馮 燕，劉漢章，王天佐

（湖南電子科技職業(yè)學(xué)院建筑工程與教育藝術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410000）

擠擴(kuò)支盤樁是指帶有支或者盤結(jié)構(gòu)且與周圍被擠密的土體共同作用的混凝土灌注樁，擠擴(kuò)支盤樁的樁徑以及設(shè)置分支承力盤的數(shù)量及大小可按設(shè)計(jì)需要確定，在2019年發(fā)布的《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中增加了擠擴(kuò)支盤樁的內(nèi)容。擠擴(kuò)支盤樁由于充分發(fā)揮了樁土共同的作用[1]，在一定程度上提高了樁的側(cè)阻力，通過加大樁在土體中的支承面積①，可以有效提高單端承載力和樁身穩(wěn)定性，作用機(jī)理類似于地基處理中的樹根樁，其設(shè)置分支及承力盤可以提高樁基的承載力②，又由于經(jīng)過機(jī)械靜壓擠密土體[2]，可以明顯改善土體的結(jié)構(gòu)，并加固了地基，還可部分消除濕陷，從而提高了地基承載力從而使相應(yīng)的樁基沉降減小[3]，同時(shí)還可以大量減少工程量，縮短工期，降低工程造價(jià)[4]。

擠擴(kuò)支盤支護(hù)樁因其特殊的支或者盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和更加合理的受力機(jī)制，與普通鉆孔灌注樁相比可以降低樁的嵌固深度，從成樁過程對樁側(cè)土的影響上來講屬于部分?jǐn)D土灌注樁，因此也屬于灌注樁的一種，但可以克服傳統(tǒng)樁型承載力低、抗拔能力小、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)[5]。通過不同地質(zhì)條件下擠擴(kuò)支盤樁與鉆孔灌注樁軸向受壓承載力對比分析研究，更深層次地研究擠擴(kuò)支盤樁的承載特性，在此基礎(chǔ)上展望擠擴(kuò)支盤樁的發(fā)展前景，為更好地應(yīng)用這一節(jié)能型新技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)場地與試樁設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)結(jié)合天津東海岸橋梁樁基工程進(jìn)行?？睖y后選取兩種地質(zhì)條件進(jìn)行試樁，分別為地質(zhì)1和地質(zhì)2。其中地質(zhì)1一般沖刷線位于設(shè)計(jì)樁端下2.2m處，一般沖刷線下0.9m存在局部沖刷線，經(jīng)測樁端處土的承載力特征值為1032kPa；地質(zhì)2一般沖刷線位于設(shè)計(jì)樁端下1.8m處，無局部沖刷線，其樁端處土的承載力特征值為1002.6kPa。經(jīng)簡化分析后的各地質(zhì)土層分布、樁周極限摩擦力qsik及樁側(cè)土層重度γ如下表所示。試樁樁長35m，樁徑0.8m，分別采用普通鉆孔灌注樁和擠擴(kuò)支盤樁進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)設(shè)2個(gè)盤，支盤高度均為1m，直徑為均1.2m，第一個(gè)盤中心點(diǎn)設(shè)置于樁頂下20m，第二個(gè)盤中心點(diǎn)位于樁頂下30m。

表1 樁身土層地質(zhì)分布表

2 單樁軸向受壓承載力計(jì)算值

2.1 鉆孔灌注樁單樁軸向受壓承載力計(jì)算

2.2 擠擴(kuò)支盤樁單樁軸向受壓承載力計(jì)算

3 試驗(yàn)過程

3.1 試樁試驗(yàn)結(jié)果

試樁采用靜載原位測試試驗(yàn)方案，單樁靜載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，逐級等量加載，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后加下一級荷載。在樁身不同部位埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)。本次試驗(yàn)分為4組，共有12根試樁，第1組為地質(zhì)1處鉆孔灌注樁3根，分別標(biāo)記為Z1、Z2、Z3，第2組為地質(zhì)1處擠擴(kuò)支盤樁3根，標(biāo)記為Z4、Z5、Z6，第3組為地質(zhì)2處鉆孔灌注樁3根，標(biāo)記為Z7、Z8、Z9，第4組為擠擴(kuò)支盤樁3根，標(biāo)記為Z10、Z11、Z12，實(shí)驗(yàn)時(shí)預(yù)先在樁身內(nèi)部埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)，根據(jù)計(jì)算值，Z1～Z6加載至9000kN，Z7～Z9加載至14000kN，Z8～Z12加載至13000kN，樁身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 樁身結(jié)構(gòu)圖

通過對4組樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，得出靜載試驗(yàn)成果如如表2所示：

表2 不同樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)值

3.2 試樁Q～s曲線

根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出各鉆孔灌注樁和擠擴(kuò)支盤樁的Q～s曲線，如下：

從圖2和圖3可以看到，無論是鉆孔灌注樁還是擠擴(kuò)支盤樁，其Q～s均為緩變形，隨著試驗(yàn)荷載的增加，樁頂位移也逐漸增大，當(dāng)試驗(yàn)荷載加至最大值時(shí)，樁頂位移均未達(dá)到40mm，樁基未達(dá)到極限承載力。根據(jù)建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ106-2014），取s為40mm時(shí)對應(yīng)的荷載為樁豎向抗壓極限承載力值，分別進(jìn)行插值計(jì)算，可得地質(zhì)1鉆孔灌注樁的樁豎向抗壓極限承載力值

圖2 Z1～Z6的Q～s曲線

圖3 Z7～Z12的Q～s曲線

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可知兩種地質(zhì)條件下各組樁單樁軸向受壓承載力特征值計(jì)算值與試驗(yàn)值誤差值如表3所示：

表3 各組樁單樁軸向受壓承載力特征值計(jì)算值與試驗(yàn)值誤差

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

從上述數(shù)據(jù)及Q～s分析可知，首先，無論是鉆孔灌注樁還是擠擴(kuò)支盤樁，其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值結(jié)果及規(guī)律相差不大，誤差均在±6%以內(nèi)，說明單樁軸向受壓承載力特征值計(jì)算準(zhǔn)確度較高。其次，根據(jù)地質(zhì)1和地質(zhì)2上鉆孔灌注樁和擠擴(kuò)支盤樁計(jì)算值與試驗(yàn)值分析可知，雖然地質(zhì)情況不同，擠擴(kuò)支盤樁均能明顯提高單樁軸向受壓能力。從計(jì)算值上看，地質(zhì)1提高值為62.08%，地質(zhì)2提高值37.11%；從試驗(yàn)值上來看，地質(zhì)1提高值為55.79%，地質(zhì)2提高值46.38%。最后，地質(zhì)條件不同，擠擴(kuò)支盤樁布盤位置不同，對樁身承載能力影響也不同，相比較于地質(zhì)2，在地質(zhì)1布置支盤的效果更好，根本原因則是地質(zhì)1中盤布置在密實(shí)粗砂層中，地質(zhì)2的盤則布置在密實(shí)中砂層中，相對于中砂層，粗砂層承載力特征值更大，因此對樁身承載能力提升也更明顯。總結(jié)鉆孔灌注樁和擠擴(kuò)支盤樁的受力性能，可以得出以下結(jié)論：

（1）無論是鉆孔灌注樁還是擠擴(kuò)支盤樁，其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值結(jié)果及規(guī)律相差不大，計(jì)算值可以在一定程度上反應(yīng)實(shí)際值的大小及變化規(guī)律。

（2）針對本文中出現(xiàn)的兩種地質(zhì)情況，擠擴(kuò)支盤樁均能明顯提高單樁軸向受壓能力，其單樁軸向受壓承載力特征值提高幅度約為30%～60%，具體幅值與地質(zhì)情況及布盤土層等多項(xiàng)因素相關(guān)。

（3）地質(zhì)條件不同，擠擴(kuò)支盤樁對樁身單樁軸向受壓能力的改善效果也不一樣，在布置擠擴(kuò)支盤樁的支或盤所在位置時(shí)，應(yīng)盡量布置在土質(zhì)較好、承載能力較高的土層。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用

截至目前，擠擴(kuò)支盤樁已經(jīng)有了近40年的發(fā)展歷史，其在承載機(jī)理、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、設(shè)計(jì)方法等方面在全國各地得到廣泛認(rèn)可，但應(yīng)用卻還不是很廣泛。通過本文研究成果發(fā)現(xiàn)，在不同地質(zhì)條件下擠擴(kuò)支盤樁在受力性能上是優(yōu)于普通鉆孔灌注樁的，尤其是可以將其應(yīng)用在軟土地基處理的新型結(jié)構(gòu)、橋塔群樁基礎(chǔ)、橋塔群樁基礎(chǔ)等普通鉆孔灌注樁承載力不符合要求的地區(qū)，在現(xiàn)有技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，在工程中更應(yīng)該充分發(fā)揮支盤樁的優(yōu)勢，這也有利于形成完善的擠擴(kuò)支盤樁技術(shù)體系，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。而隨著“一帶一路”“粵港澳大灣區(qū)”“京津冀”“長江經(jīng)濟(jì)帶”等國家重大發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在蓬勃發(fā)展，未來擠擴(kuò)支盤樁的應(yīng)用前景將更加廣闊，也將帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

注釋：

①王光凱,白云,劉波,等．?dāng)D擴(kuò)支盤樁承載力及其施工特點(diǎn)研究．中冶建筑研究總院有限公司．2020年工業(yè)建筑學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（下冊）[C]//工業(yè)建筑雜志社,2020：5．

②司小雷,胡煒,胡兵．?dāng)D擴(kuò)支盤樁承載理論、破壞機(jī)理及其影響因素分析[A]．中國石油學(xué)會(huì)石油工程專業(yè)委員會(huì)地面工程工作部石油天然氣勘察技術(shù)中心站．石油天然氣勘察技術(shù)中心站第二十八次技術(shù)交流研討會(huì)論文集[C]．中國石油學(xué)會(huì)石油工程專業(yè)委員會(huì)地面工程工作部石油天然氣勘察技術(shù)中心站：中國建筑學(xué)會(huì)工程勘察分會(huì),2020：15．