橋梁施工中擠擴支盤樁的運用研討

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我們可以通過做一個小試驗來模擬支盤樁的受力機制，把用竹簽穿起來的山楂埋在較松散的面粉里，當(dāng)你向外拔的時候，會感覺到要比單個竹簽費力的多。當(dāng)面粉被壓得較實的時候，力量達到一定程度，竹簽就會從山楂里被抽出來，這類似于支盤與樁體間的剪切破壞。延伸到支盤樁，支盤與樁身間也是通過剪切力傳遞樁頂?shù)膲毫?。其實支盤樁的荷載傳遞方式與一般樁的傳遞機理并沒有太大的差別，都是隨著荷載的增加逐漸由上往下傳遞，由側(cè)阻的發(fā)揮到端阻側(cè)阻共同受力。所不同的是支盤的阻力通過混凝土內(nèi)部的剪應(yīng)力在相應(yīng)的荷載階段逐步發(fā)揮出來，而且隨荷載的增加不斷增加，支盤樁的荷載傳遞具有明顯的時間和順序效應(yīng)。另外就是局部擠密效應(yīng)，樁在外力的作用下，會產(chǎn)生向下的位移，這個位移會促使支盤下方的土體得到進一步的擠密，土體的承載力就會隨之提高，摩阻力自行得到修復(fù)，進而控制了土體承載后的壓縮沉降，使樁基在新的荷載作用下達到新的平衡。這與等直徑樁不同，等直徑的樁在土體摩擦力被破壞之后，摩阻力將無法得到修復(fù)，樁頂?shù)耐饬蛳聜髦翗兜酌?，沉降量也會比較大。

擠擴支盤樁的施工工藝

1施工主要設(shè)備

擠擴支盤樁不僅包括常用的鉆孔樁設(shè)備而且還增加了擠擴機及擠擴機配套的控制設(shè)備。因為在施工中施工場地內(nèi)要布置的設(shè)備更多，所以施工組織起來比常規(guī)樁基要增加一定的難度。支盤機根據(jù)樁徑、地質(zhì)情況的不同，采用的型號各不相同，如圖1所示是比較常見的一種擠擴機，通過液壓傳動，產(chǎn)生向兩側(cè)的擠擴力，在施工過程中能從其油壓表的壓力讀數(shù)的大小反映出地層的軟硬程度，通過這些信息，來判斷地質(zhì)情況是否與勘察資料相符。再通過對支盤位置的控制，對設(shè)計支盤的位置、尺寸進行相應(yīng)的調(diào)整，保證單樁承載力能滿足設(shè)計要求，在這一點上，支盤樁比常規(guī)的鉆孔樁在處理地質(zhì)變化情況上要靈活，施工質(zhì)量也能得到最大限度的保證，這是支盤樁的一個非常突出特點和優(yōu)點。實踐中，還可以根據(jù)地層的特點，選擇正反循環(huán)鉆機、旋挖鉆等施工效率較高的鉆孔設(shè)備，從而縮短整個成樁過程。

2施工工藝流程

擠擴支盤樁的施工工藝是在常規(guī)鉆孔樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，泥漿護壁也是成孔過程中的一個重要環(huán)節(jié)，根據(jù)樁位處的地下水及地質(zhì)情況，一般是利用孔內(nèi)地層中的粘性土層造漿達到泥漿護壁的效果，再根據(jù)地質(zhì)情況在持力層設(shè)置支盤，按支盤設(shè)計深度，下入液壓擠擴支盤機，在地面上操作液壓泵將支盤壓臂擠出、收回，再通過轉(zhuǎn)換一定的角度，經(jīng)多次擠壓成盤，再由上至下或由下至上完成擠擴多個支盤的作業(yè)，吊放鋼筋籠、清孔、灌注混凝土成樁。特殊情況下，通過加放膨潤土等材料進行造漿，如圖2所示。

與傳統(tǒng)鉆孔樁對比

1施工機械對比

傳統(tǒng)鉆孔樁的設(shè)備主要有回旋鉆機、旋挖鉆機、沖擊鉆機等。擠擴支盤樁除上述設(shè)備外，還需配備擠擴機、高壓油泵等輔助設(shè)備，但是根據(jù)本工程的實際經(jīng)驗，由于擠擴的工序用時較短，3臺～4臺常規(guī)鉆機配備一臺擠擴機就能滿足施工要求，從機械設(shè)備及人員投入上說，用于擠擴施工而增加的人力物力相對較少。

2施工工期對比

以C匝道橋為例，某墩位樁徑為120cm的非擠擴樁設(shè)計樁長為60m，改為擠擴支盤樁后樁長縮短為51．7m，同時下部40m采用100cm直徑樁。采用循環(huán)鉆機平均約3d時間能鉆至60m，一臺鉆機鉆4根樁就要用12d時間。如果采用擠擴支盤樁，一般鉆孔時上部地層容易成孔，下部成孔時間稍長，根據(jù)本工程實際情況，鉆孔50m，通常只用2d時間，鉆孔和擠擴施工可以交叉進行，擠擴工序可按半天計算，一臺鉆機一臺擠擴機施工4根樁只用8．5d時間。因此從整體上看，采用擠擴支盤樁會有效地提前施工工期。

3工程投資對比

由于樁長縮短，鋼筋籠會相應(yīng)減少，混凝土也有大幅度減少，還以上述C匝道橋某樁位為例，采用傳統(tǒng)摩擦樁，混凝土用量約為69m3，鋼筋約為5．8t。采用擠擴支盤樁混凝土用量約為44．2m3，鋼筋約為5．6t。樁長及樁徑的減小使鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿量也同比減少，處理費用及環(huán)境保護方面的費用也相應(yīng)減少。施工機械及人工等其他費用上，減少常規(guī)鉆孔施工時間節(jié)約的費用與擠擴工藝所產(chǎn)生的費用基本相抵還略有節(jié)余，具體到本工程，綜合計算，采用擠擴支盤樁每根樁比原摩擦樁大約能節(jié)省投資3000元～5000元。

4承載力比較

在寧波繞城東段的擠擴支盤樁中，通過自平衡靜載荷試驗和堆載靜載試驗，得出如下數(shù)據(jù):支盤樁K38+841極限承載力為15203kN，查閱兩處支盤樁的荷載試驗資料，看出樁端阻力為4210kN，占27．7%;樁身側(cè)摩阻力為5026kN，占33．1%;而支盤發(fā)揮的承載力為5967kN，占39．2%。支盤樁K38+860極限承載力為16482kN，樁端阻力為3407kN，占20．7%;樁身側(cè)摩阻力為6312kN，占38．3%;而支盤發(fā)揮的承載力為6763kN，占41．0%。我們從這組數(shù)據(jù)資料里可以明顯看出支盤樁的支盤在整個樁的承載力中發(fā)揮了比較重要的作用，也從實踐上充分證明了支盤在提高承載力方面不可忽視的作用。再選取兩根等截面樁并查閱其承載力實驗值，平均后作為等截面樁承載力，與同樁徑的支盤樁進行對比。再計算支盤樁和等截面樁的混凝土單方承載力，支盤樁:246．56kN/m3，等截面樁:172．36kN/m3，混凝土單方承載力提高了43%，明顯高于等截面樁。

5沉降量比較

沉降量小是擠擴支盤樁的又一明顯的優(yōu)點，如圖3所示可以明顯看出等直徑樁與支盤樁沉降量的差別。在荷載較小的時候，由于支盤樁和等直徑樁一樣，都是通過樁身的摩擦力來承受樁頂荷載，隨著荷載的增加，沉降量就出現(xiàn)明顯的差別，支盤樁的沉降量小于等直徑樁。

結(jié)語

通過支盤樁在實際橋梁工程中的應(yīng)用，我們初步了解到了它的一些特點，與傳統(tǒng)的等直徑的鉆孔樁相比，主要有以下優(yōu)點:1)經(jīng)濟性。采用支盤樁比普通等直徑樁節(jié)約大量建設(shè)投資。2)承載力大而沉降量小。對橋梁工程非常有利，尤其是對于基礎(chǔ)沉降反應(yīng)非常敏感的高架橋梁中的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，對改善連續(xù)梁內(nèi)部應(yīng)力非常有利。3)施工工期短。由于樁長的縮短，以及與擠擴工藝交叉施工，為基礎(chǔ)施工節(jié)約大量的時間，有利于工程總體工期的控制。4)節(jié)能環(huán)保。施工中產(chǎn)生的泥漿明顯減少，減少處理費用，工地的文明施工也得到較大提升，社會效益明顯。通過本工程實踐驗證，可以預(yù)見到，擠擴支盤樁施工工藝有很大的應(yīng)用前景。（本文作者：楊云 單位：中鐵十六局集團第三工程有限公司）