人工挖孔支盘桩承载性能研究

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  摘要:人工挖孔支盘桩具有承载力高、沉降变形小、经济效益高等特点而得到广泛应用。然而人工挖孔支盘桩受力性状复杂,导致对其承载特性的认识不充分,因此支盘桩的理论研究远落后于工程实践。本文在国内外现有研究成果的基础上,以现场试验为手段,进行挤扩支盘桩的竖向承载特性研究,主要研究了桩身荷载的传递规律和承力盘的承载作用。这对于人工挖孔支盘桩的推广使用具有重要的实践意义。
  关键词:人工挖孔支盘桩,承载性能,承力盘,桩侧摩阻力
  中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
  支盘桩为一种变截面桩,是在普通混凝土灌注桩的基础上,按照承载力要求和工程地质条件的不同,在桩身不同部位设置分支和承力盘而成。由于扩大了桩身多个断面直径,增大了桩的承载面积,从而提高了单桩承载力。由于支盘桩出现的时间较短,在理论研究上尚不够成熟。因此,进一步研究支盘桩的挤扩机理及荷载传递规律就显得十分重要。
  1人工挖孔支盘桩的基本原理
  人工挖孔支盘桩属于灌注桩的为部分挤土灌注桩。其基本结构图如图1。人工挖孔支盘桩在成桩过程中通过挤扩,使得支、盘上下端土体得到压密,桩体结构得以改善,桩周土、盘周土的物理力学性质得以提高,使得承力盘端阻力增加。桩身不同位置扩大直径,也增加了桩身与土层的接触面积,增大了侧摩阻力,以至单桩承载力得到提高[1,2]。
  2人工挖孔支盘桩的优点
  支盘桩通过在桩身不同位置设置盘或支,从而具有以下特点:
  (1)基桩承载力高、沉降变形小,充分发挥各较硬土层的潜力;(2)单桩承载力大,经济效益显著,通常可以节约基础费用20%约,缩短工期25%左右[3];(3)支盘桩适用范围广,对土层的适应性强;(4)与一般的扩大头桩相比,支盘桩的施工质量易于控制。。
  3人工挖孔支盘桩失效和破坏形式[4-6]
  (1)支盘桩的断裂破坏:主要有桩身断裂、分支断裂及承力盘断裂几种形式;(2)支盘桩的缩颈:承力盘或者分支与桩身结合处上、下盘端区域的直径减小;(3)盘间土体被剪切破坏:每个承力盘都对地基具有较大的作用力,当作用力超过土體承受能力时;(4)支盘桩沉降破坏模式:若持力层选择不当,或者偶然遇到持力层性状改变,地基土未能达到设计要求;(5)分支的破坏机理:分支的破坏基本上与承力盘的破坏形式相似;(6)支盘位出现偏心和偏斜;(7)支盘桩的灌注缺陷:混凝土材料不满足要求和浇灌时间拖延。
  4人工挖孔支盘桩设计与施工
  支盘桩的成孔工艺有:泥浆护壁成孔、干作业成孔、水泥注浆护壁成孔和重锤捣扩成孔工艺方法。尽管上述各种工艺方法不同,特点各异,但其最终目的都是为了保证支盘成形,实际工程设计和施工进度,应根据具体地质条件、现场施工技术条件和状况等进行合理选择,并制定专门的施工方案,编制施工组织设计,确保施工质量。
  支盘桩设计与普通灌注桩相同。单桩竖向极限承载力标准值,根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关估算支盘桩单桩竖向极限承载力标准值。
  设计过程中确定设置支盘的土层非常重要,选择支盘设置地层主要应考虑以下三方面因素:(1)所选地层应是可提供较大端阻力的硬土层;(2)硬土层的厚度;(3)软弱下卧层的影响。。
  5人工挖孔支盘桩的检测
  与普通灌注桩相似,对于支盘桩的质量检测主要是依靠抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验、高应变动测法、低应变动测法等方法,具体操作以及试验原理可以参看相关规范。
  6主要结论和建议
  首先设计过程中确定设置支盘的土层非常重要,选择支盘设置地层主要应考虑因素。由于支和盘的存在,将提供侧阻力的土层分割成若干段,桩身的侧阻力由于承力盘的影响大大减小。当桩达到承载力极限时,侧阻力不能达到理论计算的极限承载力。因此,要注意对侧阻力的折减;支盘桩达到极限承载力是看,上盘承载力的发挥程度高于下盘。因此,应根据工程土层的实际情况,把承力盘的之间设计成上盘大,下盘小的形式,不仅可以节省材料,而且能保证承载力的充分发挥。
  参考文献:
  [1]钱德玲,变截面桩与土的相互作用机理合肥合肥工业大学出版社,2003.
  [2]徐至钧,张晓玲. 新桩型—挤扩支盘桩的施工与应用石油工程建设,2002, 18(3): 12-15.
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  [4]沈成楠. 支盘灌注桩在一般建筑工程基础中的应用探讨, 安徽建筑,2004, (4): 74-75.
  [5]王立建,刘波. 挤扩支盘混凝土灌注桩单桩竖向承载力经验公式的探讨, 工业建筑. 2004, 34(3): 24-27.
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