不同土质情况下机械连接竹节桩的承载力对比分析

施卫力，杨成斌

(合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽，合肥 230009)



不同土质情况下机械连接竹节桩的承载力对比分析

施卫力，杨成斌

(合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽，合肥 230009)

摘要：机械连接竹节桩已在不同土质工程中得到应用且效果显著。本文将机械连接竹节桩与传统管桩在不同土质中的竖向极限承载力和抗拔承载力分别进行了对比性试验分析。结果表明，在不同土质情况下机械连接竹节桩的承载力比传统管桩有明显的提高。

关键词：机械连接竹节桩；不同土质；承载力；对比

0　引　　言

预应力混凝土管桩作为预制管桩的一种可靠桩型在我国软土地区得到广泛的应用。该桩型具有工业化规模生产，质量易于保证，单桩承载力高，对工程地质条件适应力强，施工速度快，环保无污染等优点，因而近年来在我国得到较大的推广使用。机械连接预应力混凝土竹节桩是在传统混凝土预制桩基础上经过改进，采用了全新的连接方式的一种新型异形桩。

1　机械连接竹节桩简介

机械连接先张法预应力混凝土竹节桩曾称“增强型预应力混凝土离心桩”，是一种新型预应力混凝土离心桩。它的侧壁设置了横向或纵向肋。上下节桩采用卡扣式机械连接和专用材料密封，使上下节桩成为一个连续、完整的整体。该新型桩上下节桩采用机械连接加环氧树脂，有效的避免了端板铁件外露及孔内外污水对铁件产生的腐蚀，同时避免了电焊焊接对桩混凝土及钢棒鐓头造成的破坏，此外通过机械连接，使桩身预应力钢筋锚入承台，方便施工，确保工程质量。因此此新型竹节桩成为预制桩领域独创的坚固、防腐、创新、节能、节源、环保，简称机械连接竹节桩。

1.1机械连接竹节桩的构造

机械连接竹节桩沿桩体的外壁每隔1～3m设置一节环状凸肋，并在桩周外侧均匀加设数条纵肋以连接环状凸肋。环状凸肋不仅能有效增强桩身摩擦性能，也扩大了桩体的有效截面积，进一步提高了桩的承载能力，节省了生产成本。机械连接竹节桩的中部桩径为恒定值，上部与中部之间的桩径及下部与中部之间的桩径则呈线性增加。第十代机械连接竹节桩如图1所示。

1.2连接接头

为了克服传统管桩焊接连接及桩头存在的不足的问题，现已成功研发出第十代连接技术，其连接件构造见图2，其中大螺母内装防腐用的环氧树脂；基垫和弹簧用于保证卡片平整到位；卡片两面设置一定的角度起到越拉越紧的效果；球形插杆设计成球形，保证卡片能顺利到位； 中间螺母旋接在顶拉螺帽内，将卡片上移定位，以确保连接坚固顺利。连接接头在下插时，弹簧的反作用力将接头上顶，中间螺帽限定了卡片的上移，这时卡片在弹簧反作用力的作用下将接头紧紧地抱箍，同时由于纵向钢筋端部的镦头与弹簧相触，从而保证了荷载的传递。桩连接接头剖面构造如图3所示。接桩时在桩端面安放由环氧树脂、固化剂等组成的密封材料，以提高桩端耐久性。

2不同土质情况下机械连接竹节桩与传统管桩对比

2.1在砂质粉土土质中机械连接竹节桩与传统管桩的对比性试验(新建的浙江耀华混凝土搅拌站搅拌楼工程)

该工程搅拌站楼为4层，主体采用框架结构，施工方法为静压桩法。桩径Ф500-460/Ф500，桩长15m，桩身采用C65/C60砼，桩持力层是砂质粉土层，入持力层深度1.5m。在本工程中，共做了6跟静载荷试验桩，结果如表1：

表1　管桩与竹节桩的静载荷试验结果

从上表得出机械连接竹节桩比先张法预应力混凝土管桩单桩竖向极限承载力平均值提高31.7%。

2.2在粉质粘土土质中机械连接竹节桩与传统管桩的对比试验(金溪园—杭政储出(2007)26号地块工程)

该工程由5幢26层，11幢3层排屋及整体一层(半层)地下室等组成，其中排屋采用钢筋混凝土框架结构，高层建筑采用框架—剪力墙结构，施工方法采用静压桩法。本工程中，共做了桩长不同的14根静载荷试验桩。结果如表2：

表2　管桩与竹节桩的静载荷试验结果

根据上表，2根桩长30m，桩径Ф400-370(75)mm与Ф400(75)mm，静载所得单桩竖向极限承载力前者比后者提高33.3%。4根桩长26m，桩径Ф400-370(75)与Ф400(75)mm，静载所得单桩竖向极限承载力平均值分别为1620kN和1350kN，前者比后者提高20.0%。6根桩长41m，桩径Ф600-560(100)mm与Ф600(100)mm，静载所得单桩竖向极限承载力平均值分别为5000kN和4166.7kN，前者比后者提高20.0%。

2.3在砂质、粉质粘土土质中机械连接竹节桩与传统管桩的对比试验(万科·魅力之城工程项目)

建筑物由10幢11-17层小高层及一层地下室组成，沿街带二层商铺，七幢楼带大底盘地下室，均为框架-剪力墙结构，施工方法为静压桩法，桩径Ф500-460，Ф600-560，桩长47m和42m，桩身采用C80砼，桩持力层为砂粉质土层、卵石层，持力层深度≧2.5m，本工程中，共做了14根静载荷试验桩，结果如表3：

从表3得出Ф500-460(100)机械连接竹节桩单桩竖向极限承载力平均值比Ф500(100)先张法预应力混凝土空心桩提高50.0%，Ф600-560(100)机械连接竹节桩单桩竖向极限承载力平均值比Ф600(100)先张法预应力混凝土空心桩提高70.3%。

表3　管桩与竹节桩的静载荷试验结果

2.4在淤泥质粉质粘土中机械连接竹节桩与传统管桩的对比试验(浙江成泰实业有限公司包装车间工程)

该工程施工方法为静压桩法，桩径Ф400-370/Ф400，桩长39m，桩身采用C65/C60砼。桩径Ф500-460/Ф500，桩长45m，桩身采用C65/C60砼。桩持力层为粉质粘土层。在本工程中，共做了4根不同桩长的静载荷试验桩，结果如表4。

2.5在粉质粘土土质中机械连接竹节桩与传统管桩的静载对比试验(宁波镇海旧城低洼地段改造工程A1、A3地块)

该工程是宁波镇海旧城低洼地段(鼓楼广场)改造工程。试验采用机械连接竹节桩和先张法预应力管桩，桩径400mm，桩长21m，在该工程中做了3根Ф400-370mm机械连接竹节桩和3根Ф400mm先张法预应力管桩进行竖向静载试验。试验结果如表5。

表4　管桩与竹节桩的静载荷试验结果

表5　管桩与竹节桩的静载荷试验结果

从上表得出，桩径400-370mm机械连接竹节桩竖向静载极限承载力平均值为1640kN，桩径400mm先张法预应力管桩竖向静载极限承载力平均值为1240kN，前者比后者提高32.3%。

2.6在粉质粘土土质中机械连接竹节桩与传统管桩的抗拔对比试验(宁波镇海旧城低洼地段改造工程A1、A3地块)

该工程是宁波镇海旧城低洼地段(鼓楼广场)改造工程。试验采用机械连接竹节桩和先张法预应力管桩，桩径500mm，桩长21m，在该工程中做了2根Ф500-460mm机械连接竹节桩和2根Ф500mm先张法预应力管桩进行竖向抗拔试验。试验结果如表6：

表6　管桩与竹节桩的抗拔试验结果

从上表得出，桩径500-460mm机械连接竹节桩竖向抗拔极限承载力平均值810kN，桩径500mm先张法预应力管桩竖向抗拔极限承载力平均值475kN，前者比后者提高70.5%。

3　原因分析

机械连接竹节桩由于凸肋的存在，一方面，增加了桩的表面积，使得桩的侧阻力提高；另一方面，在打入地基时，桩周的土受挤压而变得密实，当桩顶承受荷载产生沉降时，环状凸肋之间的土随着桩一起向下运动，最终形成大于环向凸肋直径的圆筒剪切面，从而提高了桩的承载能力。同等情况下，可以减少桩的数量，节约工程造价。

4　结语

综上所述，机械连接竹节桩在以上不同土质中与先张法预应力混凝土管桩的对比试验，数据如表7：

表7　管桩与竹节桩试验结果对比

1.在砂质粉土中，同桩径机械连接竹节桩与先张法预应力管桩极限承载力对比比后者提高31.7%。

2.在淤泥质粉质粘土中，同桩径机械连接竹节桩与先张法预应力管桩极限承载力对比比后者平均提高22.8%。

3.在粉质粘土中，同桩径机械连接竹节桩与先张法预应力管桩极限承载力对比比后者平均提高24.3%，抗拔力提高70.5%。

4.在砂、粉质粘土中同桩径机械连接竹节桩与先张法预应力管桩极限承载力对比比后者提高60.2%。

5.同桩径机械连接竹节桩相对于先张法预应力管桩的极限承载力有比较明显的提高。而且在粉质粘土土层中，同桩径机械连接竹节桩比先张法预应力管桩的抗拔力有着非常显著的提高。

参考文献

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Comparative Analysis on Bearing Capacity of Mechanical-connection

Bamboo Joint Pile in Different Soil Conditions

SHI Weili,YANG Chengbin

(School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, 230009, China)

Abstract:Mechanical-connection bamboo joint pile has been used in different soil conditions and showed significant effect. In this paper, we carried out contrast test analysis of the mechanical connection bamboo pile with the conventional pipe pile in different soil vertical ultimate bearing capacity and anti pulling capacity.. The results show that the bearing capacity of composite pile mechanical connection in different soil conditions is obviously higher than that of the conventional pipe.

Key words:mechanical-connection bamboo joint piles; different soil conditions; bearing capacity

中图分类号：TU473

文献标识码：A

文章编号：2095-8382(2015)05-042-05

DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20150509

作者简介：施卫力(1989-)，男，硕士生，主要研究方向为基础工程。

收稿日期：2015-03-25