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挤扩支盘桩成盘过程对桩周土影响的多维度解析与工程应用

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，建筑规模和高度不断攀升，对地基基础的承载能力和稳定性提出了更高要求。挤扩支盘桩作为一种新型桩基础，在建筑领域得到了广泛应用。它是在普通灌注桩的基础上，通过专用设备在桩身特定位置挤扩形成承力盘和分支，从而有效提高桩的承载能力和稳定性。自20世纪90年代以来，挤扩支盘桩技术在我国北京、天津、河北等十多个省市的上百项工程中成功应用，在提高桩基承载力、减少沉降、降低工程造价等方面成效显著，国家科委也将其纳入“重点国家级火炬计划项目”。

在挤扩支盘桩的成盘过程中，桩周土体受到挤压、扰动等作用，其应力状态、变形特性以及物理力学性质都会发生显著变化。这些变化不仅直接影响挤扩支盘桩的承载性能和稳定性，还可能对周边建筑物、地下管线等造成不利影响。因此，深入研究挤扩支盘桩成盘过程对桩周土的影响，对于优化桩基设计、确保工程安全具有重要的理论和实际意义。准确掌握桩周土的应力应变分布规律，能够为挤扩支盘桩的设计提供更可靠的依据，提高桩基设计的合理性和经济性；了解成盘过程对桩周土的扰动范围和程度，有助于制定合理的施工方案，减少施工对周边环境的影响，保障工程的顺利进行。

1.2国内外研究现状

国外对挤扩支盘桩的研究起步较早，20世纪中叶印度率先应用，随后英国和前苏联也相继使用。早期研究主要集中在挤扩支盘桩的承载机理和工程应用方面。随着计算机技术和数值模拟方法的发展，国外学者开始运用有限元、边界元等数值方法研究挤扩支盘桩成盘过程对桩周土的影响。如[国外学者姓名1]通过有限元模拟，分析了不同挤扩角度下桩周土的应力分布和变形规律，指出挤扩角度对桩周土的挤密效果有显著影响；[国外学者姓名2]运用边界元方法，研究了挤扩过程中桩周土的塑性区发展，为确定桩周土的力学响应提供了理论依据。

国内对挤扩支盘桩的研究始于20世纪70年代，近年来取得了丰硕成果。在理论分析方面，卢小文运用圆孔扩张理论分析了不同挤扩角度下单向和双向挤扩过程土体塑性区分布，建立挤土臂挤扩过程的力学模型，探讨挤土臂与土体的受力关系；在数值模拟方面，诸多学者采用ANSYS、FLAC等有限元软件，对挤扩支盘桩成盘过程进行模拟，分析桩周土的应力、位移和变形情况。如[国内学者姓名1]利用ANSYS软件研究了挤扩过程中桩周土的应力变化，发现随着挤扩角度增大，土体应力变化随桩孔距离增大呈指数性衰减；[国内学者姓名2]基于FLAC软件模拟挤扩全过程土体位移、应力变化，得出双向挤扩过程中土体应力、位移在水平方向呈对称性分布，单向挤扩过程中挤土臂下部土体挤密效应好于上部土体的结论。

然而，当前研究仍存在一些不足。一方面，理论分析大多基于理想假设，与实际工程情况存在一定差异，导致理论计算结果的准确性有待提高；另一方面，数值模拟中土体本构模型的选择和参数确定还缺乏统一标准，不同模型和参数对模拟结果的影响较大，使得模拟结果的可靠性和可比性受到限制。此外，针对复杂地质条件下挤扩支盘桩成盘过程对桩周土的影响研究较少，难以满足实际工程需求。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括：一是挤扩支盘桩成盘过程分析，详细剖析挤土过程、排土过程和回填过程中桩周土的受力和变形特点；二是桩周土影响分析，运用理论分析和数值模拟方法，深入探讨成盘过程对桩周土应力状态、变形特性以及物理力学性质的影响规律；三是结合实际工程案例，对理论分析和数值模拟结果进行验证，分析挤扩支盘桩在实际工程中的应用效果。

在研究方法上，采用理论分析、数值模拟和案例分析相结合的方式。理论分析方面，运用经典土力学理论和圆孔扩张理论，推导挤扩支盘桩成盘过程中桩周土的应力应变计算公式，分析土体的力学响应；数值模拟采用有限元软件建立挤扩支盘桩成盘过程的数值模型，模拟不同工况下桩周土的受力状态、应力变化和变形情况，通过参数分析研究各因素对桩周土的影响；案例分析选取典型工程案例，收集现场监测数据，对比理论分析和数值模拟结果，验证研究成果的准确性和可靠性，为挤扩支盘桩的工程设计和施工提供参考依据。

二、挤扩支盘桩成盘过程剖析

2.1挤扩支盘桩概述

挤扩支盘桩是一种变截面桩，由桩身、承力盘和分支组成。其工作原理是在桩身特定位置通过专用设备挤扩形成承力盘和分支，利用承力盘和分支与桩周土的相互作用，增大桩与土体的接触面积和侧摩阻力，从而提高桩的承载能力和稳定性。例如在某高层住宅项目中，场地地质条件复杂，上部为软土层，下部为中密砂土层。采用挤扩支盘桩后，通过在中密砂土层设置承力盘，充分利用了该土层的承载能力，有效减少了桩长和桩径，降低了工程成本。

挤扩支盘桩适用于多种地质条件，如粘性土、粉土、砂土、碎石土等，尤其在软土地基和对