支盘桩抗压承载性能试验研究

基金项目：国家科技支撑计划（2008BAG07B01）资助。

作者简介：戴显荣(1971-)，男，教授级高级工程师，研究方向为桥梁工程。

1支盘桩的成桩及承载机理挤扩支盘桩是根据承载力大小和工程地质条件不同，在桩身的不同部位设置若干承力盘及分支而形成的。

挤扩支盘桩成桩的基本方法是：在普通灌注桩的桩孔内，用吊车吊入专用分支器，自上而下，在设计标高位置通过液压泵加压，在孔壁上向外挤压扩展成分支；若在同一标高将分支器旋转一定角度继续加压分支，一般情况下连续压7次以上即可成近似圆锥盘状腔体，灌注混凝土后即形成承力盘体。

由成桩机理可以看出支盘桩首先是分层传递荷载。

利用桩周中下部本身土性较好的土层，将桩顶荷载通过支盘传递到这些土层上。

由于分层承受荷载，在工作荷载作用下，传至桩端的荷载很小，也进一步保证了桩端土的稳定性；其次是局部挤密效应。

利用特制的挤扩器挤扩的结果使得支盘附近土体得到了压密，减少了压缩量，提高了土体内摩擦角和压缩模量。

由于支盘周边土体预先受到压密，类似于“预应力”的作用，从而减少土体承载后的压缩沉降量，使桩基的竖向承载得到提高。

2试验概况本次宁波绕城高速公路东线一期试桩共完成了5根支盘桩静载荷试验，其中自平衡静载荷试验3根，堆载静载试验2根[6]。

本文取位于沙河互通主线高架桥处的两根支盘桩K38+841、K38+860及位于云龙互通高架桥处的支盘桩K3+190进行分析。

试桩参数见表1。

表1试桩参数沙河互通主线高架桥支盘桩K38+860和K38+841以④4亚粘土层为持力层，主桩径为1200mm ，承力盘直径1900mm ，盘高900mm 。

支盘1、2设置于④4亚粘土层中，支盘3、4设置于④3亚粘土层中。

支盘桩K38+841以④4亚粘土层为持力层，主桩径为1200mm ，承力盘直径1900mm ，盘高900mm 。

支盘1、2设置于④4亚粘土层中，支盘3、4设置于④3亚粘土层中。

云龙互通高架桥支盘桩K3+190以⑨1亚粘土为持力层，主桩径为1200mm ，承力盘直径1900mm ，盘高900mm 。

支盘1置于⑧2粉砂中，支盘2置于⑦亚粘土中，支盘3置于⑤2亚粘土中。

其具体设置如图1所示。

3试验结果3.1自平衡法测试结果K38+865、K38+870、K38+841(支盘桩)、K38+860(支盘桩)、K3+200五根桩采用自平衡法测试，加载采用支盘桩抗压承载性能试验研究戴显荣1，叶涛2，龚维明2，戴国亮2（1.浙江省交通规划设计研究院，浙江杭州310006；2.东南大学土木工程学院，江苏南京210096）摘要：文章结合国道主干线宁波绕城高速公路东段工程建设项目，针对特殊地质条件，研究特有区域地质条件下挤扩支盘桩的承载性能。

运用两种静载试桩法（自平衡法、堆载法）对单桩承载性能进行现场试验，并在挤扩支盘桩的同一场地进行了等截面桩的对比试验。

通过对比试验分析支盘桩的承载性能，得出支盘桩的支盘发挥的作用占总承载力的40%左右，支盘桩单方混凝土承载力可以提高30%～40%左右，其研究成果可为今后支盘桩的设计和施工提供科学的设计依据。

关键词：道路工程，极限承接力；自平衡法；堆载法；挤扩支盘桩；对比试验中图分类号：U416.1文献标识码：B道路工程慢速维持荷载法，测试按江苏省地方标准《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999）有关规定执行。

篇幅有限，只列出桩K38+865自平衡测试Q-S曲线图，如图2。

图2桩K38+865自平衡测试Q-S曲线为了便于与传统静压试验结果比较，可将平衡法测得的向上、向下2条Q-S曲线等效转换为受压桩的1条桩顶Q-S等效曲线，如图3和图4所示。

等效转换方法采用精确转换法。

根据江苏省地方标准《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T291-1999），综合分析竖向抗压极限承载力Q u由下式计算，即Qu=Qu上-Wγ+Qu下（1）式中，Q u为竖向抗压极限承载力；Qu上为荷载箱上段桩加载极限值；Qu下为荷载箱下段桩加载极限值；W为荷载箱上段桩自重；γ为荷载箱上段侧阻力修正系数，本工程取0.8。

计算结果如表2。

图3沙河互通主线高架桥等效转换曲线图3.2堆载法测试结果K3+190试桩采用堆载法试验，最大试验荷载为13000kN，在荷载13000kN作用下，桩顶累计最大沉降量为43.21mm，回弹率36.50%；相应的Q～S，S～lgt关系曲线均未出现异常，考虑因桩长超过40.0m后桩身的弹性压缩，其单桩竖向抗压极限承载力可取13000kN，荷载13000kN时的桩顶累计最大沉降量为43.21mm。

图4云龙互通高架桥等效转换曲线图表2自平衡测试结果4支盘桩承载性能分析4.1支盘桩极限承载力构成计算分析根据自平衡测试结果，可以得出支盘桩K38+841和K38+860在每级荷载作用下支盘发挥的承载力，如图5、图6。

从图中可以看出支盘所发挥的承载力随着荷载增大逐步提高，其中K38+860一开始发挥增加较快，而后发挥平稳，最后几级荷载时增幅较大。

图5K38+841桩每级荷载下支盘发挥承载力支盘桩K38+841极限承载力为15203kN，通过计算得出桩端阻力为4210kN，占27.7%；桩身侧摩阻力为5026kN，占33.1%；而支盘发挥的承载力为5967kN，占39.2%。

支盘桩K38+860极限承载力为16482kN，计算得出桩端阻力为3407kN，占20.7%；桩身侧摩阻力为6312kN，占38.3%；而支盘发挥的承载力为6763kN，占41.0%。

图6K38+860桩每级荷载下支盘发挥承载力由计算分析可以看出支盘桩的支盘在整个桩的极限承载力中发挥了比较重要的成分，充分说明了支盘具有较高的提高承载力的作用。

4.2单方混凝土承载力计算比较沙河互通主线高架桥如取K38+865和K38+870两根等截面桩的平均值作为等截面桩承载力，即为13639kN，与同桩径的支盘桩K38+841对比进行对比。

分别计算支盘桩和等截面桩的单方承载力，支盘桩为246.56kN/m3，等截面桩为172.36kN/m3，单方承载力提高了43%。

云龙互通高架桥段，等截面桩K3+200极限承载力为12907kN，单方承载力为167.52kN/m3，支盘桩K3+ 190极限承载力13000kN，单方承载力为230.02kN/m3，提高了37.3%。

4.3支盘桩和等截面桩比较分析（1）支盘桩承载力明显呈端承桩特性。

（2）沙河互通主线高架桥段，K38+841单方极限承载力比相同地质条件下等截面桩单方极限承载力高43％，说明支盘发挥了较高的作用。

（3）云龙互通高架桥等截面桩K3+200与支盘桩K3+190对比，等截面桩桩长比支盘桩长20m，但极限承载力和支盘桩相比还稍小，说明支盘桩的支盘发挥了比较高的作用。

（4）从以上可以看出，对于同一工程地质条件，同桩径的等截面桩和支盘桩对比，支盘桩单位桩长的极限承载力比等截面桩要大，而且单方承（下转第69页）道路工程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第64页）载力支盘桩明显高于等截面桩，提高30%～40%左右。

5结语现场实际工程试验结果表明，挤扩支盘桩能提高单桩抗压极限承载力，其中支盘发挥的作用比较大，是承载力提高的主要因素。

在相同的工程地质条件下，与普通等截面直孔灌注桩相比，采用挤扩多支盘桩可以缩短桩长、减少桩径或减少桩数，从而减少混凝土用量，产生显著的经济效益。

参考文献：[1]周青春，于南燕.DX桩的试验研究.岩土力学，2001，22(3)：298-302.[2]陈轮，王海燕，沈保汉，等.DX桩承载力及荷载传递特点的现场试验研究.工业建筑，2004，34(3)：5-6.[3]邓友生，龚维明，朱晓文.挤扩支盘灌注桩的现场试验分析.特种结构，2005，22(4)：33-35.[4]邓友生，龚维明.多级支盘桩与等截面直孔桩承载力对比试验.重庆建筑大学学报，2005，27(5)：52-56.[5]崔春芳，邓宏运，赵琦.新型桩挤扩支盘灌注桩设计施工与工程应用(第2版).机械工业出版社，2007.[6]宁波绕城公路东段软土地区特长桩承载特性研究项目组，宁波绕城公路东段软土地区特长桩承载特性研究非原位桩试验报告[R].[7]JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范.[8]北京交通大学.CECS192：2005挤扩支盘灌注桩技术规程.[9]江苏省技术监督，江苏省建设委员会.DB32/T291-1999桩承载力自平衡测试技术规程.[10]龚维明，戴国亮，蒋永生，等.桩承载力自平衡测试理论与实践.建筑结构学报，2002，23(1)：82-88.3.3用于软基的填筑在有些地区，水网比较发达，软土分布范围广。

在这些地带修建公路时，为减少软基路堤的工后沉降，常需要对软土地基进行必要的处理。

其处理方法主要有排水固结法，复合地基法,采用粉煤灰或EPS作为路堤填料等。

这些软基处理的方法，各自有其适用范围、局限性和优缺点。

长期以来着眼于提高软基承载能力的各种研究及工程实践做得比较多，所以排水固结法在工程界采用得较多，复合地基法在一些特殊的路段也常采用；而以减少软基附加应力为目的的轻型填土技术的研究开发工作做得较少，轻型填料的产品少，技术相对落后。

气泡混合轻质填土技术的开发及在公路建设中的成功应用为软基处理提供了一钟新的技术手段，其主要优点如下:（1）可大幅度地降低填土荷载，减少软基的附加应力，抑制软基的沉降和侧移，提高路堤的稳定性。

（2）可简化甚至取消软基处理，简化软基路堤中地下结构物的结构设计。

（3）施工工期短。

气泡混合轻质填土技术在公路建设中的应用除以上三个方面外，还可以用于滑坡路段路堤、陡峭及急转弯地段、隧道坑口和溶岩覆盖层表面路堤等的填料。

从许多工程实例的结果，可以看出气泡混合轻质土即可提高地基的承载力，又可降低成本，提高公路建设的经济效益。