桥梁工程中挤扩支盘桩的竖向静载荷试验研究

王占奎 梁彦伟 史生军

1 概述

桩基础在建筑工程中的应用已有几千年的历史。挤扩支盘桩是在原有等截面钻孔灌注桩的基础上发展起来的一种新型桩。它是利用其桩身一个或若干个“分支”或“承力盘”［1］，改变了桩的受力机理，显著提高了桩的承载能力，如图1所示。挤扩支盘桩较等截面钻孔灌注桩造价增加不多，而承载力却得到大幅度提高，并且它能够适用于各种孔径和地质条件，因而具有十分可观的社会效益和经济效益［2］。

目前，挤扩支盘桩在国内部分地区已得到应用和推广，积累了一些工程资料［2-5］，但这些工程资料大部分局限于建筑领域，应用于桥梁基础工程的较少。

本文结合实际工程应用，探讨了挤扩支盘桩在桥梁桩基工程中的受力机理和承载变形特性。

2 挤扩支盘桩工程应用

2.1 工程概况

本次试验结合实际工程中的挤扩支盘桩进行，试验场区地质条件及支盘相对位置如图2所示。

2.2 试验桩设计参数

本工程抗压试验桩共3根，编号分别为试桩1～试桩3。试验桩参数见表1。

表1 试验桩参数表

3 单桩静载抗压试验结果

3.1 单桩竖向抗压承载力

由于试验时桩的竖向荷载的反力装置是通过锚桩提供的，因此最大加载由提供反力的锚桩的桩身强度决定。试桩的单桩竖向静压加卸载过程的荷载—位移曲线，即Q—s曲线见图3。

从图3荷载变形曲线可以看出，支盘桩的荷载变形曲线较为平缓，支盘桩的承载能力和抗变形能力明显大于非支盘桩。

1)支盘桩的最大承载力达到了18 600 kN，非支盘桩的最大承载力仅为9 000 kN，支盘桩较非支盘桩的承载能力增加了一倍，说明支盘对提高桩的承载能力作用显著。

2)支盘桩的最大沉降分别为4.78 mm和5.42 mm，非支盘桩的最大沉降为17.49 mm，是支盘桩的3倍多。

3.2 荷载传递机理试验研究

挤扩支盘桩的荷载传递是指桩侧摩阻力、支盘阻力及桩端阻力的发挥过程［2］。结合实际工程的现场载荷试验进行桩身应变测试，进而研究挤扩支盘桩的荷载传递机理。

3.2.1 桩身应变测试

通过在桩身的相应位置安装应变计，测试了桩身在加载过程中的变形情况。

通过应变测试分析得出，试桩1在支盘的位置应变有突变，变形量明显增大，而试桩2的应变变化比较均匀。

1)试桩1在最上面支盘的位置应变最大，随着深度的增加，支盘位置的应变逐渐减小，说明挤扩支盘桩的支或盘随着深度的增加，对桩承载力的贡献是逐渐降低的，最上端的支盘贡献最大。

2)随着桩顶荷载的增加，相应支盘的变形也在逐渐增大。但是，当桩顶荷载较小时，上端支盘的变形增大的比较明显。随着桩顶荷载的增加，上端支盘的变形增加趋于平缓，下端的支盘变形增加明显。

3.2.2 桩侧阻力

试桩的桩侧阻力和桩端阻力如表2所示。

表2 抗压试验桩桩侧阻力对比表

在相同的桩顶荷载作用下，从试桩1和试桩2的桩侧和桩端阻力可以看出，试桩1的桩侧阻力承担了大部分的桩顶荷载，桩端阻力只占了桩顶荷载的10%左右，而试桩2的桩顶荷载由桩侧和桩端共同承担，桩端阻力占桩顶荷载的44%左右。这说明了挤扩支盘桩的支盘可以明显提高桩的侧阻力，从而提高桩的极限承载能力。

4 结论及建议

1)挤扩支盘桩可以充分发挥土层的承载力，提高桩的极限承载力、减小桩顶沉降量。

2)支盘对提高桩承载力的作用是从上而下的，即当上部支盘的承载作用发挥到一定程度时，下部支盘的承载能力才能充分发挥。因此，当上部土层较好时，应在上部设置支盘，以更好地发挥支盘的作用，提高桩的承载力。

3)挤扩支盘桩的支盘阻力对桩的承载效果影响很大，在设计施工中应注意采取合理的措施，控制支盘的角度，以充分发挥支盘的侧阻作用。

挤扩支盘桩的受力特性不同于普通的灌注桩，它充分利用土层的承载力，减少了桩基的沉降量，具有较高的承载力，有着良好的工程应用前景和社会效益。

［1］ 史佩栋.桩基工程手册(桩和桩基础手册)［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［2］ 钱德玲.挤扩支盘桩的荷载传递规律及FEM模拟研究［J］.岩土工程学报，2002，24(3):371-375.

［3］ 吴永红.多支盘钻孔灌注桩基础沉降计算理论与方法［J］.岩土工程学报，2000，22(5):528-531.

［4］ 巨玉文，梁仁旺.竖向荷载作用下挤扩支盘桩的试验研究及设计分析［J］.岩土力学，2004，25(2):308-315.

［5］ 崔江余.支盘挤扩混凝土灌注桩受力机理及承载力性状的试验研究［D］.北京:北京交通大学硕士学位论文，2001.