第３８卷第６期 Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．６ ２ ０ １ ２年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｆｅｂ． ２０１２ ・５３・ 文章编号：１００９—６８２５【２０１２）０６－００５３—０２ 支盘桩的竖向承载性能及研究展望 任绒绒 卫雪 卢竞 摘要：通过试验和理论分析，概括了挤扩支盘桩的结构组成、施工工艺、成桩机理，以及挤扩支盘桩竖向抗压和抗拔的 受力性能，总结了支盘在承受竖向荷载的过程中，总侧摩阻力和总端阻力的发展规律，得出支盘发挥主要作用的结论。 关键词：挤扩支盘桩，承压性能，抗拔性能，侧摩阻力，端阻力，承载力 中图分类号：ＴＵ４７２ 文献标识码：Ａ ０ 引言 阻力很小，即分层承载，逐一卸载。这样，不仅减小了对桩端土体 桩是深入土层的柱形构件，其作用是将上部结构的荷载传递 承载力的要求，而且增大了受荷面积，达到提高承载力的目的。 到深部土层中。桩基础是一种发展迅速的深基础，在高层建筑、 因此，挤扩支盘桩在受力机制上是非常科学的，完全符合荷载传 桥梁及港口工程中应用极为广泛。挤扩支盘混凝土灌注桩（简称 递规律，而且具有较大的承载潜能。 挤扩支盘桩）是在原有等截面混凝土灌注桩的基础上采用仿生原 理发展而来的，在桩身纵向不同位置设置分支或者承力盘，通过 改变桩身面积形成桩型。这类型桩突破传统桩型为提高承载力 必须找到坚硬岩土层的限制，通过机械方式在较稳定的土层形成 承载力盘，优化桩体结构，而承力盘的数量可以由土层情况和荷 Ｔ ● ，● 载情况而多重设置，从而改变传统桩的受力方式。该技术工艺设 计科学、合理，形成了独具特色的一种新桩型（见图１）。研究者 旦．１ — —＿＿叫 。一般认为，挤扩支盘桩的竖向承载力由桩侧摩阻力、支盘阻力、桩 ３—３ 端阻力三部分组成。其中支盘阻力又可以分为支盘端阻力和支 注：Ｌ为桩长；ｄ为主桩桩径；＾为支盘（分支）高度；Ｄ为支盘（分支）直径 ６为分支高度 盘侧阻力。因此，对挤扩支盘桩承受竖向荷载的性能，以及竖向 一荷载作用下各部分承担力的分配情况的研究也很必要。试验显 垂２竖向承压性能 图１挤扩支盘桩结构示意图 示挤扩支盘桩具有高承载力和低沉降量的特性。 挤扩支盘桩是利用挤扩机在钻孔孔壁上挤压土体，使土体形 １ 施工工艺和成桩机理 成支盘腔模，这种挤扩效应，使得支盘上下端土体得到挤密或预 首先，在施工工艺上，挤扩支盘桩是由钻机成孔及清孔，挤扩 压，使之压缩量降低，土体强度和压缩模量有所提高。在竖向压 支盘施工，二次清孔，灌注混凝土成桩几道工序完成。仅在普通 力作用下，经过支盘分担之后，将上部荷载分层卸载，传递给各层 灌注桩施工的基础上多了挤扩支盘以及二次清孔过程，施工工艺 土体（如图２所示）。桩身侧阻力发挥是从上而下的，主要是支盘 比较简单。由于这种挤扩作用，支盘上下端的土体得到压密，减 的支承力和侧阻力的传递作用。如图３所示，在荷载较小的时 小了压缩性，提高了内摩擦角和压缩模量，其物理力学性质大于原 候，支盘作用并不明显，施加的荷载主要靠桩土之间的摩擦力来 状土。在承力时使得土体的竖向抗压力和抗拔力都成倍的提高。 承担。但是随着荷载增大，支盘处的斜率越来越大，表明支盘的 其次，在成桩机理上，挤扩支盘桩是利用支盘分层将荷载传 作用越来越明显，荷载由支盘与桩间土共同承担。并且轴力分布 递到土中去，所有支盘都受力，上部支盘首先承担大部分荷载，随 曲线在支盘上下端位置发生急剧变化，轴力明显降低，其耗损的 着桩顶的荷载加大，中下内部支盘受力加大，由于分层承载，桩端 轴力完全由支盘承担，继而转嫁到支盘底部的土层上，实现卸载。 ［５］ 刘志新，刘树才．综合矿井物探技术在探测陷落柱中的应用 ［６］ 吴荣新，方良成．采用网络并行电法仪探测采煤工作面无煤 ［Ｊ］．物探与化探，２００８，３２（２）：２１２－２１５． 蓼 妻 区［Ｊ］．安徽理工大学学报（自然科学版），２００７，５（２）：６－９． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｆｏｕｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｕｎｄｅｒ ｓｕｂｓｉｄｅｄ ｃｏｌｕｍｎ ｗｅｌｌ ＬＵ Ｘｉｕ－ｌｉｎ ＤＡＩ Ｓｈｉ－ｘｉｎ ＹＡＮＧ Ｚｈｅｎ－ｗｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｗａｖｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏｍｍｏｎ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｈｔｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒｉｏｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｐｍｖｅｓ ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃａｌｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕ— ｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｓｉｄｅｄ ｃｏｌｕｍｎ ｗｅｌｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ，ｄｉｒｅｃｔｓ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｉｎｉｎｇ ｗｏｒｋ ｓａＹ－ ｆａｃｅ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｉｒｏｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｅｔｈｏｄ 收稿日期：２０１１—１２—１４ 作者简介：任绒绒（１９８５一），女，太原理工大学建筑与土木工程学院硕士研究生，山西太原０３００２４ 卫雪（１９８５一），女，太原理工大学建筑与土木工程学院硕士研究生，山西太原０３００２４ 卢 竞（１９８５一），男，太原理工大学建筑与土木工程学院硕士研究生，山西太原０３００２４ 第３８卷第６期 ・５４・ ２ ０ １ ２年２月 山 西 建 筑 桩端阻力只占全部阻力的１０％左右，极大的改善了对桩端持力层 作用，使之压缩量降低，土体强度和压缩模量有所提高，从而使得 的苛刻要求。这说明，整个竖向抗压的过程中，支盘一直发挥承 桩侧摩阻力增大，提高支盘桩的承载力。３）支盘设置的数量和支 力作用，并且承担了大部分荷载。 盘竖向间距对支盘桩承载力的影响。在允许设置支盘的土层中， 支盘数量越多，桩的承载力就越高，但并非可以无限制的设置支 盘。支盘设置过多将延长施工时间，降低成孔质量，分支距离太 近将影响其他支盘。支盘对地基土体压力的重叠效应，也可能使 多设置的支盘不起作用，继而影响桩承载力的提高。 ５支盘桩与普通桩比较 技术经济指标比较见表２。 、ｍ， 鳝 支盘桩与普通桩承载力对比见表１，支盘桩和等直径普通桩 ｏ 珈 瑚 ／ 沿桩身深Ｙｔ／ｍ（Ｅ＝５ ＭＰａ） 图２竖向压力下土体应力图 图３桩轴压应力传递图 表１ 支盘桩与普通桩承载力对比 桩长 桩径 支盘直 混凝土 极限承载力计算￣ｔｔ／ｋＮ ｍ ｍｍ 径／ｒａｍ 用量／ｍ０ 桩型 柱端阻力 总摩阻力 息务 力 合计 ｌ８．８ ５２０ ｌ ２００ ５．０８ 支盘桩 ９３ １ ７３５ ｌ ６ｏ１ ３ ４２９ ３竖向抗拔性能 支盘桩端的抗拔承载机理与支盘桩的抗压承载机理相似，但 也有不同。一般当桩顶承受上拔荷载时，桩身开始承受拉力，当 荷载达到一定值并大于桩身自重时，桩土出现相对位移，摩阻力 从＿卜往下逐渐的发挥。在荷载不断增大时顶盘首先发挥承载力， 然后向下第二个盘，依次向下发展（见图４）。当荷载较小时，桩 顶上拔荷载主要由盘上直桩段产生的侧摩阻力来承担，随着荷载 ｌ８．８ ５２Ｏ １ ２０ｏ １０．９ ４２０ ９３０ ３．９９ 普通桩 １．７５ 支盘桩 ９３ ４４ １ ６３５ ６９３ ５ｏ０ １ ７２８ １ ２３７ １１．２ ４２０ ９３０ １．５５ 普通桩 ４４ ６９３ ７７０ 表２支盘桩和等直径普通桩技术经济指标比较 桩型 单桩混凝 单方混凝土完成 单方混凝土 当地混凝 基础 降低 土用量／ｍ３ 承栽力／ｋＮ・ｍ一 承载力之比 土定额／元 造价／元 造价／％ 支盘桩 ３．２５ １．３７ １．４４ ９９８ ２ ２６６ ２３ 的增加，桩侧摩阻力达到极限，桩顶所承担的荷载首先主要由靠 近桩顶的支盘承担。当上盘承担的荷载达到极限时，下盘才开始 发挥作用。这也说明挤扩支盘桩各支盘承担荷载存在着时间差， 普通桩 ２．２７ ９５ １ ９０７ ２ ９４８ 等直径桩的桩身轴力基本呈直线分布，桩顶荷载主要靠桩侧 可以近似认为桩侧摩擦力均匀分布。而支盘 不同的盘发挥承载力是有时间效应的，各盘达到极限承载力的时 摩阻力传递给土层，桩的桩身轴拉力在盘的上下出现明显变化，并且逐渐小。由表１ 间不同，桩侧的摩阻力先于支盘承载力发挥。对支盘桩来说，支 盘的位置不同，其抗拔着力点不同，相应的轴力分布曲线也不同。 可知，同桩长，同直径的支盘桩极限承载力值是普通桩的将近两 挤扩支盘桩在上拔荷载作用下轴力分布曲线类似于直桩的抗拔 倍。支盘对荷载的传递起重要的作用。由表２可以看出，支盘桩 但是其单方混凝土提供的承载力比 轴力分布曲线，即轴力随着深度的增加而递减（见图５）。支盘桩 比普通混凝土桩的用量略高，在变截面处轴力发生突变，轴力明显降低，其损耗的轴力完全由 普通等直径桩提高约４４％，单桩造价可以降低２３％，所以支盘桩 其技术经济效益有明显的提高。 支盘承担。而上部支盘达到极限，其下面的桩侧摩阻力再发挥作 较普通桩，６展望 用，可见桩侧摩阻力的发挥和支盘一样，也是有时间效应的。 轴力／ｋＮ ｌ ０００ ２ ０００ ３ ０００ ４ ０００ ＋６００ ｔ９００ ＋１ ２００ 在实际的地基处理工程中，用桩基来加固地基往往是以裙桩 的形式来实现的。因此，支盘桩裙桩承载力计算方法的探讨、荷 载传递机理的研究以及影响裙桩承载力的因素都将成为今后研 究的重要课题。完善挤扩支盘桩成桩质量的检测方法，增强施工 质量，也是发挥支盘桩性能的有力保证。 参考文献： ［１］钱德玲．挤扩支盘桩受力性状研究［Ｊ］．岩石力学与工程学 报，２００３（３）：２８． １ ５００ １ ８０ｏ ＋２ １０ｏ ４＂－２ ４００ 十２ ７ｏｏ ＋３ Ｏｏｏ 图４支盘桩抗拔作用 图５桩身轴力随深度的分布 ［２］ 黄占芳，刘永强．支盘桩抗拔性能的试验分析与研究［Ｊ］．煤 炭工程，２０１０（９）：８４． ４影响支盘桩竖向承载的因素 比直型普通桩有较大幅度的提高，主要是支盘端承力起很大作 １）桩径对支盘桩承载力的影响。挤扩支盘桩承载力之所以 ［３］徐至钧，张国栋．新型桩挤扩支盘灌注桩设计与工程应用 ｆＭ］．北京：机械工业出版社，２００３． 术，２００９（９）：９７－９８． 用。但为了提高承载力，单纯加大支盘桩的桩径是不经济的。混 ［４］ 张宝钿，卢成原．支盘桩的抗拔机理及工程应用［Ｊ］．建筑技 凝土的极限承载力随着桩径的增大而增大，在桩长和支盘数一样 的情况下，直径大的桩承载力更高。２）挤扩地基土体对支盘桩承 ［５］钱德玲．支盘桩抗压和抗拔特性的研究［Ｊ］．岩土力学，２００３ 载力的影响。在挤压支盘过程中，使得支盘周围地基土体受压密 （２４）：２０７－２０８． Ｏｎ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｑｕｅｅｚｅｄ ｂｒａｎｃｈ ｐｉｌｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ＲＥＮ Ｒｏｎｇ－ｒｏｎｇ ＷＥＩ Ｘｕｅ ＬＵ Ｊｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｕｒｖｅｙｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ ｃｒａｆｔ，ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｑｕｅｅｚｅｄ ｂｒａｎｃｈ ｐｉｌｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｔｒｅｓｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｎｔｉ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｐｕｌｌｉｎｇ，ｓｕｍｓ ｕｐ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌａｗ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒ￣ｓｉｄｅ ｆｒｉｃ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｅｎｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｖｅ￣ｉｃａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒａｎｃｈ ｐｉｌｅ，ａｎｄ ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒａｎｃｈ ｐｉｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｑｕｅｅｚｅｄ ｂｒａｎｃｈ ｐｉｌｅ，ｌｏａｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｔｉ—ｐｕｌｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｓｉｄｅ ｆｉｃｔｉｏｎ，ｅｎｄ ｆｒｉｃｔｉｒｏｎ，ｌｏａｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ
