刘勇 王林林
（山东科技大学，土木工程与建筑学院，山东，青岛，266590）
【摘 要】随着城市地下空间的开发利用，科技技术的发展，抗拔桩的用量急剧增加，抗拔桩越来越多的被选为如风力发电设备基础、大型单体高耸结构物的基础等。螺丝桩具有比较好的抗拔性能，但由于螺丝构造上的缺陷，丝与杆之间刚度变化较大，容易产生应力集中导致破坏，其它桩的抗拔性能均不理想。双向压旋抗拔桩的设计方法，相对降低了设备的要求，抗拔能力高，有更多优异功能，适应社会的发展。
【关键词】双向压旋抗拔桩；设计方法；施工
1．研究背景
软土地基条件下的基础可采用桩基础，包括预制桩和现浇桩两种。普通钢筋混凝土预制桩一般为方形，可设计成端承桩和摩擦桩，以承担结构上部的荷载作用；打拔管桩与预制桩的施工方法相同，打桩需要用到大型打桩机械，噪声大，如果采用静力压桩机械，机械工耗费较高，桩入土困难，对土体的挤密作用较大，地基应力分布不均匀。人工挖孔桩工作量大，且与土体的摩擦作用小。螺丝桩抗拔承载力较高，但施工十分复杂，需要成孔和拧入等大型特殊设备。虽然目前旋入式桩多为钢桩，主要作为抗拔桩使用，同时受扭矩的桩-土共同工作的研究也有了一定进展[1]，但是这种桩的施工方法也十分复杂，需要成孔和拧入大型特殊设备。
目前，制作混凝土桩的混凝土强度等级达到C60以上，不再是技术难题，规范已经允许在工程中使用C80等级的混凝土。混凝土强度等级的提高，为混凝土预制桩的生产提供了更为可靠的保障。如果采用高强混凝土制作预制混凝土桩，可以开发出更多的使用功能。
随着高强混凝土的发展，针对上述桩基设计与施工方面的不足，总结各种桩基的工程实际情况，在应用高强混凝土材料的基础上提出了一种采用压桩设备，相对降低设备能力要求，抗拔能力较高，施工方便，功能优异的一种双向压旋抗拔桩设计方法。按照目前的模板技术和混凝土技术，在工厂内通过曲线模板制作结构构件，同时结合高强自密实混凝土应用是完全可以实现的。
2．双向压旋抗拔桩的构造及特点
双向压旋抗拔桩利用C60 以上高强混凝土制作，在方桩的四个边上，与四个直径1.865b 的圆柱体平行相贯，与方桩重合部分的最大深度为边长的0.1b，如图1所示，去掉重合部分，然后进行扭转，旋转90°时，点的位置垂直距离为1.732b，如图2所示，做出具有四条空间螺旋线韧角的、由空间螺旋曲面围成的桩体；桩体螺旋线韧角的切土角度为60°，每个桩基础的基本单元为双数桩布置，由顺时针和逆时针两个桩组成；桩与承台浇筑在一起后，
桩为对称性布置，当施加载荷时，由地基反力推动桩体形成的反向旋转扭矩，可在承台上实现自平衡；桩体的空间旋转曲面与土体的接触面积较大，当桩的旋转被承台控制后，桩体的沉入和拔出均受到了很大的限制，因此表现了较强的综合承载能力，尤其是抗拔能力；桩体的曲线韧角边在静压力作用下，旋转钻入地基土中，以最大的切土效率减少了机械能的消耗。
该双向静力压旋抗拔桩，与传统的预制钢筋混凝土桩不同，该桩呈空间螺旋曲面外形,有四条螺旋曲线韧角，同时具有端承桩和摩擦桩的功能，也具有螺丝桩的抗拔能力，双向对称的群桩布置，加载时地基土反力形成的旋转扭矩，可以通过承台上的约束实现自平衡。在比较小的静压力作用下，加载头装置球铰，可以使桩体旋转下切，达到指定的标高位置，相对减小了机械功率消耗。由于旋转曲面的承压作用相同，因此具有一定的抗拔能力，桩体的制作采用高强自密实混凝土，同时需要制作复杂的模具，根据目前的技术能力，工厂化生产是完全可以实现的。所以该双向压旋抗拔桩是一种适用于工厂生产的预制钢筋混凝土功能型桩。
3．双向压旋抗拔桩与螺旋桩的不同
螺旋桩基础是通过扭矩将桩拧入地下成桩，应用较为广泛，因其施工特点，需要大型旋入设备，场地适用性较差。在螺旋锚和抗拔异形桩的研究方面，美国的 AB Chance 公司[2]、陈基成等[3]， 汪滨[4]、赵明华[5]等做了大量工作，对多层的原型螺旋桩基础抗拔试验较少，一定程度上限制了对抗拔螺旋桩基础工作特性的认识。
而双向静力压旋抗拔桩，与传统的预制钢筋混凝土桩不同，该桩呈空间螺旋曲面外形,有四条螺旋曲线韧角，同时具有端承桩和摩擦桩的功能，也具有螺丝桩的抗拔能力，双向对称的群桩布置，如图3所示，加载时地基土反力形成的旋转扭矩，可以通过承台上的约束实现自平衡。在比较小的静压力作用下，加载头装置球铰，可以使桩体旋转下切，达到指定的标高位置，相对减小了机械功率消耗。由于旋转曲面的承压作用相同，因此具有一定的抗拔能力，桩体的制作采用高强自密实混凝土，同时需要制作复杂的模具，根据目前的技术能力，工厂化生产是完全可以实现的。
该桩在施工时采用静力压桩旋转钻入地基土、具有较完善的承载功能和较低的机械消耗、端承面积较大的特点，利于综合承载能力的发挥，桩承台将桩牢牢地锚固在地基土中,由于承台的约束作用,承载时桩体不能旋转,因此保证了桩的抗拔能力。简化了施工方法、降低了机械能耗、消除了打桩噪声、相对减少了混凝土的用量。
4．结语
从桩基础的历史来看,首先是木桩应用于桥梁基础,桩基础继而推向其它的基础工程,有从单桩、群桩向复合基础方向发展的趋势;在提高桩基础的承载能力的同时,对环境、施工的要求越来越高，尤其对于水工、桥梁等腐蚀环境的基础构件维护和防蚀的要求也越来越重视,采用耐腐蚀复合材料的桩型开发将是一种趋势[6]。双向压旋抗拔桩的设计方法，为桥梁等基础施工提供了一种方便、快捷的桩基础施工方法和一种较高承载力的桩型,可解决桥梁等基础水下施工的诸多问题;同时,也为基础工程实行生态化施工提供了一条有益的途径，具有很好的发展前景。
参考文献：
[1]Wei Dong Guo,Mark F Randolph. Torsional Piles in Non-homogeneous Media[J]. Computers and geotechnics,1996,19(4):265-287.
[2]CHANCE CO A B. Helical pier foundation systems[R]. Centralia USA: Hubbell Inc, 2000: 1－12.
[3]陈基成,柏文正,魏文伯.小型螺旋锚的快拉试验和研究[J].水利水运科学研究, 1999, (3), 296－301.
[4]汪滨.螺旋锚技术及其在工程中的应用[M].北京:中国水利水电出版社,2005:31－45.
[5]赵明华,李微哲,单远铭.DX 桩抗拔承载机理及设计计算方法研究[J].岩土力学, 2006,27(2):199－203.
论文作者:刘勇,王林林
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/12
标签：混凝土论文; 双向论文; 螺旋论文; 能力论文; 地基论文; 曲面论文; 基础论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;