翟 蓮*常文凱 劉東輝 田 偉 蔣 鑫 鮑碩超

吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院（130118）

0 引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷提升，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑工程領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)功能也提出了較高的要求，管樁由于承載能力比較高，穩(wěn)定性好，施工簡(jiǎn)便，在基礎(chǔ)工程建設(shè)中有很好的發(fā)揮，而且有很好的適應(yīng)環(huán)境的能力，因此在當(dāng)前工程建設(shè)中被廣泛的應(yīng)用，當(dāng)今，為了進(jìn)一步的提高管樁的承載能力、變形能力、抗震要求以及經(jīng)濟(jì)效益，需要變更樁身和樁長(zhǎng)的尺寸，又要考慮到混凝土的用量、工程造價(jià)等等，建筑基礎(chǔ)工程領(lǐng)域就誕生了異型樁，異型樁不僅提高了樁基的承載能力，而且大大的降低了混凝土的用量，從而獲得了較大的工程效益，因此，異型樁是當(dāng)今基礎(chǔ)工程領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一種新型樁型。

1 異型樁概況

1.1 異型樁簡(jiǎn)介

樁基礎(chǔ)按照基礎(chǔ)的受力原理可分為摩擦樁、端承樁、預(yù)制樁、灌注樁，文章介紹的異型樁是用一種傳統(tǒng)的等截面樁基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種新型樁型，其是一種沿著樁身縱向或橫向截面發(fā)生形狀或尺寸變化的樁型，也俗稱變截面樁型，是一種特殊的樁種類型，這種異型樁不僅能最大程度上發(fā)揮地基巖土和樁自身的潛能，而且還可以節(jié)約原材料的用量，降低工程造價(jià)等，這種異型樁目前已經(jīng)適應(yīng)了當(dāng)今樁基工程發(fā)展的需要，并被建筑工程領(lǐng)域廣泛的關(guān)注，是樁基研究發(fā)展領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

1.2 異型樁類型

異型樁是一種比較特殊的變截面樁型，異型樁大體上從截面形狀可分為兩個(gè)大類，縱截面異型樁、橫截面異型樁。從構(gòu)造形式方面來(lái)看，又可以分為以下幾種：楔型樁、竹節(jié)管樁、擠擴(kuò)支盤(pán)樁等，這些異型樁都是通過(guò)改變樁身縱橫向截面形狀而形成的樁型，因此，文章將通過(guò)這些異型樁進(jìn)行總結(jié)和概述。

2 異型樁研究簡(jiǎn)介

2.1 楔型樁

楔型樁在基礎(chǔ)工程當(dāng)中是一種新型樁，其起源于前蘇聯(lián)，楔形樁巧妙的運(yùn)用了樁基與土體之間的相互作用，使土體對(duì)樁的傾斜側(cè)壁產(chǎn)生法向抗力和切向力，從而增加了土體與樁的斜側(cè)壁之間的摩擦力，使樁基承載力大幅度提高。這種樁還有很多的優(yōu)點(diǎn)，如可以節(jié)約材料，降低造價(jià)，施工簡(jiǎn)便，從而可以縮短施工工期，充分改善了樁基周圍土體的物理力學(xué)性能，發(fā)揮了樁的傾斜側(cè)面與土體的共同作用，而且這種新型樁承載能力較高，減少了地基沉降，提高了樁基的整體安全性[1]。前蘇聯(lián)從20世紀(jì)初期就開(kāi)始了楔型樁的一系列研究，我國(guó)是從20世紀(jì)80年代對(duì)楔型樁的承載力以及傾角對(duì)楔型樁的影響做了系統(tǒng)的研究，在建筑工程領(lǐng)域取得了顯著成果。研究表明在相同豎向或水平荷載作用下，楔型樁的單位體積承載力要大于傳統(tǒng)的普通等截面樁，楔型樁斜側(cè)壁的傾角越大，單位體積的承載力提高就越大[2]?；谛ㄐ蜆逗奢d沉降關(guān)系以及荷載傳遞樁身軸力分布規(guī)律進(jìn)行了理論分析，劉杰[3]建立了荷載在樁身的傳遞規(guī)律，當(dāng)荷載作用在楔型樁的頂端為樁的極限承載力的2/3以下時(shí)，頂端的荷載傳遞到楔型樁端的荷載不到10%，當(dāng)達(dá)到全部加載階段時(shí)，呈現(xiàn)楔型樁比圓形樁更加剛性，而且隨著不同楔型樁楔角的增大，樁與土體之間的相互作用也越明顯，承載力也逐步提高。王幼青[4]通過(guò)對(duì)楔型樁擠土效應(yīng)的理論分析，建立了楔型樁受力分析的計(jì)算模型，又考慮到擠土效應(yīng)對(duì)樁基土體物理力學(xué)性能的影響，經(jīng)過(guò)和楔型樁靜載試驗(yàn)的對(duì)比，提出了楔型樁承載力的計(jì)算方法。而高柳[5]通過(guò)拉普拉斯變換法，再結(jié)合樁基交界面上的位移變換和應(yīng)力平衡條件，研究得到了阻抗函數(shù)，并對(duì)楔型樁阻抗函數(shù)的修正，利用函數(shù)遞推的方法求解微元樁段動(dòng)力平衡方程，并把這些和已有的楔型樁理論分析進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步的驗(yàn)證了楔型樁的承載能力。

2.2 竹節(jié)管樁

預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)管樁主要是通過(guò)對(duì)普通的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的基礎(chǔ)上加以改造，從而形成的一種新型樁，這種新型樁是在原有的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身的外側(cè)每隔一段距離設(shè)置一條向外凸的混凝土肋環(huán)，由于常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁承載能力較低，而這種方式主要是為了增加竹節(jié)樁側(cè)身的摩阻力，提高樁的承載能力[6]。酈亮[7]分別對(duì)3個(gè)不同的樁間距和樁身，在正方形的竹節(jié)樁復(fù)合地基基礎(chǔ)上，進(jìn)行了地基承載變形和樁土應(yīng)力比的試驗(yàn)研究，通過(guò)地基進(jìn)行了單樁的靜荷載試驗(yàn)，測(cè)定了竹節(jié)樁復(fù)合地基基礎(chǔ)的沉降，試驗(yàn)結(jié)果表明，三個(gè)不同管樁的復(fù)合地基承載力以及單樁的地基承載力均符合120 kPa的設(shè)計(jì)要求，靜載試驗(yàn)所測(cè)得的樁土應(yīng)力比主要分布在4.0~6.0之間，這些所測(cè)得的樁應(yīng)力比差異較大，且隨著樁間距的增大而減小，因此，竹節(jié)樁在軟土地區(qū)具有良好的承載能力。黃晟[8]通過(guò)分別對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抗壓承載能力試驗(yàn)研究，并對(duì)以上兩種管樁進(jìn)行了對(duì)比和分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在施工過(guò)程中對(duì)樁基周圍土體擾動(dòng)很大，且承載能力隨時(shí)間的變化較為顯著，不能有效提高樁基的承載能力，而預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁在試驗(yàn)研究的過(guò)程中，樁的荷載-位移曲線較為平穩(wěn)，更有利于發(fā)揮樁基的抗壓承載能力。通過(guò)ABAQUS有限元軟件分別對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁以及常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁抗壓承載能力的模擬計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著軟土地基的土體強(qiáng)度的增加，樁的側(cè)身摩阻力不斷增大，抗壓承載能力也不斷增大，而竹節(jié)管樁可以承擔(dān)大部分的荷載，從而有效的提高樁基承載能力，同時(shí)，竹節(jié)的形式、直徑、豎向間距也對(duì)帶肋管樁承載能力有一定的影響，且竹節(jié)管樁的抗壓承載能力隨著竹節(jié)直徑的增大而增加，隨著竹節(jié)豎向間距的增大而減小[9]。

2.3 擠擴(kuò)支盤(pán)樁

擠擴(kuò)支盤(pán)樁是近些年出現(xiàn)的一種新結(jié)構(gòu)樁型，其是一種帶有多分支具有承力盤(pán)結(jié)構(gòu)的樁，通過(guò)擠擴(kuò)工藝或設(shè)備來(lái)發(fā)揮支盤(pán)承載力的作用，其中支結(jié)構(gòu)和盤(pán)結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮樁基周圍土體的特性，使承載能力增大，減小變形[10]。該樁型具有承載能力較高、沉降量小、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在工程領(lǐng)域界得到了廣泛的應(yīng)用并得到了一致的認(rèn)可，對(duì)擠擴(kuò)支盤(pán)樁進(jìn)行了各方面的深入調(diào)研，并且產(chǎn)生了諸多研究結(jié)果[11]。王光凱[12]通過(guò)探究擠擴(kuò)支盤(pán)樁的構(gòu)造特征及施工工藝特點(diǎn)等，并結(jié)合該樁型的優(yōu)缺點(diǎn)、樁基周圍土體和設(shè)計(jì)施工要求等，得出了以下結(jié)論，擠擴(kuò)支盤(pán)樁是由樁身、支盤(pán)結(jié)構(gòu)和樁身周圍土體共同作用使樁基的承載能力提高，若同等強(qiáng)度條件下的該樁型，混凝土的用量要比常規(guī)的鉆孔灌注樁混凝土用量要少的多，從而降低了工程造價(jià)。研究表明，承力盤(pán)之間的間距要控制在一定的范圍內(nèi)才能充分發(fā)揮該樁型的承載能力。錢德玲[13]通過(guò)載荷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該樁型荷載的傳遞狀況發(fā)生改變，試驗(yàn)得出結(jié)論，由于擠擴(kuò)支盤(pán)樁的樁身多個(gè)支或盤(pán)的數(shù)量位置設(shè)置的不同，荷載的傳遞發(fā)生了不同改變，因此該樁型的地基承載能力及沉降狀況也會(huì)發(fā)生改變，基于荷載傳遞的改變并分析了擠擴(kuò)支盤(pán)樁的影響因素，提出了經(jīng)驗(yàn)公式并計(jì)算了該樁型在極限荷載作用下的修正系數(shù)，結(jié)果表明，試驗(yàn)所測(cè)得計(jì)算值與該樁型在工程中的實(shí)測(cè)值基本吻合。

3 異型樁發(fā)展綜述

通過(guò)對(duì)以上文獻(xiàn)的閱讀，總結(jié)出以下樁型，楔型樁從20世紀(jì)初期就開(kāi)始了一系列的研究，其可以通過(guò)楔角的增大來(lái)加強(qiáng)與土體之間的相互作用來(lái)增加樁身與土體之間的摩擦力，從而提高地基承載能力，而且該樁型還可以減少地基沉降，降低造價(jià)；竹節(jié)管樁主要應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土當(dāng)中，該樁型是在樁身外側(cè)設(shè)置一圈混凝土外環(huán)，來(lái)增加樁側(cè)身之間的摩擦力，從而在軟土地區(qū)也能有效的提高復(fù)合地基承載能力；擠擴(kuò)支盤(pán)樁是一種多支承力盤(pán)的新型樁，該樁型施工簡(jiǎn)便、沉降量小、工程造價(jià)低等特點(diǎn)，是通過(guò)擠擴(kuò)工藝或一些設(shè)備來(lái)發(fā)揮支盤(pán)承載力的作用，從而充分發(fā)揮樁身周圍土體的特性，提高承載能力。異型樁已在多年實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)用，為繼續(xù)探索更加經(jīng)濟(jì)，更加環(huán)保、綠色的新型樁奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為推進(jìn)工程樁基領(lǐng)域的發(fā)展，還要不斷創(chuàng)新，探索和研究異型樁，不斷的在實(shí)際應(yīng)用中推廣，才能真正的用于工程實(shí)踐中。