异型桩研究现状及发展前景综述

翟 莲党志彤 刘东辉 谢新颖 徐丽娜 蔡婧娓

吉林建筑大学土木工程学院（130118）

0 引言

随着我国科技水平及人们经济水平的不断提高，工业建筑和民用建筑对基础的要求也愈来愈高。基础按照构造的形式可以分为独立基础、条形基础、筏形基础、以及箱型基础和桩基础。桩基础具有较高的承载能力，工程性能好，稳定性好，沉降量小而且比较均匀，在深基础中具有耗用材料少，施工很方便等优点，不仅能以不同类型的桩基础适应不同的地质条件和水文条件，而且还能便于进行机械化施工和工厂大量生产。管桩是一种建筑材料，可以分为先张法预应力管桩和后张法预应力管桩、预应力混凝土管桩以及预应力混凝土薄壁管桩和高强度预应力混凝土管桩。预应力管桩在建筑行业中运用广泛，能够提高基础的承载能力。为了节约建筑材料和资金成本并提高工程的质量，顺应时代发展的潮流，异型桩成为施工单位的不错的选择，越来越受到各个施工单位的青睐。

1 异型桩概况

1.1 异型桩简介

伴随着我国科学技术的不断发展，施工技术也在不断的提高，新型的异型桩也在不断的研发，异型桩在建筑行业中的应用越来越广泛。桩可以分为许多的桩型，而不同的桩型特点亦有不同[1]。如实心桩、空心桩、圆形桩、方形桩及异型桩等。异型桩是通过改变桩身的形状特征来提高桩基础的极限承载能力。异型桩的种类多种多样，在建筑行业的不同领域发挥着重要的作用。希望能够对以后研究提供参考。

1.2 异型桩的用途

最近几年异型桩已经成为了国内外学者们研究的热门话题之一。①异型桩具有许多其他桩不具备的优点，不仅能够有效的提高承载能力，而且施工比较方便；②异型桩能够节约材料还具备环保经济合理等优点[2]。适合我国节约资源的基本国情，异型桩通过改变桩的几何形状能够节约大量的材料，并能够提高承载力，在建筑行业的使用越来越广泛，提高了建筑安全保障。不同的桩型在不同的领域发挥着不同的作用[3]，下面是几种常见异型桩的研究状况。

2 异型桩的研究现状

2.1 楔型桩

楔型桩是一种新型桩，这种桩具有许多优点，如节省材料，承载能力较高，施工比较方便等[4]。楔型桩起源于前苏联，可以让桩和土接触之间进行充分相互作用，并像楔子一样楔入地基土中，通过切向力和土体的侧壁产生较强的法向力，因此改善了侧壁和桩周土体的结构和状态，从而提高了基桩的承载能力[5]。周航通过研究得出结论，与其他桩型相比较，楔型桩具有以下优点:①能够改变和周围土的结构和接触面积，使桩能够高效地发挥作用；②桩的侧面和土体侧壁能够有效的共同作用，达到充分接触的功效，比其他同条件体积桩承载力大一些；③楔型桩的取材和施工比较方便、经济成本合理[6]。从20世纪开始至今前苏联就对不同楔型桩进行了大量研究并且取得了显著的成绩。吴文兵通过各项研究数据表明:楔型桩承载能力是随着周围土压的增加而增大，楔型桩在循环的荷载作用时，桩的刚度楔型桩在循环荷载的作用下，桩的刚度随着围压的增大而增大[7]；楔型桩比等截面桩的横向力学性能更好，因此楔型桩也更加适合做桩身材料应用于工程实践之中。楔型桩的研究没有等截面桩深入，我国部分学者还在继续研究，通过试验得出理论分析，并运用到工程实践之中。相信将来人们不仅会对楔型桩有更加深入的了解，楔型桩也会越来越有优势，能够更加广泛的运用在建筑行业之中造福于民。

2.2 阶梯型桩

目前阶梯型桩越来越受欢迎，近年来的工程实践表明了阶梯型桩受力方面更加安全可靠，具有更高的经济价值和技术上的优势。并且通过各位学者的大量模型试验得出许多重要的结论[8]。方焘通过研究得出结论表明：不同变截面桩比阶梯型变截面桩单位体积的承载力、承载力比率与变截面比相关联。不同变截面比的阶梯型变截面桩竖向呈现出不同的挠曲变形和承载力特征[9]。阶梯型桩起源于希腊。经过研究得出了许多重要的结论:①变截面桩可以增强单桩的极限承载力，减小沉降；②阶梯型桩可以充分利用浅层土的承载能力，达到很好的效果；③推导出变截面桩基水平受力的理论公式和计算方法，并通过大量试验证明了其的合理性，为后来学者们对阶梯型桩的研究工作提供了有力的依据[10]。至此阶梯型桩因为经济和力学性能合理受到工业建筑工程青睐，并广泛推广使用。阶梯型桩的研究还在不断的深入，阶梯型桩的优势也不断的被人们发现，承载能力高的特点让阶梯型桩越来越受到建筑行业的欢迎和使用。相信以后会对阶梯型桩有更加深入的研究，阶梯型桩会给施工带来更大的便利。

2.3 钢管桩

钢管桩是由钢管、企口榫槽和企口榫销所构成的。在建筑行业中，钢管桩可有效起到支撑护坡作用，对有泥沙或淤泥的地方非常的适应。相对施工速度快可以节约大量的时间，而且钢管桩的运输很方便，可以进行大量的运输，方便施工提高施工进度，经济合理，节约成本。缺点是打桩不太方便，耗用大量钢材，未来如果能够解决这些难题，钢管桩肯定会有较好的发展前景。由于钢管桩承载能力高，无论是起吊运输或者是沉桩都很方便，能够承载更大的荷载，广泛的运用于桥梁、海港和码头等大型设施的基础之中[11]。如金茂大厦、杭州弯大桥等都使用了大量的钢管桩，但其他具有耗材大、经济成本比较高的缺点，并不能大量运用于民用建筑之中。异型钢管桩更能适用要求，节约了钢材原料，也能提高零件的生产和制造，通过冷拔、电焊、挤压、热轧等方法得到异型钢管[12]。其可以广泛运用于工业建筑和民用建筑之中。钢管桩的优势很明显，我国学者一直在研究解决打桩不方便的问题，相信不仅之后会有进展，钢管桩也会发展的越来越来好。

2.4 竹节桩

先张法预应力混凝土竹节管桩已经有许多年的发展历史。由于竹节管桩性能方面的绝对优势，满足国家所倡导的节能、节材、环保和高效等特点，受到我国建筑行业的推广和应用，并得到我国权威机构的认可[13]。竹节管桩各项性能和经济都比较优良，和其他普通的管桩相比竹节管桩耐久性更好，更是具备质量可靠、施工可靠且速度比较快、抗腐蚀能力更强、承载能力更高、抗拔能力和承台的锚入性能良好等优点。竹节桩产品性能优势:①与传统管桩相比较竹节桩能够抵御外部气候环境的侵蚀、耐久性能良好；②在单桩竖向极限承载力的侧摩阻力一部分竹节管桩比其他管桩要提高10%~30%，由于承载力比较高，能够承载更多的荷载；③能够保证施工的速度和安全质量；④竹节桩可以在不同土层里极大地提高自身的竖向承载力；⑤竹节桩性价比较高[14]。竹节桩的产品保障:①竹节桩单桩承载力能较高；②竹节桩可靠性能较高；③竹节桩耐久性能良好；④竹节桩施工比较方便，能够保证工期的安全性；⑤竹节桩可以节约大量的投资，节约了成本；⑥对环境的保护好，无污染。竹节桩的两大亮点:①竹节桩节能环保，施工方便，经济合理，满足国家的可持续发展战略。②竹节桩性价比较高，即有理论计算的依托又有试验的检测，产品的研发到施工安全方便[15]。竹节桩因为具有以上的优点，逐渐成为我国桩需求市场的主流，并大量使用在建筑施工中，取得各行各业的大量好评，对我国建筑行业发展起到很大的推动作用。

3 异型桩的发展前景

通过文章对各种异型桩的介绍，得到以下的结论:楔型桩更加适用于比较好的地基基础上，在使用的过程中具有许多的优点，如承载能力比较高、施工比较方便、节约材料、经济较合理等；阶梯型桩可以减小沉降，增强单桩承载力等优点，更适合多地震地区使用此桩[16]；钢管桩具有承载能力高和施工运输方便的优点大量运用于海港和码头之中，为我国航运作出巨大的贡献；竹节桩适应于软土地基中，安全、环保及性能较好，减少了成本。其中绿色环保为我国的绿色发展和可持续发展提供有力的保障，具有更大的使用优势。随着我国建筑行业技术的不断提升，异型桩的发展前景非常广阔，应加强对异型桩的试验研究，为其在实践中的使用奠定重要的理论依据。