变径处长度对变径节桩承载性能的影响

变径处长度对变径节桩承载性能的影响

张华珺

中南建筑设计院股份有限公司 湖北武汉 430000

摘要：为获取更大的承载力，根据仿生原理，竹节桩最早在日本出现，并且进行了一系列模型试验及足尺试验，证明其承载力远高于同直径的等直径管桩。郭柱祥介绍了竹节桩在山东一所设计院地基中应用的成功经验，并在文中简单介绍了其承载力计算公式而且进行了验证，在文章最后给出了地基土多为粉土或粘土时的支盘合理间距；徐攸在指出竹节桩侧面阻力有大幅提高，适合用于软土地区；史玉副指出，在节桩打入过程中如果填入砂砾，则会在桩周形成良好的排水通道，提高其抗液化性能。

关键词：变径处长度；变径节桩；承载性能

1、各桩编号及模型的建立

保持其他参数不变，中间桩节长度均为500ram，仅对变径处长度进行改变。为了施工和生产便利，仍然采用节A和节B相同的尺寸。
本次共模拟了9种情况，加上第3章的模型，总共10种情况。其变径处长度分别为Omm，5mm，lOmm，20mm，25mm，30ram，40ram，50mm，60mm，lOOmm。对桩进行编号时，在1后面加上其变径处长度数值，以便在接下来的分析中进行比较。

表1.1变径处长度变化桩号表

2、承载力对比

图2.1 单桩Q．S曲线

1-0号桩到1-100号桩的荷载-沉降曲线均呈现缓变型，以位移值为40ram时对应的加载值为极限承载力，将各个桩号对应的承载力列于表2.1。

表2.1 1-0号桩到1-100号桩单桩竖向承载力表

图2.2单桩承载力随变径处长度变化趋势

从表2．1中可看出，随着变径处长度的增加，变径节桩单桩竖向承载力呈现下降的趋势，且变化明显。在变径处长度小于25ram时，变径节桩单桩竖向承载力随着变径处长度的增加，减小的比较迅速，在增长长度为20mm的范围中，承载力降低了50kN，在变径处长度为25ram时，承载力又一次明显的突降，然后在变径处长度大于30mm时，变径节桩单桩竖向承载力随着变径处长度的增加，减小的速度开始放缓。通过趋势，我们可以预测，随着变径处长度的不断增加，承载力会继续减小，越来越趋近于等直径管桩的承载力。在变径处长度为20mm至30mm的范围内，变径处的长度对变径节桩单桩竖向承载力的影响最大，变径处长度超过60mm之后，变径处长度对变径节桩单桩竖向承载力的影响微乎其微。变径处长度大于100mm的变径节桩，其承载力相比于等直径管桩承载力虽也会有提高，但相比于本节其他型号的变径节桩意义不大，不再讨论。对于改变变径处长度引起的桩型的改变，对于桩体材料用料影响甚小，故仅用承载力就可以说明其经济性，不必再计算讨论其材料效率K。

3、原因分析

为能分析说明以上分析所得趋势变化的机理，现列出有代表性的几个桩型在不同荷载下节A处所受到的竖向荷载与水平荷载的比值。规定从上到下分别将节A编号：节Al、节A2、节A3、节A4。由于各个桩型的承载力不同，为了便于比较，荷载值从100kN取到600kN，间隔100kN。

100kN时变径处长度对节A处影响 200kN时变径处长度对节A处影响

荷载300kN时变径处长度对节A处影响 荷载400kN时变径处长度对节A处影响

荷载500kN时变径处长度对节A处影响 荷载600kN时变径处长度对节A处影响

从以上图对比可以看出，随着变径处长度的增加，节A处桩受到来自土体的竖向分力与水平向分力的比值逐渐降低通过前面分析，节A处土体对桩体的竖向力发挥了重要作用，此处桩体对土体的竖向力也使下部部分土体挤密，从而提高了下部部分范围内桩侧摩阻，于是，竖向力降低，势必使单桩竖向承载力降低。以上各图大多表现出在变径处长度为20～30mm作用时曲线斜率发生较大变化，这就导致了各个趋势中均有以25mm为分界线的结果。

4、桩身轴力对比

荷载为100kN时变径处长度对桩身轴力的影响 荷载为300kN时变径处长度对桩身轴力的影响

载为400kN时变径处长度对桩身轴力的影响 荷载为600kN时变径处长度对桩身轴力的影响

从上图中可以看出，在加载值较小时，所有桩的桩身轴力曲线均呈现缓慢减小的变化，此时主要靠桩土相互位移产生的侧摩阻来传递和消散荷载，变径处尚未表现出足够明显的作用。而随着荷载值的增大，每越过一个节A，桩身轴力均有一次明显的减小，且随着荷载的增大，轴力减小的幅度也逐渐增大。而在同一级荷载中表现出来的就是，由于下部土体紧密，桩土相互挤压作用更加强烈，同一级荷载下，沿转身由上往下，每越过一个节A，桩身轴力减小幅度逐渐增大。说明不管变径处长度如何变化，其发挥的作用几乎一样，只是发挥作用大小和强弱的差别

5、桩身轴力对比分析结果

上图分别为变径处长度为0mm、10mm、25mm、40mm和60mm五种桩型在加载值为100kN、300kN、400kN、600kN时的桩身轴力对比图。从上图可以看出，在加载值为100kN时，四种变径处长度的桩型，其桩身轴力曲线几乎重合，说明在加载值较小时，节A处桩土作用微弱，桩节部位与桩身部位之间过度的平缓度对单桩竖向承载力影响不显著。随着加载值的增大，当荷载为300kN时，变径处长度为0mm，10mm，25mm的三种桩型的桩身轴力曲线仍然几乎重合，变径处长度为40mm、60mm的桩型的桩身轴力曲线与另外三种发生分离，且分离趋势沿桩身由上到下逐渐增大，每越过一个节A，曲线分离就更加明显，而在两个节A之间，曲线保持同样的分离度不变，这说明出现分离的原因是不同变径处长度造成的节A处桩土作用强度不同；当荷载为600kN时，变径处长度为0mm，10mm，25mm的三种桩型的桩身轴力曲线也出现分离趋势，且变径处长度为40mm、60mm的桩型的桩身轴力曲线与另外三种分离更加明显，这说明随着加载值的增大，节A处桩土作用开始发挥且越来越大，在变径处长度为0mm，10mm，25mm的三种桩型之间也体现出了变径处长度的影响

参考文献：

[1]迟立坤．Y型桩处理软土路基施工技术研究田．西部探矿工程，2006，(S1)：124．126.

[2]王新泉，陈永辉，刘汉龙．Y型沉管灌注桩荷载传递机制的现场试验研究[J]．岩石力学与工程学报，2008，27(3)：615．623.

[3]支盘灌注桩承载特性的试验研究[J]．建筑施工，2002， (4)：271．274.