螺紋式異型樁技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新

1、國內(nèi)外帶有螺紋樁身的異型樁簡(jiǎn)析（二）帶有螺紋樁身的型樁技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新陳超鋆（卓典正業(yè)北京有限公司）摘要：本文列舉了幾種典型的帶有螺紋樁身的異型樁技術(shù)，根據(jù)這些典型技術(shù)的特點(diǎn)介紹了帶有螺紋樁身的異型樁技術(shù)的發(fā)展，另外還列舉了幾種計(jì)算帶有螺紋樁身的異型樁豎向受壓承載力的方法，論證了這些方法的合理性與可行性。0引言帶有螺紋樁身的異型樁最早的應(yīng)用記錄，是英國人alexander mitchell于1833年設(shè)計(jì)的、用于泰晤士燈塔基礎(chǔ)的一種帶螺紋葉片的鋼預(yù)制樁單螺紋錨桿樁（single steel screw pile）。單螺紋錨桿樁施工速度快、無污染，在英國、美國、澳大利亞等國家得到廣泛的應(yīng)用。1日

2、本于20世紀(jì)90年代研制出鋼纖維全螺紋混凝土預(yù)制樁，樁身采用28天抗壓強(qiáng)度超過100mpa的混凝土制成，用來克服施工時(shí)樁身受到的扭矩。220世紀(jì)60年代開始，歐美各國將異型帶有螺紋樁身的樁技術(shù)的發(fā)展重心由預(yù)制樁向灌注樁轉(zhuǎn)移。法國科學(xué)家ggrimaud于1963年研發(fā)出灌注型screw pile，是最早的灌注樁帶有螺紋樁身，同時(shí)代的還有德國atlas公司研發(fā)的atlas樁技術(shù)。20世紀(jì)90年代以來，國外的fdp樁、sds樁、apg樁等帶有螺紋樁身的灌注樁新技術(shù)逐漸成為主流，國內(nèi)也開始帶有螺紋樁身的灌注樁的研究，并形成“灌注全螺紋樁成樁工藝”。2003年，一種全新的帶有螺紋和直桿的灌注樁半螺絲樁，

3、即螺桿樁技術(shù)問世。螺桿樁改變了以往螺紋式異型樁的結(jié)構(gòu)與工法，用普通混凝土實(shí)現(xiàn)了高承載力，目前外徑為500mm的螺桿樁單樁極限承載力已突破5000kn，為國內(nèi)外類似技術(shù)的數(shù)倍，且成樁速度快、無污染，是目前綜合性能較高的一種帶有螺紋樁身的異型樁新技術(shù)。1第一代帶有螺紋樁身的異型樁技術(shù)1.1螺紋錨桿樁（steel screw pile）3圖1.1.1螺紋錨桿樁單螺紋式與雙螺紋式圖1.1.2雙螺紋錨桿樁早期的螺紋錨桿樁為單螺紋錨桿樁（single-screw steel pile），樁身只有一圈螺紋葉片，在距樁尖大約為d（d為螺紋葉片外徑）的位置與芯管焊接，后衍生出樁身有兩圈螺紋葉片的雙螺紋錨桿樁（d

4、ouble-screw steel pile）和多圈螺紋葉片的多螺紋錨桿樁（multi-screw steel pile，最常見為三個(gè)螺紋葉片）。螺紋錨桿樁樁尖呈45度角開口狀，樁頭與打樁機(jī)連接后旋鉆入土成樁，規(guī)格詳表1.1.1。與傳統(tǒng)直桿樁相比，螺紋錨桿樁的豎向受壓、受拉承載力均有大幅提升，詳表1.1.2。表1.1.1螺紋錨桿樁規(guī)格表參數(shù)規(guī)格螺紋外徑(mm)1501200螺紋葉片厚度(mm)625雙螺紋錨桿樁螺紋間距(mm)75、100、150、300表1.1.2某工程螺紋錨桿樁承載力表樁型荷載類型試驗(yàn)極限荷載(kn)極限承載力計(jì)算值(kn)單螺紋受壓1010980雙螺紋受壓13691305

5、單螺紋受拉809800雙螺紋受拉13071030注：樁徑約400mm，螺紋葉片外徑約750mm。與當(dāng)時(shí)應(yīng)用較多的木樁相比，螺紋錨桿樁的承載力可達(dá)木樁的57倍，且豎向受壓和受拉承載力相當(dāng)，因此大量用于錨桿、風(fēng)電基礎(chǔ)等。但螺紋錨桿樁缺點(diǎn)亦非常明顯：(1) 焊縫易受地下水腐蝕；(2) 無法接樁，單樁承載力受到樁長(zhǎng)限制；(3) 硬粘土、密實(shí)砂土層、風(fēng)化巖等土層中難以成樁；(4) 造價(jià)昂貴。1.2screw pile4screw pile在沉管灌注樁技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)而來，采用帶有螺紋樁身的混凝土預(yù)制樁尖，鋼筋籠底部錨固在樁尖內(nèi)（如圖1.2.1），另有一個(gè)外壁焊有數(shù)圈螺紋葉片的鋼套管，其施工步驟如下：(1

6、) 將鋼筋籠插入螺紋鋼套管，吊裝，對(duì)準(zhǔn)樁位；(2) 鉆至設(shè)計(jì)深度后，在螺紋鋼套管中灌入混凝土；(3) 混凝土到達(dá)一定高度后開始拔管，同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)并振動(dòng)，拔管過程中應(yīng)保證混凝土高度，螺紋鋼套管拔離地面后成樁結(jié)束。圖1.2.1預(yù)制樁尖式screw pile施工過程中容易因混凝土預(yù)制樁尖破碎、堵住鋼套管而形成“吊腳樁”，screw pile技術(shù)逐漸用鉆頭代替預(yù)制樁尖，鋼套管相應(yīng)改變?yōu)殡p層鋼套管，其施工步驟如下（如圖1.2.2）：(1) 將鉆頭插入螺紋鋼套管，整體旋鉆入土，鉆至設(shè)計(jì)深度后將鉆頭提出螺紋鋼套管；(2) 另備一根直徑略小于螺紋鋼套管內(nèi)徑的內(nèi)套管，在內(nèi)套管中預(yù)先置入鋼筋籠，鋼筋籠底部焊有一塊

7、端板卡住套管口，將內(nèi)套管伸入螺紋鋼套管直至樁端，灌注混凝土；(3) 混凝土到達(dá)一定高度后開始振動(dòng)拔內(nèi)套管，將混凝土振搗密實(shí)直至內(nèi)套管提離地面；(4) 拔螺紋鋼套管，同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)并振動(dòng)，拔管過程中應(yīng)保證混凝土高度，螺紋鋼套管拔離地面后成樁結(jié)束。圖1.2.2鉆頭型screw pile成樁工法示意圖screw pile從理論上解決了螺紋錨桿樁的多數(shù)缺點(diǎn)：(1) 用混凝土包裹鋼筋籠，不易受地下水腐蝕；(2) 無需接樁；(3) 造價(jià)相對(duì)低廉。但screw pile沒有解決螺紋錨桿樁的土層適應(yīng)性問題，在硬土層、巖層中難以成樁，screw pile還具備沉管灌注樁的缺點(diǎn)：振動(dòng)明顯、噪音大、易縮徑或斷樁等，因

8、此screw pile并未得到廣泛應(yīng)用。1.3atlas樁5atlas樁是德國于20世紀(jì)90年代開發(fā)的一種全螺紋現(xiàn)澆灌注樁技術(shù)，樁內(nèi)徑為360560mm，螺紋寬度一般為50mm。鉆桿為等徑鋼管，底部有類似鼓槌的擴(kuò)大頭。擴(kuò)大頭側(cè)面有一圈螺紋葉片，下部開口用于連接預(yù)制樁尖。atlas樁施工工法如下（如圖1.3.2）：(1) 鉆具擴(kuò)大頭與預(yù)制樁尖連接后，對(duì)準(zhǔn)樁位順時(shí)針旋轉(zhuǎn)下鉆；(2) 鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，通過鉆具內(nèi)空腔置入鋼筋籠；(3) 鉆具逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)提升，提升時(shí)利用料斗通過鉆具內(nèi)空腔灌入混凝土；(4) 灌注完成，第二次置入鋼筋籠，成樁完成。圖1.3.1帶螺紋葉片的鉆具擴(kuò)大頭圖1.3.2atlas樁成樁

9、工法示意圖圖1.3.3atlas樁atlas樁在可塑到硬塑粘土中可形成間距約100mm、端部較尖的樁身螺紋。與screw pile相比，atlas樁振動(dòng)和噪音較小，縮徑和斷樁可能性降低，但仍存在以下問題：(1) 土層適應(yīng)性較差，鉆具對(duì)樁孔無護(hù)壁作用，在砂石土中易塌孔、埋鉆；(2) 鋼制預(yù)制樁尖不符合我國國情，如改用混凝土樁尖，下鉆遇硬夾層時(shí)樁尖易破損并卡在鉆具內(nèi)。atlas樁的鉆桿與擴(kuò)大頭1.4技術(shù)小結(jié)螺紋錨桿樁、screw pile和atlas樁是第一代帶有螺紋樁身的異型樁技術(shù)的三種典型技術(shù)，其共同點(diǎn)可歸納為兩點(diǎn)：(1) 土層適應(yīng)性較差，一般只適用于軟塑到硬塑粘土；(2) 樁身部分或全部為預(yù)

10、制式。表1.4.1第一代帶有螺紋樁身的異型樁典型技術(shù)異同樁型參數(shù)螺紋錨桿樁screw pileatlas樁研發(fā)時(shí)間19世紀(jì)30年代20世紀(jì)60年代20世紀(jì)90年代類型鋼預(yù)制樁螺紋沉管灌注樁預(yù)制樁尖鉆孔灌注樁樁身預(yù)制部位全樁身樁尖或端板樁尖擠土類型擠土擠土取土單樁承載力(kn)8001300(樁徑約400mm)/土層適應(yīng)性軟塑到硬塑粘土2第二代帶有螺紋樁身的異型樁技術(shù)2.1apgd樁apg樁（auger pressure grouted pile，即螺旋壓力灌注樁）是一種鉆孔取土灌注樁，在20世紀(jì)40年代開始在歐洲得到應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，在apg樁的基礎(chǔ)上衍生出擠土灌注樁技術(shù)apgd樁（au

11、ger pressure grouted displacement pile，即螺旋壓力擠土灌注樁），其鉆具帶有紡錘狀擴(kuò)大頭的光壁鋼管，擴(kuò)大頭最大直徑處以下為正向螺紋葉片，以上為反向螺紋葉片。其施工工法如下（如圖2.1.1）：(1) 正向旋轉(zhuǎn)并加壓鉆進(jìn)；(2) 鉆至設(shè)計(jì)深度后，由鉆頭處的灌漿口或閥門進(jìn)行壓力灌注，灌注料可以是水泥漿或細(xì)骨料混凝土；(3) 正向旋轉(zhuǎn)提鉆，提鉆的同時(shí)連續(xù)泵送；(4) 置入鋼筋籠，成樁結(jié)束。圖2.1.1apgd樁施工工法示意圖從成樁工法來看，apgd樁是atlas樁的改進(jìn)樁型，主要為以下幾個(gè)方面：(1) 取消了預(yù)制樁尖；(2) 擴(kuò)大頭改為階梯式變化，并在擴(kuò)大頭上部增加

12、了反向螺紋葉片，埋鉆的可能性低于atlas樁；(3) 引入了連續(xù)泵送技術(shù)，成樁質(zhì)量更穩(wěn)定。apgd樁存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：(1) 沒有解決第一代帶有螺紋樁身的異型樁的土層適應(yīng)性問題；(2) 鉆具擴(kuò)大頭以下部分沒有護(hù)壁作用，樁端以上部分成樁效果較差，一般采用降低提鉆速度、提高充盈系數(shù)的方式改善成樁質(zhì)量，樁端以上樁段的充盈系數(shù)可達(dá)上部樁段的1.5倍；(3) 承載力不高，成樁質(zhì)量較不穩(wěn)定，在los angeles對(duì)9根apgd（內(nèi)徑約450mm）進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，承載力最高為540kip（約合2403kn），最低僅為215kip（約合957kn）。apgd樁樁身并沒有螺紋，但apgd成樁工法是之后的多種帶

13、有螺紋樁身的灌注樁工法的雛形。2.2sdsp樁sdsp（screw discrepile）樁是在荷蘭、比利時(shí)等歐洲西北部國家廣泛應(yīng)用的一種淺螺紋灌注樁。sdsp樁成樁工法與apgd樁基本相同，采用的鉆具也是帶擴(kuò)大頭的鉆具，但與apgd樁相比有以下改變，如圖2.2.1：(1) 擴(kuò)大頭由階梯式改為橄欖球式；(2) 下部正向螺紋葉片的直徑略大于擴(kuò)大頭直徑。圖2.2.1sdsp樁鉆具橄欖球形擴(kuò)大頭sdsp樁施工工法如圖2.2.2，具體如下：(1) 對(duì)準(zhǔn)樁位，準(zhǔn)備下鉆；(2) 鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)下鉆至設(shè)計(jì)深度；(3) 鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)提鉆，同時(shí)通過鉆具芯管連續(xù)泵送混凝土；(4) 混凝土泵送結(jié)束后，將鋼筋籠插入

14、樁身，成樁完成。圖2.2.2sdsp樁工法步驟圖2.2.3sdsp樁鉆具的改變降低了鉆進(jìn)過程中的成孔阻力，所成的sdsp樁樁身帶有螺紋，如圖2.2.3。sdsp樁的單樁承載力受限于樁身強(qiáng)度，以內(nèi)徑300mm、外徑600mm的sdsp為例，其單樁承載力不超過700kn。2.3技術(shù)小結(jié)apgd樁技術(shù)是第二代帶有螺紋樁身的異型樁的雛形，sdsp樁是第二代帶有螺紋樁身的異型樁的典型技術(shù)，其共同點(diǎn)在于：(1) 鉆具上帶有紡錘或橄欖球狀擴(kuò)大頭，擴(kuò)大頭下部為正旋螺紋葉片，上部為反旋螺紋葉片；(2) 采用連續(xù)泵送技術(shù)；(3) 適用于軟塑到硬塑粘土；(4) 采用閥門式鉆頭，取消了預(yù)制樁尖。omega、de wa

15、al樁等技術(shù)具備上述第1、2點(diǎn)特征，但鉆頭仍采用預(yù)制樁尖，不歸入第二代。國內(nèi)研發(fā)的雙向螺旋擠土樁與sdsp樁技術(shù)特點(diǎn)和工法步驟相似，在此不予贅述。表2.3.1第二代帶有螺紋樁身的異型樁典型技術(shù)異同樁型參數(shù)apgd樁sdsp樁研發(fā)時(shí)間20世紀(jì)80年代20世紀(jì)90年代工法類型干鉆成孔泵送成樁干鉆成孔泵送成樁泵送料類型水泥漿細(xì)骨料混凝土混凝土適用范圍柔性樁承載力較低的剛性樁剛性樁土層適應(yīng)性軟塑到硬塑粘土軟塑到硬塑粘土單樁承載力約14242403kn(樁徑約450mm)700kn(樁徑300mm)3第三代帶有螺紋樁身的異型樁技術(shù)3.1過渡性技術(shù)灌注螺紋樁成樁工藝?yán)畈〒P(yáng)在國外螺紋型灌注樁技術(shù)的基礎(chǔ)上，采

16、用預(yù)引孔、再鉆孔灌注成樁的技術(shù)，提出了一種螺紋型灌注樁的施工方法灌注全螺紋樁成樁工藝，改良了國外類似技術(shù)的護(hù)壁效果和土層適應(yīng)性，由此工藝形成的全螺紋樁其承載力與國外類似樁沒有明顯區(qū)別。本質(zhì)上應(yīng)歸類于第二代和第三代技術(shù)之間的過渡性技術(shù)。其成樁工藝如圖3.1.1，具體如下：(1) 預(yù)成孔，孔徑為灌注螺紋樁外徑的30%60%；(2) 采用特殊的長(zhǎng)螺紋鉆桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)下鉆至設(shè)計(jì)深度；(3) 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并提鉆，提鉆的同時(shí)由鉆桿內(nèi)空芯高壓泵入細(xì)石混凝土或砂漿；(4) 鉆桿提離地面后，將鋼筋籠插入樁身，成樁完成。6圖3.1.1灌注全螺紋樁成樁工藝與國外類似技術(shù)相比，灌注螺紋樁成樁工藝有以下特點(diǎn)：(1) 鉆具護(hù)

17、壁并擠擴(kuò)土體；(2) 可在地下水位以上的填土、砂土、粉土、粘土中成孔成樁；(3) 二次成樁，即預(yù)成孔、后成樁；(4) 以螺紋外徑為設(shè)計(jì)直徑。其中，以螺紋外徑為設(shè)計(jì)直徑是灌注全螺紋樁成樁工藝與國外螺紋型灌注樁技術(shù)的根本區(qū)別，也是灌注全螺紋樁在國內(nèi)“水土不服”的直接原因。在國內(nèi)進(jìn)行的靜載試驗(yàn)中，灌注全螺紋樁在荷載較?。ǖ陀趩螛冻休d力特征值）時(shí)發(fā)生樁破壞。灌注全螺紋樁提高的是樁周土體的承載力，而非樁身承載力。由于灌注全螺紋樁截面積小于設(shè)計(jì)直徑相同的直桿樁，在使用普通混凝土的條件下，因樁身承載力不足發(fā)生樁破壞。海南“陽光經(jīng)典”工程灌注螺紋樁（外徑400mm，內(nèi)徑270mm）單樁極限承載力為720kn，

18、與sdsp樁等國外全螺紋灌注樁技術(shù)（見2.2節(jié)）基本相當(dāng)。但由于灌注全螺紋樁以外徑為設(shè)計(jì)直徑，其單樁承載力低于同一工程中外徑相同的長(zhǎng)螺旋灌注樁（直徑400mm，單樁極限承載力1100kn）。1 3.2第三代帶有螺紋樁身的異型樁技術(shù)螺桿樁技術(shù)1. 螺桿樁簡(jiǎn)介螺桿樁又名半螺絲樁，是一種“上部為圓柱形，下部為螺紋形”的組合式異形灌注樁，采用了創(chuàng)新的同步控制、瞬間大扭矩等技術(shù)，結(jié)合連續(xù)泵送技術(shù)形成樁的下部螺紋段和上部圓柱段。螺桿樁的成樁工法如圖3.2.1，具體步驟如下：(1) 對(duì)準(zhǔn)樁位，開始下鉆；(2) 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)同步下鉆，鉆具擠擴(kuò)樁周土體成孔，同時(shí)形成螺紋形樁孔；(3) 下鉆至設(shè)計(jì)深度后，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

19、同步提鉆，同時(shí)連續(xù)泵送混凝土，形成螺紋段；(4) 提鉆至直桿段與螺紋段變徑截面深度，改為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)提鉆，將上部樁孔螺紋掃掉，同時(shí)連續(xù)泵送混凝土，形成直桿段，提離地面后成樁完成，如設(shè)計(jì)需要配筋則將鋼筋籠振動(dòng)壓入即可。圖3.2.1螺桿樁成樁工法2. 螺桿樁技術(shù)特點(diǎn)與國外類似技術(shù)相比，螺桿樁技術(shù)有以下特點(diǎn)：(1) 鉆具護(hù)壁并擠擴(kuò)土體；(2) 采用同步控制技術(shù)形成樁身螺紋；(3) 適用范圍廣，不僅可用于常見的粘土、砂土等，還可在高硬度高粘度粘土、密實(shí)砂層、強(qiáng)風(fēng)化巖層、卵石層等硬土層中成樁；(4) 一次成孔成樁；(5) 設(shè)計(jì)時(shí)以螺紋外徑為設(shè)計(jì)直徑；(6) 樁身為“上大下小”的變截面構(gòu)造，符合附加應(yīng)力分布

20、規(guī)律；(7) 單樁承載力高，直徑500mm的螺桿樁單樁承載力已突破5000kn。與全灌注螺紋樁成樁工藝相比，螺桿樁技術(shù)中的同步與非同步交叉成樁工藝控制技術(shù)屬于創(chuàng)新性核心技術(shù)之一，土層適用范圍也有較大的擴(kuò)展，且無需引孔。尤為重要的是，設(shè)計(jì)直徑同樣為螺紋外徑的螺桿樁，由于采用了“上大下小”的變截面構(gòu)造，解決了灌注螺紋樁樁身承載力不足的問題。14帶有螺紋樁身的異型樁的發(fā)展帶有螺紋樁身的異型樁隨著打樁設(shè)備、工藝和建筑材料的進(jìn)步而不斷發(fā)展，其過程如表4.1.1：表4.1.1帶有螺紋樁身的異型樁發(fā)展概況樁型成樁方式擠土類型螺紋類型設(shè)計(jì)直徑樁徑(mm)樁長(zhǎng)(m)單樁極限承載力(kn)/相應(yīng)樁徑(mm)第一代

21、螺紋錨桿樁鋼預(yù)制擠土13個(gè)內(nèi)徑1501200101300/600screw pile沉管澆灌擠土全螺紋內(nèi)徑atlas鉆孔澆灌擠土全螺紋內(nèi)徑3605601020第二代apgd鉆孔連續(xù)泵送擠土無螺紋直徑30045024957/450sdsp鉆孔連續(xù)泵送擠土全螺紋內(nèi)徑36061030700/300過渡全灌注螺紋樁成樁工藝預(yù)引孔后鉆孔連續(xù)泵送先取土后擠土全螺紋外徑30080030700/400第三代螺桿樁鉆孔連續(xù)泵送部分?jǐn)D土半螺紋外徑40060030(5000/500*注：螺桿樁直桿段一般不超過12米。帶有螺紋樁身的異型樁的發(fā)展可以歸納為以下幾個(gè)方面：(1) 成樁方式：鋼預(yù)制沉管澆灌鉆孔澆灌鉆孔連續(xù)泵

22、送；(2) 擠土類型：擠土先取土后擠土部分?jǐn)D土；(3) 樁身螺紋類型：1到3個(gè)螺紋全螺紋半螺紋；(4) 設(shè)計(jì)直徑：內(nèi)徑外徑；(5) 樁徑：小樁徑（300mm左右）中等樁徑（300-800mm）；(6) 樁長(zhǎng)：短樁（不超過10m）中長(zhǎng)樁（不超過30m）。5單樁豎向受壓承載力計(jì)算方法的發(fā)展帶有螺紋樁身的異型樁作用機(jī)理比直桿樁要復(fù)雜得多，用常規(guī)計(jì)算方法難以得出樁身螺紋豎向受壓承載力的合理計(jì)算結(jié)果。在帶有螺紋樁身的異型樁的發(fā)展歷程中，國內(nèi)外科學(xué)家提出的計(jì)算方法主要通過簡(jiǎn)化或試驗(yàn)反饋得出，下文主要介紹用于雙螺紋錨桿樁的應(yīng)力泡簡(jiǎn)化法、螺紋型灌注樁經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、灌注螺紋樁的支盤近似法與簡(jiǎn)化系數(shù)法、螺桿樁計(jì)算方

23、法。5.1雙螺紋錨桿樁應(yīng)力泡簡(jiǎn)化法8雙螺紋錨桿樁的受壓計(jì)算模型如圖5.1.1，其中螺紋間土體的樁側(cè)阻力（粘土）按式5.1.1計(jì)算：圖5.1.1螺紋錨桿樁受壓計(jì)算模型(式5.1.1)式中：螺紋葉片之間的總樁側(cè)阻力；螺紋距徑比小于3時(shí)，取1；土體不排水快剪強(qiáng)度；螺紋葉片外徑；頂螺紋葉片與底螺紋葉片的間距。式5.1.1把螺紋間土體的剪切滑移面簡(jiǎn)化為直徑等于螺紋葉片直徑、高度等于螺紋葉片間距的圓柱面，這個(gè)圓柱面面積小于剪切滑移面、剪應(yīng)力方向處處相同，合理、安全、便于求解，這種方法稱為“應(yīng)力泡簡(jiǎn)化法”，是多種帶有螺紋樁身的異型樁承載力計(jì)算公式的基本假設(shè)。但螺紋葉片的設(shè)置影響了螺紋錨桿樁樁芯部分承載力的計(jì)

24、算。tomlinson提到：“在裂隙粘土中的鉆孔樁端部設(shè)置擴(kuò)大頭，且容許擴(kuò)大頭產(chǎn)生顯著沉降時(shí)，一部分樁身上會(huì)損失粘著力?！?螺紋錨桿樁發(fā)生顯著沉降后，頂螺紋葉片以上的樁芯部分會(huì)出現(xiàn)脫空區(qū)域，這部分側(cè)阻力受到損失，因此樁芯的總樁側(cè)阻力按式5.1.2計(jì)算：(式5.1.2)式中：頂螺紋葉片以上樁芯部分的總樁側(cè)阻力；粘土粘性系數(shù)，可理解為粘土側(cè)摩阻力；樁芯直徑；有效深度，在非凍土環(huán)境下一般按計(jì)算，為頂螺紋葉片埋深。需要指出的是，由于樁身材料為鋼材，因此不需驗(yàn)算樁身強(qiáng)度，而只需驗(yàn)算樁身受扭和受壓時(shí)的剛度。5.2螺紋型灌注樁經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法101971年，tomlinson提出螺紋理論，指出螺紋型灌注樁的樁身螺

25、紋在粘土中的土體承載力為同等條件下直線型樁的15倍。國外形成的螺紋式灌注樁樁側(cè)阻力計(jì)算方法，基本都是在螺紋理論基礎(chǔ)上增加經(jīng)驗(yàn)系數(shù)得出的，其中比較典型的一種如式5.2.1：(式5.2.1)式中（相同定義的符號(hào)不再注明，下同）：第i層土經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，按表5.2.1；第i層土靜力觸探天然地基承載力；第i層土的分層厚度；表5.2.1建議取值表粘土qc(mpa)0.0750.20.51.01.52.02.53.03.00.060.050.0360.0310.0290.0290.0280.0270.027砂土qc(mpa)10mpa10mpaqc20mpa20mpa按線性插值法取值式5.2.1有以下特點(diǎn)：(1

26、) 由于全樁身均有螺紋，樁身受壓過程中不產(chǎn)生脫空區(qū)域，不需折減樁側(cè)阻力；(2) 設(shè)計(jì)樁徑為樁芯直徑，螺紋作用只是提高土體承載力，應(yīng)從設(shè)計(jì)上保證樁身承載力不低于設(shè)計(jì)要求的樁承載力；(3) 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法適用范圍有限，一種經(jīng)驗(yàn)系數(shù)只適用于一種或少數(shù)幾種情形。5.3灌注螺紋樁豎向受壓承載力計(jì)算國內(nèi)學(xué)者就灌注螺紋樁豎向受壓承載力計(jì)算問題進(jìn)行了大量研究，主要形成了以下兩種計(jì)算方法：1. 支盤近似法11支盤近似法的基本原理是將連續(xù)分布的螺紋簡(jiǎn)化為等距分布的支盤，如式5.3.1：(式5.3.1)式中：螺桿樁直桿段的總樁側(cè)阻力；第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；第i層土中的螺紋段長(zhǎng)度，應(yīng)減去螺紋根部的厚度；第i層土的極

27、限端阻力修正系數(shù)，粘性土、粉土取0.71.0，砂土取0.60.9；第i層土的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；第i層土中螺紋的水平投影面積之和。支盤近似法存在以下問題：(1) 將復(fù)雜的螺紋剪切模型簡(jiǎn)化為支盤摩擦端承模型，計(jì)算原理簡(jiǎn)化，但計(jì)算過程繁冗；(2) 修正系數(shù)缺乏理論依據(jù)，難以準(zhǔn)確取值。2. 簡(jiǎn)化系數(shù)法（間接法）11、14簡(jiǎn)化系數(shù)法是基于理論的一種計(jì)算方法，如式5.3.2：(式5.3.2)式中：第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值增加系數(shù)，為粘著力系數(shù)，=0.21.0。由于難以精確取值，為簡(jiǎn)化計(jì)算，簡(jiǎn)化系數(shù)法將增加系數(shù)最保守取值 ，同時(shí)將設(shè)計(jì)樁徑由樁的內(nèi)徑變?yōu)橥鈴?，此時(shí)同傳統(tǒng)直線型樁的計(jì)算一樣，螺紋樁外徑等于傳統(tǒng)

28、直線型樁直徑。14這種簡(jiǎn)化方法存在以下問題：(1) 時(shí)，這種簡(jiǎn)化方法不安全；(2) 混凝土的強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)參數(shù)比樁周土體高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)；(3) 簡(jiǎn)化后設(shè)計(jì)樁徑變?yōu)橥鈴?，提高了?duì)單樁承載力的期望值，但樁身截面積減小為，樁身承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)承載力，實(shí)際承載力低于樁徑同為的直桿樁。5.4螺桿樁豎向受壓承載力計(jì)算12、13螺桿樁直桿段和螺紋段豎向受壓承載力計(jì)算方法的基本原理為應(yīng)力泡簡(jiǎn)化法和土體剪切庫侖公式，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)反饋，形成如式5.4.1和5.4.2的豎向受壓承載力計(jì)算公式：(式5.4.1)(式5.4.2)式中：螺桿樁螺紋段的總樁側(cè)阻力；螺紋段樁側(cè)土不排水快剪強(qiáng)度；樁芯外徑；第i層土的粘聚

29、力；第i層土法向應(yīng)力，按表5.4.1；第i層土的內(nèi)摩擦角。表5.4.1法向應(yīng)力取值表土名稱土的狀態(tài)剪切試驗(yàn)法向應(yīng)力（kpa）100200300400粘性土0.75il10.50il0.750.25il0.500il0.25粉土0.75e0.9e0.75粉細(xì)砂稍密中密密實(shí)中砂中密密實(shí)粗砂中密密實(shí)礫砂中密、密實(shí)螺桿樁豎向受壓承載力計(jì)算公式屬于半理論半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，與之前的計(jì)算方法相比，螺桿樁螺紋段豎向承載力計(jì)算公式有以下特點(diǎn)：(1) 采用應(yīng)力泡簡(jiǎn)化法作為計(jì)算基礎(chǔ)；(2) 直桿段直徑與螺紋段外徑相等，螺紋相對(duì)于上部樁身不屬于擴(kuò)大頭構(gòu)造，不屬于tomlinson所說的粘著力損失的情形，因此式5.4.1

30、中螺桿樁的直桿段計(jì)算不需進(jìn)行脫空區(qū)域的側(cè)阻力折減；(3) 當(dāng)樁頂受壓時(shí)，這部分土體先受壓后受剪，周圍無排水環(huán)境，與固結(jié)不排水快剪試驗(yàn)相似，因此采用不排水快剪強(qiáng)度的試驗(yàn)公式計(jì)算土體抗剪強(qiáng)度。與式5.2.1采用天然地基承載力乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算土體抗剪強(qiáng)度的方法相比，式5.4.2將螺紋葉片之間的環(huán)狀螺紋土體受力特征闡述得更清晰、計(jì)算方法更科學(xué)；6總結(jié)1. 自1833年螺紋錨桿樁首次應(yīng)用以來，帶有螺紋樁身的異型樁經(jīng)過近兩百年的發(fā)展，成樁方式從鋼預(yù)制逐步發(fā)展到鉆孔連續(xù)泵送，擠土類型從擠土型發(fā)展為部分?jǐn)D土型，樁身螺紋數(shù)量由單（雙螺紋）發(fā)展為全螺紋再發(fā)展為半螺紋，目前形成了結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)成熟的第三代帶有螺紋樁身異型樁技術(shù)螺桿樁技術(shù)；2. 將螺紋外徑作為灌注全螺紋樁設(shè)計(jì)直徑的設(shè)計(jì)理念是一種概念上的錯(cuò)誤；3. 同樣以螺紋外