異型樁研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景綜述

翟 蓮黨志彤 劉東輝 謝新穎 徐麗娜 蔡婧娓

吉林建筑大學土木工程學院（130118）

0 引言

隨著我國科技水平及人們經(jīng)濟水平的不斷提高，工業(yè)建筑和民用建筑對基礎的要求也愈來愈高?；A按照構造的形式可以分為獨立基礎、條形基礎、筏形基礎、以及箱型基礎和樁基礎。樁基礎具有較高的承載能力，工程性能好，穩(wěn)定性好，沉降量小而且比較均勻，在深基礎中具有耗用材料少，施工很方便等優(yōu)點，不僅能以不同類型的樁基礎適應不同的地質條件和水文條件，而且還能便于進行機械化施工和工廠大量生產(chǎn)。管樁是一種建筑材料，可以分為先張法預應力管樁和后張法預應力管樁、預應力混凝土管樁以及預應力混凝土薄壁管樁和高強度預應力混凝土管樁。預應力管樁在建筑行業(yè)中運用廣泛，能夠提高基礎的承載能力。為了節(jié)約建筑材料和資金成本并提高工程的質量，順應時代發(fā)展的潮流，異型樁成為施工單位的不錯的選擇，越來越受到各個施工單位的青睞。

1 異型樁概況

1.1 異型樁簡介

伴隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，施工技術也在不斷的提高，新型的異型樁也在不斷的研發(fā)，異型樁在建筑行業(yè)中的應用越來越廣泛。樁可以分為許多的樁型，而不同的樁型特點亦有不同[1]。如實心樁、空心樁、圓形樁、方形樁及異型樁等。異型樁是通過改變樁身的形狀特征來提高樁基礎的極限承載能力。異型樁的種類多種多樣，在建筑行業(yè)的不同領域發(fā)揮著重要的作用。希望能夠對以后研究提供參考。

1.2 異型樁的用途

最近幾年異型樁已經(jīng)成為了國內(nèi)外學者們研究的熱門話題之一。①異型樁具有許多其他樁不具備的優(yōu)點，不僅能夠有效的提高承載能力，而且施工比較方便；②異型樁能夠節(jié)約材料還具備環(huán)保經(jīng)濟合理等優(yōu)點[2]。適合我國節(jié)約資源的基本國情，異型樁通過改變樁的幾何形狀能夠節(jié)約大量的材料，并能夠提高承載力，在建筑行業(yè)的使用越來越廣泛，提高了建筑安全保障。不同的樁型在不同的領域發(fā)揮著不同的作用[3]，下面是幾種常見異型樁的研究狀況。

2 異型樁的研究現(xiàn)狀

2.1 楔型樁

楔型樁是一種新型樁，這種樁具有許多優(yōu)點，如節(jié)省材料，承載能力較高，施工比較方便等[4]。楔型樁起源于前蘇聯(lián)，可以讓樁和土接觸之間進行充分相互作用，并像楔子一樣楔入地基土中，通過切向力和土體的側壁產(chǎn)生較強的法向力，因此改善了側壁和樁周土體的結構和狀態(tài)，從而提高了基樁的承載能力[5]。周航通過研究得出結論，與其他樁型相比較，楔型樁具有以下優(yōu)點:①能夠改變和周圍土的結構和接觸面積，使樁能夠高效地發(fā)揮作用；②樁的側面和土體側壁能夠有效的共同作用，達到充分接觸的功效，比其他同條件體積樁承載力大一些；③楔型樁的取材和施工比較方便、經(jīng)濟成本合理[6]。從20世紀開始至今前蘇聯(lián)就對不同楔型樁進行了大量研究并且取得了顯著的成績。吳文兵通過各項研究數(shù)據(jù)表明:楔型樁承載能力是隨著周圍土壓的增加而增大，楔型樁在循環(huán)的荷載作用時，樁的剛度楔型樁在循環(huán)荷載的作用下，樁的剛度隨著圍壓的增大而增大[7]；楔型樁比等截面樁的橫向力學性能更好，因此楔型樁也更加適合做樁身材料應用于工程實踐之中。楔型樁的研究沒有等截面樁深入，我國部分學者還在繼續(xù)研究，通過試驗得出理論分析，并運用到工程實踐之中。相信將來人們不僅會對楔型樁有更加深入的了解，楔型樁也會越來越有優(yōu)勢，能夠更加廣泛的運用在建筑行業(yè)之中造福于民。

2.2 階梯型樁

目前階梯型樁越來越受歡迎，近年來的工程實踐表明了階梯型樁受力方面更加安全可靠，具有更高的經(jīng)濟價值和技術上的優(yōu)勢。并且通過各位學者的大量模型試驗得出許多重要的結論[8]。方燾通過研究得出結論表明：不同變截面樁比階梯型變截面樁單位體積的承載力、承載力比率與變截面比相關聯(lián)。不同變截面比的階梯型變截面樁豎向呈現(xiàn)出不同的撓曲變形和承載力特征[9]。階梯型樁起源于希臘。經(jīng)過研究得出了許多重要的結論:①變截面樁可以增強單樁的極限承載力，減小沉降；②階梯型樁可以充分利用淺層土的承載能力，達到很好的效果；③推導出變截面樁基水平受力的理論公式和計算方法，并通過大量試驗證明了其的合理性，為后來學者們對階梯型樁的研究工作提供了有力的依據(jù)[10]。至此階梯型樁因為經(jīng)濟和力學性能合理受到工業(yè)建筑工程青睞，并廣泛推廣使用。階梯型樁的研究還在不斷的深入，階梯型樁的優(yōu)勢也不斷的被人們發(fā)現(xiàn)，承載能力高的特點讓階梯型樁越來越受到建筑行業(yè)的歡迎和使用。相信以后會對階梯型樁有更加深入的研究，階梯型樁會給施工帶來更大的便利。

2.3 鋼管樁

鋼管樁是由鋼管、企口榫槽和企口榫銷所構成的。在建筑行業(yè)中，鋼管樁可有效起到支撐護坡作用，對有泥沙或淤泥的地方非常的適應。相對施工速度快可以節(jié)約大量的時間，而且鋼管樁的運輸很方便，可以進行大量的運輸，方便施工提高施工進度，經(jīng)濟合理，節(jié)約成本。缺點是打樁不太方便，耗用大量鋼材，未來如果能夠解決這些難題，鋼管樁肯定會有較好的發(fā)展前景。由于鋼管樁承載能力高，無論是起吊運輸或者是沉樁都很方便，能夠承載更大的荷載，廣泛的運用于橋梁、海港和碼頭等大型設施的基礎之中[11]。如金茂大廈、杭州彎大橋等都使用了大量的鋼管樁，但其他具有耗材大、經(jīng)濟成本比較高的缺點，并不能大量運用于民用建筑之中。異型鋼管樁更能適用要求，節(jié)約了鋼材原料，也能提高零件的生產(chǎn)和制造，通過冷拔、電焊、擠壓、熱軋等方法得到異型鋼管[12]。其可以廣泛運用于工業(yè)建筑和民用建筑之中。鋼管樁的優(yōu)勢很明顯，我國學者一直在研究解決打樁不方便的問題，相信不僅之后會有進展，鋼管樁也會發(fā)展的越來越來好。

2.4 竹節(jié)樁

先張法預應力混凝土竹節(jié)管樁已經(jīng)有許多年的發(fā)展歷史。由于竹節(jié)管樁性能方面的絕對優(yōu)勢，滿足國家所倡導的節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保和高效等特點，受到我國建筑行業(yè)的推廣和應用，并得到我國權威機構的認可[13]。竹節(jié)管樁各項性能和經(jīng)濟都比較優(yōu)良，和其他普通的管樁相比竹節(jié)管樁耐久性更好，更是具備質量可靠、施工可靠且速度比較快、抗腐蝕能力更強、承載能力更高、抗拔能力和承臺的錨入性能良好等優(yōu)點。竹節(jié)樁產(chǎn)品性能優(yōu)勢:①與傳統(tǒng)管樁相比較竹節(jié)樁能夠抵御外部氣候環(huán)境的侵蝕、耐久性能良好；②在單樁豎向極限承載力的側摩阻力一部分竹節(jié)管樁比其他管樁要提高10%~30%，由于承載力比較高，能夠承載更多的荷載；③能夠保證施工的速度和安全質量；④竹節(jié)樁可以在不同土層里極大地提高自身的豎向承載力；⑤竹節(jié)樁性價比較高[14]。竹節(jié)樁的產(chǎn)品保障:①竹節(jié)樁單樁承載力能較高；②竹節(jié)樁可靠性能較高；③竹節(jié)樁耐久性能良好；④竹節(jié)樁施工比較方便，能夠保證工期的安全性；⑤竹節(jié)樁可以節(jié)約大量的投資，節(jié)約了成本；⑥對環(huán)境的保護好，無污染。竹節(jié)樁的兩大亮點:①竹節(jié)樁節(jié)能環(huán)保，施工方便，經(jīng)濟合理，滿足國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。②竹節(jié)樁性價比較高，即有理論計算的依托又有試驗的檢測，產(chǎn)品的研發(fā)到施工安全方便[15]。竹節(jié)樁因為具有以上的優(yōu)點，逐漸成為我國樁需求市場的主流，并大量使用在建筑施工中，取得各行各業(yè)的大量好評，對我國建筑行業(yè)發(fā)展起到很大的推動作用。

3 異型樁的發(fā)展前景

通過文章對各種異型樁的介紹，得到以下的結論:楔型樁更加適用于比較好的地基基礎上，在使用的過程中具有許多的優(yōu)點，如承載能力比較高、施工比較方便、節(jié)約材料、經(jīng)濟較合理等；階梯型樁可以減小沉降，增強單樁承載力等優(yōu)點，更適合多地震地區(qū)使用此樁[16]；鋼管樁具有承載能力高和施工運輸方便的優(yōu)點大量運用于海港和碼頭之中，為我國航運作出巨大的貢獻；竹節(jié)樁適應于軟土地基中，安全、環(huán)保及性能較好，減少了成本。其中綠色環(huán)保為我國的綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展提供有力的保障，具有更大的使用優(yōu)勢。隨著我國建筑行業(yè)技術的不斷提升，異型樁的發(fā)展前景非常廣闊，應加強對異型樁的試驗研究，為其在實踐中的使用奠定重要的理論依據(jù)。