橋梁擠擴支盤樁承載性能探討

林 云，李海山

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

隨著支盤樁技術在工民建領域效果突顯，交通領域也開始研究并引入支盤樁技術。廣東潮汕環線高速公路項目區域地質情況復雜，橋梁所在地屬于高地震基本烈度區，軟基覆蓋層普遍深厚，因此橋梁設計樁長很長。本文以桑田高架橋橋址試樁試驗為依據，對比分析常規樁與支盤樁在地質條件基本一致的條件下的各項性能，試樁樁基平面布置如圖1所示。

圖1 試樁樁基平面布置圖

共布置編號SZ2～SZ6的5根樁基礎，其中SZ2、SZ3、SZ6為樁徑1.2 m的普通樁基礎，其地質情況見表1；SZ4、SZ5為上端1.6 m、下端1.2 m的擠擴支盤樁基礎。支盤樁構造示意及其地層條件如圖2所示。

圖2 支盤樁構造示意圖(單位：mm)

SZ2、SZ3地質表土層標高(m)土層類型側摩阻力(kPa)SZ6地質表土層標高(m)土層類型側摩阻力(kPa)-8.73淤泥320-12.03淤泥320-17.73淤泥質土3-125-15.23淤泥質土3-125-18.43中砂3-645-21.43粉質黏土3-260-20.93粉質黏土3-260-22.63中砂3-645-21.93中砂3-645-25.83粉質黏土3-260-24.43粉質黏土3-260-27.33細砂3-540-26.43細砂3-540-30.03中砂3-645-29.53中砂3-645-32.23粗砂3-760-39.03粉質黏土4-260-47.53粉質黏土4-265-40.23礫砂4-8100-48.43粗砂4-780-48.43粉質黏土4-265-50.53粉質黏土4-265-49.73細砂4-550-51.53粗砂4-780-51.13粗砂4-8100-52.23粉質黏土4-265-52.13中砂4-660-53.23砂礫5-8110-54.03粉質黏土5-265-54.63粗砂5-7100-55.83粗砂5-8110-59.63粉質黏土5-265-58.83粉質黏土5-265-60.33細砂5-265-60.03粗砂5-7100-62.03粉質黏土5-265砂質黏土7-270-62.53中砂5-670全風化花崗巖9-180-64.43粉質黏土5-265強風化花崗巖9-2100-65.53砂質黏性土7-270

1 樁身軸力對比分析

試樁試驗采用慢速維持荷載法分級加載，各級荷載下樁身軸力分布圖如圖3～7所示。

圖3 SZ2各級荷載下樁身軸力曲線圖

圖4 SZ3各級荷載下樁身軸力曲線圖

圖5 SZ6各級荷載下樁身軸力曲線圖

圖3～5為普通樁基礎的軸力分布圖，其軸力隨著樁長的增加而逐漸減小，在各級荷載作用下，軸力的增加也比較均勻，樁深-軸力圖近似一圓滑的曲線。

圖6 SZ4各級荷載下樁身軸力曲線圖

圖7 SZ5各級荷載下樁身軸力曲線圖

圖6～7為擠擴支盤樁基礎的軸力分布圖，可以看到，支盤樁與常規樁軸力分布圖存在明顯的區別。當樁頂荷載<11 880 kN時，承力盤幾乎不起作用，因此承力盤標高處軸力曲線光滑，此時主要是由樁側摩阻力發揮以提供承載力，樁深-軸力圖與常規樁基本一致；當樁頂荷載>11 880 kN時，承力盤開始發揮承載力，承力盤標高處軸力突變增大。這是因為此時承力盤與盤下土體的相對位移使得土體壓縮，使土體開始發揮承載力。同時，由于承力盤對軸力削減作用明顯，使得在相同荷載、相同樁長時，樁端阻力要比常規樁小得多。

2 樁基位移對比分析

圖8為SZ2-SZ6各樁試驗荷載與樁頂累計沉降的關系圖。

圖8 各樁試驗荷載-沉降關系曲線圖

從圖8可以看到，對于SZ2、SZ3、SZ6三根常規樁基礎，隨著試驗荷載的增加，樁頂位移與荷載基本呈線性關系。當試驗荷載加載到大于12 000 kN～15 600 kN時，位移迅速增加，因此可判定此時樁基達到極限承載力。對于SZ4、SZ5兩根支盤樁，樁頂沉降隨著試驗荷載的增加基本呈線性增長，直至最大加載值21 120 kN時，樁頂位移量分別為33 mm和42 mm，樁基未達到極限承載力。

進一步分析支盤樁的沉降，可以知道支盤樁樁頂沉降由樁身本身彈性壓縮和樁端沉降組成。其中，樁身壓縮量可以通過相鄰兩個截面的軸力值和樁身混凝土材料的彈性模量求得；樁頂沉降量由試驗測得，由此可求得在各級試驗荷載下的樁端沉降。見表2。

表2 支盤樁壓縮沉降表(mm)

圖9 SZ4樁身各處壓縮沉降量關系曲線圖

圖10 SZ5樁身各處壓縮沉降量關系曲線圖

從圖9～10中可以很直觀地發現，樁身壓縮量基本上隨著樁頂荷載線性增加，樁身材料處于線彈性階段。而樁端沉降的增加呈現出明顯的非線性，試驗荷載越大，則沉降曲線的斜率越大，說明隨著試驗荷載的不斷增大，樁端沉降增大越來越快，到最后樁頂沉降主要由樁端沉降控制。

3 支盤樁性能分析

以下以支盤樁SZ4為研究對象，分析支盤樁在樁頂試驗荷載作用下的各項力學特性。

圖11 SZ4各級荷載下各支盤端承力變化曲線圖

每級荷載下各支盤端承力變化曲線見圖11。在整個荷載施加過程中(由0至極限荷載級21 120 kN)，各支、盤端承力均處在不斷增長的趨勢中，其中3個盤增長幅度遠大于3個六星支的增長幅度；且支盤力的發揮順序是由上至下逐漸發揮。

圖12 SZ4各支盤力隨樁頂位移變化曲線圖

各支盤力隨樁頂位移變化曲線見圖12。由圖12可知，各盤發揮端承力大小為上盤>中盤>底盤，這是由于上盤位移大，激發的端承力較充分；各六星支發揮端承力大小為六星支2>六星支3>六星支1。

圖13 各級荷載下各支盤分擔支撐力百分比變化曲線圖

每級荷載下各支盤分擔支撐力占總支盤力的百分比變化曲線見圖13。由圖13可知，在荷載較小的情況下，靠近樁頂的支、盤貢獻的承載力占總支盤力的百分比較高，遠離樁頂的支、盤貢獻的承載力占總支盤的百分比較低；隨著荷載的增加，支盤之間貢獻的承載力占總支盤力的百分比不斷變化，最終趨向于一個較穩定的比值。如極限荷載級21 120 kN作用下，

六星支1/上盤/中盤/六星支2/底盤/六星支3分別為5.13%、28.50%、22.95%、11.02%、22.66%、9.73%。

4 結語

(1)相對于常規樁，支盤樁由于支盤的承力性，樁身軸力在支盤處突變增大，對軸力削減作用明顯，能大幅度提高樁的承載力。

(2)當試驗荷載增大到一定程度時，常規樁樁頂位移迅速增大直至樁基失效，而此時支盤樁樁頂位移仍基本呈線性增長。

(3)支盤的存在把支盤樁分成不同的樁身部分，不同位置的支盤承擔的荷載比例不同。盤承擔的荷載大于支，且支盤力的發揮順序是由上至下逐漸發揮。

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