橋梁擠擴(kuò)支盤樁動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法

陳梓駒

廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣東 廣州 510000

1 工程背景

潮汕環(huán)線高速公路項(xiàng)目是汕潮揭同城化的戰(zhàn)略需求，是推進(jìn)區(qū)域一體化的重要措施之一，對(duì)推動(dòng)揭陽加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義，同時(shí)也是完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)汕揭通道未來交通發(fā)展的需要。該項(xiàng)目是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“九縱五橫兩環(huán)”高速公路主骨架網(wǎng)中的加密線，其中潮汕聯(lián)絡(luò)線起于汕頭市潮陽區(qū)西臚鎮(zhèn)連接主線，終于汕頭市潮陽區(qū)金灶鎮(zhèn)金溪西村東面，通過金灶樞紐互通與潮惠高速相接。

項(xiàng)目橋隧比高，沿線所處地質(zhì)軟土深厚，含水率高，綜合地質(zhì)條件、造價(jià)、技術(shù)等因素，橋梁樁基大部分采用了擠擴(kuò)支盤樁。

2 擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)特點(diǎn)

擠擴(kuò)支盤樁是按承載力要求和地層土質(zhì)條件，在設(shè)計(jì)要求部位對(duì)土體進(jìn)行側(cè)向擠壓形成支狀或盤狀空腔，最終形成樁身及支盤結(jié)構(gòu)共同作用的一種特殊的樁基形式。常規(guī)樁及擠擴(kuò)支盤樁受力對(duì)比如圖1所示。

圖1 常規(guī)樁及支盤樁受力對(duì)比示意圖

擠擴(kuò)支盤樁可通過對(duì)土體進(jìn)行擠壓，提高土的彈模；通過擠擴(kuò)成支、盤，增大承壓面積，提高樁基支承力，同時(shí)可減小沉降變形。

擠擴(kuò)支盤樁單樁軸向受壓承載力特征值可按《廣東公路橋梁擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)規(guī)程》（T/GDHS 002-2020）5.3.1相關(guān)公式及要求計(jì)算，支盤樁單樁承載力計(jì)算相比常規(guī)摩擦樁計(jì)入了支、盤的支承力。在實(shí)際施工中，相比常規(guī)樁，為了使得擠擴(kuò)支盤樁滿足原設(shè)計(jì)的承載力要求，不僅要復(fù)核樁基的地質(zhì)分層，還應(yīng)核查支、盤的位置、所處的地質(zhì)是否與設(shè)計(jì)相符。因此，擠擴(kuò)支盤樁需要進(jìn)行施工過程的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)以確保樁基承載力滿足要求。

擠擴(kuò)支盤樁總體施工流程是：直樁成孔→清孔、成孔孔徑檢測→下放擠擴(kuò)設(shè)備擠擴(kuò)→擠擴(kuò)完成后清孔、孔徑及支盤尺寸檢測→下放鋼筋籠、澆筑混凝土成樁。支盤樁施工流程示意如下圖2所示。

圖2 支盤樁施工流程示意圖

3 擠擴(kuò)支盤樁動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

3.1 前期地質(zhì)勘察

在設(shè)計(jì)階段，為了給支盤樁的承載力計(jì)算提供充足可靠的地質(zhì)巖土設(shè)計(jì)參數(shù)，地質(zhì)勘察應(yīng)進(jìn)行逐樁鉆探，并加強(qiáng)標(biāo)貫試驗(yàn)、大噸位靜力觸探及旁壓試驗(yàn)等原位試驗(yàn)方法[1]，提供每個(gè)墩位的土層的側(cè)摩阻力及承載力特征值，以及土層對(duì)應(yīng)的預(yù)估首次擠擴(kuò)壓力值。這一步是后續(xù)施工過程承載力調(diào)控的基礎(chǔ)。

3.2 支盤承載力調(diào)控因素

根據(jù)《廣東公路橋梁擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)規(guī)程》（T/GDHS 002-2020）的要求，主要對(duì)于出現(xiàn)以下情況時(shí)應(yīng)及時(shí)采取調(diào)控措施[2]：

（1）當(dāng)施工過程支盤持力層與設(shè)計(jì)存在標(biāo)高差異；

（2）樁基成孔后孔徑檢測結(jié)果，支盤處出現(xiàn)嚴(yán)重塌孔、縮孔等影響支盤受力或無法繼續(xù)施工；

（3）支盤擠擴(kuò)施工采用首次擠擴(kuò)壓力值校核持力層土體力學(xué)性能結(jié)果，當(dāng)壓力值小于設(shè)計(jì)規(guī)定最小值并超出允許誤差時(shí)；

（4）支盤擠擴(kuò)施工采用擠擴(kuò)壓硬值校核支盤腔穩(wěn)定性結(jié)果，當(dāng)小于設(shè)計(jì)規(guī)定值或允許誤差時(shí)；

（5）擠擴(kuò)完成后的支盤腔完整性檢測結(jié)果幾何尺寸小于設(shè)計(jì)規(guī)定值并超出允許誤差時(shí)。

以上五種情況中，第一種情況在支盤樁直樁成孔施工時(shí)，應(yīng)采用反循環(huán)鉆機(jī)[3]，相比正循環(huán)鉆機(jī)，該鉆機(jī)撈渣會(huì)較為及時(shí)，相對(duì)準(zhǔn)確，較為準(zhǔn)確的地質(zhì)渣樣可為判定支盤持力層位置提供依據(jù)，以便后續(xù)設(shè)計(jì)進(jìn)行支盤位置判定及調(diào)控。

對(duì)于第二、五種情況，建議采取超聲波、井徑儀兩種檢測方法進(jìn)行對(duì)照檢測，互相檢驗(yàn)結(jié)果，提高判定準(zhǔn)確性。另外支盤樁基成樁時(shí)間相對(duì)較長，為了減少塌孔、縮孔等情況，應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)泥漿，比重控制在1.05~1.25，在易塌孔土層比重可增大至1.2~1.35。

第三種情況則建議在樁基施工前，選取具有代表性地質(zhì)的鉆孔附近，進(jìn)行試成孔試驗(yàn)，獲取實(shí)際的地質(zhì)情況、擠擴(kuò)壓力值等指標(biāo)，并在施工過程進(jìn)行參數(shù)對(duì)比，并綜合考慮前期地質(zhì)勘察資料的預(yù)估首次擠擴(kuò)壓力值，判定實(shí)際壓力值能否滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于第四種情況，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)按照地質(zhì)的特點(diǎn)，合理設(shè)置支、盤結(jié)構(gòu)，并避免設(shè)置在軟弱地層。

最后，為了必要時(shí)可進(jìn)行支盤調(diào)控措施，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)預(yù)留一定的備用支、盤位置，支、盤豎向間距應(yīng)預(yù)留根據(jù)現(xiàn)場土層變化進(jìn)行調(diào)整的空間。

3.3 支盤動(dòng)態(tài)調(diào)控

3.3.1 直樁成孔階段

該階段應(yīng)要求施工單位采用反循環(huán)鉆機(jī)并及時(shí)進(jìn)行撈渣，頻率至少為1次/m。直樁成孔后除了對(duì)孔深、標(biāo)高及地質(zhì)情況進(jìn)行確認(rèn)以外，還應(yīng)按照實(shí)際撈渣情況，考慮實(shí)際的土層厚度、支盤位置合理性，對(duì)樁基承載力進(jìn)行驗(yàn)算及支盤設(shè)置調(diào)整。值得注意的是，支盤設(shè)置時(shí)應(yīng)盡量設(shè)置在持力層的上部，使得支盤底部有足夠厚度的持力層來充分提供承載力，若無法保證底部的持力層厚度則應(yīng)考慮調(diào)整支盤位置或考慮持力層與下層土作為組合土層，調(diào)整持力層的力學(xué)參數(shù)。

該階段為施工前的預(yù)調(diào)整階段，也應(yīng)考慮預(yù)留后續(xù)擠擴(kuò)過程調(diào)控的空間。承載力復(fù)算通過，判斷是否需要調(diào)整樁長后，對(duì)直樁成孔進(jìn)行終孔確認(rèn)。

3.3.2 支、盤擠擴(kuò)階段

該階段監(jiān)理單位應(yīng)實(shí)時(shí)上報(bào)擠擴(kuò)過程的首次壓力值，以及首次擠擴(kuò)后設(shè)備的上升值。

擠擴(kuò)首壓值根據(jù)試成孔及地質(zhì)勘察資料預(yù)估值結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比，當(dāng)負(fù)偏差大于2MPa時(shí)進(jìn)行承載力驗(yàn)算，不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)進(jìn)行支、盤位置調(diào)整。

設(shè)備的上升值可一定程度反映支、盤所處地層的位置，可為后續(xù)調(diào)控措施指出方向。上升值可通過樁基施工前的試成孔試驗(yàn)來獲取，本項(xiàng)目設(shè)備上升值施工經(jīng)驗(yàn)如下表1所示。

表1 擠擴(kuò)設(shè)備上升值（經(jīng)驗(yàn)值）

擠擴(kuò)階段需綜合考慮擠擴(kuò)壓力值以及設(shè)備上升值，當(dāng)實(shí)際上升值與理論上升值下限的負(fù)偏差大于5cm，考慮此時(shí)擠擴(kuò)的位置可能位于目標(biāo)持力層的底部，可能會(huì)因持力層厚度不足，導(dǎo)致無法發(fā)揮足夠的承托力。基于擠擴(kuò)值及上升值的支盤判定情況及調(diào)控措施如下表2。

表2 基于擠擴(kuò)值及上升值的支盤調(diào)控措施表

在根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行支盤調(diào)控的過程，需注意以下情況：

（1）每次支盤調(diào)整，由于在原位置已進(jìn)行過擠擴(kuò)，為了正確反映調(diào)整位置后的首壓值，應(yīng)調(diào)整擠擴(kuò)設(shè)備的擠擴(kuò)角度，避免由于復(fù)擠產(chǎn)生首壓值偏低的情況，此外調(diào)控次數(shù)不宜超過2次，避免塌孔或沉渣厚度過厚導(dǎo)致下盤被沉渣埋置。

（2）每次支盤調(diào)整，需考慮支、盤之間的最小間距。支盤樁經(jīng)滿足規(guī)范要求的合理設(shè)計(jì)后的極限破壞形式主要有支、盤底部土體的破壞以及樁端處土體的破壞。當(dāng)間距滿足規(guī)范要求時(shí)，支盤單獨(dú)工作，盤間應(yīng)力疊加不明顯，土體以壓密變形為主，各支盤至上往下依次承載；當(dāng)間距過小，盤間應(yīng)力疊加明顯，此時(shí)只有下盤端阻承壓，無法充分發(fā)揮各個(gè)盤的承載力。規(guī)范中支、盤最小豎向間距及設(shè)置要求如表3所示。

表3 支、盤最小豎向間距及設(shè)置要求

（3）預(yù)留足夠的樁根長度，由于支盤樁在擠擴(kuò)過程中會(huì)產(chǎn)生一定的沉渣，當(dāng)設(shè)置6~7盤的時(shí)候沉渣厚度可達(dá)10m，故在調(diào)控過程應(yīng)結(jié)合試成孔試驗(yàn)沉渣厚度的結(jié)果，預(yù)留足夠的樁根長度，并在施工支盤樁的前期獲取沉渣厚度數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)后續(xù)施工。

4 擠擴(kuò)支盤樁動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 支盤設(shè)置及地質(zhì)情況

潮汕環(huán)線高速公路項(xiàng)目支盤樁1#原設(shè)計(jì)支盤設(shè)置如表4所示。

表4 原設(shè)計(jì)支盤設(shè)置及地質(zhì)情況

直樁成孔采用反循環(huán)鉆機(jī)，撈渣取樣頻率1次/m，根據(jù)撈渣整理的實(shí)際地質(zhì)分層以及原設(shè)計(jì)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)比表見表5。

表5 原設(shè)計(jì)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)與實(shí)際地質(zhì)分層對(duì)比表

4.2 支盤按實(shí)際地質(zhì)動(dòng)態(tài)調(diào)整

原設(shè)計(jì)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)與實(shí)際地質(zhì)分層對(duì)比表，調(diào)整后的支盤設(shè)置如表6所示。

表6 支盤調(diào)控后的設(shè)置情況表

對(duì)比原設(shè)計(jì)情況，六星支1、上盤、六星支2實(shí)際地質(zhì)與原設(shè)計(jì)基本一致，故維持原設(shè)計(jì)。中盤2原設(shè)計(jì)為礫砂盤，實(shí)際施工撈渣地質(zhì)有所不同，經(jīng)驗(yàn)算按照原鉆孔該標(biāo)高附近的8-1k粉質(zhì)粘土處設(shè)置盤承載力富余有所減小，但也可滿足設(shè)計(jì)要求，另考慮后續(xù)施工有調(diào)控的空間，故中盤2調(diào)整到-43.5m處，中盤1調(diào)整到-38m處，預(yù)留后續(xù)六星支2支改盤的調(diào)整空間。下盤原設(shè)計(jì)位置按實(shí)際施工分層處于全風(fēng)化花崗巖中，不宜做盤，故調(diào)整至-52m處粉質(zhì)粘土層中。

4.3 擠擴(kuò)施工階段結(jié)果

擠擴(kuò)施工過程監(jiān)理單位實(shí)時(shí)上報(bào)擠擴(kuò)過程的首次壓力值，以及首次擠擴(kuò)后設(shè)備的上升值結(jié)果如表7所示。

表7 擠擴(kuò)施工首壓值及上升值結(jié)果表

從實(shí)際擠擴(kuò)壓力及上升值來看，可滿足承載力的要求，故可按調(diào)整后的支盤設(shè)置成樁。

5 結(jié)語

本文介紹了橋梁擠擴(kuò)支盤樁的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)勘察階段的技術(shù)要求，實(shí)際施工過程調(diào)控情況及原因進(jìn)行了分析，闡述了橋梁擠擴(kuò)支盤樁施工過程調(diào)控措施技術(shù)細(xì)節(jié)，可為橋梁擠擴(kuò)支盤樁動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。