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橋梁施工中擠擴支盤(pán)樁的運用研討論文
我們可以通過(guò)做一個(gè)小試驗來(lái)模擬支盤(pán)樁的受力機制，把用竹簽穿起來(lái)的山楂埋在較松散的面粉里，當你向外拔的時(shí)候，會(huì )感覺(jué)到要比單個(gè)竹簽費力的多。當面粉被壓得較實(shí)的時(shí)候，力量達到一定程度，竹簽就會(huì )從山楂里被抽出來(lái)，這類(lèi)似于支盤(pán)與樁體間的剪切破壞。延伸到支盤(pán)樁，支盤(pán)與樁身間也是通過(guò)剪切力傳遞樁頂的壓力。其實(shí)支盤(pán)樁的荷載傳遞方式與一般樁的傳遞機理并沒(méi)有太大的差別，都是隨著(zhù)荷載的增加逐漸由上往下傳遞，由側阻的發(fā)揮到端阻側阻共同受力。所不同的是支盤(pán)的阻力通過(guò)混凝土內部的剪應力在相應的荷載階段逐步發(fā)揮出來(lái)，而且隨荷載的增加不斷增加，支盤(pán)樁的荷載傳遞具有明顯的時(shí)間和順序效應。另外就是局部擠密效應，樁在外力的作用下，會(huì )產(chǎn)生向下的位移，這個(gè)位移會(huì )促使支盤(pán)下方的土體得到進(jìn)一步的擠密，土體的承載力就會(huì )隨之提高，摩阻力自行得到修復，進(jìn)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(wú)法得到修復，樁頂的外力會(huì )向下傳至樁底面，沉降量也會(huì )比較大。
擠擴支盤(pán)樁的施工工藝
1施工主要設備
擠擴支盤(pán)樁不僅包括常用的鉆孔樁設備而且還增加了擠擴機及擠擴機配套的控制設備。因為在施工中施工場(chǎng)地內要布置的設備更多，所以施工組織起來(lái)比常規樁基要增加一定的難度。支盤(pán)機根據樁徑、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(jiàn)的一種擠擴機，通過(guò)液壓傳動(dòng)，產(chǎn)生向兩側的擠擴力，在施工過(guò)程中能從其油壓表的壓力讀數的大小反映出地層的軟硬程度，通過(guò)這些信息，來(lái)判斷地質(zhì)情況是否與勘察資料相符。再通過(guò)對支盤(pán)位置的控制，對設計支盤(pán)的位置、尺寸進(jìn)行相應的調整，保證單樁承載力能滿(mǎn)足設計要求，在這一點(diǎn)上，支盤(pán)樁比常規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(pán)樁的一個(gè)非常突出特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐中，還可以根據地層的特點(diǎn)，選擇正反循環(huán)鉆機、旋挖鉆等施工效率較高的鉆孔設備，從而縮短整個(gè)成樁過(guò)程。
2施工工藝流程
擠擴支盤(pán)樁的施工工藝是在常規鉆孔樁的基礎上發(fā)展起來(lái)的，泥漿護壁也是成孔過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節，根據樁位處的地下水及地質(zhì)情況，一般是利用孔內地層中的粘性土層造漿達到泥漿護壁的效果，再根據地質(zhì)情況在持力層設置支盤(pán)，按支盤(pán)設計深度，下入液壓擠擴支盤(pán)機，在地面上操作液壓泵將支盤(pán)壓臂擠出、收回，再通過(guò)轉換一定的角度，經(jīng)多次擠壓成盤(pán)，再由上至下或由下至上完成擠擴多個(gè)支盤(pán)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(guò)加放膨潤土等材料進(jìn)行造漿，如圖2所示。
與傳統鉆孔樁對比
1施工機械對比
傳統鉆孔樁的設備主要有回旋鉆機、旋挖鉆機、沖擊鉆機等。擠擴支盤(pán)樁除上述設備外，還需配備擠擴機、高壓油泵等輔助設備，但是根據本工程的實(shí)際經(jīng)驗，由于擠擴的工序用時(shí)較短，3臺～4臺常規鉆機配備一臺擠擴機就能滿(mǎn)足施工要求，從機械設備及人員投入上說(shuō)，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的非擠擴樁設計樁長(cháng)為60m，改為擠擴支盤(pán)樁后樁長(cháng)縮短為51．7m，同時(shí)下部40m采用100cm直徑樁。采用循環(huán)鉆機平均約3d時(shí)間能鉆至60m，一臺鉆機鉆4根樁就要用12d時(shí)間。如果采用擠擴支盤(pán)樁，一般鉆孔時(shí)上部地層容易成孔，下部成孔時(shí)間稍長(cháng)，根據本工程實(shí)際情況，鉆孔50m，通常只用2d時(shí)間，鉆孔和擠擴施工可以交叉進(jìn)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(shí)間。因此從整體上看，采用擠擴支盤(pán)樁會(huì )有效地提前施工工期。
3工程投資對比
由于樁長(cháng)縮短，鋼筋籠會(huì )相應減少，混凝土也有大幅度減少，還以上述C匝道橋某樁位為例，采用傳統摩擦樁，混凝土用量約為69m3，鋼筋約為5．8t。采用擠擴支盤(pán)樁混凝土用量約為44．2m3，鋼筋約為5．6t。樁長(cháng)及樁徑的減小使鉆孔過(guò)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減少。施工機械及人工等其他費用上，減少常規鉆孔施工時(shí)間節約的費用與擠擴工藝所產(chǎn)生的費用基本相抵還略有節余，具體到本工程，綜合計算，采用擠擴支盤(pán)樁每根樁比原摩擦樁大約能節省投資3000元～5000元。
4承載力比較
在寧波繞城東段的擠擴支盤(pán)樁中，通過(guò)自平衡靜載荷試驗和堆載靜載試驗，得出如下數據:支盤(pán)樁K38+841極限承載力為15203kN，查閱兩處支盤(pán)樁的荷載試驗資料，看出樁端阻力為4210kN，占27．7%;樁身側摩阻力為5026kN，占33．1%;而支盤(pán)發(fā)揮的承載力為5967kN，占39．2%。支盤(pán)樁K38+860極限承載力為16482kN，樁端阻力為3407kN，占20．7%;樁身側摩阻力為6312kN，占38．3%;而支盤(pán)發(fā)揮的承載力為6763kN，占41．0%。我們從這組數據資料里可以明顯看出支盤(pán)樁的支盤(pán)在整個(gè)樁的承載力中發(fā)揮了比較重要的作用，也從實(shí)踐上充分證明了支盤(pán)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(shí)驗值，平均后作為等截面樁承載力，與同樁徑的支盤(pán)樁進(jìn)行對比。再計算支盤(pán)樁和等截面樁的混凝土單方承載力，支盤(pán)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(pán)樁的又一明顯的優(yōu)點(diǎn)，如圖3所示可以明顯看出等直徑樁與支盤(pán)樁沉降量的差別。在荷載較小的時(shí)候，由于支盤(pán)樁和等直徑樁一樣，都是通過(guò)樁身的摩擦力來(lái)承受樁頂荷載，隨著(zhù)荷載的增加，沉降量就出現明顯的差別，支盤(pán)樁的沉降量小于等直徑樁。
結語(yǔ)
通過(guò)支盤(pán)樁在實(shí)際橋梁工程中的應用，我們初步了解到了它的一些特點(diǎn)，與傳統的等直徑的鉆孔樁相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn):1)經(jīng)濟性。采用支盤(pán)樁比普通等直徑樁節約大量建設投資。2)承載力大而沉降量小。對橋梁工程非常有利，尤其是對于基礎沉降反應非常敏感的高架橋梁中的連續梁結構，對改善連續梁內部應力非常有利。3)施工工期短。由于樁長(cháng)的縮短，以及與擠擴工藝交叉施工，為基礎施工節約大量的時(shí)間，有利于工程總體工期的控制。4)節能環(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(huì )效益明顯。通過(guò)本工程實(shí)踐驗證，可以預見(jiàn)到，擠擴支盤(pán)樁施工工藝有很大的應用前景。
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