桥梁挤扩支盘桩受力分析与承载能力研究

围绕广东潮汕环线项目,依托环线高速公路工程开展常规桩以及支盘桩现场试桩试验,对挤扩支盘桩的受力机理进行了研究并分析了挤扩支盘桩的承载性能。结果表明:不同于传统的等截面灌注桩,当挤扩支盘桩支盘腔成孔时,周围土体受到挤压,进一步提升桩周土体的模量以及承载力;同时支盘桩的支盘结构体发挥作用承载,对应的Q-S曲线为缓变型,桩的支盘处轴力有显著变化,呈现多支点端承摩擦桩受力特征,支与盘的荷载分担比可达60%左右;相同土层条件下,极限承载能力明显强于一般的常规桩,同等设计荷载下挤扩支盘桩的桩长更短;支、盘、桩端、桩侧荷载分担比受地质条件、荷载大小影响明显,随着竖向力的增大,支盘力的发挥具有明显的时序性,盘的承载力增长潜力远大于支结构,且由上至下逐步发挥承载作用。     

挤扩支盘桩在高速公路桥头软土地基处理中的应用

以广东潮汕环线高速公路西胪互通A匝道桥桥台软基处理为依托,对挤扩支盘桩地基加固开展了承载力验算、施工质量检测及路基沉降观测。结果表明:挤扩支盘桩地基处理满足地基承载力要求,设计方案合理,检测结果显示桩身完整性较好,施工质量满足要求,路基沉降量和差异沉降量均不大,约90%沉降量发生在施工过程中,路基沉降及工后沉降满足桥路过渡段沉降的要求,路基处于稳定状态,挤扩支盘桩的加固效果良好。     

浅谈桥梁挤扩支盘桩施工质量控制

桥梁挤扩支盘桩具有工后沉降变形小、承载力高、施工进度快、节省工程造价及良好的环保效益等特点。结合潮汕环线高速公路桥梁挤扩支盘桩应用情况,系统阐述桥梁挤扩支盘桩施工质量控制要点、成桩质量检测,并总结项目实施过程中质量控制经验,希望为挤扩支盘桩技术在公路行业的推广应用提供参考。     

填海地层挤扩支盘桩抗压抗拔静载试验研究

为探讨填海地层挤扩支盘桩的承载机理，依托深圳市滨海大道下沉隧道桩基工程，开展了挤扩支盘桩抗压、抗拔现场静载试验，分析了挤扩支盘桩桩顶位移规律、桩身轴力分布规律、支盘结构承载情况及分担比例等。结果表明，支盘桩达到桩顶极限荷载量时，仍具有较大的承载潜力；支盘桩桩身轴力分布在支盘位置发生突变，且盘位置突变量值高于支位置；埋深较深处盘结构与埋深浅处盘结构相比，发挥承载能力时具有明显的滞后效应；抗压支盘桩桩顶受荷较大时，支盘结构发挥主要承载功能，桩端及桩侧发挥辅助承载功能；设计时应将支盘结构设置于力学性质较好的土层，以充分发挥桩身范围内各土层承载能力；支盘结构的施作对支盘周土体具有挤扩压硬作用，提高了支盘周土体的承载能力。     

潮汕地区桥梁挤扩支盘桩旁压试验分析

旁压试验是获得土体原位应力—应变关系的重要手段。利用PY-5型预钻式旁压仪,对潮汕地区某高速公路项目中的不同土层进行了系统的旁压试验。试验结果表明,通过采取一定的孔内护壁措施,旁压试验均能成功实施,所测得的旁压模量、旁压剪切模量能有效反映土体的力学性状及地基承载力特征值。通过旁压模量、旁压剪切模量与桥梁挤扩支盘桩挤扩压力值之间的相关性分析,推导出了挤扩压力值的换算公式。本研究成果为潮汕地区提供了丰富的旁压试验数据,并为该地区挤扩支盘桩的设计提供了依据。     

广东省公路学会举办潮汕环线高速公路挤扩支盘桩技术交流及现场观摩活动

<正>为更好地推广科技成果,使交通公路从业人员了解、掌握《桥梁挤扩支盘桩》(JT/T855-2013)的相关内容,推动"桥梁挤扩支盘桩技术"在我省高速公路建设中的应用,广东省公路学会于2017年8月8~9日在潮汕环线高速公路有限公司举办挤扩支盘桩技术交流及现场观摩活动,广东省公路学会陈冠雄理事长     

考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法（双语出版）

为求解出支盘桩受压时扩径体处相关力学性状,并预测桩基沉降,结合圆孔扩张理论求解出扩径端力与位移关系,并对支盘桩应用荷载传递法。将支盘桩在竖向受压扩径体向下挤土位移的过程,看作土体中的圆孔扩张课题,在合理假定的基础上,分析受压时扩径体与相邻土体的相对位移,推导出扩径体水平内压力与竖向位移的关系,对扩径体下侧面进行力学分析,得出桩土接触作用面A'C段的变化规律及扩径端阻力与竖向位移的关系,并对其进行参数研究。在此基础上,选择桩侧荷载传递函数为双曲线型,桩端为线弹性,对支盘桩应用荷载传递法,得到桩顶沉降曲线及桩体内力。研究结果表明：以圆孔扩张理论推导出扩径端阻力与竖向位移关系的方法,充分考虑了扩径体的几何构造特点和挤土效应,扩径端阻力能充分体现对挤扩角的敏感性,更加符合工程实际;扩径体水平内压力在倒圆台形下侧面呈现非线性分布,随着初始孔径的增大而逐渐减小,随着竖向位移的增加,水平内压力分布的非线性愈加明显;水平内压力值随着竖向位移的增大而增大,随着挤扩角的增大而减小;考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法能有效地求解支盘桩沉降及相关力学性状,且对于支盘桩而言,挤扩角引起的扩径端阻力变化比单纯的侧阻变化更能影响最终承载力。相关方法和结论可以为工程设计提供参考。     

考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法

为求解出支盘桩受压时扩径体处相关力学性状,并预测桩基沉降,结合圆孔扩张理论求解出扩径端力与位移关系,并对支盘桩应用荷载传递法。将支盘桩在竖向受压扩径体向下挤土位移的过程,看作土体中的圆孔扩张课题,在合理假定的基础上,分析受压时扩径体与相邻土体的相对位移,推导出扩径体水平内压力与竖向位移的关系,对扩径体下侧面进行力学分析,得出桩土接触作用面A′C段的变化规律及扩径端阻力与竖向位移的关系,并对其进行参数研究。在此基础上,选择桩侧荷载传递函数为双曲线型,桩端为线弹性,对支盘桩应用荷载传递法,得到桩顶沉降曲线及桩体内力。研究结果表明:以圆孔扩张理论推导出扩径端阻力与竖向位移关系的方法,充分考虑了扩径体的几何构造特点和挤土效应,扩径端阻力能充分体现对挤扩角的敏感性,更加符合工程实际;扩径体水平内压力在倒圆台形下侧面呈现非线性分布,随着初始孔径的增大而逐渐减小,随着竖向位移的增加,水平内压力分布的非线性愈加明显;水平内压力值随着竖向位移的增大而增大,随着挤扩角的增大而减小;考虑圆孔扩张理论的支盘桩荷载传递法能有效地求解支盘桩沉降及相关力学性状,且对于支盘桩而言,挤扩角引起的扩径端阻力变化比单纯的侧阻变化更能影响最终承载力。相关方法和结论可以为工程设计提供参考。     

挤扩支盘桩盘体质量检测技术

对于深厚软土地质条件,与常规等截面桩基相比,桥梁挤扩支盘桩可缩短桩长,降低工后沉降,具有显著的承载性能优势,但支盘结构的混凝土完整性检测技术尚不成熟,已经成为该技术大范围推广的约束条件。依托潮汕环线高速公路项目,选取典型挤扩支盘桩基础,对其支盘体混凝土进行井径仪盘腔检测、抽芯检测、热异常检测以及声波透射法综合检测技术对比分析。结果表明:上述桩基完整性检测技术理论均可行,但各有相应的优缺点和局限性,建议应选择多种方法对同一桩基进行检测,保证工程质量及安全。     

挤扩支盘桩结构设计对桩基竖向承载性能影响的试验研究

挤扩支盘桩作为一种新型桩基形式,在建设领域有着广阔的应用前景.为研究挤扩支盘桩结构设计的差异性因素对于桩基承载受力及变形性能的影响,建立室内1∶10大比尺挤扩支盘桩物理模型,分别开展了不同盘数的单桩模型、不同桩间距的双桩模型的对比试验研究.研究结果表明,因受相邻桩的相互影响作用,在相同桩顶反力作用下,随着桩间距减小,桩顶沉降有所增加,承载力特征值降低;受相邻盘体应力传递的影响,上盘标高较低的盘位的荷载分担占比有所增加;随着盘数的增加,桩基承载力提高,且在相同桩顶反力时的桩顶沉降变小,上盘比下盘较早发挥承载力.这些研究结果可为挤扩支盘桩的合理结构设计提供参考.     

挤扩支盘桩承载特性及其应用发展

挤扩支盘桩是带有多分支和(或)承力盘结构的承载桩,是一种发挥土的承压承载特性,利用土的压硬承载特征,通过挤扩工艺和设备,获取土的承载性能以及检验支盘承载力的新结构桩型。支结构、盘结构分别发挥不同土层的优良特性而表现为支盘桩承载能力高、变形小;挤扩压硬提高土体承载性能,挤扩支腔盘腔自然稳定;高性能承载可大幅度缩短桩长、减小桩径,实现原材料以及造价节省。在全国各地各行业得到广泛应用的同时也逐渐获得了业界的一致认可。对挤扩支盘桩技术研究现状进行调研,总结分析利用支盘桩承载特性得到的支盘桩结构构造、设计方法、工艺及装备、检测评定等方面的研究成果,提出支盘桩群桩结构技术、抗沉降技术、抗拉锚固技术、长期承载性能、支盘体成品检测等方面需要进一步深入研究的核心技术,用以解决基桩泥皮沉渣、高铁沉降、海上风电、边坡锚固等承载问题。     

人工挖孔支盘灌注桩与扩底灌注桩承载试验对比研究

结合新济公路虎岭至邵原段试桩的静载试验,对比研究了扩底桩与支盘桩承载特性区别,包括桩身轴力、桩端阻力、桩侧摩阻力,并讨论了支盘承担荷载情况。试验对比研究结果表明:相比支盘桩,扩底桩的承载力高、沉降小;由于支盘的存在,支盘桩和扩底桩的桩身轴力及侧摩阻力的发挥性状不相同;支盘的承载特性发挥表现出时序性;扩底桩的桩端阻力较支盘桩高,而荷载沉降曲线表明,试桩表现出了摩擦桩、端承桩的性质。     

路堤荷载下带受力盘塑料套管混凝土桩受力及变形研究

针对带受力盘塑料套管混凝土桩(简称带受力盘TC桩)群桩基础在路堤荷载下的受力及变形,选取上海市奉贤区奉浦大道道路建设工程桥头带受力盘TC桩处理段进行现场试验,通过在路基埋设土压力盒、钢筋应力计、表面沉降板、分层沉降管研究在路堤荷载下带受力盘TC桩受力及变形机理。结果表明:带受力盘TC桩桩身存在负摩阻力;经带受力盘TC桩加固处理后,路基总沉降量小,工后沉降得到有效控制,能满足设计及施工要求;作用在盖板上的应力基本由桩体承担,通过侧摩阻力和端阻力传递给深层地基土体。     

考虑土体非线性固结沉降的复合地基桩侧负摩阻力研究

基于Davis一维非线性固结理论,求得桩周土体固结沉降随时间和深度变化的计算公式;结合桩-土双曲线荷载传递模型,建立复合地基中桩体平衡方程的矩阵表达式,通过将矩阵方程组联立迭代求解,得到复合地基中桩侧摩阻力、桩身轴力及中性点位置.通过针对某工程实例的对比分析,验证了本文中所建理论计算方法的可靠性;继而探讨了地基土固结度、桩周土体初始体积压缩系数、桩端土体压缩模量及桩-土应力比对桩侧负摩阻力和中性点位置的影响.研究结果表明:所建立的考虑土体非线性固结沉降的桩侧负摩阻力计算模型可以有效、准确地反映复合地基中基桩负摩阻力和中性点位置随地基土固结时间的变化规律;桩周土体初始体积压缩系数对桩侧摩阻力影响显著,桩端土体压缩模量对中性点位置影响显著;桩身下拽力、中性点深度随着桩-土应力比的增大而减小.     

上拔荷载作用下挤扩支盘桩颗粒流数值模拟

基于颗粒流理论,采用PFC2D程序,研究粘土地基中挤扩支盘桩受上拔荷载时,荷载-桩体位移关系、土体变形破坏情况及地基位移场分布。结果表明:荷载与桩体位移变化曲线分为初始弹性阶段、中间塑性阶段和破坏阶段;土体破坏产生的滑裂面主要从下部支盘的端部沿斜上方向地表发展;土体颗粒受影响区域为倒钟形。     

刚柔性长短桩复合地基工程特性有限元分析

以邢衡高速公路一期工程为例，采用数值模拟的方法，对高速公路路基下刚柔性长短桩复合地基的桩土应力比和沉降变形的变化规律进行了研究。研究结果表明:桩间距、柔性桩桩长、下卧层土体变形模量对桩土应力比的影响较小，适当提高柔性短桩变形模量可增加柔性短桩的荷载分担比；适当减小桩间距和提高柔性短桩变形模量可在一定程度上减小路基的沉降变形；下卧层土体的变形模量对路基的沉降变形影响较大。     

客运专线水泥土桩复合地基承载特性数值分析

采用数值试验的方法,对水泥土挤密桩单桩及单桩复合地基的承载特性进行了分析.分析了在整个加荷过程中单桩以及单桩复合地基荷载传递特性(桩身应力及桩身位移),同时分析了桩端土模量和褥垫层厚度及其变形模量对复合地基性状的影响,得出了一些有益的结论.     

桥梁挤扩支盘桩竖向荷载作用下群桩效应模型试验研究

为研究桥梁挤扩支盘桩群桩的承载受力和变形性能,获得支盘桩群桩效应系数,在行业内首次设计1∶10大比尺挤扩支盘桩室内群桩模型试验,分别开展单桩、双桩、四桩和九桩支盘桩对比研究。结果表明,随着桩数增加,群桩效应更为显著,与单桩相比,双桩、四桩、九桩综合群桩效应系数分别为0.94、0.88、0.79。其中,上盘群桩效应系数在0.8左右,下盘群桩效应系数为0.8～0.9,桩侧群桩效应系数在0.6左右;而桩端受桩底及下盘边载效应影响,群桩效应系数大于1.0。试验结果为支盘桩群桩设计和推广应用提供了有力支撑。     

桥梁挤扩支盘桩施工工艺与智能化装备

桥梁挤扩支盘桩是在传统钻孔灌注桩工艺上通过增加挤扩工序形成的新桩型,施工工艺及施工质量控制是该桩型成功的前提和保证。介绍了挤扩支盘桩的施工工艺流程及施工控制要点:(1)支盘桩相对于普通桩,增加了变孔径桩钻孔、挤扩支盘、扫孔-清孔-检测程序;(2)桩成孔护壁泥浆宜采用优质泥浆,严格控制泥浆比重,比重一般控制在1.05～1.25,当穿过易塌孔土层时,增大至1.20～1.35;(3)根据地层情况,采用不同的挤扩压力值和相应的施工设备。此外,结合现有的挤扩支盘设备,对未来的智能化装备进行了展望。     

柔性基础下减沉复合疏桩沉降性能研究

采用减沉复合疏桩进行软基处理能充分发挥桩间土体的承载力,有效控制工后沉降的同时节约了软基处理成本。预应力管桩作为一种常用的减沉复合疏桩,大量应用于目前高速公路桥头软基处理中。其沉降计算多采用复合模量法,无法准确反映路堤荷载下该桩型的承载机理,计算值与实测值存在较大差别。基于Mindlin应力解,得出了环形桩端均布荷载作用在地基内部任意点竖向附加应力系数的数值计算方法;得出了沿桩身三角形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力作用在地基内部时任意点土中竖向附加应力系数的数值计算方法。在此基础上建立了考虑桩身压缩量和实际截面形状的预应力管桩单桩沉降计算方法,进而建立了路堤荷载下预应力管桩复合地基的沉降计算方法。通过现场实测沉降数据验证了该方法的合理性。