橋梁工程中擠擴支盤樁的豎向靜載荷試驗研究

王占奎 梁彥偉 史生軍

1 概述

樁基礎在建筑工程中的應用已有幾千年的歷史。擠擴支盤樁是在原有等截面鉆孔灌注樁的基礎上發展起來的一種新型樁。它是利用其樁身一個或若干個“分支”或“承力盤”［1］，改變了樁的受力機理，顯著提高了樁的承載能力，如圖1所示。擠擴支盤樁較等截面鉆孔灌注樁造價增加不多，而承載力卻得到大幅度提高，并且它能夠適用于各種孔徑和地質條件，因而具有十分可觀的社會效益和經濟效益［2］。

目前，擠擴支盤樁在國內部分地區已得到應用和推廣，積累了一些工程資料［2-5］，但這些工程資料大部分局限于建筑領域，應用于橋梁基礎工程的較少。

本文結合實際工程應用，探討了擠擴支盤樁在橋梁樁基工程中的受力機理和承載變形特性。

2 擠擴支盤樁工程應用

2.1 工程概況

本次試驗結合實際工程中的擠擴支盤樁進行，試驗場區地質條件及支盤相對位置如圖2所示。

2.2 試驗樁設計參數

本工程抗壓試驗樁共3根，編號分別為試樁1～試樁3。試驗樁參數見表1。

表1 試驗樁參數表

3 單樁靜載抗壓試驗結果

3.1 單樁豎向抗壓承載力

由于試驗時樁的豎向荷載的反力裝置是通過錨樁提供的，因此最大加載由提供反力的錨樁的樁身強度決定。試樁的單樁豎向靜壓加卸載過程的荷載—位移曲線，即Q—s曲線見圖3。

從圖3荷載變形曲線可以看出，支盤樁的荷載變形曲線較為平緩，支盤樁的承載能力和抗變形能力明顯大于非支盤樁。

1)支盤樁的最大承載力達到了18 600 kN，非支盤樁的最大承載力僅為9 000 kN，支盤樁較非支盤樁的承載能力增加了一倍，說明支盤對提高樁的承載能力作用顯著。

2)支盤樁的最大沉降分別為4.78 mm和5.42 mm，非支盤樁的最大沉降為17.49 mm，是支盤樁的3倍多。

3.2 荷載傳遞機理試驗研究

擠擴支盤樁的荷載傳遞是指樁側摩阻力、支盤阻力及樁端阻力的發揮過程［2］。結合實際工程的現場載荷試驗進行樁身應變測試，進而研究擠擴支盤樁的荷載傳遞機理。

3.2.1 樁身應變測試

通過在樁身的相應位置安裝應變計，測試了樁身在加載過程中的變形情況。

通過應變測試分析得出，試樁1在支盤的位置應變有突變，變形量明顯增大，而試樁2的應變變化比較均勻。

1)試樁1在最上面支盤的位置應變最大，隨著深度的增加，支盤位置的應變逐漸減小，說明擠擴支盤樁的支或盤隨著深度的增加，對樁承載力的貢獻是逐漸降低的，最上端的支盤貢獻最大。

2)隨著樁頂荷載的增加，相應支盤的變形也在逐漸增大。但是，當樁頂荷載較小時，上端支盤的變形增大的比較明顯。隨著樁頂荷載的增加，上端支盤的變形增加趨于平緩，下端的支盤變形增加明顯。

3.2.2 樁側阻力

試樁的樁側阻力和樁端阻力如表2所示。

表2 抗壓試驗樁樁側阻力對比表

在相同的樁頂荷載作用下，從試樁1和試樁2的樁側和樁端阻力可以看出，試樁1的樁側阻力承擔了大部分的樁頂荷載，樁端阻力只占了樁頂荷載的10%左右，而試樁2的樁頂荷載由樁側和樁端共同承擔，樁端阻力占樁頂荷載的44%左右。這說明了擠擴支盤樁的支盤可以明顯提高樁的側阻力，從而提高樁的極限承載能力。

4 結論及建議

1)擠擴支盤樁可以充分發揮土層的承載力，提高樁的極限承載力、減小樁頂沉降量。

2)支盤對提高樁承載力的作用是從上而下的，即當上部支盤的承載作用發揮到一定程度時，下部支盤的承載能力才能充分發揮。因此，當上部土層較好時，應在上部設置支盤，以更好地發揮支盤的作用，提高樁的承載力。

3)擠擴支盤樁的支盤阻力對樁的承載效果影響很大，在設計施工中應注意采取合理的措施，控制支盤的角度，以充分發揮支盤的側阻作用。

擠擴支盤樁的受力特性不同于普通的灌注樁，它充分利用土層的承載力，減少了樁基的沉降量，具有較高的承載力，有著良好的工程應用前景和社會效益。

［1］ 史佩棟.樁基工程手冊(樁和樁基礎手冊)［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［2］ 錢德玲.擠擴支盤樁的荷載傳遞規律及FEM模擬研究［J］.巖土工程學報，2002，24(3):371-375.

［3］ 吳永紅.多支盤鉆孔灌注樁基礎沉降計算理論與方法［J］.巖土工程學報，2000，22(5):528-531.

［4］ 巨玉文，梁仁旺.豎向荷載作用下擠擴支盤樁的試驗研究及設計分析［J］.巖土力學，2004，25(2):308-315.

［5］ 崔江余.支盤擠擴混凝土灌注樁受力機理及承載力性狀的試驗研究［D］.北京:北京交通大學碩士學位論文，2001.