近十几年来，笔者所在单位承接施工了数千项各类桩基工程，桩型包括钻孔灌注桩、扩底桩、静压管桩、人工挖孔桩、挤扩支盘桩等，其中钻孔灌注桩由于具有施工简单、适应各种地层等优点而成为各种基础工程中广泛应用的桩型之一。由于钻孔灌注桩桩周泥皮等因素将影响桩侧阻力的允分发挥，而在高层建筑广泛兴起，场地工程地质条件日趋复杂的背景条件下，市场对工程质量、建设速度和工程造价的要求越来越苛刻，使桩基技术面临着新的挑战。挤扩支盘桩就是这种情况下开发的一种全新桩型。　　 挤扩支盘桩是一种变截面桩。借助专用挤扩设备使桩的几处截面直径扩大，增加桩-土接触面积，从而提高桩的承载力。挤扩支盘桩是对普通钻孔灌注桩的优化，不但其桩-土接触面积增大数倍，多支点端阻力也增加数倍，而且还具有各类土层适应性好、工期短、经济效益显著、无环境污染等明显的优势。　　 虽然挤扩支盘桩的优越性已在工程中得以证实，但由于其使用时间较短，工程实例不多，实测资料缺乏，理论研究的程度还不够，尚无统一的设计及施工规范，从而普及应用率仍不高。因此，本文选题对于挤扩多支盘桩的深化研究与推广应用具有重要的理论意义与实用价值。　　 论文运用力学、数学、工程地质学、模拟实验学等理论与方法，结合工程实践，研究挤扩多支盘桩的荷载传递特性、桩侧摩阻力及桩端阻力特性；研究这种新桩型的成桩理论及破坏机理；建立适应支盘桩特点的荷载传递函数和极限承载力计算公式；在试验和理论研究的基础上，为最佳盘间距、桩间距、桩径的设计提供依据，以指导工程施工。与普通钻孔灌注桩的对比资料表明，挤扩支盘桩经济效益和社会效益显著。　　 论文的主要研究工作和成果：　　 1、通过室内外土工试验分析了挤扩支盘桩的挤扩作用及挤密效应，研究了桩身挤扩支盘对桩周土的影响。　　 (1)利用流变学圆柱孔扩张理论，给出了圆柱孔扩张问题的弹塑性解。　　 (2)分析承力盘的挤扩效果表明，支盘上下端土体得到压密，减少了土体的压缩性，其物理力学性能优于原状土，使支盘桩的竖向承载力及抗拔力都成倍地提高。　　 (3)在同一施工场地，对原状土和挤扩支盘处的粘土进行了大量土工试验工作，通过对比试验和对挤扩桩承载特征及其影响因素的微观分析得出了相关结论。①岔盘底部土、中部土和上部土的挤密效果明显，各物理力学性能指标都比同一层位的天然土有较大提高。②从现场桩基开挖的情况看，粉土层中的挤扩岔盘横向挤土效应不大，对Ф400～1000型桩而言，影响范围只到岔盘边缘以外的200mm左右；对Ф500～1200型桩而言，影响范围则在300～400mm之间。　　 同时，将所得试验数据反馈于挤扩支盘桩的理论研究，验证了理论分析的正确性。　　 2.通过室内支盘模型荷载试验，完成了以下工作并得出了相关结论：　　 (1)用WE-1000B型液压万能试验机进行支盘模型荷载试验，测定荷载-位移曲线，揭示了支盘的承载机理。　　 (2)通过支盘模型破坏性试验，揭示了在2≤h/b1≤3，且假设桩身强度足够大的条件下，支盘的破坏形态为斜压破坏，桩身先于支盘被破坏。受荷中，盘上径向和环向均为压应力，盘下为拉应力，由于混凝土会在拉压不等的条件下诱发各向异性，盘下部受拉达到混凝土的多轴极限拉应力状态时，将首先出现径向和环向裂缝，并随着荷载的增加逐渐向上扩展，在盘体内形成径向和环向贯通的裂缝而破坏。盘的破坏面与桩身轴线夹角大约为45度，盘体沿盘周长破裂为大小不等的数块。　　 (3)影响支盘承载力的主要因素有混凝土强度、支盘高宽比h/b1和盘径比D/d。支盘的极限承载力与混凝土抗压强度成正比；在试验范围内，其抗压强度随h/b1和D/d的增大而增大。试验结果表明，高宽比在1.5≤h/b1≤2.8的取值范围内能保证支盘受力合理、经济可靠。　　 (4)建立了抗压支盘承载力公式，可作为设计该桩时的计算或验算公式，填补了支盘强度设计计算方面的空白。　　 3、根据相似原理，制作了大比例尺模型桩进行原位试验。通过单桩静载荷试验，桩身应力测试，不同盘径、桩径、盘间距对挤扩支盘桩承载力的影响试验，得出以下结论：　　 (1)静载试验结果表明，挤扩支盘桩的Q-S曲线呈缓变形。挤扩支盘桩的单桩极限承载力取值，应在桩土强度范围之内以变形控制为主。　　 (2)模型桩应力测试结果表明，支盘承担了大部分力。加载初期桩侧摩阻力发挥较多，加载后期摩阻力已发挥到极限，荷载主要由支盘承担，支盘荷载超过总荷载的一半。　　 (3)支盘桩的轴力分布与直桩不同。在支盘以下，因支盘承担大部分力而轴力减弱；支盘以上，因摩擦力减小或出现负摩阻力而轴力增大。挤扩支盘桩的支盘阻力主要表现为端承力的性质，可将挤扩支盘桩定性为摩擦多支点端承桩。　　 (4)挤扩支盘桩与同径、同长的普通灌注桩相比，混凝土用量增加30％左右，单方混凝土承载力可提高70％以上，单桩承载力可提高80％以上，经济效益和社会效益明显。　　 (5)影响支盘桩承载力的主要因素有：桩径、被挤压地基土的性质、支盘设置数量、支盘竖向间距，其规律可归纳为：①在桩长、支盘数、土层情况相同的条件下，桩径越大单桩承载力越高，但每立方米混凝土极限承载力的提高幅度随桩径的增大而减小。②支盘成型挤密的作用，对盘下土体的影响比对盘上土体的影响大。③在桩径、桩长相同的情况下，支盘数越多，桩承载力越大。但支盘设置过多使盘间距减小，地基土压力的重叠效应可能使多设的支盘不起作用，不仅增加了工程量，也影响了桩承载力的提高。所以，盘间距应大于4d。　　 本模型桩试验中A4桩用砼量0.0272m3，极限承载力为81kN，与同组等直径桩相比承载力提高213％，每立方米砼承载力提高172％，其技术、经济综合评价最好，对工程桩设计与施工具有指导意义。　　 4、通过挤扩支盘桩的静载荷试验及桩身应力测试，分析了支盘桩的荷载传递规律，用双曲线法对Q-S曲线和轴力进行了拟合，得出以下结论：　　 (1)本次试验的支盘桩与同径、同长的普通灌注桩相比，单桩承载力提高了89％，节省工程成本39％，工期提前52天，具有很好的经济效益和社会效益。　　 (2)挤扩支盘桩的Q-S曲线在竖向荷载作用下表现出端承桩的受力特征，在工作荷载作用下，曲线处于线性阶段，桩周土体处于线弹性状态。因此，安全储备较大，不容易发生突发性的破坏，表现出优良的承载性能。　　 (3)根据桩身应力测试结果，加荷初期桩摩阻力发挥较多，加荷后期，摩阻力已发挥到极限，所加荷载主要由支盘承担，支盘承担的荷载超过总荷载的一半；挤扩支盘桩的支盘阻力主要体现端承力的性质。　　 (4)桩侧摩阻力和承力盘阻力的发挥具有明显的时序效应。本次试验中，以72％最终荷载(6120kN)为分界，在加荷初期，荷载主要由桩侧摩阻力承担，上承力盘比下承力盘承担较多荷载；加荷后期，承力盘承担荷载超过桩侧摩阻力分担荷载，下承力盘比上承力盘承担更多荷载。　　 (5)将荷载传递法拟合挤扩支盘桩的Q-S曲线和轴力图效果显著。表明该方法可用于实际工程，由已有试验资料来推算高承载力挤扩支盘桩的Q-S曲线和极限承载力，对减少或部分代替现场试桩具有实际意义。　　 论文的创新点：　　 1.通过大量室内土工实验和挤扩桩承载特征的微观分析，进一步揭示了挤扩桩的成桩机理。　　 2.通过支盘模型荷载破坏试验深入研究支盘应力分布规律，明确了支盘高径比与支盘受荷破坏的关系，提出了挤压支盘的承载力计算公式，探讨了支盘的强度理论。　　 3.通过大比例模型桩试验和现场抗压桩原位试验研究挤扩支盘桩桩身轴力，桩侧摩阻力、桩端阻力、支盘阻力的传递规律，定量分析了支盘阻力的组成及属性，研究了支盘桩的荷载传递函数、抗压极限承载力公式，为确定支盘桩最佳盘距、桩间距等参数提供了依据。　　 本课题试验研究工作紧密结合挤扩支盘桩的工程实践，其创新成果及技术思路对今后类似的挤扩支盘桩工程设计与施工将具有借鉴和指导作用。