橋梁擠擴支盤樁動態設計方法

陳梓駒

廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司 廣東 廣州 510000

1 工程背景

潮汕環線高速公路項目是汕潮揭同城化的戰略需求，是推進區域一體化的重要措施之一，對推動揭陽加快經濟發展具有重要的意義，同時也是完善區域路網結構，適應汕揭通道未來交通發展的需要。該項目是廣東省高速公路網規劃“九縱五橫兩環”高速公路主骨架網中的加密線，其中潮汕聯絡線起于汕頭市潮陽區西臚鎮連接主線，終于汕頭市潮陽區金灶鎮金溪西村東面，通過金灶樞紐互通與潮惠高速相接。

項目橋隧比高，沿線所處地質軟土深厚，含水率高，綜合地質條件、造價、技術等因素，橋梁樁基大部分采用了擠擴支盤樁。

2 擠擴支盤樁技術特點

擠擴支盤樁是按承載力要求和地層土質條件，在設計要求部位對土體進行側向擠壓形成支狀或盤狀空腔，最終形成樁身及支盤結構共同作用的一種特殊的樁基形式。常規樁及擠擴支盤樁受力對比如圖1所示。

圖1 常規樁及支盤樁受力對比示意圖

擠擴支盤樁可通過對土體進行擠壓，提高土的彈模；通過擠擴成支、盤，增大承壓面積，提高樁基支承力，同時可減小沉降變形。

擠擴支盤樁單樁軸向受壓承載力特征值可按《廣東公路橋梁擠擴支盤樁技術規程》（T/GDHS 002-2020）5.3.1相關公式及要求計算，支盤樁單樁承載力計算相比常規摩擦樁計入了支、盤的支承力。在實際施工中，相比常規樁，為了使得擠擴支盤樁滿足原設計的承載力要求，不僅要復核樁基的地質分層，還應核查支、盤的位置、所處的地質是否與設計相符。因此，擠擴支盤樁需要進行施工過程的動態設計以確保樁基承載力滿足要求。

擠擴支盤樁總體施工流程是：直樁成孔→清孔、成孔孔徑檢測→下放擠擴設備擠擴→擠擴完成后清孔、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 擠擴支盤樁動態設計

3.1 前期地質勘察

在設計階段，為了給支盤樁的承載力計算提供充足可靠的地質巖土設計參數，地質勘察應進行逐樁鉆探，并加強標貫試驗、大噸位靜力觸探及旁壓試驗等原位試驗方法[1]，提供每個墩位的土層的側摩阻力及承載力特征值，以及土層對應的預估首次擠擴壓力值。這一步是后續施工過程承載力調控的基礎。

3.2 支盤承載力調控因素

根據《廣東公路橋梁擠擴支盤樁技術規程》（T/GDHS 002-2020）的要求，主要對于出現以下情況時應及時采取調控措施[2]：

（1）當施工過程支盤持力層與設計存在標高差異；

（2）樁基成孔后孔徑檢測結果，支盤處出現嚴重塌孔、縮孔等影響支盤受力或無法繼續施工；

（3）支盤擠擴施工采用首次擠擴壓力值校核持力層土體力學性能結果，當壓力值小于設計規定最小值并超出允許誤差時；

（4）支盤擠擴施工采用擠擴壓硬值校核支盤腔穩定性結果，當小于設計規定值或允許誤差時；

（5）擠擴完成后的支盤腔完整性檢測結果幾何尺寸小于設計規定值并超出允許誤差時。

以上五種情況中，第一種情況在支盤樁直樁成孔施工時，應采用反循環鉆機[3]，相比正循環鉆機，該鉆機撈渣會較為及時，相對準確，較為準確的地質渣樣可為判定支盤持力層位置提供依據，以便后續設計進行支盤位置判定及調控。

對于第二、五種情況，建議采取超聲波、井徑儀兩種檢測方法進行對照檢測，互相檢驗結果，提高判定準確性。另外支盤樁基成樁時間相對較長，為了減少塌孔、縮孔等情況，應采用優質泥漿，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的鉆孔附近，進行試成孔試驗，獲取實際的地質情況、擠擴壓力值等指標，并在施工過程進行參數對比，并綜合考慮前期地質勘察資料的預估首次擠擴壓力值，判定實際壓力值能否滿足設計要求。

對于第四種情況，在設計階段應按照地質的特點，合理設置支、盤結構，并避免設置在軟弱地層。

最后，為了必要時可進行支盤調控措施，在設計階段應預留一定的備用支、盤位置，支、盤豎向間距應預留根據現場土層變化進行調整的空間。

3.3 支盤動態調控

3.3.1 直樁成孔階段

該階段應要求施工單位采用反循環鉆機并及時進行撈渣，頻率至少為1次/m。直樁成孔后除了對孔深、標高及地質情況進行確認以外，還應按照實際撈渣情況，考慮實際的土層厚度、支盤位置合理性，對樁基承載力進行驗算及支盤設置調整。值得注意的是，支盤設置時應盡量設置在持力層的上部，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考慮調整支盤位置或考慮持力層與下層土作為組合土層，調整持力層的力學參數。

該階段為施工前的預調整階段，也應考慮預留后續擠擴過程調控的空間。承載力復算通過，判斷是否需要調整樁長后，對直樁成孔進行終孔確認。

3.3.2 支、盤擠擴階段

該階段監理單位應實時上報擠擴過程的首次壓力值，以及首次擠擴后設備的上升值。

擠擴首壓值根據試成孔及地質勘察資料預估值結果進行綜合對比，當負偏差大于2MPa時進行承載力驗算，不滿足設計要求時進行支、盤位置調整。

設備的上升值可一定程度反映支、盤所處地層的位置，可為后續調控措施指出方向。上升值可通過樁基施工前的試成孔試驗來獲取，本項目設備上升值施工經驗如下表1所示。

表1 擠擴設備上升值（經驗值）

擠擴階段需綜合考慮擠擴壓力值以及設備上升值，當實際上升值與理論上升值下限的負偏差大于5cm，考慮此時擠擴的位置可能位于目標持力層的底部，可能會因持力層厚度不足，導致無法發揮足夠的承托力?；跀D擴值及上升值的支盤判定情況及調控措施如下表2。

表2 基于擠擴值及上升值的支盤調控措施表

在根據實際情況進行支盤調控的過程，需注意以下情況：

（1）每次支盤調整，由于在原位置已進行過擠擴，為了正確反映調整位置后的首壓值，應調整擠擴設備的擠擴角度，避免由于復擠產生首壓值偏低的情況，此外調控次數不宜超過2次，避免塌孔或沉渣厚度過厚導致下盤被沉渣埋置。

（2）每次支盤調整，需考慮支、盤之間的最小間距。支盤樁經滿足規范要求的合理設計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。當間距滿足規范要求時，支盤單獨工作，盤間應力疊加不明顯，土體以壓密變形為主，各支盤至上往下依次承載；當間距過小，盤間應力疊加明顯，此時只有下盤端阻承壓，無法充分發揮各個盤的承載力。規范中支、盤最小豎向間距及設置要求如表3所示。

表3 支、盤最小豎向間距及設置要求

（3）預留足夠的樁根長度，由于支盤樁在擠擴過程中會產生一定的沉渣，當設置6~7盤的時候沉渣厚度可達10m，故在調控過程應結合試成孔試驗沉渣厚度的結果，預留足夠的樁根長度，并在施工支盤樁的前期獲取沉渣厚度數據，以指導后續施工。

4 擠擴支盤樁動態設計實例

4.1 支盤設置及地質情況

潮汕環線高速公路項目支盤樁1#原設計支盤設置如表4所示。

表4 原設計支盤設置及地質情況

直樁成孔采用反循環鉆機，撈渣取樣頻率1次/m，根據撈渣整理的實際地質分層以及原設計地質鉆孔數據對比表見表5。

表5 原設計地質鉆孔數據與實際地質分層對比表

4.2 支盤按實際地質動態調整

原設計地質鉆孔數據與實際地質分層對比表，調整后的支盤設置如表6所示。

表6 支盤調控后的設置情況表

對比原設計情況，六星支1、上盤、六星支2實際地質與原設計基本一致，故維持原設計。中盤2原設計為礫砂盤，實際施工撈渣地質有所不同，經驗算按照原鉆孔該標高附近的8-1k粉質粘土處設置盤承載力富余有所減小，但也可滿足設計要求，另考慮后續施工有調控的空間，故中盤2調整到-43.5m處，中盤1調整到-38m處，預留后續六星支2支改盤的調整空間。下盤原設計位置按實際施工分層處于全風化花崗巖中，不宜做盤，故調整至-52m處粉質粘土層中。

4.3 擠擴施工階段結果

擠擴施工過程監理單位實時上報擠擴過程的首次壓力值，以及首次擠擴后設備的上升值結果如表7所示。

表7 擠擴施工首壓值及上升值結果表

從實際擠擴壓力及上升值來看，可滿足承載力的要求，故可按調整后的支盤設置成樁。

5 結語

本文介紹了橋梁擠擴支盤樁的技術特點，對勘察階段的技術要求，實際施工過程調控情況及原因進行了分析，闡述了橋梁擠擴支盤樁施工過程調控措施技術細節，可為橋梁擠擴支盤樁動態設計提供技術參考。