凌智 四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司

1 前言

當(dāng)前我國在開展高速公路橋頭工程時，主要采取的基本形式為方形或圓形的斷面樁結(jié)構(gòu)，該方式可以依靠樁周和土體結(jié)構(gòu)之間相互作用產(chǎn)生摩擦，在實際應(yīng)用中通過摩擦來加大承載能力，來滿足施工需求。通過長期實際運(yùn)用來看，其承載能力和抗減水平能力較低，不利于當(dāng)前建設(shè)發(fā)展。隨著該行業(yè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展和建筑要求不斷提高，由此研制出擠擴(kuò)支盤樁的新型樁基技術(shù)。該技術(shù)在實際運(yùn)用時，有著較高的承壓能力和抗剪力水平，還具備排水功能，得到了人們的廣泛應(yīng)用，并取得了不錯的成績。本文將對擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)在高速公路橋梁中的有效應(yīng)用展開詳細(xì)介紹。

2 擠擴(kuò)支盤樁的概述

2.1 擠擴(kuò)支盤樁的施工技術(shù)

擠擴(kuò)支盤樁簡單來說是將日常道路施工常用的地基處理手段相結(jié)合，然后結(jié)合實際情況進(jìn)行具體應(yīng)用，從而產(chǎn)生的一種新型樁基結(jié)構(gòu)。擠擴(kuò)支盤樁采用創(chuàng)痛的桿件樁位基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并加以拓展應(yīng)用。其在樁身上支設(shè)置了支盤承載混凝土樁，由主樁為重心，分樁分散承載力組合而成。在具體的道路施工中，通過主樁、分支結(jié)構(gòu)和承力盤的相互組合，有效提升了樁體的受力范圍和承重能力，增大了樁端的阻力，為工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗剪水平提供了強(qiáng)有力的保障。在具體施工應(yīng)用中，擠擴(kuò)支盤樁孔施工技術(shù)和傳統(tǒng)的混凝土灌注樁施工技術(shù)并無明顯差別，大致使用方法相同，都可以都可以通過相同的鉆孔設(shè)備對其進(jìn)行成孔施工。但擠擴(kuò)支盤樁具有其獨特的優(yōu)勢，可以通過承力盤對分支結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，工作人員可以通過專業(yè)的液壓設(shè)備對土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行擠壓在形成盤腔以后，將其放置鋼筋籠內(nèi)，并注入混凝土，使擠擴(kuò)支盤結(jié)構(gòu)成為一體化的結(jié)構(gòu)，有助于其自身結(jié)構(gòu)與土層相融合，便于樁基的承載能力得到有效發(fā)揮，使施工更具穩(wěn)定性。擠擴(kuò)支盤施工工藝流程圖如圖1所示。

圖1 擠擴(kuò)支盤施工工藝流程圖

2.2 擠擴(kuò)支盤樁的作用原理

在道路建設(shè)施工過程中，擠擴(kuò)支盤樁具有重要的應(yīng)用價值。擠擴(kuò)支盤樁發(fā)揮著高效的擠擴(kuò)作用，在通過專業(yè)液壓設(shè)備作用下，可以使支盤結(jié)構(gòu)的上下層土地進(jìn)行充分的擠壓，變得更加緊實。通過擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)，可以有效提高樁基承載能力，降低樁基結(jié)構(gòu)的要縮性，在土基結(jié)構(gòu)上明顯高于原狀土，與傳統(tǒng)的灌注樁結(jié)構(gòu)相比來說，具有更高的土體抗拔力，便于更好的施工。

在擠擴(kuò)成樁的過程中，擠擴(kuò)支盤樁可以有效利用中下層土層，將荷載傳遞到土層之中，更加利于結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。擠擴(kuò)支盤在實際運(yùn)用中，樁端的阻力較小，承載面積較大，更加有助于承載能力的提高，便于施工[1]。在擠擴(kuò)支盤成樁后，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行荷載傳遞的過程中，可以有效地將施工中所產(chǎn)生的荷載傳送到分支和承力盤中，最后將荷載傳遞到中下層土地位置。在傳遞的過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦力，并且摩擦力會隨著荷載的增大而增強(qiáng)，使樁基一直保持于平衡受力狀態(tài)，通過平衡狀態(tài)有利于擠擴(kuò)支盤樁的穩(wěn)定，便于長期的運(yùn)用。

2.3 擠擴(kuò)支盤樁的主要優(yōu)點

擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。擠擴(kuò)支盤樁可以通過樁身將承載力傳遞到樁身各部位的硬土層，降低了自身的承載作用力。擠擴(kuò)支盤樁施工非常便于，可以采用普通鉆機(jī)成孔進(jìn)行灌注，但需要專用的液壓機(jī)進(jìn)行擠密，然后結(jié)合實際的樁身深度范圍內(nèi)地基的各硬土層來布置承力盤的分支，加強(qiáng)基樁和硬土層的接觸面積和端承面積，提升了承載力。

節(jié)約原材料、達(dá)到節(jié)能減排的效果。通過長期實際應(yīng)用來看，擠擴(kuò)支盤樁更加節(jié)約原材料，與普通的鉆孔樁相比，可節(jié)約原材料3000m~5000m。樁端的承載力有所增加，可以結(jié)合實際情況進(jìn)行變動，如單樁可以降低樁體長度，群樁可以減少樁的數(shù)量，相較于普通鉆孔樁來說，擠擴(kuò)支盤更加便于施工，節(jié)省建筑材料和樁孔開掘工作量，有助于提高施工效率。通過降低樁孔開掘帶來的工作量，進(jìn)一步減少了泥漿的排放量，降低了環(huán)境的污染。擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)不僅有利于節(jié)省建筑材料帶來經(jīng)濟(jì)效益，還能通過減少泥漿的排放量所帶來的環(huán)境污染，提升了社會效益[2]。

抗拔性能、穩(wěn)定性好。擠擴(kuò)支盤和土體相互作用，土體向擠擴(kuò)支盤提供支撐力，有助于提高基樁的承載力和自身剛度，加強(qiáng)樁的穩(wěn)定性及荷載能力。擠擴(kuò)支盤灌注樁組成示意圖如圖2所示。

圖2 擠擴(kuò)支盤灌注樁組成示意圖

3 軟土地基特性

軟土地基相較于其他地基來說承載能力較低，其是指壓縮層主要有淤泥、淤泥質(zhì)土或其他高壓縮性土構(gòu)成的地基，承載能力較低，其承載力一般不超過50kN/m2。在日常施工中軟黏土、地質(zhì)性質(zhì)最差的當(dāng)屬為淤泥或淤泥質(zhì)土，不利于施工項目的開展。一般工程中將天然空隙低于1.5mm的亞黏土稱為淤泥，把孔隙比大于1.00、小于1.50的黏土稱為淤泥質(zhì)黏土。其主要特性為以下幾點。

（1）孔隙比和天然含水量大。我國軟土的天然孔隙比e一般為1mm~2mm，淤泥和淤泥質(zhì)土的天然含水量w為50%~70%，一般大于液限，高的可達(dá)200%。

（2）壓縮性高。我國淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù)一般都大于0.5MPa~1MPa，在這種地質(zhì)條件下開展建筑施工容易發(fā)生沉降，軟土易造成建筑物的沉降不均勻，導(dǎo)致建筑物的開裂和損壞，從而影響施工質(zhì)量和人身安全。

（3）透水性弱。軟土含水量較大，但其滲透性較小，滲透系數(shù)k≤1mm/d。由于其滲透能力較差，當(dāng)軟土地基經(jīng)過基樁荷載后，其孔隙水壓較高，影響地基的穩(wěn)定性，不利于地基的壓密固結(jié)。

（4）抗剪強(qiáng)度低。軟土主要有兩種呈現(xiàn)狀態(tài)，為軟塑和流塑，其固定能力較差，在外部荷載力的作用下，導(dǎo)致其抗剪性能極差。根據(jù)部分資料統(tǒng)計，我國軟土無側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般小于30kN/m2(相當(dāng)于0.3kg/cm2)；不排水剪時，其內(nèi)摩擦角Φ幾乎等于零，抗剪強(qiáng)度僅取決于粘聚力c，c<30kN/m2，固結(jié)快剪時，Φ一般為5°~15°。需要通過排水來提高軟土地基的緊實度。在實際施工過程中，如果無法解決該類問題，大多采用“輕型薄壁”的施工方法，減輕建筑荷重，加強(qiáng)其承載能力。

4 支盤樁在公路橋梁中的應(yīng)用

所著我國建筑水平的不斷發(fā)展，擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)得到了不斷的完善和更新。擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)于20世紀(jì)90年代發(fā)明，從21世紀(jì)初開始應(yīng)用，已經(jīng)應(yīng)用多年，其中包括中央電視臺新建大樓、國家體育中心（鳥巢）等國家重點建設(shè)項目，均應(yīng)用了擠擴(kuò)支盤樁基礎(chǔ)，可見其使用效果。

4.1 工程概況

某高速公路東段長43.5km，雙向六車道，全線9800路段為高架橋。線路跨越濱海淤積平原，地層上部分布軟土層為淤泥，呈流塑一軟塑狀，厚度16m×42m；中部壓縮土，呈硬塑狀，中偏低壓縮性；下部粉砂、角礫層呈中密-密實狀低壓縮性；下伏基巖為角礫凝灰?guī)r，力學(xué)性質(zhì)良好。全線橋梁采用樁基礎(chǔ)，由于本路段軟土層較厚，持力層選在下部的角礫層或巖層，樁基長度范圍約在40m~80m。

圖3 擠擴(kuò)支盤樁性能參數(shù)圖

4.2 選擇部分橋梁應(yīng)用

此前全線橋梁基礎(chǔ)均已按鉆孔灌注樁直樁設(shè)計完成，需在原設(shè)計基礎(chǔ)上選擇部分路段橋梁變更為擠擴(kuò)支盤樁。在對高速公路橋梁工程地質(zhì)情況、荷載特性、結(jié)構(gòu)特征等方面進(jìn)行深入分析。施工中擠擴(kuò)支盤灌注樁的質(zhì)量控制要求除滿足普通灌注樁外，還需要滿足以下要求。

（1）支盤機(jī)最初張開需要最大壓力，該壓力預(yù)估值應(yīng)由勘察報告的土層情況、施工人員的經(jīng)驗和試樁成孔的數(shù)據(jù)綜合確定。要求：實際擠擴(kuò)壓力值≥0.8×預(yù)估壓力值。

（2）擠擴(kuò)成支盤過程中泥漿的體積下降，一定程度上反映成支盤的質(zhì)量與體積，要求泥漿面有明顯下降。

（3）盤體直徑是保證成盤質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，具有一定的嚴(yán)格性，需要專業(yè)設(shè)備進(jìn)行檢測，合格后方能進(jìn)行下一步，通常可以使用井徑儀進(jìn)行檢查，要求不小于設(shè)計直徑的1/15。

（4）成盤時過程中如突發(fā)地質(zhì)條件變化，需要結(jié)合實際情況進(jìn)行及時調(diào)整盤位，避免錯位。

（5）支盤擠擴(kuò)結(jié)束后，要立即投放鋼筋籠、二次清孔、灌注混凝土，整體需要連貫進(jìn)行，中途不得停頓，以免造成塌孔狀況。

表1 抗壓實驗裝靜載試驗結(jié)果匯總表

4.3 樁基荷載試驗對比

（1）樁基荷載試驗的基本情況。用于荷載試驗的樁基為6根，采用了擠擴(kuò)支盤樁結(jié)構(gòu)其中接受靜載荷試驗的擠擴(kuò)支盤樁3根接受堆載靜載試驗的擠擴(kuò)支盤樁3根。為了充分了解擠擴(kuò)支盤樁的承載力以及所能夠獲得的承載效果對這6根等截面樁進(jìn)行了對比試驗。

（2）施工所在區(qū)域的地質(zhì)情況。施工所在區(qū)域為軟土層上層為亞黏土淤泥質(zhì)的，厚度為10m~20m；中層為兩種土質(zhì)的分布層分別為粉細(xì)砂和亞黏土這兩種土在土層中交錯分布，厚度為55m~65m；下層為巖層也含有角礫。

4.4 試樁測試結(jié)果

接受測試的試樁編號為K38+841，K38+860，K42+224樁容許值均為5.667kN預(yù)定加載值均為2×8500kN最終加載值分別為2×6233kN，2×7367kN，2×9100kN荷載最大上移分別為54.21mm，61.42mm，59.93mm，荷載最大下移分別為28.14mm，37.18mm，19.58mm。

4.5 實驗檢測對比分析

通過試驗數(shù)據(jù)來看，在選取的參數(shù)值一樣，會根據(jù)加載值的不同產(chǎn)生相應(yīng)的變動?？梢缘贸鲕浲翆虞^厚區(qū)域的樁承載力低于中巖層較厚區(qū)域的承載力，并且兩者的比值相差較大，差異達(dá)到30%以上。高速公路橋梁施工中基樁的施工數(shù)量與所在地址環(huán)境具有直接的影響作用，產(chǎn)生一定的關(guān)聯(lián)。在軟土層中向中巖層較厚樁就會得到較高的受力，更好地承載壓力。采用擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)，可以結(jié)合實際情況和施工需求對盤樁及時布置和調(diào)整，使樁基得到有效的應(yīng)用，更具穩(wěn)定性。

表2 試驗路段構(gòu)造深度、平整度測試結(jié)果

5公路橋梁施工中應(yīng)用擠擴(kuò)支盤樁需要注意的問題

在高速公路橋頭軟土地基采用擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)具有其獨特的優(yōu)勢，其有著傳統(tǒng)樁基所具備的優(yōu)點，但是在具體的工程施工過程中也存在著一些問題。主要分為兩個方面：第一個是擠擴(kuò)支盤樁施工中會存在沉降差異；第二個是擠擴(kuò)支盤樁施工中會存在動荷載效應(yīng)。如果將這兩個問題進(jìn)行有效的解決，擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)將得到完善，便于更好的應(yīng)用。

5.1 擠擴(kuò)支盤樁施工中存在沉降差異

擠擴(kuò)支盤樁在施工中存在沉降差異，相鄰的兩個橋墩出現(xiàn)沉降的時候差異明顯，并且會根據(jù)沉降時間的長短而變動，如果沉降時間越長，差異就會越大[4]。在高速公路橋梁施工完成后，需要對橋墩的沉降情況進(jìn)行觀察，如果發(fā)生了沉降現(xiàn)象，沉降差異可能會超過5mm。沉降差異并無法完全的解決，但可以進(jìn)行有效控制，需要結(jié)合實際情況實施相應(yīng)的對策，如果沉降差異較大，需要對橋墩的支撐柱梁進(jìn)行撐墊，通過千斤頂進(jìn)行支撐，然后墊護(hù)鋼板，以此進(jìn)行及時的控制，降低沉降的差異。

5.2 擠擴(kuò)支盤樁施工中存在動荷載效應(yīng)

在實際的道路施工時，需要結(jié)合實際情況進(jìn)行分析，高速公路橋梁需要承受的荷載能力相對較高，高于一般道路施工要求。而且要考慮其他因素，例如汽車的重力承載、風(fēng)、雨、溫度等多種因素，其產(chǎn)生的力都會對支盤上的土地在成擠壓影響。通過長期使用會導(dǎo)致對上土體或下土體的擠壓作用，長此以往會使土體造成松動，導(dǎo)致擠擴(kuò)支盤樁的承載能力下降，不利于橋梁的安全性和穩(wěn)定性。對擠擴(kuò)支盤樁開展荷載試驗具有非常重要的作用。

6 結(jié)束語

擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，在高速公路橋頭軟土地基中效果尤為突出。不僅有效地提高了公路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長了其使用壽命，還節(jié)約了工程施工的成本。但是擠擴(kuò)支盤技術(shù)在實際應(yīng)用的過程中，還存在著一定的問題，需要不斷改進(jìn)設(shè)備和工藝手段，以適應(yīng)環(huán)境條件，改善擠擴(kuò)支盤在軟土層的承載作用。