挤扩支盘桩在云湛高速公路的应用与研究

挤扩支盘桩在云湛高速公路的应用与研究

龚海平

广东省南粤交通云湛高速公路管理中心

摘要：挤扩支盘桩是一项仿生学的发明,该技术能充分利用地基承载土层,在有效地减小桩径和桩长的同时大幅度提高桩的承载力,并减少桩体沉降量。云湛高速公路东段互通中部分桥梁桩基础采用变径挤扩支盘技术,施工期间对支盘桩技术进行了系统性的完善和总结,为支盘桩技术在交通行业的推广创造条件,有力地推动交通工程领域的节能减排工作。目前挤扩支盘桩在高速公路桥梁工程中的应用少，缺乏大吨位、复杂地质条件下挤扩支盘桩的荷载试验研究，支盘桩的设计理论仍有待于进一步的发现。本文以云湛环线高速高速公路项目为依托，开展挤扩支盘桩的静载荷载试验，为其在高速公路软土地区的运用做初步的探索。在云湛地区高速高速公路软土地段，选取三种典型软土地质进行桥梁支盘桩静载荷试验。发现将盘设置在粗砂、细砂、粉砂层对支盘桩的承载能力提升作用明显，支盘端阻力分担的总承载力能达到50%以上，能达到缩短桩长的目的。介绍了挤扩支盘桩的挤压效应,阐述了挤扩支盘桩在公路桥梁中的应用,并针对挤扩支盘桩施工中存在的沉降差异与动荷载效应问题,提出了解决方法,指出挤扩支盘桩具有稳定性高、抗拔性强、节能减排的效果。

关键词：挤扩支盘桩，桥梁，静载试验，桩周土

1前言

目前挤扩支盘桩在高速公路桥梁工程中的应用少，缺乏大吨位、复杂地质条件下挤扩支盘桩的荷载试验研究，支盘桩的设计理论仍有待于进一步的发现。本文以云湛环线高速高速公路项目为依托，开展挤扩支盘桩的静载荷载试验，为其在高速公路软土地区的运用做初步的探索。

2挤扩支盘桩的静荷载试验

2.1试验场地与试验情况

本次试验位于云湛环线高速高速公路（含云湛联络线），项目区域地质情况复杂，不良地质现象和特殊性岩土主要为饱和砂土液化及软土，液化等级为中等～严重，软基覆盖层深厚，普遍在10~30m左右，覆盖层下主要为粉质黏土和砂卵石层等。试验选取3处典型地质条件进行，分别为桑田高架桥、关埠2#高架特大桥和兴潮大道跨线桥，布设6根支盘桩。试桩前，在试桩位置进行钻孔勘探。

3座桥梁分别布设2根支盘桩，其中桑田高架桥桩长46m，主桩直径在20m处采用变径处理，上部20米直径1.6m、下部26米变径为直径1.2m，设3盘3六星支，盘径2.3m；兴潮大道跨线桥桩长46m，主桩直径在20m处采用变径处理，上部20米直径1.8m、下部26米变径为直径1.4m，设3盘3六星支，盘径2.5m；关埠2#高架特大桥桩长37m和34m，主桩直径在20m处采用变径处理，上部20米直径1.8m、下部26米变径为直径1.4m，设2盘13六星支，盘径2.5m。在支、盘位置上下断面布置弦式钢筋计，监测支盘位置断面处桩身内力值，数据采集均由测试系统自动控制完成。试验时，采用堆载重物慢速维持荷载法，每级荷载增量为2倍桩顶荷载的十分之一，进行破坏性试验。

2.2支盘桩荷载与沉降关系曲线

6根试桩测试曲线均呈缓变型，其中桑田高架桥总沉降小，卸载后回弹率高，承载潜力大，极限承载力达到21120kN，是设计桩顶荷载的3.2倍；兴潮大道跨线桥总沉降小，卸载后回弹率高，承载潜力大，极限承载力达到19000~20900kN，是设计桩顶荷载的2.0~2.2倍；关埠2#高架特大桥总沉降大，卸载后回弹率小，承载潜力小，极限承载力为14800~16280kN，是设计桩顶荷载的2.0~2.2倍。

通过与原摩擦桩设计桩长对比，兴潮大道跨线桥和桑田高架桥设置支盘桩的承载能力优势明显。同时，该两座桥梁原摩擦桩设计桩长达到67m、77m，属于超长桩，其施工质量难以保证，桩底沉渣难以控制，运用挤扩支盘桩缩短了桩长，有效避免了上述质量问题的发生。

3各支盘端阻力发挥规律

支盘所承担的荷载受支盘数量及桩周土性质的影响。本次试验结果显示，三座桥址支盘桩支盘端阻力分担的荷载分别为桑田高架桥57.97%~62.71%、兴潮大道跨线桥50.43%~52.28%、关埠2#高架特大桥33.78%~37.65%。关埠2#高架特大桥支盘端阻力分担荷载低，一方面是由于其支盘数量少，另一方面是由于盘位设置的土层全风化黑云母花岗岩承载能力有限所致。图3为每级荷载下各支盘端阻力变化曲线图。从图中可得到如下规律：

（1）盘的端阻力发挥幅度远大于支，极限荷载作用下，盘端阻力占总支盘端阻力的72.49%~77.41。

（2）靠近桩顶的支或盘位移大，支或盘端阻力发挥早，且发挥幅度大。

4单位面积支盘端阻力

由各级荷载下支盘端阻力的分布及各支、盘在水平面的投影面积，计算出极限荷载条件下各支、盘位置土层提供的单位面积端阻力。表2为云湛环线高速高速公路典型土层单位面积端阻力值、标贯击数、施工挤扩压力值对比表。挤扩压力值是挤扩支盘机对土体挤压时土对弓臂的反力反映在液压表表值。从表中可看出，单位面积端阻力与施工挤扩压力值正相关性较高，与土层标贯击数无明显相关性。因此在设计支盘位置的时候以挤扩压力值作为参考指标可获得较高的承载力

5结论

（1）支盘桩承载能力测试曲线呈现缓变型，承载能力高，能达到缩短桩长的目的。

（2）云湛地区，在适宜的土层设置支盘，支盘端阻力分担的总承载力能达到50%以上。

（3）靠近桩顶的支或盘位移大，支或盘端阻力发挥早，且发挥幅度大；盘的端阻力发挥幅度远大于支，极限荷载作用下，盘端阻力占总支盘端阻力的72.49%~77.41。

参考文献

[1]王燕，曾宇.挤扩支盘桩在高速公路桥梁中的应用[J].高速公路，2012，7:77-82

[2]桥梁挤扩支盘桩JT/T855-2013[S].北京：人民交通出版社，2013.