低净空下旋喷静压钢管复合桩竖向抗压承载特性的试验研究

王曙光; 尹浩; 段启伟; 王浩宇; 李钦锐; 李湛

doi:10.11779/CJGE20240035

低净空下旋喷静压钢管复合桩竖向抗压承载特性的试验研究 English Version

王曙光^{1, 2, 3,},
尹浩¹,
段启伟^{1, 3},
王浩宇^{1, 3},
李钦锐^{1, 3},
李湛^{1, 3}

1.
中国建筑科学研究院地基基础研究所, 北京 100013
2.
住房和城乡建设部防灾研究中心, 北京 100013
3.
北京市既有建筑改造工程技术研究中心, 北京 100013

基金项目:

住房与城乡建设部科学计划项目 2020-k-151

详细信息

作者简介:
王曙光(1972—)，男，工学博士，研究员，主要从事上部结构地基基础共同作用、基坑支护、地基基础等方面的研究工作。E-mail: wshgcabr@aliyun.com

中图分类号: TU43;TU473
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2024-01-10
- 网络出版日期: 2024-09-26
- 刊出日期: 2025-05-31

Experimental study on vertical bearing mechanism of jet grouting jacked steel composite piles in low-clearance environments

WANG Shuguang^{1, 2, 3,},
YIN Hao¹,
DUAN Qiwei^{1, 3},
WANG Haoyu^{1, 3},
LI Qinrui^{1, 3},
LI Zhan^{1, 3}

1.
Institute of Foundation Engineering, China Academy of Building Research, Beijing 100013, China
2.
Disaster Prevention Research Center, Ministry of Housing and Urban-Rural Development, Beijing 100013, China
3.
Beijing Existing Building Renovation Engineering Technology Research Center, Beijing 100013, China

摘要

摘要: 旋喷静压钢管复合桩技术是适用于既有建筑低净空下作业的新型专利技术。通过室内足尺试验对旋喷静压钢管复合桩的竖向抗压承载特性进行研究，并与锚杆静压桩、旋喷桩和钻孔灌注桩的竖向抗压承载特性进行对比。试验结果表明：旋喷静压钢管复合桩主要表现为摩擦桩的特性；当桩径相当时，旋喷静压钢管复合桩的单桩承载力显著高于灌注桩和旋喷桩；锚杆静压桩由于直径较小，单桩承载力也最低；在极限荷载作用下，旋喷桩表现为桩顶材料强度破坏，桩的侧阻力与端阻力未充分发挥；旋喷静压钢管复合桩由于芯桩的植入，弥补了旋喷桩桩身强度的不足，桩的侧阻力得以充分发挥，其承载力高于旋喷桩；与灌注桩相比，旋喷静压钢管复合桩桩身界面不规则、旋喷工艺明显改善了桩土的界面特性，因而旋喷静压钢管复合桩承载力高于同直径的灌注桩。根据试验结果从工程实用的角度，通过引入侧阻力增大系数和端阻力折减系数，对灌注桩的单桩极限承载力公式进行修正，得到旋喷静压钢管复合桩单桩极限承载力的表达式，并给出相关参数的取值建议。
- 旋喷静压钢管复合桩 /
- 抗压承载特性 /
- 室内足尺试验 /
- 锚杆静压桩 /
- 旋喷桩 /
- 灌注桩
Abstract: The jet grouting jacked composite pile is a kind of new patented technology which is suitable to the construction in the existing buildings with low clearance. The vertical bearing mechanism of the jet grouting jacked composite piles is studied through the indoor full size tests and compared with that of the jacked piles, jet grouting piles and cast-in-place piles. The tests show that the jet grouting jacked composite pile is mainly characterized by a kind of friction pile. The vertical bearing capacity of the jet grouting jacked composite pile is higher than that of the jet grouting pile and the cast-in-place pile with the same diameter. The vertical bearing capacity of the jacked pile is the lowest due to the smaller diameter. The jet grouting pile fails due to the fracture of the pile shaft materials on the top of the pile under the ultimate load, and the side resistance and tip resistance do not fully play their roles; since the pile body strength of the jet grouting jacked composite pile is improved by jacking the core pile in the jet grouting pile, the side resistance can fully play its roles and improve the bearing capacity. Compared to that of the cast-in-place pile, the interface between jet grouting jacked composite pile and soil is irregular and the shear behavior of the interface is improved by grouting, and the vertical bearing capacity of the jet grouting composite pile is higher than that of the cast-in-place pile. Based on the test results and from an engineering practical point of view, a modified expression for the vertical ultimate bearing capacity of single jet grouting jacked composite pile is obtained by introducing an amplification coefficient for the side resistance and a reduction coefficient for the tip resistance to hat of single cast-in-place pile. The values of the relevant parameters are recommended.
- jet grouting jacked steel composite pile /
- bearing mechanism /
- indoor full size test /
- jacked pile /
- jet grouting pile /
- cast-in-place pile

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图 1 试验桩详图

Figure 1. Schematic diagram of model piles

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图 2 加载装置

Figure 2. Loading devices

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图 3 试验桩的荷载-位移曲线

Figure 3. Load-displacement curves of model piles

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图 4 旋喷桩桩顶破坏照片

Figure 4. Failure of jet grouting piles

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图 5 试验桩桩身轴力

Figure 5. Axial forces of model piles

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图 6 试验桩侧阻力分布图

Figure 6. Curves of side resistance of model piles

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图 7 平均侧阻力随桩身位移的变化曲线

Figure 7. Average side resistance-settlement curves of model piles

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图 8 试验桩端阻比随荷载变化曲线

Figure 8. Curves of load-ratio of tip resistance to ultimate load of model piles

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图 9 端阻力随桩端位移的变化曲线

Figure 9. Tip resistance-settlement curves of model piles

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表 1 土性指标

Table 1 Indices of soil properties

取土深度/m	含水率w/%	密度 $\rho$ /(g·cm^-3)	塑性指数I_P	液性指数I_L	孔隙比e	压缩模量 ${E_{s1 - 2}}$ /MPa	黏聚力c/kPa	内摩擦角 $\varphi$ /(°)
0~0.5	16.25	1.96	10.1	0.12	0.52	8.12	25.1	19.64
0.5~1.0	16.98	1.97	10.4	0.09	0.57	7.94	24.7	18.46
1.0~1.5	17.21	1.92	9.7	0.16	0.63	8.45	23.1	17.94
1.5~2.0	16.47	1.88	10.0	0.02	0.58	7.64	20.4	19.26
2.0~2.5	15.67	1.91	10.1	0.10	0.57	7.12	21.6	20.24
2.5~3.0	16.24	1.89	10.1	0.17	0.60	7.46	22.8	17.94
3.0~5.0	17.21	1.94	9.6	0.16	0.58	7.35	24.6	16.94

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表 2 试验桩参数

Table 2 Parameters of test piles

桩型及桩号	桩长/m	桩径/mm	芯桩直径/mm	壁厚/mm
静压桩（编号JY-1/JY-2/JY-3)	5	219		3
高压旋喷桩（编号XP-1/XP-2/XP-3）	5	500	—	—
旋喷静压钢管复合桩（编号FH-1/FH-2/FH-3）	5	500	219	3
灌注桩（编号GZ-1/GZ-2/GZ-3）	5	500	—	—

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表 3 试验桩极限承载力

Table 3 Bearing capacities of model piles

静压桩		旋喷桩		旋喷静压钢管复合桩		灌注桩
编号	极限承载力/kN	编号	极限承载力/kN	编号	极限承载力/kN	编号	极限承载力/kN
JY-1	270	XP-1	420	FH-1	570	GZ-1	330
JY-2	240	XP-2	450	FH-2	570	GZ-2	420
JY-3	220	XP-3	300	FH-3	630	GZ-3	390
平均值	243.3	平均值	390	平均值	590	平均值	380

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表 4 试验误差率分析

Table 4 Error ratio analysis of model piles

桩号	平均误差率/%	最大误差率/%
JY-1	7.21	11.04
JY-2	9.31	13.54
JY-3	3.33	6.53
FH-1	5.91	8.42
FH-2	6.26	10.81
FH-3	6.39	10.00
GZ-2	5.44	8.26

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表 5 试验桩的平均极限侧阻力

Table 5 Average ultimate side resistances of model piles

桩号	JY-1	JY-2	JY-3	FH-1	FH-2	FH-3	GZ-2
平均极限侧阻力/kPa	61.2	52.5	45.8	66.5	63.5	73.7	46.5

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表 6 旋喷静压钢管复合桩的实测桩径

Table 6 Measured diameters of composite piles

桩号	深度/m	桩径/mm	平均桩径/mm
FH-1	0.5	560.51	520
	1	547.77
	2	528.66
	2.5	535.03
	3	506.37
	4	487.26
FH-2	0.5	601.91	552
	1	595.54
	1.5	570.06
	2	554.14
	2.5	538.22
	3	512.74
	4	490.45
FH-3	0.5	566.88	520
	1	554.14
	1.5	535.03
	2	522.29
	2.5	506.37
	3	487.26
	4	464.97

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表 7 极限承载力下试验桩的端阻比

Table 7 Ratios of tip resistance to ultimate load of model piles

桩号	单桩极限承载力/kN	总极限端阻力/kN	端阻比/%
JY-1	270	59.5	22.0
JY-2	240	59.6	24.8
JY-3	220	62.5	28.4
FH-1	570	26.8	4.7
FH-2	570	20.2	3.5
FH-3	630	28.7	4.6
GZ-2	420	55.3	13.2

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