大直径挤扩支盘变径桩技术在桥梁工程的应用

大直径挤扩支盘变径桩技术在桥梁工程的应用
 肖剑 练文革 孔娜  （中冶交通工程技术有限公司）
 摘要： 大直径挤扩支盘变径桩是为了适应桥桩工程大盘径要求出现的新桩型，该技术采用盘径3米的大型支盘施工设备及配套工艺，同时采用桩身变径结构，在满足上部水平力要求的同时，桩承载力加大，节省钢筋、混凝土用量，是一种具有显著的节能减排效果的新技术，宁波绕城高速的科研性应用效果来看，值得在交通工程领域推广和借鉴。
 关键词: 大直径挤扩支盘 变径桩 支盘技术
 挤扩支盘技术采用支盘挤扩机械，根据地质情况在硬土层中通过液压挤扩，对各承力盘周围土体施以三维静压，挤扩支盘桩空腔，经挤密的周围土体与空腔内灌注的砼桩身、支盘紧密地结合为一体，发挥了桩土共同承力作用。在工业与民用建筑工程中得到了大量的应用，桩长从7米多至50多米，桩径约430mm～850mm，盘径在2米以下。近些年来，随着支盘桩的发展，支盘桩应用桩径逐渐增大，对盘径的要求也逐渐增大。特别针对桥桩桩径约1000mm～2000mm的特点，原有的挤扩支盘设备不能适应于桥桩的的需求，为在桥梁工程中采用支盘技术，需要挤扩支盘直径能达到2500mm以上的挤扩支盘机。
 大直径挤扩支盘变径桩就是顺应上述形势出现的新桩型。该技术采用盘径3米的大型支盘施工设备及配套工艺，挤扩设备最大工作压力为35MPa，为国际工程机械深孔作业最大液压动力，为支盘技术在桥梁工程的应用奠定了基础；
 为充分发挥支盘效果和优势，大直径挤扩支盘变径桩技术采用桩身变径结构，桩上部直径大满足桩水平承载力要求，桩下部直径小，盘环面积大，桩承载力相对普通支盘桩更大，同时节省钢筋、混凝土用量。其受力机理明确，该技术能充分利用地基承载土层，在有效地减小桩径和桩长的同时大幅度提高桩的承载力，并减少桩体沉降量。
 
图1 大直径挤扩支盘桩实体模型及施工盘径达3米的挤扩设备
1、技术特点：
1.1能充分利用桩身上下各部位的硬土层，从而改变了普通等直径钻孔灌注桩的受力机理。增加了土的端承力，提高了抗压、抗拔的能力，其单方混凝土承载力为相应的直孔桩的1.5～3倍,有显著的技术经济效益。由于其特殊的挤压成盘工艺，使桩具有支盘的承载结构同时又挤压密实了盘周土体，将桩土刚度共同提高，从而大大减小了基础的工间和工后沉降。本范文由范文同学网(www.lunwentongxue.com)整理，更多范文，请点范文格式范文查看
1.2大直径挤扩支盘，盘径达到3m，竖向承载力大幅度提高，提高了安全储备。
1.3变径支盘桩，桩上部直径大满足桩水平承载力要求，桩下部直径小，盘环面积大，桩承载力相对普通支盘桩更大，同时节省钢筋、混凝土用量。
1.4支盘桩承载能力发挥受施工影响较小，对地质变化采用可调控手段，避免了灌注桩诸多问题。
2、设计要点
2.1挤扩支盘桩适用于具有一定厚度的可挤扩成盘的土层，适用的土层及设置的条件见表1。
表1  支盘适用土层及设置条件
淤泥、松散砂土 淤泥质土、可液化土、湿陷性土、膨胀土 软塑粘性土、稍密砂土 可塑~坚硬粘性土 中密~密实粉土、砂土 中密~密实碎石、全风化、强风化岩
不应 不应 不宜 宜 宜 宜
标贯>70击应设置在表层
2.2挤扩支盘桩的最小中心距应取2.5d（d为主桩直径或变径桩的最大直径）与1.5D（D为支盘直径）中的较大值。
2.3盘与盘的竖向最小间距为9倍～12倍的盘环宽。
2.4抗压桩的盘端承面应全部进入宜成盘土层，盘底距软弱下卧层顶面的距离不宜小于4倍盘环宽；盘端承面进入持力层的深度对于粘性土、砂土不宜小于2倍盘环宽，对于碎石土、强风化软质岩不宜小于1.5倍盘环宽；底盘距软弱下卧层顶面的距离不宜小于9倍～12倍盘环宽。
2.5挤扩支盘桩第一个盘应设置在桩身弯矩零点位置以下，并应考虑冲刷及负摩阻力的影响。
2.6主桩变径位置应设置在桩基设计水平力下最大弯矩点以下，宜在10～15倍主桩直径的位置。
2.7大直径挤扩支盘变径桩，小直径段的桩身截面积应不小于大直径段的桩身截面面积的50%。
2.8桩身变径应考虑两段钢筋的连接与构造要求。
2.9支盘桩桩身混凝土强度等级不得低于C25。
3、工程应用
 宁波市绕城高速公路东段是宁波市绕城高速公路的重要组成部分，也是杭州湾南岸高速公路网核心的重要组成部分。宁波市绕城高速公路东段项目作为宁波市重点推广的节能减排项目和宁波市交通局节能减排科技试点应用重点项目，确定东钱湖互通和五乡互通中部分桥梁桩基础采用大直径挤扩支盘变径桩，进一步的推广该技术在公路桥梁施工中的实际应用，
 项目工程区域地形较平缓，分布在宁波平原上，主要属滨海淤积平原区，上部为第四系亚粘土、淤泥、淤泥质亚粘土等，厚度在20～38m左右，高含水量，高压缩性，工程力学性质差；中部亚粘土、砂砾石等，中-低压缩性，工程力学性质较好；下伏基岩为白垩统金华组（K2J）粉砂岩、砂砾岩、砂岩，上侏罗统西山头组（J3X）凝灰岩、晶屑凝灰岩等，该区域工程地质性质较好，承载力较高。
 根据地质情况共采用五种桩基类型，总桩数270根，分别为两至四个盘加一个预设盘，支盘桩在桩顶以下15米处变径，1.5米桩径变为1.2米，盘直径2.5米，盘间距6米；1.2米桩径变为1.0米，盘直径1.9米，盘间距5米。底盘中心距桩底2米。预设盘为保障承载力技术措施。
 2009年底项目完成桩基施工，施工期间对大直径挤扩支盘变径桩技术进行了系统性的完善和总结，为该技术在交通行业的推广创造条件，将有力地推动交通工程领域的节能减排工作。从工程效果来看，大直径挤扩支盘变径桩技术具有很强的先进性，具有显著的节能减排效果，值得推广和借鉴。
参考文献
[1] 宁波绕城支盘桩施工组织设计 2008年
[2]公路桥梁挤扩支盘桩技术规程（报批稿）
[3]新型桩挤扩支盘灌注桩设计施工与工程应用,2007年，机械工业出版社，徐至钧、张晓玲、张国栋

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