浅谈高速公路挤扩支盘桩承载性试验与研究

浅谈高速公路挤扩支盘桩承载性试验与研究

发表时间：2019-04-30T10:43:02.743Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：赵成志[导读] 摘要：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。中交二公局第三工程有限公司陕西西安 710016 摘要：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。本文以怀阳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。在怀阳地区高速公路软土地段，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。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。本文以怀阳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

本次试验位于怀阳高速公路，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 挤扩支盘桩的静荷载试验 2.1 试验场地与试验情况

本次试验位于怀阳高速公路（含怀阳联络线），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座桥梁试桩位置土层分布及其物理性质如表1所示。

（1）桑田高架桥（2）兴潮大道跨线桥（3）关埠2#高架特大桥图1 各试桩桥址支盘设置 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。如图1所示。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。

表1 试桩位置土层分布情况

2.2 支盘桩荷载与沉降关系曲线

图2为6根支盘桩荷载-沉降曲线图，结合表2中的极限承载力测试结果来看，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）关埠2#高架特大桥

图2 支盘桩荷载-沉降曲线图

2.3 承载力计算值与实测值比较

表2中挤扩支盘桩单桩竖向抗压承载力容许值依据交通运输部《桥梁挤扩支盘桩》（JTT 855-2013）[2]的方法计算。

从式（1）来看，挤扩支盘桩单桩竖向抗压承载力由3部分组成，即侧摩阻力、桩端阻力和支盘端阻力。通过表2计算值与实测值对比，极限承载力实测值达不到承载力容许值计算值的2倍，说明式（1）的计算结果偏大。其中，侧摩阻力部分前者达到后者的2倍以上，发挥正常，实测结果与计算结果基本一致；而桩端阻力和支盘端阻力部分贡献的承载力实测值与承载力容许值计算值的2倍相差较大，是引起式（1）计算结果偏大的主要原因。

从6根桩的荷载-沉降曲线特性来看，其测试曲线均呈缓变型，图4的关埠2#高架特大桥，2根支盘桩试桩在较高荷载条件下（18000kN~21000kN）均能达到文[]要求的稳定标准，说明支盘桩更大承载力的激发是以更大的盘底位移为前提。而表2的结果是以桩顶沉降量（40mm[3]）作为极限承载力的控制要求，这之间的差异是式（1）计算结果偏大的原因之一。 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。

（3）支盘力的发挥与桩周土的性质相关，图中，桑田高架桥上盘、中盘端阻力发挥幅度明显大于底盘，是因为上盘、中盘桩周土分别为粗砂、细砂，而底盘为粉质粘土；兴潮大道跨线桥底盘端阻力的发挥幅度比中盘大，是因为底盘桩周土为粉砂，而中盘为粉质粘土。

（3）关埠2#高架特大桥

图3 每级荷载下各支盘端阻力变化曲线图

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为怀阳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；对于怀阳地区，表3提供的典型土层支盘端阻力值可作为该地区后续支盘桩设计的参考。

表3 典型土层单位面积端阻力值

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）通过实测值与公式计算值的对比分析，式（1）的计算结果偏大，主要是桩端阻力和支盘端阻力的计算偏大。

（3）怀阳地区，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。

（4）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。

（5）支盘力的发挥与桩周土的性质相关，在怀阳地区复杂地质条件下，在粗砂、细砂、粉砂层设置支盘，承载能力高。

（6）支盘位置单位面积端阻力与施工挤扩压力值正相关性较高，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。

参考文献：

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

[2] 桥梁挤扩支盘桩 JT/T 855-2013[S].北京：人民交通出版社，2013.

[3] 建筑基桩检测技术规范 JGJ 106-2014[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.