桥梁挤扩支盘桩承载性能探讨

林 云，李海山

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

随着支盘桩技术在工民建领域效果突显，交通领域也开始研究并引入支盘桩技术。广东潮汕环线高速公路项目区域地质情况复杂，桥梁所在地属于高地震基本烈度区，软基覆盖层普遍深厚，因此桥梁设计桩长很长。本文以桑田高架桥桥址试桩试验为依据，对比分析常规桩与支盘桩在地质条件基本一致的条件下的各项性能，试桩桩基平面布置如图1所示。

图1 试桩桩基平面布置图

共布置编号SZ2～SZ6的5根桩基础，其中SZ2、SZ3、SZ6为桩径1.2 m的普通桩基础，其地质情况见表1；SZ4、SZ5为上端1.6 m、下端1.2 m的挤扩支盘桩基础。支盘桩构造示意及其地层条件如图2所示。

图2 支盘桩构造示意图(单位：mm)

SZ2、SZ3地质表土层标高(m)土层类型侧摩阻力(kPa)SZ6地质表土层标高(m)土层类型侧摩阻力(kPa)-8.73淤泥320-12.03淤泥320-17.73淤泥质土3-125-15.23淤泥质土3-125-18.43中砂3-645-21.43粉质黏土3-260-20.93粉质黏土3-260-22.63中砂3-645-21.93中砂3-645-25.83粉质黏土3-260-24.43粉质黏土3-260-27.33细砂3-540-26.43细砂3-540-30.03中砂3-645-29.53中砂3-645-32.23粗砂3-760-39.03粉质黏土4-260-47.53粉质黏土4-265-40.23砾砂4-8100-48.43粗砂4-780-48.43粉质黏土4-265-50.53粉质黏土4-265-49.73细砂4-550-51.53粗砂4-780-51.13粗砂4-8100-52.23粉质黏土4-265-52.13中砂4-660-53.23砂砾5-8110-54.03粉质黏土5-265-54.63粗砂5-7100-55.83粗砂5-8110-59.63粉质黏土5-265-58.83粉质黏土5-265-60.33细砂5-265-60.03粗砂5-7100-62.03粉质黏土5-265砂质黏土7-270-62.53中砂5-670全风化花岗岩9-180-64.43粉质黏土5-265强风化花岗岩9-2100-65.53砂质黏性土7-270

1 桩身轴力对比分析

试桩试验采用慢速维持荷载法分级加载，各级荷载下桩身轴力分布图如图3～7所示。

图3 SZ2各级荷载下桩身轴力曲线图

图4 SZ3各级荷载下桩身轴力曲线图

图5 SZ6各级荷载下桩身轴力曲线图

图3～5为普通桩基础的轴力分布图，其轴力随着桩长的增加而逐渐减小，在各级荷载作用下，轴力的增加也比较均匀，桩深-轴力图近似一圆滑的曲线。

图6 SZ4各级荷载下桩身轴力曲线图

图7 SZ5各级荷载下桩身轴力曲线图

图6～7为挤扩支盘桩基础的轴力分布图，可以看到，支盘桩与常规桩轴力分布图存在明显的区别。当桩顶荷载<11 880 kN时，承力盘几乎不起作用，因此承力盘标高处轴力曲线光滑，此时主要是由桩侧摩阻力发挥以提供承载力，桩深-轴力图与常规桩基本一致；当桩顶荷载>11 880 kN时，承力盘开始发挥承载力，承力盘标高处轴力突变增大。这是因为此时承力盘与盘下土体的相对位移使得土体压缩，使土体开始发挥承载力。同时，由于承力盘对轴力削减作用明显，使得在相同荷载、相同桩长时，桩端阻力要比常规桩小得多。

2 桩基位移对比分析

图8为SZ2-SZ6各桩试验荷载与桩顶累计沉降的关系图。

图8 各桩试验荷载-沉降关系曲线图

从图8可以看到，对于SZ2、SZ3、SZ6三根常规桩基础，随着试验荷载的增加，桩顶位移与荷载基本呈线性关系。当试验荷载加载到大于12 000 kN～15 600 kN时，位移迅速增加，因此可判定此时桩基达到极限承载力。对于SZ4、SZ5两根支盘桩，桩顶沉降随着试验荷载的增加基本呈线性增长，直至最大加载值21 120 kN时，桩顶位移量分别为33 mm和42 mm，桩基未达到极限承载力。

进一步分析支盘桩的沉降，可以知道支盘桩桩顶沉降由桩身本身弹性压缩和桩端沉降组成。其中，桩身压缩量可以通过相邻两个截面的轴力值和桩身混凝土材料的弹性模量求得；桩顶沉降量由试验测得，由此可求得在各级试验荷载下的桩端沉降。见表2。

表2 支盘桩压缩沉降表(mm)

图9 SZ4桩身各处压缩沉降量关系曲线图

图10 SZ5桩身各处压缩沉降量关系曲线图

从图9～10中可以很直观地发现，桩身压缩量基本上随着桩顶荷载线性增加，桩身材料处于线弹性阶段。而桩端沉降的增加呈现出明显的非线性，试验荷载越大，则沉降曲线的斜率越大，说明随着试验荷载的不断增大，桩端沉降增大越来越快，到最后桩顶沉降主要由桩端沉降控制。

3 支盘桩性能分析

以下以支盘桩SZ4为研究对象，分析支盘桩在桩顶试验荷载作用下的各项力学特性。

图11 SZ4各级荷载下各支盘端承力变化曲线图

每级荷载下各支盘端承力变化曲线见图11。在整个荷载施加过程中(由0至极限荷载级21 120 kN)，各支、盘端承力均处在不断增长的趋势中，其中3个盘增长幅度远大于3个六星支的增长幅度；且支盘力的发挥顺序是由上至下逐渐发挥。

图12 SZ4各支盘力随桩顶位移变化曲线图

各支盘力随桩顶位移变化曲线见图12。由图12可知，各盘发挥端承力大小为上盘>中盘>底盘，这是由于上盘位移大，激发的端承力较充分；各六星支发挥端承力大小为六星支2>六星支3>六星支1。

图13 各级荷载下各支盘分担支撑力百分比变化曲线图

每级荷载下各支盘分担支撑力占总支盘力的百分比变化曲线见图13。由图13可知，在荷载较小的情况下，靠近桩顶的支、盘贡献的承载力占总支盘力的百分比较高，远离桩顶的支、盘贡献的承载力占总支盘的百分比较低；随着荷载的增加，支盘之间贡献的承载力占总支盘力的百分比不断变化，最终趋向于一个较稳定的比值。如极限荷载级21 120 kN作用下，

六星支1/上盘/中盘/六星支2/底盘/六星支3分别为5.13%、28.50%、22.95%、11.02%、22.66%、9.73%。

4 结语

(1)相对于常规桩，支盘桩由于支盘的承力性，桩身轴力在支盘处突变增大，对轴力削减作用明显，能大幅度提高桩的承载力。

(2)当试验荷载增大到一定程度时，常规桩桩顶位移迅速增大直至桩基失效，而此时支盘桩桩顶位移仍基本呈线性增长。

(3)支盘的存在把支盘桩分成不同的桩身部分，不同位置的支盘承担的荷载比例不同。盘承担的荷载大于支，且支盘力的发挥顺序是由上至下逐渐发挥。

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