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新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩抗压抗拔承载特性的深度剖析与研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着现代建筑行业的飞速发展，各类大型建筑、高层建筑以及特殊地质条件下的建筑工程不断涌现，对桩基础的承载能力和稳定性提出了越来越高的要求。传统的桩型，如灌注桩和普通预制桩，在实际应用中逐渐暴露出一些局限性。灌注桩采用泥浆护壁时，泥浆处理成为难题，不仅带来较大的环境问题，而且泥皮会降低桩身与桩周土体的摩擦力，进而导致承载力降低；桩端沉渣也严重影响桩的整体承载能力，且清理难度大，质量难以保证，施工周期相对较长。普通预制桩则存在侧摩阻力发挥不足、易脆性破坏、施工中挤土严重和噪声大等缺点。在这样的背景下，新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩应运而生，为解决上述问题提供了新的思路和方案。

新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩是采用特殊的单轴螺旋钻机，按照设定深度进行钻孔，桩端部按照设定的尺寸直径与高度进行扩孔，扩孔完成后，注入桩端水泥浆和桩周水泥浆，边注浆边提钻，钻孔完成后依靠桩的自重将桩植入设计底标高，通过桩端及桩周水泥浆液硬化，使高强管桩与桩端和桩周土体形成一体。该桩型通过增大桩侧摩阻力接触面积和桩端强度来提高组合桩体的承载力，具有承载力高、技术含量高、安全性能好、施工噪音小等优点，在建筑领域展现出广阔的应用前景。

研究新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩的抗压抗拔承载特性，对于推动桩基础技术的发展具有重要的理论和实际意义。从理论方面来看，深入探究该桩型的承载特性，有助于揭示其承载机理，丰富和完善桩基础的理论体系，为后续的研究提供更坚实的理论基础。从实际应用角度而言，准确掌握其抗压抗拔承载能力，能够为工程设计提供可靠的依据，使设计更加科学合理，确保建筑物在各种工况下的安全稳定；同时，也有助于优化施工工艺，提高施工效率，降低工程成本，促进该新型桩型在工程实践中的广泛应用，推动建筑行业的可持续发展。

1.2国内外研究现状

国外对于新型桩型的研究起步较早，在螺旋钻孔、注浆技术以及桩土相互作用等方面取得了一定的成果。日本早在20世纪90年代就研制出静钻根植竹节桩，凭借其施工噪音小、承载力高等优点，在日本的中低层建筑中得到广泛应用。随着竹节管桩制桩工艺、钻机制造以及施工工艺的不断发展，静钻根植竹节桩工法逐渐成熟。然而，国外对于新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩这种特定桩型的研究相对较少，尤其是针对其抗压抗拔承载特性的系统研究还不够深入。

在国内，新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩是一种较新的桩型，相关研究开展的时间相对较短。杨淼等人通过现场试验，整理统计了钻孔灌注桩和管桩抗压现场试验数据，并与新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩的试验结果进行比较，发现新型组合桩抗压极限承载力不低于相同成孔直径钻孔灌注桩极限承载力。为了进一步了解其抗压承载机理，应用ABAQUS软件进行抗压数值模拟，分析模拟结果得出桩身竹节处存在2-3倍桩径的应力影响范围，并且存在1.6-1.8倍桩径的空壳区，竹节极限承载力从上到下排列线性增长（除第1节和最后一节）。同时还发现竹节间距、水泥土厚度、桩侧土弹性模量以及桩端土弹性模量都对组合桩极限承载力有影响，而水泥土弹性模量的影响则可忽略。陈必权通过室内模型试验，研究了竹节型管桩抗拔承载力的受力特性，发现竹节型管桩的单桩抗拔承载性能随着竹节间距的变化而改变，但并非单向变化，在某个间距处其承载力存在峰值。

尽管目前国内外在新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩的研究方面取得了一些进展，但仍存在一些不足之处。现有研究大多侧重于单一的试验研究或数值模拟，缺乏将试验研究、数值模拟和理论分析相结合的系统研究；对于桩土相互作用的复杂机理研究还不够深入，尤其是在不同地质条件下的桩土相互作用特性研究较少；在抗拔承载特性方面，虽然已经开展了一些研究，但对于抗拔破坏模式的判定以及抗拔承载力计算公式的准确性和适用性还需要进一步验证和完善。

1.3研究内容与方法

1.3.1研究内容

新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩抗压承载特性研究：通过现场抗压静载试验，获取桩的荷载-沉降曲线、桩身轴力分布等数据，分析桩的抗压破坏模式和极限承载力。运用数值模拟软件，建立桩土模型，模拟不同工况下桩的抗压受力过程，研究竹节间距、水泥土厚度、桩侧土和桩端土模量等因素对桩抗压承载力的影响规律。结合试验结果和数值模拟分析，从理论上推导新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩的抗压承载力计算公式，并对公式的合理性进行验证。

新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩抗拔承载特性研究：开展现场抗拔静载试验，记录桩的上拔荷载、上拔位移以及桩身应变等数据，确定桩的抗拔破坏模式和抗拔极限承载力。利用数值模拟方法，分析抗拔过程中桩土之间的相互作用，研究影响抗拔承载力的主要因素。基于抗压承载特性研究成果以及抗拔试验和数值模拟结