小直径支盘桩在公路软基处治中的应用研究

苏初明　骆俊晖　米德才　于伟然

摘要：小直径支盘桩是一种变截面桩，具有强度高、工后沉降稳定周期短、沉降量小，单桩及群桩稳定性高等特点，适合处理软土路基。文章结合潮汕环线高速公路项目一期工程T7标河溪互通工程实例，通过挤扩支盘桩软基处理现场试验，对支盘桩与等截面管桩承载性能进行数值模拟与现场实测结果对比分析，得出支盘桩承载力具有明显的优势且其单桩及群桩沉降量小、稳定性好。

关键词：支盘桩;软土路基;承载力;稳定性

中国分类号：U416文献标识码：A

0 引言

基础建设工程中，桩在世界范围内被广泛使用，典型案例如在中国上海中心大厦（632 m）采用了直径为1 m、桩端埋深88 m的大直径超长灌注桩[1];中国港珠澳大桥岛隧结合段应用了高压旋喷桩[2]。本文主要是介绍一种新型桩型——小直径支盘桩，小直径支盘桩直径一般为600 mm，是在等直径灌注桩的基础上发展而成的，在桩身的不同位置增加分支和承力盘。支盘桩的特点是：承载力高;完工后稳定周期短，沉降小;支盘桩桩身刚度大，单桩及群桩稳定性高;减少后期预压工序，可节省工期[3]。

软土路基，是指强度低、压缩量较高的软弱土层，软土包括保水的软弱黏性土和淤泥[4]。桩基础在软土路基的使用也是极其广泛。在软土路基中，由于软土中普遍存在淤泥和软弱黏性土，使普通等直径桩的侧摩阻力利用率不高，只能通过桩端进入较深的持力层从而通过端阻力提供承载力。相比等直径普通桩，支盘桩更适合用于软土路基中，支盘桩通过支盘提供的端承力和侧摩阻力，不用进入深层持力层也可大幅度提高承载力。同时，小直径支盘桩仍存在着较多的关键技术问题需要解决[5]。

1 现场试验分析

1.1 工程概况

潮汕环线高速公路项目是广东省高速公路网规划“十纵五横两环”高速公路主骨架网中的加密线，呈半环形穿过粤东汕头、潮州、揭阳三市。项目全长约82.2 km，多处于沿海软土地基范围，T7、T12、T13标主线位于牛田洋区域内，地表以下存在10～20 m流塑状淤泥层（含水量为80%～100%，孔隙比为2.1～2.7），地质条件非常差，地基处理费用高，现有的处理方案多有局限性。根据区域地质资料、地质调绘成果及钻探揭露，地层物理力学性质参数如表1所示。

1.2 支盘桩在软土路基中的承载力分析

地质资料显示该场地上部淤泥物理力学性质非常差，管桩地基处理往往存在单桩承载力低、软土地基适应差及路基滑移等问题，在潮汕环线高速公路[6]项目一期工程T7河溪互通挤扩支盘桩软基处理试验段进行现场试验对比，分析现场试桩的结果显示，小直径支盘桩在淤泥层中成桩及砂层中能成盘的效果良好。

支盘桩为摩擦多支点端承桩[7]，是在等直径的桩身增加支盘，通过支盘大幅度地提高支盘桩的承载力。支盘桩承载力=侧摩阻+支盘端阻+桩端阻[8]。支盘桩单桩轴向抗压容许值[Ra]计算公式由《JTT55-2013桥梁挤扩支盘桩》式（B.1）、（B.2）得下列公式：

通过在T7进行挤扩支盘桩软基处理试验，对桩承载力性能进行测验，桩长32.1 m，桩径为60 cm，设置2盘1支，分析得到图1及图2。如图1所示，可知通过桩身内力检测，结果是支与盘是协同受力的。如图2所示，合理地设置支、盘的位置，支与盘承担了60%左右的承载力。通过公式计算[Ra]约等于2 200 kN，支、盘占总承载力约60%。计算结果与实际的检测结果基本相符。

1.3 支盘桩在软土路基中的沉降分析

根据支盘桩试桩静载荷试验，在2 200 kN竖向荷载作用下，得试验成果如下页图3所示。挤扩支盘桩的竖向沉降约2 mm，沉降满足规范要求，可认为桩基基本不发生竖向移动。其中最大沉降量为56.67 mm，最大回弹量为17.76 mm，回弹率为31.3%。

2 数值模拟分析

2.1 建立模型

依据前期工作确定地基土层参数，桩、梁、土工格栅参数如表2所示。根据实际工程进行建模，计算厚度为4倍桩距，在生成网格时应当注意单元尺寸和形状尽量一致，相邻单元尺寸差异不大，采用八节点实体单元进行网格划分。对土体前、后、左、右、下进行约束，添加土体自重，重力由上至下传递。群桩和土工格栅网格划分同土体一致。最后对单元材料进行属性确定后进行数值分析。

2.2 沉降分析

采用有限元软件Midas对单桩沉降进行分析，分析结果如图4所示。路堤中心支盘桩沉降量最大，达12.8 cm，越靠近道路两边的支盘桩沉降量越小，最小沉降量约为2.8 cm。单桩沉降量变化规律呈现为中间大、两头小的特点。由于群桩中每根单桩的初始刚度相同，在受到桩土、桩桩、土土之间相互作用时，每根桩的刚度发生内弱外强的变化，从而致使中部沉降大，外部沉降弱。

2.3 稳定性分析

使用有限元软件对路面沉降及稳定性进行分析，填土高度为8 m，设置60 cm碎石垫层，垫层顶面及底面分别设置1层土工格栅。设置地连梁选取间距为4 m，等边三角形布置连梁尺寸为60 cm×80 cm，满足裂缝控制要求。设置地连梁的目的是固定桩的上部，保证路基的整体性、稳定性，使上部荷载更有效地通过梁传递到桩上，避免出现“鼓包”现象。在设置地连梁之后模型需要重新计算，需要考虑上部所有荷载作用在梁上，由梁传递到桩上。优化后重新进行数值模拟计算。由于路基填土与梁间土的自身强度、压缩模量不一样，导致土体变形不一致。路基填土加设有土工格栅及碎石垫层，沉降小，而梁间的土自重沉降大，导致沉降量不同，引起差异沉降，所以地连梁的沉降量与梁间土的沉降量不同，如图5所示，安全系数达到2.3，路基稳定性好。

3 结语

（1）支盘桩中的支盘，提供了端阻力作用及其與土的共同作用，使支盘桩承载力大于等直径普通桩。具有强度高，工后沉降稳定周期短、沉降量小，单桩及群桩稳定性高等特点。因此，在软土路基中，支盘桩的适用性较好。

（2）由于桩的刚度发生内弱外强的变化，导致路堤中心支盘桩沉降量最大，达12.8 cm，且越靠近道路两边的支盘桩，沉降量越小，最小沉降量约为2.8 cm。单桩沉降量变化规律呈现为中部沉降大、外部沉降小的特点。

（3）现场对桩承载力性能进行检测发现，支与盘是协同受力的，应合理设置支、盘的位置，支与盘承担了60%左右的承载力。采用理论公式对承载力进行计算的结果与现场实际检测结果基本相符。

参考文献：

[1]王卫东，李永辉，吴江斌.上海中心大厦大直径超长灌注桩现场试验研究[J].岩土工程学报，2011，34（12）：1 817-1 826.

[2]王延宁，蒋斌松，于 健，等.港珠澳大桥岛隧结合段高压旋喷桩地基沉降试验及研究[J].岩石力学与工程学报，2017（6）：1 514-1 521.

[3]王 辉.浅谈挤扩多支盘钻孔灌注桩在某小区工程中的应用[J/OL].科技展望，2014（16）.

[4]王 磊.软土路基特性及处理措施分析[J].交通世界，2016（19）：32-33.

[5]卢成原，施 颖.挤扩支盘桩的研究进展[C].全国结构工程学术会议，2002.

[6]佚 名.广东省公路学会举办潮汕环线高速公路挤扩支盘桩技术交流及现场观摩活动[J].广东公路交通，2017（5）：13

.

[7]巨玉文，梁仁旺，白晓红，等.挤扩支盘桩承载变形特性的试验研究及承载力计算[J].工程力学，2003，20（6）：34-38.

[8]钱德玲.新型挤扩支盘桩的数值模拟及其在优化设计中的应用研究[J].岩石力学与工程学报，2002，21（7）：1 104.