論一種雙向壓旋抗拔樁的設計新方法

李 鋒 李 婷 隱德輝 孫佳秋 劉偉生

(山東科技大學土木工程與建筑學院，山東 青島 266590)

論一種雙向壓旋抗拔樁的設計新方法

李 鋒 李 婷 隱德輝 孫佳秋 劉偉生

(山東科技大學土木工程與建筑學院，山東 青島 266590)

以提高樁的抗拔能力為前提，設計了一種新型的鋼筋混凝土雙向壓旋抗拔預制樁，闡述了該樁的設計要點和運行流程，指出該樁構造具有壓入旋進、抗拔的功能，適用于獨立結構物的抗拔樁基礎。

雙向抗拔樁，地基，混凝土，承載力

普通鋼筋混凝土預制樁一般為方形，可設計成端承樁和摩擦樁，以承擔結構上部的荷載作用；打拔管樁與預制樁的施工方法相同，打樁需要用到大型打樁機械，噪聲大，機械工耗費較高，樁入土困難，對土體的擠密作用較大，地基應力分布不均勻。人工挖孔樁工作量大，且與土體的摩擦作用小。螺絲樁抗拔承載力較高，但施工十分復雜，需要成孔和擰入等大型特殊設備。抗拔樁越來越多的被選為風力發電設備基礎等。螺絲樁具有比較好的抗拔性能，但由于螺絲構造上的缺陷，絲與桿之間剛度變化較大，容易產生應力集中，導致破壞，其他樁的抗拔能力均不理想。

1 相關技術簡介

總結各種樁基的工程實用情況，在應用高強混凝土材料的基礎上提出了一種采用壓裝設備，相對降低設備能力要求，抗拔能力較高，施工方便，功能優異的雙向壓旋抗拔樁設計方法。用高強混凝土制作，由四個空間旋轉曲面圍成，四條空間旋轉曲線韌角具有60°切土角度，在靜壓力作用下，旋轉鉆入地基土體。按照目前的模板技術和混凝土技術，在工廠內通過曲線模板制作結構構件，同時結合高強自密實混凝土的應用是完全可以實現的。

2 總體設計

2.1 設計目的

該設計新方法是設計一種雙向壓旋抗拔樁，首先以提高樁的抗拔能力為前提，設計一種新型的鋼筋混凝土預制樁，具有新的功能和作用。使用靜力壓樁設備，最大限度的降低機械能的消耗，避免施工機械噪聲。在壓樁入土的過程中，樁體按照設計的旋轉方向，通過螺旋曲線邊韌角的作用，切削土壁的同時旋轉進入土體，通過樁承臺固定。該樁在一定程度上具備了螺絲樁抗拔能力強的優點，同時又減少了大型機械能耗，可適當地增強土體的擠密效應。不僅可以用于端承樁、也可以用于摩擦樁的設計與工程施工。

2.2 設計要點

1)一種新型鋼筋混凝土樁，設原方樁的邊長為b，在離開角部0.08b的位置，截面中部凹進去0.1b，按照圓弧曲線連接這三個點，形成實線表示的斷面。把上截面沿縱軸旋轉，一個角點旋轉90°時的新位置為相鄰下一個交點原位置。控制上下相鄰截面的高度為1.732b，也就是韌角曲線切線的角度為60°，這個角度對切削土體作用效果較好。由于高強度混凝土的強度比較高，對于軟弱地基土來說，旋進效果比較強。

2)制作靜力壓旋的鋼筋混凝土樁，且切土角度設定為60°左右，采用靜力壓樁的施工工藝，與邊長為b的方樁相比，當樁的實體長度為L時，增加的端承面積為0.333bL，同時減少混凝土體積為0.284 8b2L，減少1/4左右。

3)將方形截面改成扭曲截面樁，并根據土力學原理，形成60°切土韌角；利用邊部韌角切土作用，通過強力壓樁，將樁壓入軟土地基中；承載過程中的內扭矩，通過樁的對稱布置，在樁承臺內取得自平衡；當土體較硬時，可鉆略小于樁外徑的孔，然后再行壓入，以均勻分布土體的擠密作用；其樁有效截面面積可以按照內接圓的面積計算；壓樁時采用帶有平面鉸的壓樁加載頭，在旋壓過程中由土體的抵抗力推動樁旋轉入土；此雙向壓旋抗拔樁可作為端承樁設計，也可作為摩擦樁設計，其樁頭、樁尖、樁身的配筋，根據內接圓的截面核算，并按照現行樁基礎的設計規范進行設計。

2.3 設計優點

該雙向壓旋抗拔樁，與傳統的預制鋼筋混凝土樁不同，該樁呈螺旋曲面外形，有四條螺旋曲面韌角，同時具有端承樁和摩擦樁的功能，也具有螺絲樁的抗拔能力，雙向對稱的群樁布置，加載時地基土反力形成的旋轉扭矩，可以通過承臺上的約束實現自平衡。在比較小的靜壓力作用下，加載頭裝置平面鉸，可以使樁體旋轉下切，達到指定的標高位置，相對減少了機械功率消耗。由于旋轉曲面的承壓作用相同，因此具有一定的抗拔能力。

該鋼筋混凝土樁，施工時采用靜力壓樁旋轉鉆入地基土、具有較完善的承載功能和較低的機械消耗、端承面積大的特點，利于綜合承載能力的發揮，樁承臺將樁牢牢的固定在地基土中，由于承臺的約束作用，承載時樁體不能旋轉，因此保證了樁的抗拔能力，增大了樁的摩擦承載力和端面承載力，簡化了施工方法、降低了靜力壓樁機械的能量能耗、避免了一般預制樁打樁機械的噪聲、相對減少了混凝土的用量。

3 設計實現與運行

如圖1所示為雙向壓旋抗拔樁基礎結構圖，在承臺上對稱布置，加載時由于地基土的反力作用，樁體產生的力矩在承臺的約束下取得自平衡。順時針旋轉樁和逆時針旋轉樁對稱布置，其上端與樁承臺固定連接，樁尖與樁體在樁的下端連接。如圖2所示為在樁的水平剖面圖中，根據樁的實際長度L，外接圓在一個單元長度內，形成空間斜曲面，一個單元高度水平投影的外接圓的面積減去正方形的面積為0.333bL。圖3為順時針和逆時針旋轉的樁單元體和單元體的控制高度為1.732b，b表示方樁的邊長。圖4為樁尖的透視圖，樁尖的高度取1.3b～1.5b，由于樁頭較短不再設計成扭轉面。

4 結語

這種雙向壓旋抗拔樁的新方法是當今社會一種比較新型的抗拔樁設計方法，用高強混凝土制作，采用雙數布置，在抗拔能力

方面具有優越性。其內接圓作為配筋截面有效設計截面。由于最有效的切土角度，使得靜力壓樁設備的機械功率消耗最低，是一種適用于工廠化生產的預制鋼筋混凝土功能性樁。樁體的制作采用高強自密實混凝土，同時需要制作復雜的模具，根據目前的技術能力，工廠化生產是完全可以實現的。這種雙向壓旋抗拔樁經濟效益和社會效益比較顯著，我們認為雙向抗拔樁的設計是抗拔樁的發展方向，我們期待大家對這種雙向壓旋抗拔樁的關注。

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Abstract: With the premise of improving the anti-floating capacity of the piles, the paper designs a new reinforced concrete two-direction spinning anti-floating precast pile, illustrates its design points and operation procedure, and indicates its functions of spinning and anti-floating, so it can be adopted in the anti-floating pile foundation of the individual structural buildings.

Key words: two-direction spinning anti-floating pile, foundation, concrete, loading capacity

On new design methods for two-direction spinning anti-floating pile

Li Feng Li Ting Yin Dehui Sun Jiaqiu Liu Weisheng

(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China)

2016-03-12

李 鋒(1989- )，女，在讀碩士； 李 婷(1992- )，女，在讀碩士

1009-6825(2016)15-0061-02

TU473.1

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