《1 前言》

1 前言

多节扩孔灌注桩最早出现在 20 世纪 50 年代的印度，随后英国、前苏联等国也进行了相关的试验研究[1]。随后出现的 AM 桩、支盘桩以及 DX 桩等作为这种多节扩孔桩的改良桩型得到了广泛的应用。其中 DX 桩在施工工艺，机械设备等方面比其他桩型具有明显的优势，试验证明，DX 桩具有的多个承力盘，大大提高了桩身承载力并有效地降低了沉降[2]。在某桥梁工程的应用中，通过对比直孔桩与 DX 桩，结果表明采用 DX 桩方案以后，每个桥墩的桩数减少了 1/3，桥墩部分节约混凝土 27 %，总造价比直孔桩节约 18 %，不仅降低了成本、缩短了工期，更取得了良好的经济效益和环保效果[3]。然而目前，对 DX 桩的理论研究远滞后于工程实践，尤其是在沉降计算方面，工程中仍采用偏于保守的实体基础的沉降设计理论。

目前国内许多学者针对 DX 桩进行了室内模型试验，浙江工业大学的李天宝等[4] 在非饱和粉土中的试验表明支盘桩的承载力提高了 2 倍左右；吉林建筑工程学院的钱永梅等[5] 得出盘间距对承载力的影响，结果表明盘间距越大，桩身沉降越小，合理的盘间距应为：在粘土、粉土中大于 2.5 倍的桩径，在砂土中大于 3 倍的桩径。浙江工业大学的卢成原等研究了在不同土层的模型支盘桩试验，结果均表明 DX 桩在砂土、软土及泥土中都有很好的承载效果[6-9] 。

笔者通过室内小比尺模型试验，对加载过程中桩身的受力情况进行量测，将获得的位移数据与桩身各部应变进行整理，分析其荷载的传递规律，进一步揭示 DX 桩的承载机理。

《2 模型试验研究》

2 模型试验研究

《2.1 试验装置》

2.1 试验装置

该试验为室内小比尺模型试验，在自制的模型试验箱中进行。模型箱的规格长×宽×高为 600 mm×600 mm×900 mm，采用钢板和钢化玻璃制作，并且在侧壁采用加劲板加固。具体装置见图 1。

地基土采用砂土模拟，砂土的粒径小于 0.63 mm，试验时控制的孔隙比为 0.68，为中密状态。

为了更好地模拟大直径长桩，采用长径比 25：1 作为模型试验几何比尺的控制条件。模型桩桩径为 22 mm，桩长为 650 mm，有效桩长为 500 mm，盘径为 50 mm。试验桩采用铝棒制作，为确保承力盘与桩身为一整体，制作时采用铝棒一次加工成型，其具体尺寸见表 1，模型桩示意图见图 2 。

《图1》

图1 模型试验箱示意图

Fig.1 Sketch of model test chamber

《表1》

表1 模型桩的具体参数

Table 1 Parameters of model piles

《图2》

图2 模型桩示意图（单位：mm）

Fig.2 Sketch of model piles（unit:mm）

加载装置采用杠杆与砝码加载系统逐级加载。试验时采用：a. 百分表测量桩顶的沉降量；b. 应变式压力传感器，精确测得加载在桩顶的荷载大小，压力传感器的最大量程为 5 kN，精度为 1 % F.S.（满量程）；c. 应变片及应变读数仪，量测桩身的轴力。应变片分别贴于两个承力盘的上下桩身部位，以量测桩身轴力在承力盘处的变化情况。

《2.2 试验步骤及方案》

2.2 试验步骤及方案

采用直孔桩与 DX 桩对比试验和 DX 桩平行试验：

1）先在桩身预设部位贴上应变片，并用万用表检查应变片是否完好，之后用 AB 胶封住以保护应变片。

2）将试验桩用木架固定于模型箱内，以保证桩身竖直。

3）向模型箱内分层填土，每次填土后，将砂面抚平，用固定高度的落锤夯实两遍。

4）将砂土全部填入箱内压实后，卸下木架，连接压力传感器，设置百分表等。

5）将应变仪读数清零后按照预估承载力分为 10 级加载，第一次加载2级。每级间隔 10 min 以确保桩身及土体稳定。

《3 试验结果分析》

3 试验结果分析

《3.1 直孔桩与DX 桩Q-s 曲线结果分析》

3.1 直孔桩与 DX 桩 Q-s 曲线结果分析

将 DX 桩与直孔桩置于同一条件下进行对比试验，试验的荷载-位移曲线见图 3。从图 3 中可以看出，直孔桩在荷载作用下其沉降趋势明显要比 DX 桩沉降快，当桩顶施加荷载大小为 1000 N 时，等直径桩的桩身沉降为 3 mm 左右，而 DX 桩的沉降值为0.8 mm 左右，其沉降与直孔桩相比明显减少。而在承载力方面，当桩身沉降均为 1 mm 时，等直径桩的承载力为 500 N，而 DX 桩的承载力为 1500 N。此外，还可以看出当承载力达到 1000 N 以上时，等直径桩的沉降急剧增加，丧失稳定性，而 DX 桩的沉降随承载力的增加而平稳缓慢增加。

《图3》

图3 直孔桩与DX 桩的Q-s 曲线

Fig.3 Q-s curves of straight piles and DX piles

《3.2 DX 桩承力盘的受力分析》

3.2 DX 桩承力盘的受力分析

通过试验，得出盘阻与沉降的关系（见图 4），在施加荷载的整个过程中，承力盘所承受的总承载力随着沉降的增加而增大，而上盘阻与下盘阻相比发挥较大的承载力。此外，当桩身沉降达到 2.8 mm，上盘承载力达到 600 N 以后其承载力所占比重有逐渐下降的趋势，而下盘阻承载力所占比重增大，开始承担更多的力，总盘阻保持均匀增长，从而可以判断，在施加荷载过程中 DX 桩承力盘的受力先以上盘为主，而随着施加荷载、沉降的增大，下盘承载力所占比重逐渐加大。 

《图4》

图4 盘阻与沉降的关系曲线

Fig.4 Curves of bell resistance and settlement

图 5 为盘阻分布情况曲线，从图 5 中可以看出随着桩身所受承载力的增大和沉降的增加，盘阻所受承载力占总荷载的比重有下降趋势。这是由于随着施加荷载的增大，桩身沉降增加，此时侧摩阻力开始逐渐承担更多的荷载，相应的盘阻所占总荷载的百分比就有所下降。

《图5》

图5 盘阻受力情况

Fig.5 Results of cell bearing capacity

《3.3 盘阻、侧阻、端阻与总荷载的相互关系》

3.3 盘阻、侧阻、端阻与总荷载的相互关系

图 6、图 7为 DX 桩盘阻、侧阻和端阻各占总荷载百分比与沉降关系曲线及其承载力情况。可以看出，在加载初期，承力盘就开始发挥较大承载力，而随着施加荷载的增大以及桩身沉降的增加，侧摩阻力显著增加，与此同时承力盘所承受荷载比重有所下降。但从整个加载过程中来说，侧阻所受承载力占总荷载的 65 % 左右，端阻在此沉降范围内发挥作用不明显，只占 5 % 左右，而承力盘在整个 DX 桩受力过程中所受力占总荷载的比重保持在 30 % 左右，发挥着相当重要的作用，明显提高其承载能力。

《图6》

图6 各部分占总荷载百分曲线

Fig.6 Curves of each part occupy total load

《图7》

图7 各部分承载力情况

Fig.7 Bearing capacity of each part

《4 结语》

4 结语

通过以上数据分析，可得出以下结论：

1）在本试验条件下的 DX 桩与直孔桩相比，发生同等沉降（1 mm）时 DX 桩的承载力约为直孔桩3倍，而在相同荷载（1000 N）作用下，DX 桩沉降仅为直孔桩的 27 % 。

2）DX 桩的承力盘从加载初期就承担很大的荷载，其承载比重为总荷载的 30 % 左右。

3）DX 桩不同位置的承力盘的承载力发挥情况不同。在加载初期，上盘承载力的增速较下盘快，并且在整个试验中，上盘承载力都大于下盘。随着荷载的增大，下盘承载力所占比重有增长趋势。

《致谢》

致谢

本试验得到了北京交通大学大学生创新性实验计划项目的支持，同时得到了袁希雨硕士的大力帮助，在此表示感谢。