混凝土变径桩工作性状研究

刘国超，闫洪涛，胡 博

(天津市勘察院 天津300222)

混凝土变径桩工作性状研究

刘国超，闫洪涛，胡 博

(天津市勘察院 天津300222)

通过数值模拟及现场试验的方法对变径桩的工作性状进行分析研究，比较变径桩 PHB与等直径管桩的桩身轴力、抗压承载力及抗拔承载力，分析得出结论，变径节桩的单桩承载力小于同节径相等的等直径管桩，大于同直径的预应力管桩。PHB桩可在复合地基及抗拔桩中单独使用，可减少挤土效应，具有一定的技术经济效益(可节省混凝土材料约18%,，减少挤土体积12 %,左右)。

数值模拟 变径桩 PHB 抗压承载力

1 PHB桩工作性状试验研究

1.1 变径桩承载力数值模拟

与相同外径等直径桩比较，模型：桩长 10,m；变径桩部位直径400,mm，长度500,mm，高度25,mm，间距1.4,m，桩身直径350,mm，如图1所示。土体及桩体参数如表1所示。

模拟计算出单桩承载力结果(见图2)及桩身轴力(见图3)，从而得出变径桩侧阻力与等直径桩比较(见图4)。

图1 PHB模型Fig.1 PHB model

表1 土体及桩体参数取值Tab.1 Parameters of soil and pile

图2 单桩承载力模拟结果Fig.2 Simulation results of bearing capacity of single pile

图3 桩身轴力比较Fig.3 Comparison of axial force of pile shaft

图4 变径节桩桩侧阻力及与等直径桩比较Fig.4 Variable section pile side resistance and the comparison with equal diameter piles

1.2 现场试验

现场桩基的平面布置如图5所示，施工现场变径桩的摆放及成桩如图6所示。

图5 现场试验平面布置Fig.5 Plane layout of the field test

图6 PHB现场图片Fig.6 PHB scene pictures

1.3 单桩抗压承载力试验结果

通过施工现场试验，得出各号桩基的单桩抗压承载力(见表2)及其曲线如图7所示。从而得出PHB桩与PHC桩轴力分布比较(见图8)及桩侧阻力与桩端阻力比较(见图9)。

表2 单桩抗压承载力Tab.2 Compressive bearing capacity of single pile

图7 单桩抗压承载力试验曲线Fig.7 Test curve of single pile compressive bearing capacity

图8 典型桩轴力分布比较Fig.8 Comparison of axial force distribution of typical piles

图9 典型桩侧阻力与桩端阻力比较Fig.9 Comparison between typical pile side resistance and pile tip resistance

1.4 单桩抗拔承载力试验结果

通过施工现场试验，得出各号桩基的单桩抗拔承载力(见表3)及试验曲线如图10所示，并分析得出PHC桩与PHB桩抗拔力分布及大小的比较(见图11)。

表3 单桩抗拔承载力Tab.3 Uplift bearing capacity of single piles

图10 单桩抗拔承载力试验曲线Fig.10 Tensile strength test curve of single piles

图11 抗拔系数比较Fig.11 Comparison of pullout coefficients

2 研究成果及分析

2.1 竖向承载桩侧阻力与桩端阻力

PHB单桩承载力[1]为 PHC的 73%,，极限承载力状态，PHC桩沉降量稍大于PHB桩。提取PHB与PHC桩[2]的桩侧摩阻平均值数据，对比发现，在桩身上部 PHB桩侧阻略大于PHC桩，而在桩下部位置小于PHC桩。PHB桩侧摩阻明显小于PHC桩，PHB桩端阻平均值大于PHC桩端阻平均值。PHC桩的抗压极限承载力试验结果[3]与理论计算较接近，而 PHB桩承载力较理论计算值低。可能原因是：变节处下端承力作用未得到想象的发挥；节距较大，桩侧阻力沿侧表面作用，总桩侧阻力较小。

2.2 单桩抗拔承载力

PHB抗拔承载力为PHC的77.3%,，PHC桩抗拔系数λ为0.75，PHB桩抗拔系数λ为 0.88。《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)给出的粉土地质条件下抗拔系数λ取值范围为0.70～0.80，基本与规范规定相符。

PHB桩的抗拔系数λ高于PHC桩，分析其原因可能是：变节处上部土体由于重力作用，其与桩体接触较好，变节处端承型桩作用得到了发挥，增加了抗拔阻力。抗压时，桩节上部产生临空面，桩侧应力发生松弛，不仅会使桩侧阻力下降，还可能形成负摩阻力区域。

3 结 语

变径节桩的单桩承载力小于同节径相等的等直径管桩，大于同直径的预应力管桩。桩侧阻力方面，小节距变径桩与等直径预制桩、水泥土复合预应力管桩差异不大。随节距增加，变径节桩侧阻力逐渐减小。桩侧形成圆柱形剪切面的条件需要进一步研究。变径节桩 PHB单独使用，用于复合地基及抗拔桩，可减少挤土效应，具有一定的技术经济效益(以本试验为例，PHB桩与PHC桩相比，可节省混凝土材料约18%,减少挤土体积 12%左右)。变径节桩(竹节桩)较高承载力的获得取决于土层情况、节距、节径、齿高等因数。使用时应依靠试验与应用成果，因地制宜、循序渐进。用于水泥土芯桩(或劲芯)竖向抗压，可充分发挥水泥土与土界面阻力，从而使小直径、大节径的PHB桩、竹节桩获得较高的单桩承载力。 受到水泥土抗拉强度和变形量的限制，植入、中掘法水泥土PHB桩、竹节桩不宜用于竖向抗拔。■

［1］ 赵柏冬. 单桩承载力的测定及研究[J]. 辽宁工程技术大学学报，2002(2)：171-173.

［2］ 邵晶晶. 预应力管桩单桩极限承载力动静测试研究分析[J]. 山西建筑，2011(26)：96-97.

［3］ 苏光前. 单桩竖向承载力的确定及其提高途径[J]. 建筑结构，2002(3)：6-7.

Study on Behaviors of Concrete Variable Section Piles

LIU Guochao，YAN Hongtao，HU Bo
(Tianjin Survey Institute，Tianjin 300222，China)

By means of numerical simulation and field test，work characters of variable section piles were analyzed to compare axial force，compression strength and anti-pulling capacity between variable diameter pile PHB and unidiameter piles. A conclusion was made that single pile bearing capacity of a variable section pile is less than that of a unidiameter pile with the same pitch diameter，and greater than that of a prestressed pipe with the same diameter. PHB pile can be used independently in composite foundation and uplift piles and is able to reduce the squeezing soil effect. It has certain technical and economic benefits，saving about 18%, concrete materials and reducing 12%, squeezing soil volume.

numerical simulation；variable section pile；PHB；compressive strength

TU473.1+6

A

1006-8945(2015)07-0037-03

2015-06-08