DX桩在桥梁基础中的应用

张德华，齐万鹏，贺德新，贺建东，孙君平，郭桂霞

(1．北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044;2．北京中阔地基基础技术有限公司，北京 100097)

1 前言

DX桩是一种新型的桩基技术，它是在普通直孔灌注桩的技术基础上，利用专门挤扩设备按照承载力要求和地层土质条件，在桩身不同部位三岔分布或三岔分布的扩大腔或上下对称近似双圆锥盘状的扩大头腔并且清孔，然后放入钢筋笼，浇筑混凝土，形成桩身、分岔、承力盘共同承载的混凝土灌注桩。DX桩与直孔桩相比具有承载力高，沉降小的优点［1，2］，如果在桥梁工程中推广使用并充分利用DX桩的这些优点，在设计过程中就能够减小桩身截面和长度，可以有效的降低工程造价，节约材料，带来可观的经济效益［3～5］。

2 工程概述

2．1 工程概况

该桥梁工程位于北京市朝阳区，该桥梁下部结构拟采用钻孔灌注桩，桩径分1．5 m和1．2 m两种，预估单桩竖向承载力特征值Quk=8500 kN。根据区域地质资料及现场钻探、原位测试及室内土工试验成果，工区各层土主要特征如表1所示。

2．2 试桩方法、试桩区布置及试桩参数

试桩布置图如图1所示。由于现场有合适的锚桩供选择，因此本次试桩采用锚桩反力架组装成压重平台;该方法不仅可以节约成本，还可以节约时间，同时比采用压重平台反力装置要安全得多［6］。加荷方式为液压千斤顶(高压油泵);加载值由静荷载测试分析仪测读;用4个位移传感器测读试点的沉降量;试验加载分为十级。竖向抗压试验采用慢速维持荷载法，按照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106 －2003)［7，8］:每级荷载加载后，第一小时内按第5、15、30、45、60 min 各测读一次，以后每隔30 min读一次，当沉降速率达到相对稳定标准时，进行下一级加载。《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106－2003)规定，每一小时沉降量不超过0．1 mm，且连续出现两次(由1．5 h三次30 min测读值计算)则在该级荷载下试桩的沉降速率达到相对稳定标准。本次试验共设11根桩，其中3根试桩，8根锚桩。其中有一根试桩为直孔桩，其余均为DX桩，试桩的参数如表2所示。

表1 土层主要参数Table 1 Parameters of soils

图1 试桩布置图Fig．1 Layout of test piles

表2 试桩参数Table 2 Parameters of test piles

3 试验数据分析

3．1 单桩承载力

试验结果表明，ZK桩的单桩竖向抗压承载力试验值为19200 kN，DX－1、DX－2单桩竖向抗压承载力试验值分别为21600、24000 kN。试桩的Q－s曲线和单桩竖向抗压承载力及其对应的沉降量分别如图2和表3所示。

表3 单桩抗压承载力及所对应的沉降Table 3 The ultimate bearing capacity and the corresponeding settlement of each pile

图2 三根试桩的Q－s曲线Fig．2 Q －s curves of three piles

由表3可看出，DX桩的单桩竖向承载力明显高于直孔桩。在试验中，直孔桩的单桩竖向承载力为19200 kN，而两根DX桩的单桩承载力分别为21600、24000 kN。分别比直孔桩高11%和25%，但是，DX－1桩和DX－2桩的桩径分别为1．3 m和1．2 m，比直孔桩小13．3%和20%。这是由于DX桩在荷载传递上与直孔桩有较大的差异，直孔桩的承载力由桩端的端阻力和桩身的摩阻力组成，而DX桩的承载力除了上述两项外还包括承力盘的盘阻。DX挤扩灌注桩根据土层分布特性，在承载力较高的土层中设置承力盘，通过设置多个承力盘可以获得较高的盘端阻力。同时，挤扩设备在对土体进行挤扩时，对承力盘周围的土体会有挤密作用，从而改善土的物理力学性质，提高土的强度，进一步提高桩的承载力。通过分析在承力盘上下位置轴力的差值，可以大致估算每个承力盘在本级荷载时提供的端承力，如表4所示。

图3 DX－2轴力沿桩身分布图Fig．3 Axial forces of DX －2

图4 DX－2上下盘盘阻Fig．4 Bell resistances of DX －2

表4 各级荷载下个盘阻及盘阻占荷载比例Table 4 Bell resistances and the ratio of bell resistance to total load under each load level

3．2 盘阻发展情况及最终沉降

在试验中DX－2桩的承力盘上盘位于细砂层，下盘位于粉质黏土层，由图4可以看出在荷载逐级加载的过程中，DX－2桩的上下两个承力盘的盘阻都开始增加，其中下盘的盘阻上升较快，当加到第五级荷载以后，上盘盘阻变化不大，但是下盘盘阻上升迅速，一直到第九级荷载，上盘盘阻都保持迅速上升的趋势。总盘阻占总荷载的比例也呈现上升趋势，从第一级荷载时的30．56%增加到第九级荷载时的46．28%。这是由于DX桩承力盘是挤扩设备通过对土体挤压形成的，桩身混凝土浇筑完成后，被挤压后的土体在回弹的过程中会使桩身和周围土体紧密结合，在上部受荷载作用时，二者能够共同作用。DX桩在受到荷载作用后，承力盘可以分担很大一部分荷载，承力盘提供的端阻力大小及占总荷载比例与荷载大小、盘径、承力盘所在土层的压缩模量、强度等物理力学性质指标有关。ZK桩在荷载为19200 kN时累计沉降量为29．91 mm，DX－2桩在同样的荷载下累计沉降量为17．93 mm，在24000 kN的荷载作用下累计沉降为26．16 mm。DX桩受到荷载作用后，承力盘会将很大一部分荷载传递到承力盘所在的土层上，增大了桩的有效截面面积，同时减小了传递到桩端的荷载，从而降低了桩的沉降量。

4 结语

DX挤扩灌注桩是在钻孔灌注桩的基础上发展起来的一种新型桩。DX桩在施工时，只是比直孔灌注桩多了一道挤扩工序，但是利用多层端阻可以显著提高桩的承载力，降低沉降量，在桩径分别比直孔桩小13．3%和20%的情况下，DX桩的单桩竖向承载力分别比直孔桩高11．1%和20%，在荷载为19200 kN时，DX－1和DX－2桩的沉降量比直孔桩小47%和40%。在均达到承载力要求的条件下，直孔桩和DX桩的混凝土用量分别是61．9 m3和44．3 m3，DX桩比直孔桩节约混凝土39．7%。用DX桩单桩竖向承载力大、沉降量小的特点在设计时可以减小桩径，缩短桩长。在公路桥梁工程中推广使用DX桩，可以提高施工效率，减少混凝土，钢筋等材料用量，降低工程造价，具有显著的技术、经济、环境效益。

［1］沈保汉，兰 岚，王 衍，等．河南HMQ电厂两节DX挤扩灌注桩的试验研究［J］．工业建筑，2009，39(2):43－44．

［2］沈保汉，王 衍，刘振亮，等．某DX挤扩灌注桩工程荷载传递机理实验研究［J］．2011，41(2):106－112．

［3］张德华，王梦恕．DX挤扩灌注桩技术在铁路桥梁中的应用［J］．中国工程科学，2009，11(7):92－95．

［4］金凤温．高速公路某特大桥DX挤扩桩应用研究［J］．交通世界，2010，9(5月上):196 －198．

［5］金凤温．多节三岔(DX)挤扩灌注桩桥梁的应用技术［J］．黑龙江交通科技，2010(11):81－83．

［6］刘金波．建筑桩基技术规范理解与应用［M］．北京:中国建筑工业出版社，2008．

［7］周东泉．桩基检测技术［M］．北京:中国建筑工业出版社，2010．

［8］中国建筑科学研究院，中国建筑工业出版社．JGJ106－2003建筑基桩检测技术规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2003．