320）450（320）重量 (kg) 900115006型大臂支盘机主要技术参数表 设备型号技术参数YZJA400型YZJA600型YZJA 800型YZJA 1000型桩孔直径（mm）400600650900850140010001800设备外径（mm）360620780960弓压臂挤扩最大尺寸（mm）1100170020502300（选配）270030

26、00（选配）弓压臂宽度（mm）220360380580挤扩最大尺寸时两臂夹角（）80808080液压系统额定工作压力（MPa）28282828油缸公称输出压力（kN）可选配增压（60）设备全程2250增压器全程4500增压器全程4500增压器全程12240油泵流量（L/min）63120120150电机功率（kW）30757590本检测设备已成功应用于上海市政内环、外环、中环、磁悬浮、杭州湾跨海大桥、苏通大桥、上海东海大桥、上海国际会议中心、上海城市规划展览馆、西藏机场高速雅江大桥等重大工程。 本系统引入钻孔灌注桩的成孔质量检测设备，进行技术改造，形成特有的支盘桩检测系统。支盘桩孔数字检测系统

27、支盘桩孔径、盘腔数字三维扫描检测设备及图形挤扩支盘桩工程实例 1999年，天津外环线三座桥桥头路基加固，解决引桥桥头沉降的行车安全问题。1995年天津滨海电厂1998年河南禹州电厂2003年唐山王滩电厂2004年国华电力黄骅电厂2007年天津滨海新区北疆电厂等电厂基础工程1997年，天津万顺温泉花园至今沉降相对减少60%。1998年，天津嘉海花园，解决超长整体基础横跨古河道问题，至今最大沉降25mm。江苏常熟世贸解决软土地区主塔与地下室差异沉降问题五矿营口中板厂一、二期转炉及中板设备基础沉降控制和造价工期节省天津新华园商住楼在11m深坑回填土地基中建造，自1998年至今建筑沉降小于5mm 天津

28、新文化花园 由原厚筏满布桩改为薄筏承台及墙下布桩，共节约造价270万元。 工程名称层数设计项目特 点桩径mm桩长m极限承载力标准值kN天津新华园商住楼A座962020794600在11m深坑回填土地基中建造，自1998年至今建筑沉降小于5mmB座1162020794600天津塘沽金宝大厦157003407000原设计楼高12层后改为15 层天津万顺温泉花园3170042.27700由原设计28层增加至31层，由原厚筏满布桩改为薄筏承台及墙下布桩，共节约造价320万元。天津新文化花园20650356000由原厚筏满布桩改为薄筏承台及墙下布桩，共节约造价270万元。天津市万隆公寓2265028.5

29、6200天津典型地层,有较厚的软土层,采用支支桩、盘盘桩结构在软土和砂土中承载天津嘉海花园一、二桩合格后由17层增至18层，节约基础造价500万元，节约工期40%。天津外环线三座桥桥头桩引桥65025302100解决引桥桥头沉降的行车安全问题天津滨海电厂框架结构500261900深厚淤泥层,持力层为粉砂层，减小沉降。天津滨海新区北疆电厂4*100万KW全部主体工程60080025-357000抗拔3000国家循环经济试点项目，解决2.5平方公里填海软土地基桩基承载力低，复杂地质长期沉降问题，实现节能减排指标。国华电力黄骅电厂2*80万KW全部主体工程65070035-

30、3976007000解决2平方公里填海软土地基桩基承载力低，复杂地质差异沉降，节省造价1500万缩短工期两月。宁波石浦大厦2670085056760012000筏板优化，共节约造价310万元，主塔楼下持力层平面方向差异较大，采用调支盘变钢度设计。宁波象山梅苑小区10-1865025-3050006400减短桩长，简化施工；减少桩数，节省工期，共节约造价870万元。宁波慈溪华泰社区20-2565070055-607600抗浮2500在深厚软土中实现薄筏及墙柱下布桩，共节约造价400万元。浙江湖州星汇半岛12-2260080045-5046007800在深厚软土中实现薄筏及墙柱下布桩，共节约造价1800万元。浙江嘉兴龙威大厦26850458600由原厚筏满布桩改为薄筏墙柱下布桩，秦皇岛电厂二期2*60万KW全部主体工程70030-357500减短桩长，简化施工；减少桩数，节省工期，共节约造价1000余万元。五矿营口中板扩建工程一、二期主题厂房620193700减短桩长，简化施工；减少桩数，节省工期，共节约造价1300万元。山东华泰纸厂一期