摘要：本文从全夯式多头扩底灌注桩的发展背景、技术特点与设计理念、施工工序、适用条件等方面作了阐述，有利于进一步对该桩型的研究模型的建立及工程上的推广运用。

关键词：全夯式多头扩底灌注桩；导轨后置法

一、前言

普通沉管灌注桩、夯扩桩施工中易发生吊脚、缩颈、断桩、气孔、蜂窝、离析、钢筋笼屈曲变形等质量通病，同时单桩承载力较低，在上部柱传递下来的荷载较大时，往往不能满足设计要求。

全夯式扩底灌注桩（国家专利号ZL991014324，国际专利分类号：E0205/38，以下简称全夯桩）在成桩的施工工艺方面进行重大改进，成桩质量及单桩承载力的提高方面取得较大成绩，但在以下情况时，全夯桩仍显得无能为力：

1、基桩桩端持力层端阻力或桩周岩土层侧摩阻力较低而单桩设计承载力又较高时，基桩承载力仍不能满足设计要求；

2、特殊条件下桩基如抗拔桩等，在采用全夯式扩底桩仍不能满足设计抗拔要求；

3、钢筋笼安放不能满足设计通长配置要求和易发生撞笼变形的质量通病；

4、当相对较硬的持力层埋置较深，采用单头全夯桩不能充分发挥短桩扩底效应；

5、受桩管口径的影响，全夯桩单桩承载力还无法与钻孔灌注桩等型桩的单桩承载力相比，从而限制了全夯桩的工程使用范围。

针对以上所述全夯桩的各种性状，根据工程桩受场地岩土层条件限制、上部建筑物荷载性能及基桩受力特性等诸多因素影响的基本规律，江西中恒集团特种软基公司对施工机具和施工工艺改进和基桩受力性能的研究，研发出一种新型桩基施工工艺——全夯式多头扩底桩技术。

二、全夯式多头扩底灌注桩技术内容

影响全夯桩单桩承载力及成桩质量的主要制约因素无非如下：场地岩土层埋藏条件的限制及钢筋笼放置施工的顺序。全夯式多头扩底灌注桩则从这两方面着眼将问题予以解决。

2.1全夯式多头扩底灌注桩单桩承载力的提高

根据勘察资料，当拟作桩端持力层的岩土层端阻力或桩周岩土层侧摩阻力较低，可改用在桩底及桩身某个部位设置若干个扩大头，结合桩身全程夯扩施工，形成全夯式多头扩底灌注桩。

采取桩身夯扩形成多个扩大头的新工艺，可以发挥桩体的比表面积、长径比等几何特征，在不增加或少增加设备、材料用量和工程造价情况下，增加桩的总侧阻力和总端阻力，达到大幅度提高单桩竖向承载力的效果。

“多扩大头”工艺技术可以形成桩身多个扩大头后的“糖葫芦”桩体，从而较大程度的提高单桩抗拔力，其抗拔力比其它同类型桩提高1-2倍。

由于成桩全过程夯击，使桩身混凝土密实度及混凝土抗拉强度设计值ft提高，从而使单桩水平承载力特征值Ra得到较大提高。

桩身扩大头的设置可以按照设计要求和桩长范围内土层力学性质综合确定。对扩大头间距、桩顶扩大头距地面距离、扩大头构造要求、混凝土强度等级和坍落度等技术要求和参数可按照企业标准《全夯式扩底灌注桩技术规程》确定。

2.2“导轨后置法钢筋笼安装”施工工艺

钢筋笼放置一直是困扰沉管类灌注桩、夯扩类灌注桩和全夯式扩底灌注桩发展的技术难题。沉管类、夯扩类灌注桩和全夯桩的钢筋笼均是在浇筑桩身混凝土前放置，无法做到桩身夯灌或彻底解决夯灌时易发生的钢筋笼扭曲现象。“导轨后置法钢筋笼安装”施工工艺新技术成功的解决了这一难题，其在桩身混凝土灌注后再进行夯扩：①该技术解决了安装钢筋笼时撞笼、扭笼和墩笼而造成钢筋笼屈曲变形损坏的施工问题；②消除钢筋笼安装标高及保护层失控，钢筋笼倾斜和钢筋笼拔起、卡塞混凝土下落成桩等质量通病；③该工艺对成桩桩体混凝土进行初凝前的二次振捣密实，使混凝土密实度和强度得到进一步提高；④钢筋笼通长配筋可提高工程桩的单桩竖向承载力、抗拔和水平承载力；⑤钢筋笼后置技术为“多扩大头”施工工艺技术提供技术依据和前提条件；⑥该技术可使全夯式多头扩底灌注桩施工工艺变得流畅、高效和合理。

三、“全夯式多头扩底灌注桩”的理论研究与设计新理念

全夯式多头扩底灌注桩技术在受力性能、工作原理、桩土相互作用、桩的荷载传递机理、承载力计算等方面均有很大的改进和发展。

3.1充分利用地基土综合承载的性能

全夯式多头扩底灌注桩在（成孔、桩端扩大头、桩身扩大头和桩身夯扩、振插钢筋笼）成桩过程中，多次挤土和振密作用，夯实桩端土和挤（振）密桩周土明显效应，使桩土接触面的混凝土中粗骨料嵌入周边土体形成的毛糙面，增强了桩端土的端阻力和桩周土侧摩阻力，从而达到了充分利用桩端土、桩周土、桩身扩大头下的地基土的综合承载性能，最终达到大幅度提高单桩承载力的效果。

根据桩长范围内不同土层特性设置1个或多个扩大头，将承台以下各层土的强度充分利用。其特别适合桩端承载力不高，而承台以下存在一强度较好的土层时，则可充分利用该较好土层作为桩身扩大头的持力土层，将摩擦桩改为变截面的多支点摩擦端承桩，从而改变了桩的受力机理。

根据各种土层性能特征，利用不同的混凝土充盈系数、夯扩击数及拔管速度等协调土层的收缩应力变化，确保达到设计计算的桩身直径。

3.2全夯式多头扩底灌注桩破坏模式

对于软弱土层中的摩擦桩或一般土层中的小直径普通夯扩桩或全夯桩，以桩端刺入破坏模式为主；大直径桩由于桩端有较大的支承端面积，故以基底土的压密变形为主，伴有少量的侧向挤出。

全夯式多头扩底桩的破坏模式与大直径扩底桩类似，当桩顶受荷较小时，桩底扩大头的 。

土体被挤密，当荷载继续加大时，桩身扩大头底下的土层被挤密，但由于其在多头设置时，对桩身扩大头下的土层夯实挤密，故桩身扩大头底下的土体承载力高于原状土，极限承载力会明显大于大直径扩底桩。

3.3桩身扩大头间距的确定

如上图所示，当两相邻桩身扩大头间距大于最小临界间距时，扩大头周边土体在成桩时被挤密加固，扩大头能提供较大的支承力。当两扩大头间距太小时，扩大头之间的土体在上部荷载的作用下被剪裂，甚至塌落在下面扩大头的上表面，从而浪费了这一段土体的侧摩阻力。多头扩底桩中桩身多头的临界间距H值需根据试验确定，无资料时，可根据下表并结合土层强度综合确定：

注：h为桩身扩大头的高度，一般为0.8～1.6m

3.4理论上的拓展

按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008理论：单桩竖向极限承载力标准值为总极限侧阻力和总极限端阻力之和，全夯实多头扩底灌注桩单桩极限端阻力不但可以由桩端持力层提供，还可有桩身某处（桩身扩大头处）较硬的地基土提供。

按照“桩的总侧阻力与其表面积成正比”的理论和“桩的长度、直径和长径比L/D是影响总侧阻和总端阻的比值，桩端阻力发挥程度和单桩承载力的主要因素之一”的理论，全夯式多头扩底灌注桩采用比表面积大（表面积与桩身体积之比）的桩身几何外形，如多扩大头“葫芦状”夯扩扩大头，相同土层下采用桩的不同长径比，相同材料采用不同的桩径（如桩身的多头扩大头）、桩长，可获得明显提高单桩承载力的实际效果。

通过设置多个扩大头，使桩端面积、桩身周长、桩身多头部位的岩土层端阻力、桩的侧阻力和桩底端阻力增加，对单桩的承载力特征值计算公式进行补充。同时，对单桩的极限抗拔承载力计算公式也进行补充。

①单桩极限承载力特征值公式修改补充如下：

将计算公式Quk＝Qsk+Qpk=β（upΣqsikli＋qpkAp）经众多试验数据分析，

作如下修改Quk＝Qsk+Qpk=β（upΣqsikli＋qpkAp1+ΣqpjkA’pj）

式中：qsik——桩周第i层土的极限侧阻力标准值（Kpa），如无当地经验值时，可按JGJ94－2008表5.3.5－1取值

qpk——极限端阻力特征值（KPa），如无当地经验值时，可按JGJ94—2008表5.3.5-2取值

qpjk——桩身多节部位岩土层端阻力特征值（KPa），如无当地经验值时，可按JGJ94—2008表5.3.5—2取值

β——全夯式多头扩底桩夯实挤扩综合提高系数。

li——桩穿越i层土的厚度，多头位置处土层厚度需扣除

u——桩身周长

Ap——桩端面积

A’pj——桩身多节部位扩出的端头面积，=л×（Di2-di2）/4

②抗拔极限承载力公式修改补充如下：

多头扩底桩由于桩身设置多个扩大头，通过后置式设置钢筋笼，将钢筋笼通长配置，使得基桩的抗拔承载力特征值得到较大提高。

基桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力计算公式修改补充如下：

Tuk=∑λiqsikuili+Gp

基桩呈整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力计算公式修改补充如下：

Tgk=ul/n*∑λiqsikuili+Ggp

Gp—基桩及多头扩底以上支承的桩侧土体自重及基桩自重

Ggp—群桩及多头扩底以上支承的桩侧土体自重及基桩自重除以总桩数

上式其余符号同JGJ94-2008中5.4.5公式规定。

四、全夯式多头扩底桩的适用条件

适用于地下水位以上或以下的地层、软硬夹层的土层，尤其适应较理想的桩端持力层埋置较深而桩长范围内有较好岩土层的场地，对有坚硬夹层时需先进行试验性施工或引孔施工。

五、结论

全夯式多头扩底灌注桩成桩过程中，通过多次挤土和振密作用，形成了挤（振）密桩周土和桩端土效应，增强了桩周土侧摩阻力和桩端土的端阻力，从而达到了充分利用桩端土、桩周土、桩身扩大头下的地基土，最终达到大幅度提高单桩承载力的效果。

其单位体积混凝土承载力约为普通灌注桩的2倍以上，在同样承载力要求下，比普通灌注桩节约材料一倍以上，具有显著的经济效益。

由于单桩承载力高，在相同上部荷载的条件下，可比普通直径桩缩短桩长，减小桩径或桩数，同时亦可减少承台混凝土方量，不仅节省投资，而且施工方便、工期短、造价低、质量优且有利于环保节能。

参考文献：
　　[1] 徐至均，张晓玲，张国栋.编著《新型桩挤扩支盘灌注桩设计施工与工程应用》第2版
　　[2] 《全夯式扩底灌注桩技术规程》ZH-701-2005企业标准

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