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1、一种新型桥梁钻孔桩基础型式一种新型桥梁钻孔桩基础型式 大直径挤扩支盘桩工程技术宁波市交通局宁波市交通局宁波交通工程建设集团有限公司宁波交通工程建设集团有限公司北京支盘地工科技开发中心北京支盘地工科技开发中心中国公路工程咨询集团有限公司中国公路工程咨询集团有限公司东南大学东南大学浙江省交通规划设计院浙江省交通规划设计院中冶交通工程技术有限公司中冶交通工程技术有限公司省、部级交通科技项目公路桥涵挤扩支盘桩工程技术1专业知识公路桥涵挤扩支盘桩工程技术研究概况研究概况施工技术施工技术研究应用研究应用总体评价总体评价推广发展推广发展结结 束束 语语目录contents2专业知识NO.1 研究概况研究概况
2、研研究究工工作作简简介介 本技术研究及应用由宁波市交通局组织开展，参研方有宁波绕城公路东段指挥部、北京支盘地工科技开发中心等七家单位。 2005年年10月开始，项目组先后提出挤扩支盘桩桥梁工月开始，项目组先后提出挤扩支盘桩桥梁工程应用可行性、试桩研究、原位桩承载力验证、挤扩支盘程应用可行性、试桩研究、原位桩承载力验证、挤扩支盘桩桥梁施工设备改造、挤扩支盘桩变桩身直径施工技术攻桩桥梁施工设备改造、挤扩支盘桩变桩身直径施工技术攻关、挤扩支盘桩成桩检测研究等多项课题，并结合宁波绕关、挤扩支盘桩成桩检测研究等多项课题，并结合宁波绕城公路应用研究，于城公路应用研究，于2007年年8月提出有关地方标准、交
3、通月提出有关地方标准、交通部行业规范编制。部行业规范编制。 2009年年4月审查发布浙江省地方标准月审查发布浙江省地方标准DB33/T750-2009 公路桥涵挤扩支盘桩工程技术规范公路桥涵挤扩支盘桩工程技术规范。 2012年年7月月公路桥梁挤扩支盘桩技术规范公路桥梁挤扩支盘桩技术规范报批稿报批稿完成，完成，2013年年7月已出版发布。月已出版发布。3专业知识NO.2 施工技术施工技术 前期发展前期发展发发展展状状况况 多年实践证明其在提高桩基承载力、减少沉降、增加桩多年实践证明其在提高桩基承载力、减少沉降、增加桩 基安全性、降低工程造价和缩短工期等方面都有显著效果。基安全性、降低工程造价和缩
4、短工期等方面都有显著效果。 浙江省于浙江省于2003年颁布了工民建与市政工程的技术规程。年颁布了工民建与市政工程的技术规程。挤扩支盘灌注桩是在扩挤扩支盘灌注桩是在扩孔桩的基础之上发展起来孔桩的基础之上发展起来的。从的。从1992年开始在国年开始在国内工业与民用建筑中使用。内工业与民用建筑中使用。前期该技术主要应用于前期该技术主要应用于承载力要求相对较小的工承载力要求相对较小的工业与民用建筑的房屋基础，业与民用建筑的房屋基础，一般桩径一般桩径0.43m0.6m，最大最大0.85m，盘径，盘径1.4m1.8m。设计的极限承载。设计的极限承载力相对较小。力相对较小。象山梅苑小区支盘机施工照片4专业知
5、识NO.2 施工技术施工技术 设计理念设计理念设设计计新新理理念念 挤扩支盘桩是一项仿生学的发明，其受力机理明确，竖向承载能力高，受荷变形小，抗震性能好，使结构设计方案优化。5专业知识NO.2 施工技术施工技术 承载机理承载机理承承载载机机理理 根据不同地质、土层条件和其承载力大小的不同，在钻孔灌注根据不同地质、土层条件和其承载力大小的不同，在钻孔灌注桩桩身不同部位设置若干承力盘（支），利用桩周本身持力性桩桩身不同部位设置若干承力盘（支），利用桩周本身持力性能性较好的土层，将桩顶荷载通过支盘分层传递到这些土层上，能性较好的土层，将桩顶荷载通过支盘分层传递到这些土层上，可以有效提高桩基竖向承载力
6、，减小桩长及桩径。可以有效提高桩基竖向承载力，减小桩长及桩径。与同直径同与同直径同长度的桩相比，提高了抗压、抗拔的能力，其单方混凝土承载长度的桩相比，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力为相应的直孔桩的1.51.53 3倍。倍。 在钻孔桩初步成孔后，设置承力盘在钻孔桩初步成孔后，设置承力盘（支）采用了液压挤扩机械，对各承力（支）采用了液压挤扩机械，对各承力盘（支）周围土体施以三维静压，挤扩盘（支）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支盘桩空腔，经挤密的周围土体与空腔内灌注的混凝土桩身、支盘紧密地结合内灌注的混凝土桩身、支盘紧密地结合为一体，发挥了
7、桩土共同承力作用形成为一体，发挥了桩土共同承力作用形成挤扩支盘桩。支盘的阻尼作用、挤扩支盘桩。支盘的阻尼作用、 提高的提高的刚度系数刚度系数 、盘周土挤密后的预压作用对、盘周土挤密后的预压作用对承受动荷载和减小长期变形都将产生积承受动荷载和减小长期变形都将产生积极作用。极作用。6专业知识NO.2 施工技术施工技术 支盘布置示意图支盘布置示意图施施工工工工艺艺 7专业知识NO.2 施工技术施工技术 软土地基典型地质的适用性软土地基典型地质的适用性施施工工工工艺艺 对于软土地区采用的超、特长钻孔灌注桩，在桩身所处区域较厚的地质土层中，除淤泥质软土层外，往往其下分布有很多层如中密的硬质粘土、亚砂土、
8、细砂等持力性较好的土层（如表1宁波绕城高速公路东段典型软土地基地质分布图）。采用挤扩支盘采用挤扩支盘桩技术可有效发挥桩身上桩技术可有效发挥桩身上下这些硬土层的端承持力下这些硬土层的端承持力效果，提高桩基承载力、效果，提高桩基承载力、减少桩基长度及沉降，节减少桩基长度及沉降，节约资源。约资源。宁波宁波绕城高速公路城高速公路东段典型段典型软土地基土地基ZK11-2孔孔试桩地地质条件条件层号号层底底深度深度（m）土土层名称名称容容许承承载力力0(kPa)桩侧土土极限摩阻力极限摩阻力i(kPa)22.2亚粘土853019.9淤泥质粘土6015311.8淤泥质亚粘土6018122.4淤泥质亚粘土6518
9、330.9淤泥质亚粘土7020133.9亚粘土20045238.0亚粘土1603040.0细砂1804545.5亚粘土21060248.9粉砂21055163.0亚粘土22060266.0中砂23065368.1亚粘土22060276.4砾砂2607014187.4全风化砂砾岩210558专业知识NO.2 施工技术施工技术 工艺技术工艺技术施施工工工工艺艺 地质适用条件地质适用条件支、盘适用土层及设置的适用条件设置要求淤泥、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、强风化岩一字支十字支不应不宜可可宜宜不宜不宜盘结构不应
10、不应不宜宜宜宜宜宜宜标贯8080击时宜宜设置在表置在表层挤扩比大于4的盘结构不应不应不宜可可宜宜标贯8080击宜宜设置置在表在表层宜宜标贯8080击时宜宜设置在表置在表层挤扩回弹率普通型0.70.750.80.850.85宽臂型0.80.850.90.950.99专业知识NO.2 施工技术施工技术 工艺技术工艺技术施施工工工工艺艺 正反循环钻孔桩支盘工法：在传统的钻孔正反循环钻孔桩支盘工法：在传统的钻孔工法基础上，增加了挤扩支盘扩孔工艺。工法基础上，增加了挤扩支盘扩孔工艺。10专业知识NO.2 施工技术施工技术 工艺技术工艺技术施施工工工工艺艺 旋挖成孔的支盘工法：在传统的旋挖工法基础上，旋挖
11、成孔的支盘工法：在传统的旋挖工法基础上，增加了挤扩支盘扩孔工艺。增加了挤扩支盘扩孔工艺。11专业知识NO.2 施工技术施工技术 工艺技术工艺技术施施工工工工艺艺 支盘机双极挤扩原理支盘机双极挤扩原理图5 3000s型支盘机的巨臂照片图3 600型支盘机的普通臂照片一长臂一短臂组合的挤扩支盘图示一长臂一短臂组合的挤扩支盘图示两长臂组合的挤扩支盘图示两长臂组合的挤扩支盘图示支盘机设备双级挤扩支盘图示支盘机设备双级挤扩支盘图示阴影部分表示两次挤扩支盘的重叠部分12专业知识NO.2 施工技术施工技术 工艺技术工艺技术施施工工工工艺艺 大直径巨臂型挤扩机大直径巨臂型挤扩机600c600c型及型及3000
12、s3000s型型支盘机的巨臂照片支盘机的巨臂照片图5 3000s型支盘机的巨臂照片13专业知识NO.3 研究应用情况：研究应用情况： 宁波地区支盘桩研究应用范围地理位置宁波绕城高速公路东段东钱湖互通、五乡互通应用264根桩。应用路段应用路段应用路段应用路段14专业知识NO.3 研究应用研究应用 浙江省内应用情况浙江省内应用情况宁宁波波绕绕城城试试桩桩情情况况 宁波绕城高速公路东线试桩共完成了5根支盘桩静载荷试验，其中自平衡静载荷试验3根，堆载静载试验2根 。原位桩采用挤扩支盘桩型式共计260余根，原位试桩3根并跟踪监测。1、宁波姜山2号桥工程实践：2007年宁波交通局完成鉴定。2、宁波绕城东段
13、工程：对五乡互通及东钱湖互通部分桥梁桩基进行变更设计，将原设计超长桩变更为挤扩支盘桩，共计应用264根桩，桩径在10001500mm之间，桩长在37m52m。自2006年8月支盘桩试桩工作，至2008年11月完成设计施工图审查；2011年5月完成工程施工；2012年5月至今进行沉降观测及承载力监测，效果良好。支盘桩设计混凝土数量较原设计型式节约8331立方米（约34.5），钢筋数量较原设计型式节约745.5（约45.3）。桩基施工总价较原预算总价2998万元节约669万元（约22.3）。15专业知识NO.3 研究应用情况研究应用情况宁宁波波绕绕城城试试桩桩情情况况 宁波绕城高速公路东段试桩：其
14、中的宁波绕城高速公路东段试桩：其中的K3+195挤扩挤扩支盘桩各支盘所承担荷载实验结果支盘桩各支盘所承担荷载实验结果支盘桩断面图采用自平衡法现场进行桩基承载力测试16专业知识NO.3 研究应用情况研究应用情况宁宁波波绕绕城城试试桩桩情情况况K3+195挤扩支盘桩各支盘所承担荷载实验统计表挤扩支盘桩各支盘所承担荷载实验统计表荷载编号加载值（KN）P4（KN）P3（KN）P2（KN）P1（KN）-28.4m-28.4m-29.9m-29.9m-34.4m-34.4m-35.9m-35.9m-40.4m-40.4m-41.9m-41.9m-46.4m-46.4m-47.9m-47.9m1780078
15、00994.0994.0506.7506.7686.4686.4372.8372.82910091001159.61159.6591.1591.1800.7800.7434.9434.9310400104001211.11211.1687.0687.0869.5869.5611.3611.3411700117001362.41362.4772.9772.9978.1978.1755.2755.2513000130001513.81513.8858.8858.81297.91297.91005.81005.8614300143001621.21621.21021.71021.71559.7155
16、9.71436.41436.4715600156001714.21714.21136.51136.51756.21756.21894.41894.4816900169001889.51889.51317.81317.82021.72021.72160.62160.6实验结果表明在极限荷载下实验结果表明在极限荷载下4个支盘所提供的端承力可达到极个支盘所提供的端承力可达到极限荷载的限荷载的43%以上，相对超长等截面桩基提高的端承力超过以上，相对超长等截面桩基提高的端承力超过20%以上。以上。 17专业知识NO.3 研究应用情况研究应用情况宁宁波波绕绕城城试试桩桩情情况况试桩情况的总结试桩情况的总结
17、18专业知识NO.3 研究应用情况研究应用情况 试桩情况的试桩情况的总结总结宁宁波波绕绕城城试试桩桩情情况况19专业知识NO.3研究应用情况研究应用情况 试桩情况的总结试桩情况的总结宁宁波波绕绕城城试试桩桩情情况况20专业知识NO.3研究应用情况研究应用情况 试桩情况的总结试桩情况的总结抗抗拔拔桩桩试试验验情情况况21专业知识NO.3 研究应用情况研究应用情况 浙江省外应用情况浙江省外应用情况国国内内应应用用情情况况 3 3、唐山古冶外环公路桥、石家庄滹沱河特大桥支盘桩工程、唐山古冶外环公路桥、石家庄滹沱河特大桥支盘桩工程实践：实践： 2008年年8月，月， 确定该项目为交通行业标准依托工程，
18、召开试确定该项目为交通行业标准依托工程，召开试验研究审查会。验研究审查会。9月月2010年年12月，试验及检测工作；月，试验及检测工作；2011年年3月，月，完成试验成果报告。完成试验成果报告。4 4、20062006年年20112011年间，支盘桩科技在工民建工程开发实践：年间，支盘桩科技在工民建工程开发实践： 天津滨海新区北疆电厂一期工程，国家循环经济试点项目，天津滨海新区北疆电厂一期工程，国家循环经济试点项目，完成了科研、实践及节能减排等多项任务。共应用完成了科研、实践及节能减排等多项任务。共应用5000余根支盘余根支盘桩，其中较大规格支盘桩桩，其中较大规格支盘桩2000余根。邯郸钢厂二
19、号高炉工程，其余根。邯郸钢厂二号高炉工程，其中较大规格支盘桩中较大规格支盘桩600余根；北京地铁奥运支线工程，奥林匹克公余根；北京地铁奥运支线工程，奥林匹克公园、森林公园车站抗浮结构桩工程实践。园、森林公园车站抗浮结构桩工程实践。5 5、部分交通、市政工程设计实践工作：、部分交通、市政工程设计实践工作： 天津滨海新区滨海大道二线盐场区域中小桥支盘桩设计，天津滨海新区滨海大道二线盐场区域中小桥支盘桩设计，1600/1200、1100/900变桩径支盘桩设计。节省工程量变桩径支盘桩设计。节省工程量45%；武汉二环高架（武汉二环高架（BT项目），项目），1500/1200、1300/1000、120
20、0/900、1100/850。节省工程量。节省工程量55%；宁波轨道交通工程：；宁波轨道交通工程：900抗浮桩、抗浮桩、1100、900轻轨高架桩基设计。节省轻轨高架桩基设计。节省50%。22专业知识NO.4 总体评价总体评价 成成果果鉴鉴定定23专业知识NO.4 总体评价总体评价 获获奖奖情情况况24专业知识NO.4 总体评价总体评价技技术术特特点点及及优优点点 支盘桩工程技术为地基基础工程问题提供了全方位的解决方案：u改良基桩承载方式、提高基桩承载能力；改良基桩承载方式、提高基桩承载能力；u高效优良的节能减排效果。高效优良的节能减排效果。u提高桩土刚度（减小沉降、控制差异沉降、缩短沉降稳定
21、提高桩土刚度（减小沉降、控制差异沉降、缩短沉降稳定期）；期）；u实现每根工程桩的再勘察、承载力检判、承载力调控；实现每根工程桩的再勘察、承载力检判、承载力调控；可以节约钢材、混凝土可以节约钢材、混凝土30-65%缩短工期缩短工期30-50%减小工后沉降减小工后沉降30%70%降低工程造价降低工程造价15-25%实现项目工程的节能减排和科技进步。实现项目工程的节能减排和科技进步。25专业知识NO.4总体评价总体评价节节能能减减排排参参数数指指标标技术特点混凝土 (万m3)节约用钢量 t节约标准煤 t减排CO2 t减排泥浆 m3备注节省量节省比例等桩径支 盘结构3000400030%40%3004
22、00300400750100060008000采用支盘系列技术变桩径支 盘结构4000600040%60%40060040060010001250800012000采用宽臀多级设备技术入岩支盘 结构2000400020%40%200400200400500100040008000采用增力增压设备技术 a每万立方米灌注桩混凝土工程量合计耗媒1000t,计算依据如下： 1) 消耗2500t水泥-耗煤111t； 2) 消耗1000t钢-耗煤650t； 3) 消耗40万度电-耗煤148t； 4) 消耗其他-耗煤90t。 b“节省比例是指在不同上不结构形式、不同地质条件下的变量范围； c 水泥节省量同混
23、凝土节省量成正比。挤扩支盘桩科技与节能排减参数指标挤扩支盘桩科技与节能排减参数指标26专业知识NO.4 总体评价总体评价经经济济性性与与实实用用性性 与传统桩基型式的综合效益对比分析与传统桩基型式的综合效益对比分析27专业知识NO.4 总体评价总体评价特特点点及及优优点点支盘桩在交通工程中的应用特点支盘桩在交通工程中的应用特点在交通工程中，由于水文、地质条件变化大，在支盘桩设计施工中，在交通工程中，由于水文、地质条件变化大，在支盘桩设计施工中，采用采用“勘察设计施工一体化勘察设计施工一体化”工程理念，使得支盘桩从施工到承载力的工程理念，使得支盘桩从施工到承载力的提供做到机动、灵活，这一优点恰能
24、在多变的环境中，协调上下部（墩提供做到机动、灵活，这一优点恰能在多变的环境中，协调上下部（墩台和地基基础）结构间的诸多问题。从宏观来看，它能减少台和地基基础）结构间的诸多问题。从宏观来看，它能减少“类型类型”的的数量，以不变应万变，从而既利于单项工程的管理，也利于交通工程的数量，以不变应万变，从而既利于单项工程的管理，也利于交通工程的宏观管理，保证工程质量。宏观管理，保证工程质量。挤扩工艺是构成挤扩支盘桩特点的基础条件，由于盘周土的挤密效应，挤扩工艺是构成挤扩支盘桩特点的基础条件，由于盘周土的挤密效应，不但提高了土的承载性能，也在上部支盘所产生的应力扩散作用下，使不但提高了土的承载性能，也在上
25、部支盘所产生的应力扩散作用下，使桩的沉降以及群桩沉降均得到改善。桩的沉降以及群桩沉降均得到改善。支盘桩单桩的刚度系数和阻尼，比普通桩要高，有利于承担动荷载。支盘桩单桩的刚度系数和阻尼，比普通桩要高，有利于承担动荷载。竖向承载力大幅度提高，可解决不断增加的桥梁荷载和基础结构安全竖向承载力大幅度提高，可解决不断增加的桥梁荷载和基础结构安全间相互的矛盾，提高了安全储备。间相互的矛盾，提高了安全储备。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，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。避免了灌注桩诸多问题。28专业知识NO.5 成果推广成果推广
26、规范和工法规范和工法交交通通行行业业规规范范的的正正式式发发布布挤扩支盘桩有关的标准、规范有：挤扩支盘桩有关的标准、规范有：1 1）挤扩支盘桩设计、施工及质量评定验收规程挤扩支盘桩设计、施工及质量评定验收规程ZPDG/QB01-1997ZPDG/QB01-1997；2 2）公路桥涵挤扩支盘桩技术规范公路桥涵挤扩支盘桩技术规范DB33/T750-2009DB33/T750-2009浙江省工程标准；浙江省工程标准；3 3）挤扩桩火力发电厂（暂行）技术规程挤扩桩火力发电厂（暂行）技术规程DLGJ153-2000DLGJ153-2000火电行业标准；火电行业标准；4 4）挤扩支盘灌注桩技术规程挤扩支盘
27、灌注桩技术规程DB33/T1012-2003DB33/T1012-2003浙江建设工程标准；浙江建设工程标准；5 5）挤扩灌注桩技术规程挤扩灌注桩技术规程DB29-65 -2004DB29-65 -2004天津市工程建设标准天津市工程建设标准6 6）挤扩支盘灌注桩技术规程挤扩支盘灌注桩技术规程CECS192CECS192：20052005中国建设行业协会标准；中国建设行业协会标准；7 7）建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范支盘桩章节支盘桩章节DB33/1001-2003DB33/1001-2003浙江省标准；浙江省标准；8 8）公路桥涵挤扩支盘桩工程技术规范公路桥涵挤扩支盘桩工程技术规范
28、DB33/T750-2009DB33/T750-2009浙江省地方标准浙江省地方标准9)9)大直径挤扩支盘桩工艺工法大直径挤扩支盘桩工艺工法ZPDG/QB02-2008ZPDG/QB02-2008公路协会工法。公路协会工法。29专业知识NO.5成果推广成果推广 技术产业化技术产业化工工法法及及设设备备工艺工法：工艺工法：支盘地工正、反循环工艺工法：支盘地工正、反循环工艺工法： ZP-XH ZP-XH工法工法支盘地工旋挖工艺工法：支盘地工旋挖工艺工法： ZP-XW ZP-XW工法工法支盘地工全套管（振管）工艺工法：支盘地工全套管（振管）工艺工法：ZP-TGZP-TG工法工法正待开发的管桩支盘工艺
29、工法：正待开发的管桩支盘工艺工法： GZ-ZP GZ-ZP工法工法相应工法施工标准，质量检验和验评标准。相应工法施工标准，质量检验和验评标准。成套设备：成套设备：（1 1）单缸技术：）单缸技术：、增力型挤扩支盘机：、增力型挤扩支盘机： YZJ YZJ（A A）型系列）型系列、大臂型挤扩支盘机：、大臂型挤扩支盘机： YZJ YZJ（A A）-2006-2006巨臂巨臂 型。型。、双级（多级）型挤扩支盘机：、双级（多级）型挤扩支盘机：YZJYZJ（A A）- -双级双级-600C-600C型型 YZJYZJ（A A）- -双级双级-3000S-3000S型型（2 2）双缸技术：）双缸技术： YZJ
30、 YZJ（A A）- -双缸（巨臂双缸（巨臂 ）（3 3）双向缸技术：）双向缸技术：YZJ-YZJ-双向系列，包括：双向系列，包括：YZJ-YZJ-双向双向- -自转、自转、YZJ-YZJ-双向双向- -一体机一体机（4 4）一体机技术：）一体机技术：XH-ZPXH-ZP一体机、一体机、XW-ZPXW-ZP一体机一体机30专业知识NO.5成果推广成果推广 技术产业化技术产业化专专利利及及发发明明支盘桩结构和施工工法技术：发明专利号： 94106434.4、 95104960.7、 97196360.6、 02100102.2、 03156360.0支盘桩成套设备、设备结构、功能开发技术：发明专
31、利号：94106434.4、97196360.6、98103449.7、99102748.5、99102751.5、99102747.7、99102933.X、99118966.3、99125064.8支盘桩基础质量检验、施工监测技术：发明专利号：97196360.6 、03156360.0 、99102748.5、99102751.5已申请和获得的商标内容：支盘 31专业知识NO.6结束语结束语交交通通行行业业规规范范的的正正式式发发布布 挤扩支盘桩是一种安全稳定的桩基承载方式，通过对传统桩结构的优化，可实现勘查、设计、施工一体化，所带来的安全和经济效益是显著的，同时实现高效的节能减排。32专业知识
