樁身側(cè)肢層間距對(duì)側(cè)嵌式管樁的影響

劉東輝 黨志彤 翟 蓮 田 偉 鮑碩超

吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院（130118）

0 引言

側(cè)嵌式管樁是一種沿樁身側(cè)嵌多層側(cè)肢的新型管樁，對(duì)比普通管樁，側(cè)嵌式管樁能夠充分利用樁周圍土的承載作用。因?yàn)閭?cè)嵌式管樁具有優(yōu)越的承載性能，所以對(duì)側(cè)嵌式管樁的深入研究是有必要的，會(huì)節(jié)約大量的材料和成本，達(dá)到同樣的承載性能效果。由于側(cè)嵌式管樁承載力受到多個(gè)因素的影響，側(cè)嵌式管樁側(cè)肢的位置、層間距、數(shù)量不同等都會(huì)影響樁身承載力。利用物理學(xué)中的控制變量法對(duì)其中一個(gè)因素進(jìn)行深入研究，文章研究了層間距對(duì)側(cè)嵌式管樁的影響，通過試驗(yàn)和前人的文章等得出許多重要結(jié)論，講解了側(cè)肢層間距對(duì)側(cè)嵌式管樁豎直和水平承載性狀的影響。希望通過此文章能對(duì)后來人們的研究提供參考價(jià)值，對(duì)土建行業(yè)的發(fā)展達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 側(cè)肢層間距對(duì)側(cè)嵌式管樁承載性狀的影響

1.1 側(cè)肢層間距對(duì)側(cè)嵌式管樁豎向承載性狀的研究

本節(jié)分析布置了三層側(cè)肢的側(cè)嵌式管樁豎向承載性狀受層間距的影響[1]。根據(jù)規(guī)范側(cè)嵌式管樁樁端2 000 mm 以內(nèi)需要進(jìn)行箍筋加密，并不能布置側(cè)肢。所以將最下面的側(cè)肢布置在距離樁端2 000 mm 處，通過研究發(fā)現(xiàn)側(cè)肢層間距太近將不能充分發(fā)揮側(cè)肢的副端承作用。同樣側(cè)肢的層間距過大也不利于側(cè)嵌式管樁豎向承載力的提高。通過研究發(fā)現(xiàn)層間距在1 000～2 500 mm 之間比較合適。固定距樁端最下面第三層位置2 000 mm，通過改變第一層、第二層的位置來研究。其他條件不變，分別取相鄰兩層側(cè)肢的間距分別為:1 000 mm、1 500 mm、2 000 mm、2 500 mm 四種間距進(jìn)行研究[2]。

側(cè)嵌式管樁的側(cè)肢使得樁周的側(cè)摩阻力和普通管樁不同。因?yàn)閭?cè)肢下面土進(jìn)行破壞的過程比較復(fù)雜多樣，受力也比較復(fù)雜不容易進(jìn)行描述，所以將側(cè)肢下土的端阻力變換成對(duì)該層側(cè)肢所在樁段的側(cè)摩阻力進(jìn)行分析[3]。根據(jù)上述相鄰兩層側(cè)肢的間距四組數(shù)據(jù)的試驗(yàn)，可以得到四種層間距的側(cè)肢豎向承載力都隨著深度的增加而增大，即隨著深度增加土體端阻力增大進(jìn)而側(cè)肢豎向承載力增大[4]。另外隨著側(cè)肢層間距的增大，三層側(cè)肢的承載力之和減小，可以得到離樁端越近越有利于豎向承載力的增大。側(cè)肢對(duì)較遠(yuǎn)的樁周圍側(cè)摩阻力的影響有限。距離側(cè)肢較近的樁周圍土體最早發(fā)揮作用，側(cè)摩阻力有所提高。其他三種也具有同樣規(guī)律。對(duì)于同一深度位置的第三層側(cè)肢，隨著層間距的減小豎向承載力也不斷減小，1 000 mm 的層間距副端承載力最小[5]。當(dāng)側(cè)肢的層間距為1 000 mm 時(shí)，各層間的側(cè)肢就略有一定的影響了，如果減小層間距會(huì)使試驗(yàn)土體得到破壞，降低側(cè)嵌式管樁的豎向承載能力[6]。

側(cè)嵌式管樁的荷載和沉降的規(guī)律如下: 首先四種層間距的樁的荷載和沉降曲線都屬于緩慢下降型，即沉降隨著荷載的增大而顯著增大[7]。當(dāng)荷載在0～1 550 時(shí)四個(gè)樁的荷載和沉降曲線非常接近，可以看出當(dāng)豎向荷載比較小時(shí)，側(cè)肢對(duì)樁的沉降影響并不大，豎向承載力的抵消主要依靠側(cè)摩阻力來平衡[8]。隨著荷載的不斷增大，當(dāng)荷載大于1 550 kN 而小于3 050 kN 時(shí)，樁頂?shù)某两盗侩S著側(cè)肢層間距的增大而增大，這是因?yàn)閭?cè)肢層間距較大的樁第一層側(cè)肢的承載性能首先發(fā)揮作用，因此減緩了沉降的速度[9]。繼續(xù)增大荷載，當(dāng)荷載大于3 300 kN 時(shí)，荷載和沉降的曲線再一次發(fā)生了變化，沉降量隨著側(cè)肢的層間距的增大而增大，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候的荷載接近極限荷載側(cè)摩阻力已經(jīng)環(huán)繞整個(gè)樁，而且此時(shí)的所有側(cè)肢均要開始發(fā)揮其作用[10]。

為了方便布置側(cè)肢位置，還需要考慮單個(gè)側(cè)肢水平方向的影響[11]。通過研究發(fā)現(xiàn)如果需要添加更多的側(cè)肢，可以考慮錯(cuò)層交錯(cuò)布置側(cè)肢[12]。

1.2 側(cè)肢層間距對(duì)側(cè)嵌式管樁水平承載性狀的研究

本節(jié)以三根不同間距的側(cè)嵌式管樁為例子來分析側(cè)肢層間距對(duì)側(cè)嵌式管樁水平承載性狀進(jìn)行研究。取自樁頂2 000 mm 向下分別是1 000 mm、1 500 mm、2 000 mm 這三種三層側(cè)肢的側(cè)嵌式管樁及一個(gè)不帶側(cè)肢的普通樁[13]。

通過研究表明，三種側(cè)嵌式管樁樁頂?shù)乃轿灰贫硷@著的小于普通無側(cè)肢樁，在560 kN 時(shí)，樁頂部的位移分別為37.00 mm、38.50 mm、40.00 mm 以及47.50 mm，三種帶側(cè)肢的樁比pp 樁分別減少了22.11%、18.95%以及15.79%，由此可以得出在其他條件相同的條件下，側(cè)肢層間距越大水平方向的承載力就越大，從而樁頂?shù)乃轿灰凭驮叫14]。但側(cè)肢間距在1 000 mm 以內(nèi)時(shí)土體會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，水平方向的承載力會(huì)減小。所以可以得出重要的結(jié)論：側(cè)肢間距為1 000 mm 時(shí)水平方向承載力越大，承載性能最好[15]。

通過研究側(cè)肢間距對(duì)彎矩的影響方向，樁身截面在最大彎矩以上時(shí)四種樁的彎矩值基本不變在同一曲線上。當(dāng)在最大彎矩和答疑零點(diǎn)位置時(shí)，隨著層間距增大彎矩略有增大不是很明顯，但三個(gè)帶側(cè)肢的側(cè)嵌式管樁彎矩值明顯小于pp 樁的彎矩值。然后第一零點(diǎn)以下，各樁的彎矩值基本保持一致[16]。

2 結(jié)論

通過試驗(yàn)研究得出許多重要結(jié)論。在1 000～2 500 mm 時(shí)層間距越大，豎向承載力越大[17]。隨著荷載的增加，側(cè)嵌式管樁頂沉降隨著側(cè)肢層間距的增大而增大[18]。說明了側(cè)肢對(duì)管樁的承載力還是有一定影響的，在某種程度上提高了承載力。節(jié)省原材料，運(yùn)用到施工工地更加經(jīng)濟(jì)。人們可以得到四種層間距的側(cè)肢豎向承載力都隨著深度的增加而增大，也即隨著深度增加土體端阻力增大進(jìn)而側(cè)肢豎向承載力增大[19]。另外隨著側(cè)肢層間距的增大，三層側(cè)肢的承載力之和減小，可以得到離樁端越近越有利于豎向承載力的增大。側(cè)嵌式管樁樁頂?shù)乃轿灰贫硷@著的小于普通無側(cè)肢樁[20]?？梢妭?cè)嵌式管樁的側(cè)肢對(duì)承載力是有顯著的影響的，通過側(cè)肢的合理布置更能得到承載力性能優(yōu)越的側(cè)嵌式管樁。

3 展望

通過以上層間距對(duì)側(cè)嵌式管樁影響的研究發(fā)現(xiàn)，還可以對(duì)其他影響條件進(jìn)行研究分析，管樁的研究還可以進(jìn)一步的深入，這樣就能得到更適合運(yùn)用于施工的材料，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)添磚加瓦[21]。側(cè)嵌式管樁相比于其他普通管樁有許多優(yōu)勢，需要進(jìn)一步深入研究。當(dāng)然側(cè)嵌式管樁也有許多缺點(diǎn)，需要人們通過研究來克服困難。文章通過研究側(cè)嵌式管樁的側(cè)肢層間距在豎直和水平荷載下的一些情況，為以后的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，希望以后的研究者們可以參考一二。側(cè)嵌式管樁的研究和應(yīng)用一定可以為土木建筑行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮作用。