橋梁擠擴(kuò)支盤樁承載性能探討

林 云，李海山

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

隨著支盤樁技術(shù)在工民建領(lǐng)域效果突顯，交通領(lǐng)域也開始研究并引入支盤樁技術(shù)。廣東潮汕環(huán)線高速公路項(xiàng)目區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜，橋梁所在地屬于高地震基本烈度區(qū)，軟基覆蓋層普遍深厚，因此橋梁設(shè)計(jì)樁長很長。本文以桑田高架橋橋址試樁試驗(yàn)為依據(jù)，對比分析常規(guī)樁與支盤樁在地質(zhì)條件基本一致的條件下的各項(xiàng)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(chǔ)，其中SZ2、SZ3、SZ6為樁徑1.2 m的普通樁基礎(chǔ)，其地質(zhì)情況見表1；SZ4、SZ5為上端1.6 m、下端1.2 m的擠擴(kuò)支盤樁基礎(chǔ)。支盤樁構(gòu)造示意及其地層條件如圖2所示。

圖2 支盤樁構(gòu)造示意圖(單位：mm)

SZ2、SZ3地質(zhì)表土層標(biāo)高(m)土層類型側(cè)摩阻力(kPa)SZ6地質(zhì)表土層標(biāo)高(m)土層類型側(cè)摩阻力(kPa)-8.73淤泥320-12.03淤泥320-17.73淤泥質(zhì)土3-125-15.23淤泥質(zhì)土3-125-18.43中砂3-645-21.43粉質(zhì)黏土3-260-20.93粉質(zhì)黏土3-260-22.63中砂3-645-21.93中砂3-645-25.83粉質(zhì)黏土3-260-24.43粉質(zhì)黏土3-260-27.33細(xì)砂3-540-26.43細(xì)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(zhì)黏土4-260-47.53粉質(zhì)黏土4-265-40.23礫砂4-8100-48.43粗砂4-780-48.43粉質(zhì)黏土4-265-50.53粉質(zhì)黏土4-265-49.73細(xì)砂4-550-51.53粗砂4-780-51.13粗砂4-8100-52.23粉質(zhì)黏土4-265-52.13中砂4-660-53.23砂礫5-8110-54.03粉質(zhì)黏土5-265-54.63粗砂5-7100-55.83粗砂5-8110-59.63粉質(zhì)黏土5-265-58.83粉質(zhì)黏土5-265-60.33細(xì)砂5-265-60.03粗砂5-7100-62.03粉質(zhì)黏土5-265砂質(zhì)黏土7-270-62.53中砂5-670全風(fēng)化花崗巖9-180-64.43粉質(zhì)黏土5-265強(qiáng)風(fēng)化花崗巖9-2100-65.53砂質(zhì)黏性土7-270

1 樁身軸力對比分析

試樁試驗(yàn)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(chǔ)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(kuò)支盤樁基礎(chǔ)的軸力分布圖，可以看到，支盤樁與常規(guī)樁軸力分布圖存在明顯的區(qū)別。當(dāng)樁頂荷載<11 880 kN時(shí)，承力盤幾乎不起作用，因此承力盤標(biāo)高處軸力曲線光滑，此時(shí)主要是由樁側(cè)摩阻力發(fā)揮以提供承載力，樁深-軸力圖與常規(guī)樁基本一致；當(dāng)樁頂荷載>11 880 kN時(shí)，承力盤開始發(fā)揮承載力，承力盤標(biāo)高處軸力突變增大。這是因?yàn)榇藭r(shí)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(fā)揮承載力。同時(shí)，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(shí)，樁端阻力要比常規(guī)樁小得多。

2 樁基位移對比分析

圖8為SZ2-SZ6各樁試驗(yàn)荷載與樁頂累計(jì)沉降的關(guān)系圖。

圖8 各樁試驗(yàn)荷載-沉降關(guān)系曲線圖

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

進(jìn)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(gè)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(yàn)測得，由此可求得在各級試驗(yàn)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(guān)系曲線圖

圖10 SZ5樁身各處壓縮沉降量關(guān)系曲線圖

從圖9～10中可以很直觀地發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)出明顯的非線性，試驗(yàn)荷載越大，則沉降曲線的斜率越大，說明隨著試驗(yàn)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(yàn)荷載作用下的各項(xiàng)力學(xué)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(gè)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(gè)盤增長幅度遠(yuǎn)大于3個(gè)六星支的增長幅度；且支盤力的發(fā)揮順序是由上至下逐漸發(fā)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(fā)揮端承力大小為上盤>中盤>底盤，這是由于上盤位移大，激發(fā)的端承力較充分；各六星支發(fā)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(dān)支撐力百分比變化曲線圖

每級荷載下各支盤分擔(dān)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?shù)闹?、盤貢獻(xiàn)的承載力占總支盤力的百分比較高，遠(yuǎn)離樁頂?shù)闹?、盤貢獻(xiàn)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(xiàn)的承載力占總支盤力的百分比不斷變化，最終趨向于一個(gè)較穩(wěn)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(jié)語

(1)相對于常規(guī)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(dāng)試驗(yàn)荷載增大到一定程度時(shí)，常規(guī)樁樁頂位移迅速增大直至樁基失效，而此時(shí)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(dān)的荷載比例不同。盤承擔(dān)的荷載大于支，且支盤力的發(fā)揮順序是由上至下逐漸發(fā)揮。

[1]夏庭海，何國富.軟土地基擠擴(kuò)支盤樁和直桿灌注樁靜載試驗(yàn)與成果分析[J].工程勘察，2010(8)：11-15.

[2]劉艷東，宋 燁.擠擴(kuò)支盤樁承載力研究及在工程中的應(yīng)用[J].安徽建筑，2010(6)：104-105.

[3]李 楓，宋煥豹，周云東.擠擴(kuò)支盤樁的承載特性[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(2)：202-205.

[4]曾榮昌，梁志鑫.淺談擠擴(kuò)支盤樁在大潤發(fā)蘇州東環(huán)店樁基工程的施工[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(8)：79-80.

[5]李躍輝，高笑娟.擠擴(kuò)支盤樁與普通樁抗拔承載力對比試驗(yàn)研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(3)：391-395.

[6]王振玲.擠擴(kuò)支盤樁在工程中的應(yīng)用[J].山西建筑.2011(1)：62-63.