橋梁工程中擠擴(kuò)支盤樁的豎向靜載荷試驗(yàn)研究

王占奎 梁彥偉 史生軍

1 概述

樁基礎(chǔ)在建筑工程中的應(yīng)用已有幾千年的歷史。擠擴(kuò)支盤樁是在原有等截面鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型樁。它是利用其樁身一個(gè)或若干個(gè)“分支”或“承力盤”［1］，改變了樁的受力機(jī)理，顯著提高了樁的承載能力，如圖1所示。擠擴(kuò)支盤樁較等截面鉆孔灌注樁造價(jià)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(zhì)條件，因而具有十分可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益［2］。

目前，擠擴(kuò)支盤樁在國內(nèi)部分地區(qū)已得到應(yīng)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(lǐng)域，應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)工程的較少。

本文結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，探討了擠擴(kuò)支盤樁在橋梁樁基工程中的受力機(jī)理和承載變形特性。

2 擠擴(kuò)支盤樁工程應(yīng)用

2.1 工程概況

本次試驗(yàn)結(jié)合實(shí)際工程中的擠擴(kuò)支盤樁進(jìn)行，試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件及支盤相對(duì)位置如圖2所示。

2.2 試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程抗壓試驗(yàn)樁共3根，編號(hào)分別為試樁1～試樁3。試驗(yàn)樁參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)樁參數(shù)表

3 單樁靜載抗壓試驗(yàn)結(jié)果

3.1 單樁豎向抗壓承載力

由于試驗(yàn)時(shí)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(qiáng)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(dá)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(duì)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(jī)理試驗(yàn)研究

擠擴(kuò)支盤樁的荷載傳遞是指樁側(cè)摩阻力、支盤阻力及樁端阻力的發(fā)揮過程［2］。結(jié)合實(shí)際工程的現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)進(jìn)行樁身應(yīng)變測(cè)試，進(jìn)而研究擠擴(kuò)支盤樁的荷載傳遞機(jī)理。

3.2.1 樁身應(yīng)變測(cè)試

通過在樁身的相應(yīng)位置安裝應(yīng)變計(jì)，測(cè)試了樁身在加載過程中的變形情況。

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

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

2)隨著樁頂荷載的增加，相應(yīng)支盤的變形也在逐漸增大。但是，當(dāng)樁頂荷載較小時(shí)，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(cè)阻力

試樁的樁側(cè)阻力和樁端阻力如表2所示。

表2 抗壓試驗(yàn)樁樁側(cè)阻力對(duì)比表

在相同的樁頂荷載作用下，從試樁1和試樁2的樁側(cè)和樁端阻力可以看出，試樁1的樁側(cè)阻力承擔(dān)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(cè)和樁端共同承擔(dān)，樁端阻力占樁頂荷載的44%左右。這說明了擠擴(kuò)支盤樁的支盤可以明顯提高樁的側(cè)阻力，從而提高樁的極限承載能力。

4 結(jié)論及建議

1)擠擴(kuò)支盤樁可以充分發(fā)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(duì)提高樁承載力的作用是從上而下的，即當(dāng)上部支盤的承載作用發(fā)揮到一定程度時(shí)，下部支盤的承載能力才能充分發(fā)揮。因此，當(dāng)上部土層較好時(shí)，應(yīng)在上部設(shè)置支盤，以更好地發(fā)揮支盤的作用，提高樁的承載力。

3)擠擴(kuò)支盤樁的支盤阻力對(duì)樁的承載效果影響很大，在設(shè)計(jì)施工中應(yīng)注意采取合理的措施，控制支盤的角度，以充分發(fā)揮支盤的側(cè)阻作用。

擠擴(kuò)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(yīng)用前景和社會(huì)效益。

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

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

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

［4］ 巨玉文，梁仁旺.豎向荷載作用下擠擴(kuò)支盤樁的試驗(yàn)研究及設(shè)計(jì)分析［J］.巖土力學(xué)，2004，25(2):308-315.

［5］ 崔江余.支盤擠擴(kuò)混凝土灌注樁受力機(jī)理及承載力性狀的試驗(yàn)研究［D］.北京:北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.