螺纹桩是一种比较新型的桩基施工方法，虽然在国内起步较晚但是由于其具有良好的承载性能，被广泛的应用的建筑桥梁中，随着其使用性被人们逐渐接受，对于螺纹桩工程的研究从来没有停止过，今天济南城乡岩土通过研究螺纹桩的承载机理及其承载能力计算方法，为其以后的施工留下坚实的理论依据。

螺纹桩（跟直线型桩相比，大大提高了桩侧摩阻力，大幅度提高桩基竖向极限承载力，降低混凝土用量，降低工程成本，从而提高工程经济效益；由于螺纹桩成桩时不存在清底、护壁、掉块、缩颈等问题，桩身质量可靠；施工现场噪音、振动和泥浆污染很小，提高了环保效益。

对于螺纹桩的竖向承载力研究起步较晚、进展较慢。国内仅于20世纪初才真正开始试验，2002年5月国内 根螺纹桩在武汉试制成功。近几年，一些学者和研究单位对螺纹桩进行了研究，吴敏等对螺纹桩竖向承载力做了初探；徐学燕等对螺纹桩承载力综合系数的确定进行研究；李红文等对螺纹桩的设计及应用进行了研究；贾志杰对新型预制螺旋桩受力特性进行了数值分析研究；并取得了一些进展。在国外，对螺纹桩的研究起步较早，但研究还不深入。全螺旋预制桩虽然在日本应用已有20多年的历史，但其承载力主要是通过现场静荷载试验确定，在理论上没有进行承载力的研究。

1 螺纹桩承载机理分析

螺纹桩作为一种新型桩基础，其特殊的结构形式，改变了桩身与土体间相互作用的方式，增加了螺纹与土体的机械咬合作用力，从而提高了桩基础的承载能力。因为土的抗剪强度要小于桩身混凝土的强度，当荷载达到极限时，桩身保持完好无损，其破坏特征是螺纹外的土体剪切强度耗尽和桩端土体受压屈服，整个桩身有较大下沉的趋势。

桩顶初加荷载时，桩顶某段桩体在荷载作用下产生向下微小位移，本段桩周和螺纹间土体应变较小，处于弹性阶段，故称为弹性段。弹性段桩身所受阻力由侧摩阻力和机械咬合力共同承担。当荷载增大时，弹性段桩体继续产生向下位移，本段桩周土体应变增大，进入弹塑性阶段，称为弹塑性段，该段桩侧摩阻力和机械咬合力增大，其中机械咬合力增长幅度较大。随着荷载继续增大，弹塑性段桩周土体应变进一步增大，进而达到屈服状态，称为极限段。本段桩周土体发生剪切破坏，桩体协同螺纹内部土体一起向下滑移，螺纹内部土体与桩周土体脱离，机械咬合力消失，桩侧阻力仅由侧摩阻力提供。在荷载传递过程中，桩体中轴力沿桩体向下不断减小，极限段以下根据不同桩长依次可能出现弹塑性段、弹性段、无轴力段。当荷载继续增大，极限段延长，弹塑性段、弹性段、无轴力段下移并逐渐消失，桩端阻力逐步增大，桩端土体受压应变不断增长。当桩端土体受压屈服时，整个桩体都为极限段，此时桩体的承载能力即为螺纹桩的单桩极限承载力。

2 不同桩段阻力计算方法

综上，螺纹桩自上而下不同桩段受到土体阻力种类不同，故要计算螺纹桩的承载能力，就要对其不同桩段阻力进行计算。不同桩段阻力由桩侧阻力与桩身位移关系确定。本文所采用桩侧阻力与桩身位移关系曲线如图3所示。曲线变化规律为：oa段线性变化；bc段为水平直线；ab段非线性变化，并用双曲线函数[7]近似模拟，即：

式中：m为曲线过原点切线斜率tanθ的倒数，1/m=tanθ；n为桩侧极限阻力qu的倒数，即1/n=qu。

qu，su为桩侧极限阻力、桩侧极限阻力出现时的桩身位移；qe，se为桩侧阻力弹性应变阶段的 应力、 应变。各量可由试验测得。

要计算各桩段阻力，首先要确定划分各桩段的方法。由承载机理分析可知：桩段类型取决于本段桩身位移及桩侧土体性质，即取决于桩侧阻力与桩身位移关系）。对于某一层固定土体，其土体性质是既定的，位于该土层中桩身的桩侧阻力与桩身位移关系便确定了（由试验测定）。当桩体受到桩顶荷载，该土层中桩身产生向下位移s，根据s的大小划分本段桩身类型：当0<s≤se时，桩身位移与桩侧阻力处于线性变化范围内，本段桩身即为弹性段；当se<s≤su时，桩身位移与桩侧阻力非线性变化（，本段桩身即为弹塑性段；当s>su时，桩侧阻力不随桩身位移变化而变化，桩侧阻力达到极限，本段桩身即为极限段。

2.1 极限段阻力

由于极限段桩体向下位移较大，螺纹桩协同螺纹内部土体一起向下滑移，螺纹内部土体与桩周土体脱离，机械咬合力消失，即螺纹底部土体不再对螺纹产生阻力。此时桩侧阻力仅由侧摩阻力提供，侧摩阻力包括螺纹外缘与土体的摩阻力和螺纹内部土体与外部土体之间的摩阻力。可以认为螺纹内部土体直径与螺纹外径相同。

故极限段总阻力为：

式中：Ql为极限段总阻力；u2为螺纹水平方向投影周长；τfi为极限段桩侧第i层土的抗剪强度，其值可由实验测得；li1为极限段桩身穿越第i层土的厚度，计算时减去螺纹根部累计长度；li2为极限段螺纹穿越第i层土的厚度，计算时转换为整圆厚度；qsui为弹塑性段桩侧第i层土体屈服摩阻力。

2.2 弹塑性段阻力

设弹塑性段桩身位移为sep，则se≤sep≤su；令弹塑性系数ξ=s，则s ≤ξ≤1。即弹塑性段低点ξ=， 点ξ=1，弹塑性系数ξ沿桩身并非按线性变化，为简化计算，可将其近似为线性变化，则弹性段桩侧阻力可取为ξqu。计算所得总阻力值会略低于真实值，用修正系数δ予以修正，1≤δ≤1.1。

由对螺纹桩承载机理的分析可知：弹塑性段桩身所受阻力包括螺纹桩内圆桩侧摩阻力（取值为ξqsu）和螺纹所受阻力，螺纹所受阻力包括螺纹下表面受到土体的正压力（取值为ξqpu）、底摩阻力和螺纹外缘所受土体的侧摩阻力（取值为ξqsu）

故弹塑性段总阻力为：

式中：Qep为弹塑性段总阻力；u1为桩身内圆周长；u2为螺纹水平方向投影周长；li1为弹塑性段桩身穿越第i层土的厚度，计算时减去螺纹根部累计长度；li2为弹塑性段螺纹穿越第i层土的厚度，计算时转换为整圆厚度；β为螺纹与水平面之间夹角；ξi为第i层土的弹塑性系数；qsui为弹塑性段桩侧第i层土体屈服摩阻力；qpui为弹塑性段桩侧第i层土体屈服端阻力；δ为修正系数；Api为扣除主桩桩身截面积的第i个螺纹的水平投影面积。

2.3 弹性段阻力

设弹性段位移为see，则有0≤see≤se；令弹性系数γ= ，则有0≤γ≤1。即弹性段低点γ=0， 点γ=1，整个弹性段γ沿桩身线性变化，则弹性段桩侧阻力可取为γqe。

弹性段桩身所受阻力性质和弹塑性段相同，阻力大小不同。螺纹桩内圆桩侧摩阻力（取值为γqse）和螺纹所受阻力见，螺纹所受阻力包括螺纹下表面受到土体的正压力（取值为γqpe）、底摩阻力和螺纹外缘所受土体的侧摩阻力（取值为γqse）。

以上就是山东城乡岩土通过研究螺纹桩的承载机理及其承载能力计算方法，通过这些试验数据案例，为以后的螺纹桩工程打下了坚实的基础，未来期待这项技术能够更好的方便我们施工，让中国基建狂魔继续在世界舞台展露头脚。

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