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摘 要：结合汕头市凤东路澄海段工程项目，利用“二锚一”锚桩法对金樟路跨线桥多支型挤扩支盘桩试桩试验，以慢速维持荷载法逐级施加荷载，对试桩的抗压、抗拔能力以及荷载的传递情况进行研究，分析多支型结构与常见盘体结构在深厚软土地基中的承载特性。结果表明，多支结构能使试桩的支侧阻力发挥显著，抗拔承载能力成倍提高，在灌注过程中能有效降低孔底沉渣对桩体承载力的影响。
关键词：锚桩法;挤扩支盘桩;承载特性;支侧阻力
中图分类号：U446.1 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2021）06-0049-04
传统钻孔灌注桩已在桥梁桩基上普遍应用，但在深厚的软弱土层地区，传统钻孔灌注桩造价颇高，一般桩身长度、直径远高于其他土层地区。传统等截面灌注桩以摩擦受力为主，在软弱土层中易塌孔，沉渣较难控制，经济性差[1]。挤扩支盘桩作为一种新型变截面桩基，在软土地基上利用挤压设备增设承力支盘结构，增大支盘结构与土体的接触面，提高桩基的承载能力[2-5]。相比传统钻孔灌注桩，减少了钢筋及混凝土用量，尤其对施工方而言，能有效降低施工成本投入。
1 多支型挤扩支盘桩特点
相对以往其他项目采用“盘结构”作为承载力的挤扩支盘桩，本工程采用“多支型”挤扩支盘桩设计方案。在盘与支结构或者盘与盘结构间距为8倍盘环宽度、支与支结构间距为4倍盘环宽度时，在1个盘的相同间距范围内，布置两个支结构。在深厚软土中增设挤扩支盘桩支结构的分支数量，增加支结构与土体的侧阻面，提高支结构的侧支阻力。成孔后灌注混凝土能使支盘结构形成刚性结构，扩大整个桩身的承载面积，将受力单一的摩擦桩改成多支型变截面摩擦端承桩，改变桩体受力方式，提高桩身整体的侧摩擦阻力，达到桩基承载力设计要求。
2 工程概况
汕头市凤东路澄海段工程位于汕头市东部，主线全长23.287km，设有3座特大桥，9座大桥。金樟路跨线大桥采用整体式断面分幅设计，单幅桥宽 13.75m。主桥桩基采用常规钻孔灌注桩，引桥采用多支型挤扩支盘桩。金樟路跨线桥全场地分布软土，桥位覆盖层主要有杂填土、耕填土、砂类土、淤泥质土、粉质粘土等组成;基底则由花岗岩层和风化层构成，桩基设计参数如表1所示。
3 试桩方案
創新性的采用“二锚一”锚桩试桩方案，同时监测试桩和两根锚桩的数据，减少工作的反复性，通过一组试验即可获取3组试验桩的参数，实现综合效益最大化。利用慢速维持荷载法对金樟路12#墩1组挤扩支盘桩进行静载试验。12#墩设置1根抗压桩，在抗压桩侧施打两根支盘桩作为锚桩，在试桩试验前，需要利用跨孔超声波法和热异常法对试桩的支盘进行完整性检测，确保试验可行性。
3.1 锚桩反力装置设计方案
试桩静载试验前需对本方案投入2根长13000mm×宽550mm×高1200mm的钢梁以及相应锚具设计为图1所示的锚桩反力装置。锚桩通过主筋穿引过钢梁上的格子锚具，在格子锚具上方主筋采用帮条焊的方式，单面焊帮条长度≥10d，双面焊帮条长度≥5d[5]。本方案采用4台额定重量630t的千斤顶在试验桩承台与2根钢梁之间进行加载，加载反力通过钢梁两端的焊接锚固装置传递到锚桩主筋上，从而实现整个系统在加载过程中的静力和变形平衡，测试同时采集两侧锚桩桩顶变形数据和桩身内力监测数据。
3.2 加卸载过程
试桩灌注后的混凝土需达到28d期龄后才可进行单桩竖向抗压静载试验[6]。
试验采用慢速维持荷载法，由超高压油泵带动千斤顶施加各分级荷载，通过锚桩反力装置加卸载，桩基静载荷测试分析仪控制压力传感器来调节施加荷载值，桩顶沉降值由位移传感器采集，具体加卸载过程如下。
（1）分级荷载均匀等量施加，分级荷载取最大加载值的1/10，第一级荷载以两倍分级荷载值施加，下一级荷载的施加要求桩顶沉降值处于相对稳定，桩顶沉降值连续两次1h内不得超过0.1mm[7]。
（2）各分级荷载施加后，桩顶沉降值分别在5min、15min、30min、45min、60min各记录一次，为减少试验误差，分级荷载趋于稳定后每间隔30min记录一次桩顶沉降值。
（3）卸载过程中，取2倍荷载的加载值等量卸载，分别在15min、30min、60min记录桩顶沉降值，使荷载稳定维持1h后方可继续下一级荷载，直至荷载卸载为0。
3.3 钢筋计、应变计布置
采用振弦式钢筋应力计，焊接在钢筋笼主筋上，桩身断面在距离支或盘结构上下各25cm处横断面，布置两个钢筋计。标定面布置在桩顶下2m和4m处，每个断面安装四个应变计，钢筋笼底部1m处需布置两个钢筋计收集桩底反力，钢筋计布置如图2所示。
4 试验结果分析
4.1 支盘承载能力分析
支盘结构形状直接影响桩体承载能力，支盘结构均是由混凝土直接浇筑而成，属于刚体结构，因此支盘结构的强度极难控制，受到诸多外在因素影响。支盘结构在加载过程中，六星支的支侧阻力发挥显著，如图3和图4所示。在极限荷载5331KN的条件下，六星支结构承载力在细砂土层中较盘结构提升了24.02%，六星支已满足盘结构的承载要求。在粉质粘土层中，六星支的承载能力呈“波浪形”曲线，下部盘结构在第8级荷载作用下才发生明显变化，荷载增加支盘结构承载力均保持在30KN范围内浮动，说明在同等粉质粘土、细砂土层的地质情况下，一个六星支相当于一个盘结构的承载能力。
4.2 抗拔、抗压特征分析
金樟路跨线桥挤扩支盘桩现场试验结果如表2所示，试桩与锚桩的Q-S荷载-位移变化曲线如图5所示。
现场实测数据表明，在深厚软弱土的地质条件下，使用多支型结构的挤扩支盘桩桩体抗拔承载能力成倍提高。在极限荷载5331KN条件下，锚桩1最终上拔量为1.81mm，锚桩2最终上拔量为2.35 mm，在卸载后回弹率均达到82%以上，挤扩支盘桩抗拔承载能力满足试桩要求。如图6所示，上部支盘结构承担60%的桩身内力，试桩的最大位移变形仅6mm，属于弹性变形。根据挤扩支盘桩的受力特点，试桩12-0#在极限荷载10661KN作用下，桩身周围与桩端土体发生较大位移变形，盘体结构与土层接触面大，支结构的侧阻面与土层接触面积受限，所以盘体结构周围土体的位移变形均大于支结构。 4.3 荷载传递特性分析
各级荷载作用下试桩的各断面轴力变化如图7所示，试桩的上盘结构轴力均大于下部盘结构，盘结构上下部轴力差值即为该盘体的承载力。支盘结构承担主要部分荷载，在分级荷载逐级施加中，支盘结构承载力均稳定增长，呈近线性关系。试桩极限荷载达10662KN时，上盘结构端承力为2755KN，约占试桩承载力的32.88%，约占盘的总端承力的61.5%;中盘结构端承力为1718KN，达到试桩承载力的20.5%，约占盘的总端承力的38.5%。试桩中支结构的端承力均要小于盘结构，支结构承担上、中盘传递下的剩余荷载，整根试桩的荷载是以递减形式传递，具有时间性和顺序性的特点。试桩的桩身轴力在支盘各断面处能将桩体与支盘连接产生的集中应力分散到土层中，从而减少桩身轴力和支盘的桩侧摩阻力，如图8所示。试桩利用支盘结构承载部分桩身承载力，可有效降低孔底沉渣在灌注过程中对试桩承载力的影响。
5 结论
在淤泥质土、淤泥砂土中，多支结构的支侧阻力发挥显著，一个六星支结构相当一个盘结构的承载效果，支结构侧阻面会随支数增加，提高桩体与土体的支侧阻承载力。采用多支结构可提高桩体的抗拔承载能力，有利于对桩身抗拔、抗压内力优化，能有提高灌注后混凝土的抗拉抗裂能力。設置支结构可承载大部分承载力，在灌注过程能有效降低孔底沉渣对桩体承载力的影响。
参考文献：
〔1〕黄生根，沈佳红，李萌.钻孔灌注桩压浆后承载性能的可靠度分析[J].岩土力学，2019，40（05）：1977-1982.
〔2〕李兰勇，刘广宇.公路软土地区挤扩支盘桩承载性状试验研究[J].交通世界，2018（13）：128-12.
〔3〕张文心，刘洪义.挤扩支盘桩在特高压输电线路中的试验与研究[J].电力勘测设计，2018（S2）：187-192.
〔4〕席亚彬.湿陷性黄土地区挤扩支盘桩的承载特性及数值模拟分析[D].兰州：兰州理工大学，2019.
〔5〕熊露.深厚软弱土地区细长嵌岩桩竖向承载性状研究[D].广州：广州大学，2019.
〔6〕钢筋焊接及验收规程JGJ 18-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
〔7〕建筑基桩检测技术规范JGJ 106-2014[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.
关键词：锚桩法;挤扩支盘桩;承载特性;支侧阻力
中图分类号：U446.1 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2021）06-0049-04
传统钻孔灌注桩已在桥梁桩基上普遍应用，但在深厚的软弱土层地区，传统钻孔灌注桩造价颇高，一般桩身长度、直径远高于其他土层地区。传统等截面灌注桩以摩擦受力为主，在软弱土层中易塌孔，沉渣较难控制，经济性差[1]。挤扩支盘桩作为一种新型变截面桩基，在软土地基上利用挤压设备增设承力支盘结构，增大支盘结构与土体的接触面，提高桩基的承载能力[2-5]。相比传统钻孔灌注桩，减少了钢筋及混凝土用量，尤其对施工方而言，能有效降低施工成本投入。
1 多支型挤扩支盘桩特点
相对以往其他项目采用“盘结构”作为承载力的挤扩支盘桩，本工程采用“多支型”挤扩支盘桩设计方案。在盘与支结构或者盘与盘结构间距为8倍盘环宽度、支与支结构间距为4倍盘环宽度时，在1个盘的相同间距范围内，布置两个支结构。在深厚软土中增设挤扩支盘桩支结构的分支数量，增加支结构与土体的侧阻面，提高支结构的侧支阻力。成孔后灌注混凝土能使支盘结构形成刚性结构，扩大整个桩身的承载面积，将受力单一的摩擦桩改成多支型变截面摩擦端承桩，改变桩体受力方式，提高桩身整体的侧摩擦阻力，达到桩基承载力设计要求。
2 工程概况
汕头市凤东路澄海段工程位于汕头市东部，主线全长23.287km，设有3座特大桥，9座大桥。金樟路跨线大桥采用整体式断面分幅设计，单幅桥宽 13.75m。主桥桩基采用常规钻孔灌注桩，引桥采用多支型挤扩支盘桩。金樟路跨线桥全场地分布软土，桥位覆盖层主要有杂填土、耕填土、砂类土、淤泥质土、粉质粘土等组成;基底则由花岗岩层和风化层构成，桩基设计参数如表1所示。
3 试桩方案
創新性的采用“二锚一”锚桩试桩方案，同时监测试桩和两根锚桩的数据，减少工作的反复性，通过一组试验即可获取3组试验桩的参数，实现综合效益最大化。利用慢速维持荷载法对金樟路12#墩1组挤扩支盘桩进行静载试验。12#墩设置1根抗压桩，在抗压桩侧施打两根支盘桩作为锚桩，在试桩试验前，需要利用跨孔超声波法和热异常法对试桩的支盘进行完整性检测，确保试验可行性。
3.1 锚桩反力装置设计方案
试桩静载试验前需对本方案投入2根长13000mm×宽550mm×高1200mm的钢梁以及相应锚具设计为图1所示的锚桩反力装置。锚桩通过主筋穿引过钢梁上的格子锚具，在格子锚具上方主筋采用帮条焊的方式，单面焊帮条长度≥10d，双面焊帮条长度≥5d[5]。本方案采用4台额定重量630t的千斤顶在试验桩承台与2根钢梁之间进行加载，加载反力通过钢梁两端的焊接锚固装置传递到锚桩主筋上，从而实现整个系统在加载过程中的静力和变形平衡，测试同时采集两侧锚桩桩顶变形数据和桩身内力监测数据。
3.2 加卸载过程
试桩灌注后的混凝土需达到28d期龄后才可进行单桩竖向抗压静载试验[6]。
试验采用慢速维持荷载法，由超高压油泵带动千斤顶施加各分级荷载，通过锚桩反力装置加卸载，桩基静载荷测试分析仪控制压力传感器来调节施加荷载值，桩顶沉降值由位移传感器采集，具体加卸载过程如下。
（1）分级荷载均匀等量施加，分级荷载取最大加载值的1/10，第一级荷载以两倍分级荷载值施加，下一级荷载的施加要求桩顶沉降值处于相对稳定，桩顶沉降值连续两次1h内不得超过0.1mm[7]。
（2）各分级荷载施加后，桩顶沉降值分别在5min、15min、30min、45min、60min各记录一次，为减少试验误差，分级荷载趋于稳定后每间隔30min记录一次桩顶沉降值。
（3）卸载过程中，取2倍荷载的加载值等量卸载，分别在15min、30min、60min记录桩顶沉降值，使荷载稳定维持1h后方可继续下一级荷载，直至荷载卸载为0。
3.3 钢筋计、应变计布置
采用振弦式钢筋应力计，焊接在钢筋笼主筋上，桩身断面在距离支或盘结构上下各25cm处横断面，布置两个钢筋计。标定面布置在桩顶下2m和4m处，每个断面安装四个应变计，钢筋笼底部1m处需布置两个钢筋计收集桩底反力，钢筋计布置如图2所示。
4 试验结果分析
4.1 支盘承载能力分析
支盘结构形状直接影响桩体承载能力，支盘结构均是由混凝土直接浇筑而成，属于刚体结构，因此支盘结构的强度极难控制，受到诸多外在因素影响。支盘结构在加载过程中，六星支的支侧阻力发挥显著，如图3和图4所示。在极限荷载5331KN的条件下，六星支结构承载力在细砂土层中较盘结构提升了24.02%，六星支已满足盘结构的承载要求。在粉质粘土层中，六星支的承载能力呈“波浪形”曲线，下部盘结构在第8级荷载作用下才发生明显变化，荷载增加支盘结构承载力均保持在30KN范围内浮动，说明在同等粉质粘土、细砂土层的地质情况下，一个六星支相当于一个盘结构的承载能力。
4.2 抗拔、抗压特征分析
金樟路跨线桥挤扩支盘桩现场试验结果如表2所示，试桩与锚桩的Q-S荷载-位移变化曲线如图5所示。
现场实测数据表明，在深厚软弱土的地质条件下，使用多支型结构的挤扩支盘桩桩体抗拔承载能力成倍提高。在极限荷载5331KN条件下，锚桩1最终上拔量为1.81mm，锚桩2最终上拔量为2.35 mm，在卸载后回弹率均达到82%以上，挤扩支盘桩抗拔承载能力满足试桩要求。如图6所示，上部支盘结构承担60%的桩身内力，试桩的最大位移变形仅6mm，属于弹性变形。根据挤扩支盘桩的受力特点，试桩12-0#在极限荷载10661KN作用下，桩身周围与桩端土体发生较大位移变形，盘体结构与土层接触面大，支结构的侧阻面与土层接触面积受限，所以盘体结构周围土体的位移变形均大于支结构。 4.3 荷载传递特性分析
各级荷载作用下试桩的各断面轴力变化如图7所示，试桩的上盘结构轴力均大于下部盘结构，盘结构上下部轴力差值即为该盘体的承载力。支盘结构承担主要部分荷载，在分级荷载逐级施加中，支盘结构承载力均稳定增长，呈近线性关系。试桩极限荷载达10662KN时，上盘结构端承力为2755KN，约占试桩承载力的32.88%，约占盘的总端承力的61.5%;中盘结构端承力为1718KN，达到试桩承载力的20.5%，约占盘的总端承力的38.5%。试桩中支结构的端承力均要小于盘结构，支结构承担上、中盘传递下的剩余荷载，整根试桩的荷载是以递减形式传递，具有时间性和顺序性的特点。试桩的桩身轴力在支盘各断面处能将桩体与支盘连接产生的集中应力分散到土层中，从而减少桩身轴力和支盘的桩侧摩阻力，如图8所示。试桩利用支盘结构承载部分桩身承载力，可有效降低孔底沉渣在灌注过程中对试桩承载力的影响。
5 结论
在淤泥质土、淤泥砂土中，多支结构的支侧阻力发挥显著，一个六星支结构相当一个盘结构的承载效果，支结构侧阻面会随支数增加，提高桩体与土体的支侧阻承载力。采用多支结构可提高桩体的抗拔承载能力，有利于对桩身抗拔、抗压内力优化，能有提高灌注后混凝土的抗拉抗裂能力。設置支结构可承载大部分承载力，在灌注过程能有效降低孔底沉渣对桩体承载力的影响。
参考文献：
〔1〕黄生根，沈佳红，李萌.钻孔灌注桩压浆后承载性能的可靠度分析[J].岩土力学，2019，40（05）：1977-1982.
〔2〕李兰勇，刘广宇.公路软土地区挤扩支盘桩承载性状试验研究[J].交通世界，2018（13）：128-12.
〔3〕张文心，刘洪义.挤扩支盘桩在特高压输电线路中的试验与研究[J].电力勘测设计，2018（S2）：187-192.
〔4〕席亚彬.湿陷性黄土地区挤扩支盘桩的承载特性及数值模拟分析[D].兰州：兰州理工大学，2019.
〔5〕熊露.深厚软弱土地区细长嵌岩桩竖向承载性状研究[D].广州：广州大学，2019.
〔6〕钢筋焊接及验收规程JGJ 18-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
〔7〕建筑基桩检测技术规范JGJ 106-2014[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.