桩身侧肢层间距对侧嵌式管桩的影响

刘东辉 党志彤 翟 莲 田 伟 鲍硕超

吉林建筑大学土木工程学院（130118）

0 引言

侧嵌式管桩是一种沿桩身侧嵌多层侧肢的新型管桩，对比普通管桩，侧嵌式管桩能够充分利用桩周围土的承载作用。因为侧嵌式管桩具有优越的承载性能，所以对侧嵌式管桩的深入研究是有必要的，会节约大量的材料和成本，达到同样的承载性能效果。由于侧嵌式管桩承载力受到多个因素的影响，侧嵌式管桩侧肢的位置、层间距、数量不同等都会影响桩身承载力。利用物理学中的控制变量法对其中一个因素进行深入研究，文章研究了层间距对侧嵌式管桩的影响，通过试验和前人的文章等得出许多重要结论，讲解了侧肢层间距对侧嵌式管桩竖直和水平承载性状的影响。希望通过此文章能对后来人们的研究提供参考价值，对土建行业的发展达到一定的经济效益。

1 侧肢层间距对侧嵌式管桩承载性状的影响

1.1 侧肢层间距对侧嵌式管桩竖向承载性状的研究

本节分析布置了三层侧肢的侧嵌式管桩竖向承载性状受层间距的影响[1]。根据规范侧嵌式管桩桩端2 000 mm 以内需要进行箍筋加密，并不能布置侧肢。所以将最下面的侧肢布置在距离桩端2 000 mm 处，通过研究发现侧肢层间距太近将不能充分发挥侧肢的副端承作用。同样侧肢的层间距过大也不利于侧嵌式管桩竖向承载力的提高。通过研究发现层间距在1 000～2 500 mm 之间比较合适。固定距桩端最下面第三层位置2 000 mm，通过改变第一层、第二层的位置来研究。其他条件不变，分别取相邻两层侧肢的间距分别为:1 000 mm、1 500 mm、2 000 mm、2 500 mm 四种间距进行研究[2]。

侧嵌式管桩的侧肢使得桩周的侧摩阻力和普通管桩不同。因为侧肢下面土进行破坏的过程比较复杂多样，受力也比较复杂不容易进行描述，所以将侧肢下土的端阻力变换成对该层侧肢所在桩段的侧摩阻力进行分析[3]。根据上述相邻两层侧肢的间距四组数据的试验，可以得到四种层间距的侧肢竖向承载力都随着深度的增加而增大，即随着深度增加土体端阻力增大进而侧肢竖向承载力增大[4]。另外随着侧肢层间距的增大，三层侧肢的承载力之和减小，可以得到离桩端越近越有利于竖向承载力的增大。侧肢对较远的桩周围侧摩阻力的影响有限。距离侧肢较近的桩周围土体最早发挥作用，侧摩阻力有所提高。其他三种也具有同样规律。对于同一深度位置的第三层侧肢，随着层间距的减小竖向承载力也不断减小，1 000 mm 的层间距副端承载力最小[5]。当侧肢的层间距为1 000 mm 时，各层间的侧肢就略有一定的影响了，如果减小层间距会使试验土体得到破坏，降低侧嵌式管桩的竖向承载能力[6]。

侧嵌式管桩的荷载和沉降的规律如下: 首先四种层间距的桩的荷载和沉降曲线都属于缓慢下降型，即沉降随着荷载的增大而显著增大[7]。当荷载在0～1 550 时四个桩的荷载和沉降曲线非常接近，可以看出当竖向荷载比较小时，侧肢对桩的沉降影响并不大，竖向承载力的抵消主要依靠侧摩阻力来平衡[8]。随着荷载的不断增大，当荷载大于1 550 kN 而小于3 050 kN 时，桩顶的沉降量随着侧肢层间距的增大而增大，这是因为侧肢层间距较大的桩第一层侧肢的承载性能首先发挥作用，因此减缓了沉降的速度[9]。继续增大荷载，当荷载大于3 300 kN 时，荷载和沉降的曲线再一次发生了变化，沉降量随着侧肢的层间距的增大而增大，因为这个时候的荷载接近极限荷载侧摩阻力已经环绕整个桩，而且此时的所有侧肢均要开始发挥其作用[10]。

为了方便布置侧肢位置，还需要考虑单个侧肢水平方向的影响[11]。通过研究发现如果需要添加更多的侧肢，可以考虑错层交错布置侧肢[12]。

1.2 侧肢层间距对侧嵌式管桩水平承载性状的研究

本节以三根不同间距的侧嵌式管桩为例子来分析侧肢层间距对侧嵌式管桩水平承载性状进行研究。取自桩顶2 000 mm 向下分别是1 000 mm、1 500 mm、2 000 mm 这三种三层侧肢的侧嵌式管桩及一个不带侧肢的普通桩[13]。

通过研究表明，三种侧嵌式管桩桩顶的水平位移都显著的小于普通无侧肢桩，在560 kN 时，桩顶部的位移分别为37.00 mm、38.50 mm、40.00 mm 以及47.50 mm，三种带侧肢的桩比pp 桩分别减少了22.11%、18.95%以及15.79%，由此可以得出在其他条件相同的条件下，侧肢层间距越大水平方向的承载力就越大，从而桩顶的水平位移就越小[14]。但侧肢间距在1 000 mm 以内时土体会出现松动，水平方向的承载力会减小。所以可以得出重要的结论：侧肢间距为1 000 mm 时水平方向承载力越大，承载性能最好[15]。

通过研究侧肢间距对弯矩的影响方向，桩身截面在最大弯矩以上时四种桩的弯矩值基本不变在同一曲线上。当在最大弯矩和答疑零点位置时，随着层间距增大弯矩略有增大不是很明显，但三个带侧肢的侧嵌式管桩弯矩值明显小于pp 桩的弯矩值。然后第一零点以下，各桩的弯矩值基本保持一致[16]。

2 结论

通过试验研究得出许多重要结论。在1 000～2 500 mm 时层间距越大，竖向承载力越大[17]。随着荷载的增加，侧嵌式管桩顶沉降随着侧肢层间距的增大而增大[18]。说明了侧肢对管桩的承载力还是有一定影响的，在某种程度上提高了承载力。节省原材料，运用到施工工地更加经济。人们可以得到四种层间距的侧肢竖向承载力都随着深度的增加而增大，也即随着深度增加土体端阻力增大进而侧肢竖向承载力增大[19]。另外随着侧肢层间距的增大，三层侧肢的承载力之和减小，可以得到离桩端越近越有利于竖向承载力的增大。侧嵌式管桩桩顶的水平位移都显著的小于普通无侧肢桩[20]。可见侧嵌式管桩的侧肢对承载力是有显著的影响的，通过侧肢的合理布置更能得到承载力性能优越的侧嵌式管桩。

3 展望

通过以上层间距对侧嵌式管桩影响的研究发现，还可以对其他影响条件进行研究分析，管桩的研究还可以进一步的深入，这样就能得到更适合运用于施工的材料，为我国的现代化建设添砖加瓦[21]。侧嵌式管桩相比于其他普通管桩有许多优势，需要进一步深入研究。当然侧嵌式管桩也有许多缺点，需要人们通过研究来克服困难。文章通过研究侧嵌式管桩的侧肢层间距在竖直和水平荷载下的一些情况，为以后的应用奠定理论基础，希望以后的研究者们可以参考一二。侧嵌式管桩的研究和应用一定可以为土木建筑行业的发展发挥作用。