小直徑支盤樁在公路軟基處治中的應(yīng)用研究

蘇初明　駱俊暉　米德才　于偉然

摘要：小直徑支盤樁是一種變截面樁，具有強(qiáng)度高、工后沉降穩(wěn)定周期短、沉降量小，單樁及群樁穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，適合處理軟土路基。文章結(jié)合潮汕環(huán)線高速公路項(xiàng)目一期工程T7標(biāo)河溪互通工程實(shí)例，通過擠擴(kuò)支盤樁軟基處理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)支盤樁與等截面管樁承載性能進(jìn)行數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，得出支盤樁承載力具有明顯的優(yōu)勢(shì)且其單樁及群樁沉降量小、穩(wěn)定性好。

關(guān)鍵詞：支盤樁;軟土路基;承載力;穩(wěn)定性

中國(guó)分類號(hào)：U416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

基礎(chǔ)建設(shè)工程中，樁在世界范圍內(nèi)被廣泛使用，典型案例如在中國(guó)上海中心大廈（632 m）采用了直徑為1 m、樁端埋深88 m的大直徑超長(zhǎng)灌注樁[1];中國(guó)港珠澳大橋島隧結(jié)合段應(yīng)用了高壓旋噴樁[2]。本文主要是介紹一種新型樁型——小直徑支盤樁，小直徑支盤樁直徑一般為600 mm，是在等直徑灌注樁的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，在樁身的不同位置增加分支和承力盤。支盤樁的特點(diǎn)是：承載力高;完工后穩(wěn)定周期短，沉降小;支盤樁樁身剛度大，單樁及群樁穩(wěn)定性高;減少后期預(yù)壓工序，可節(jié)省工期[3]。

軟土路基，是指強(qiáng)度低、壓縮量較高的軟弱土層，軟土包括保水的軟弱黏性土和淤泥[4]。樁基礎(chǔ)在軟土路基的使用也是極其廣泛。在軟土路基中，由于軟土中普遍存在淤泥和軟弱黏性土，使普通等直徑樁的側(cè)摩阻力利用率不高，只能通過樁端進(jìn)入較深的持力層從而通過端阻力提供承載力。相比等直徑普通樁，支盤樁更適合用于軟土路基中，支盤樁通過支盤提供的端承力和側(cè)摩阻力，不用進(jìn)入深層持力層也可大幅度提高承載力。同時(shí)，小直徑支盤樁仍存在著較多的關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決[5]。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

1.1 工程概況

潮汕環(huán)線高速公路項(xiàng)目是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“十縱五橫兩環(huán)”高速公路主骨架網(wǎng)中的加密線，呈半環(huán)形穿過粵東汕頭、潮州、揭陽(yáng)三市。項(xiàng)目全長(zhǎng)約82.2 km，多處于沿海軟土地基范圍，T7、T12、T13標(biāo)主線位于牛田洋區(qū)域內(nèi)，地表以下存在10～20 m流塑狀淤泥層（含水量為80%～100%，孔隙比為2.1～2.7），地質(zhì)條件非常差，地基處理費(fèi)用高，現(xiàn)有的處理方案多有局限性。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、地質(zhì)調(diào)繪成果及鉆探揭露，地層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1所示。

1.2 支盤樁在軟土路基中的承載力分析

地質(zhì)資料顯示該場(chǎng)地上部淤泥物理力學(xué)性質(zhì)非常差，管樁地基處理往往存在單樁承載力低、軟土地基適應(yīng)差及路基滑移等問題，在潮汕環(huán)線高速公路[6]項(xiàng)目一期工程T7河溪互通擠擴(kuò)支盤樁軟基處理試驗(yàn)段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比，分析現(xiàn)場(chǎng)試樁的結(jié)果顯示，小直徑支盤樁在淤泥層中成樁及砂層中能成盤的效果良好。

支盤樁為摩擦多支點(diǎn)端承樁[7]，是在等直徑的樁身增加支盤，通過支盤大幅度地提高支盤樁的承載力。支盤樁承載力=側(cè)摩阻+支盤端阻+樁端阻[8]。支盤樁單樁軸向抗壓容許值[Ra]計(jì)算公式由《JTT55-2013橋梁擠擴(kuò)支盤樁》式（B.1）、（B.2）得下列公式：

通過在T7進(jìn)行擠擴(kuò)支盤樁軟基處理試驗(yàn)，對(duì)樁承載力性能進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，樁長(zhǎng)32.1 m，樁徑為60 cm，設(shè)置2盤1支，分析得到圖1及圖2。如圖1所示，可知通過樁身內(nèi)力檢測(cè)，結(jié)果是支與盤是協(xié)同受力的。如圖2所示，合理地設(shè)置支、盤的位置，支與盤承擔(dān)了60%左右的承載力。通過公式計(jì)算[Ra]約等于2 200 kN，支、盤占總承載力約60%。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的檢測(cè)結(jié)果基本相符。

1.3 支盤樁在軟土路基中的沉降分析

根據(jù)支盤樁試樁靜載荷試驗(yàn)，在2 200 kN豎向荷載作用下，得試驗(yàn)成果如下頁(yè)圖3所示。擠擴(kuò)支盤樁的豎向沉降約2 mm，沉降滿足規(guī)范要求，可認(rèn)為樁基基本不發(fā)生豎向移動(dòng)。其中最大沉降量為56.67 mm，最大回彈量為17.76 mm，回彈率為31.3%。

2 數(shù)值模擬分析

2.1 建立模型

依據(jù)前期工作確定地基土層參數(shù)，樁、梁、土工格柵參數(shù)如表2所示。根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行建模，計(jì)算厚度為4倍樁距，在生成網(wǎng)格時(shí)應(yīng)當(dāng)注意單元尺寸和形狀盡量一致，相鄰單元尺寸差異不大，采用八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對(duì)土體前、后、左、右、下進(jìn)行約束，添加土體自重，重力由上至下傳遞。群樁和土工格柵網(wǎng)格劃分同土體一致。最后對(duì)單元材料進(jìn)行屬性確定后進(jìn)行數(shù)值分析。

2.2 沉降分析

采用有限元軟件Midas對(duì)單樁沉降進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖4所示。路堤中心支盤樁沉降量最大，達(dá)12.8 cm，越靠近道路兩邊的支盤樁沉降量越小，最小沉降量約為2.8 cm。單樁沉降量變化規(guī)律呈現(xiàn)為中間大、兩頭小的特點(diǎn)。由于群樁中每根單樁的初始剛度相同，在受到樁土、樁樁、土土之間相互作用時(shí)，每根樁的剛度發(fā)生內(nèi)弱外強(qiáng)的變化，從而致使中部沉降大，外部沉降弱。

2.3 穩(wěn)定性分析

使用有限元軟件對(duì)路面沉降及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，填土高度為8 m，設(shè)置60 cm碎石墊層，墊層頂面及底面分別設(shè)置1層土工格柵。設(shè)置地連梁選取間距為4 m，等邊三角形布置連梁尺寸為60 cm×80 cm，滿足裂縫控制要求。設(shè)置地連梁的目的是固定樁的上部，保證路基的整體性、穩(wěn)定性，使上部荷載更有效地通過梁傳遞到樁上，避免出現(xiàn)“鼓包”現(xiàn)象。在設(shè)置地連梁之后模型需要重新計(jì)算，需要考慮上部所有荷載作用在梁上，由梁傳遞到樁上。優(yōu)化后重新進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。由于路基填土與梁間土的自身強(qiáng)度、壓縮模量不一樣，導(dǎo)致土體變形不一致。路基填土加設(shè)有土工格柵及碎石墊層，沉降小，而梁間的土自重沉降大，導(dǎo)致沉降量不同，引起差異沉降，所以地連梁的沉降量與梁間土的沉降量不同，如圖5所示，安全系數(shù)達(dá)到2.3，路基穩(wěn)定性好。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）支盤樁中的支盤，提供了端阻力作用及其與土的共同作用，使支盤樁承載力大于等直徑普通樁。具有強(qiáng)度高，工后沉降穩(wěn)定周期短、沉降量小，單樁及群樁穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。因此，在軟土路基中，支盤樁的適用性較好。

（2）由于樁的剛度發(fā)生內(nèi)弱外強(qiáng)的變化，導(dǎo)致路堤中心支盤樁沉降量最大，達(dá)12.8 cm，且越靠近道路兩邊的支盤樁，沉降量越小，最小沉降量約為2.8 cm。單樁沉降量變化規(guī)律呈現(xiàn)為中部沉降大、外部沉降小的特點(diǎn)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)樁承載力性能進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，支與盤是協(xié)同受力的，應(yīng)合理設(shè)置支、盤的位置，支與盤承擔(dān)了60%左右的承載力。采用理論公式對(duì)承載力進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果基本相符。

參考文獻(xiàn)：

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