摘要
为了满足当前社会对于桩基础日益增长的低成本、高强度的需求，提出了一种新桩型——带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩基础. 该新桩型具有低耗高效的优势，一方面该桩型施工步骤简便，施工设备常规，便于工程推广应用；另一方面底部扩大桩靴增加了桩的有效直径，提高了桩端承载力，同时水泥浆液渗入周围土体中，可改善桩土接触面特性，进而提高桩侧摩阻力. 为进一步探明带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩基础的承载特性，本文开展室内模型试验进行研究. 试验结果表明，带扩大桩靴桩侧同步灌浆模型桩在桩顶受压时，桩基承载力明显高于等截面常规桩，而且桩侧水泥浆液凝固后，其承载力将进一步提升. 本研究揭示了新桩型的承载机理，显示了新桩型承载能力的优越性. 相关研究结果可以为新桩型工程实践提供理论支撑.
近年来，随着工程建设的发展，桩基础作为一种承载力能力高、适用范围广、历史久远的基础形式，得到越来越广泛的应用. 桩基础通过将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较强的土层中，以满足承载力和沉降要求，是目前应用最广泛的深基础类
因此，竹节
目前常用来提高桩基承载力的另一个措施是注
为了解决上述问题，本文提出一种带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩基础（已授权专
该新桩型通过改进桩基形式和施工方法，具有节约成本、环境友好的特点，因此探究新桩型承载特性对于其推广应用具有重要意义. 当前专家学者通常使用数值模拟、理论分析、模型试验等方法探究桩基的承载能力. Józefiak
1 模型试验概况
带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩示意图如
图1 带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩示意图
Fig.1 Schematic diagram of the synchronous grouting precast pile on the side of the enlarged pile shoe
1.1 模型箱选择及土样制备
本次试验选用0.80 m×0.80 m×1.20 m的铁质箱. 所填砂土为中密石英砂，其相对密度为2.65 g/c
图2 模型箱示意图
Fig.2 Schematic diagram of model box
模型箱填砂时采用落雨法分层击实，填砂高度为0.90 m，桩基埋深为0.60 m. 在模型箱中每0.10 m处进行标记，并向模型箱中加入100.95 kg石英砂夯平. 初次填砂至距模型箱底部0.30 m处，待模型桩制备完成后，将桩身垂直插入上述制备的砂土中进行二次填砂，直至桩身埋入土体0.60 m，完成填砂操作.
1.2 模型桩参数
如
| 编号 | 桩身直径/mm | 扩大桩靴直径/mm | 是否注浆 |
|---|---|---|---|
| P1 | 50 | — | 否 |
| P2 | 40 | 50 | 否 |
| P3 | 40 | 50 | 是 |
图3 模型桩图
Fig.3 Model pile diagram
将上述模型桩的桩身底部与扩大桩靴连接，其中P1使用配套的PVC管帽使桩端形成闭口，P2、P3使用直径50 mm圆锥形扩大桩靴，并分别在P1、P2、P3桩身上距桩底5、40、70 cm处贴设3组应变片，如
图4 桩身应变片位置示意图
Fig.4 Schematic diagram of the position of the pile strain gauge
对于P3模型桩还需在距桩底20、40、60 cm处桩身对侧钻孔，保证水泥浆液能够顺利流出，以便进行桩侧同步灌浆. 待P3埋入模型箱后，向桩体中一次性倒入210 mL的水泥浆液，待水泥浆液凝固后开始进行后续静载实验.
1.3 加载方案
按照上述试验方法完成模型桩的安装后，分别对各模型桩进行室内静载试验，试验步骤如下：
1）安装调试试验装置（如
图5 试验装置图
Fig.5 Test device diagram
2）进行模型桩静载试验. 首先，利用试桩加载确定竖向极限承载力范围. 然后，通过千斤顶对桩基进行加载，本试验按照《建筑基桩检测技术规范》 （JGJ 106—2014
2 试验结果分析
本节通过对上述模型桩P1、P2、P3分别进行的静载试验，得到了各模型桩的桩基承载力.
2.1 模型桩P1结果分析
P1桩侧摩阻力/端阻力-桩土相对位移曲线，如
图6 P1桩侧摩阻力/端阻力-桩土相对位移曲线
Fig.6 Pile side friction resistance/end resistance-pile-soil relative displacement curve of P1
P1桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线，如
图7 P1桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线
Fig.7 Pile side friction resistance-pile-soil relative displacement curve of P1
2.2 模型桩P2结果分析
P2桩侧摩阻力/端阻力-位移曲线，如
图8 P2桩侧摩阻力/端阻力-桩土相对位移曲线
Fig.8 Curve of side friction resistance/end resistance-pile-soil relative displacement of P2
图9 P2桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线
Fig.9 Pile side friction resistance-pile-soil relative displacement curve of P2
2.3 模型桩P3结果分析
图10 P3桩侧摩阻力/端阻力-桩土相对位移曲线
Fig.10 Pile side friction resistance/end resistance-pile-soil relative displacement curve of P3
P3桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线图，如
图11 P3桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线
Fig.11 Pile side friction resistance-pile-soil relative displacement curve of P3
2.4 综合分析
3种模型桩的总桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线如
图12 总桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线图
Fig.12 Total pile side friction resistance-pile-soil relative displacement curve
3种模型桩的总桩端阻力-桩土相对位移曲线如
图13 总桩端阻力-桩土相对位移曲线图
Fig.13 Total pile end resistance-pile-soil relative displacement curve
3种模型桩的荷载-桩土相对位移曲线如
图14 荷载-桩土相对位移曲线图
Fig.14 Load-pile-soil relative displacement curve
3种模型桩的桩侧摩阻力/桩径比值-桩土相对位移曲线如
图15 桩侧摩阻力与桩径比值-桩土相对位移曲线图
Fig.15 Pile side friction resistance to pile diameter ratio-pile-soil relative displacement curve
3种模型桩的桩端阻力占总承载力比值-桩土相对位移曲线如
图16 桩端阻力占总承载力比值-桩土相对位移曲线
Fig.16 Ratio of pile tip resistance to total bearing capacity-pile-soil relative displacement curve
3 结 论
本文提出一种带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩基础. 底部扩大桩靴增加了桩端承载力，同步灌浆改善了桩土接触面的特性，提高了桩侧摩阻力. 通过对常规桩、带扩大桩靴预制桩、带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩分别进行室内静载模型试验，得出以下结论：
1）带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩在受压时，桩身下半部分桩侧摩阻力大于上半部分，总桩侧摩阻力大于常规桩和带扩大桩靴预制桩，且承载能力高于常规桩. 因此，在工程应用中，选用新桩型相较于常规桩，能够有效节约成本.
2）在受压时，带扩大桩靴桩预制桩和常规桩受力规律相似，均为桩端阻力发挥主要作用. 而带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩承载机理有所不同，前期桩侧摩阻力更大，待桩侧摩阻力达到极限值后，桩端阻力发挥主要作用.
3）桩侧同步灌浆对新桩型桩侧摩阻力影响极大，未注浆时扩大桩靴上方会形成“空腔”，而“空腔”上部土体会逐渐下落填充，导致桩身下半部分侧摩阻力丧失，甚至出现负值. 而采用桩侧同步灌浆的新桩型在受压后期桩侧摩擦阻力发挥主要作用.
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