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[摘要] 建筑工程建设中桩基础应用十分普遍，但是，普通挤土桩在工程实践中存在挤土效应、单桩及群桩承载力不高等诸多问题，带砂衬齿纹面排水桩承载力高、防挤土效应、经济性较好优点。本文就带砂衬齿纹面排水桩的工程应用进行了探讨。
[关键词] 预应力管桩 带砂衬齿纹面排水桩
随着我国改革开放的深入发展，建筑工程领域的各项新技术、新工艺、新材料也在飞跃的发展，在短短的几年内，预应力管桩基础由于其为工厂化生产，具有质量容易保证，单桩承载力高，贯入性能好，接桩容易， 造价低，工期短，环保好，抗震性能好等优点，而被广泛应用。然而由于其挤土桩的挤土特性，使其仍存在一些问题。
一、普通挤土桩施工中的常见问题
2003年初昆明开始引进“先张法预应力混凝土管桩”静压桩施工技术，但应用后出现两个现象，一是在软弱地基施工中，桩打得很深，但单桩承载力仍然不高，也就是说，预应力管桩本身强度再大，但在软弱地基中却发挥不出来，单桩承载力很低；二是挤土效应严重，头天打下的桩，第二天会冒出地面一截。究其原因主要有以下问题：
1、挤土桩在沉入地下时，桩身置换了等体积的土体，因此沉桩会使周边一定范围内的地面发生竖向隆起和水平位移（桩周土体受剪切破坏，桩周一定范围内的土体受到扰动产生变形，这种变形表现为地面隆起和土体水平位移），并可能使邻近已压入的桩上浮形成悬桩、桩位偏移和桩身翘曲，严重时甚至断桩。
2、挤土桩在施工过程中，使桩周土体中的应力状态发生改变，桩入土过程桩周土体尤其在靠近桩表面处产生很高的孔隙水压力。
3、压桩过程桩周土体被重塑和扰动，土的原始结构遭到破坏，土的工程性质与沉桩前相比有了很大的改变。
4、压桩后桩周土体中孔隙水压力的缓慢消散，土体会再固结，可能使桩侧受到负摩阻力的作用，并导致桩周土体下沉，土体与承台脱离，同时可能导致建筑物出现不均匀沉降。
实际上上述问题的长期存在一直没有较好和彻底的解决办法，尤其是在软弱土层、粉质粘土土层、淤泥质土层等饱和含水土层中，问题更为突出。
众所周知，地基土是由土壤、空气和水组成，在地下水位以下的土层中，空气含量极少，在饱和含水条件下根本就无空气。要想改善挤土效应，必须将被压缩土体中的水排出，而“带砂衬的齿纹面排水桩”就有效地解决了这一问题。
二、带砂衬齿纹面排水桩能提高承载力的机理分析
（一）带砂衬齿纹面排水桩如下图所示：
先张法预应力混凝土“带砂衬齿纹面排水桩”
带砂衬齿纹面排水桩的特征是桩身按一定规律制作成梯形截面的齿纹。它可以有效地将桩周的砂石裹挟带入桩周的土层中。
带沙衬：指在施工中，桩的齿纹面带着砂衬（砂和碎石的混合物或者破碎的建筑垃圾）进人地下，在桩体外面形成一透水层。
（二）带砂衬齿纹面排水桩施工情况如下图所示：
压桩的同时将砂石浇灌在桩身周围并裹挟进入桩周土内形成砂衬
经齿形管桩砂衬透排出的孔隙水（可用水泵抽出）
（三）带砂衬齿纹面排水桩能提高承载力的机理
1、在可塑、硬塑的粘土、粉质粘土中：齿形管桩的齿面部分，产生作用于土体的锥形扩散力。又根据力的分解，反作用力可分解为两个力：一个是垂直于桩体的水平挤压力，一个是竖直向上的端承力。沿桩身有多少个齿，就有多少个环状小端承力，这些小环状端承力的总和，调动了沿桩身自下而上所有土体，共同来承担荷载，所以齿形桩承载力能提高。
2、使用砂衬后，有以下作用：
①就是改变土体与桩之间的摩擦材料，尤其是在淤泥质土层，对桩的摩擦系数很显然小于砂衬，所以放砂衬能增大摩擦系数，提高单桩承载力。
②放砂衬后，增大了桩体表面积相当于增加了桩的直径，桩周摩阻力也就有效增加。
③能改变土体的物理力学性能，因为砂衬可以很快排除打桩过程中所产生桩周超孔压水，因此土体物理性能快速恢复，物理力学性能得到改善后的土体，其摩阻力也增大。
④由于超孔压水的迅速排除，大大降低了挤土桩的地基土压力，提高了土体的压缩性，大大缓解了桩上浮形成悬桩、桩位偏移和桩身翘曲和断桩的现象。
3、由于齿形管桩桩周土体物理力学性能的迅速恢复，齿形上侧面形成反向土压力，阻止了桩身上浮，也同时提高了抗拔力。
见下图。
三、齿纹面桩与砂衬相结合便产生了质的飞跃，与光面管桩比较具有以下优势：
1、单桩承载力提高：根据大量的试验和工程实践证明，砂衬齿形桩其单桩承载力为同直径、同长度、同地质条件下光面管桩单桩承载力的1.6～2倍以上。
2、抗拔力强：齿形桩的齿面部分产生若干个环状端承力。而抗拔的原理，也同样是环状齿面产生反向抗拔力，只是方向不同。
3、提高抗地震能力：
①许多建筑物的桩基础中有液化层，这些液化层正常条件下具有承载力，当遇地震时，由于地震波的作用液化层会迅速液化，失去承载力，因此建筑物会因桩基础失去承载力而被破坏。而砂衬齿形桩在遇到地震时，液化层产生的液化水，将沿砂衬迅速消散，能保护建筑物在地震中不至破坏。
②地震、风力造成建筑物摇摆时，由于砂衬齿形桩抗压、抗拔的优良性能，所以能起到保护建筑物的作用。
③砂衬齿形桩，其承载力主要靠桩身上若干个齿的小端承力之和，而不是完全靠桩底部的端承力，在持力层较薄时对整根桩承载力的影响并不大，因此能抵抗地震作用。
4、防挤土效应：桩基础施工中，由于挤土，便产生超孔隙压力水，会产生破坏作用，把已施工好的桩挤歪，挤断、挤上浮；把道路挤变形；对附近建筑物造成破坏等等，而采用砂衬、齿形桩做基础，施工中产生的超孔压水会沿着砂衬迅速上升消散，所以砂衬齿形桩具防挤土效应。
5、群桩效应小：光面管桩，其单桩承载力主要靠底部某持力层承载，如果群桩皆靠该持力层时，会因该层受力过大而变形破坏。砂衬齿形桩，调动了沿桩身所有环状齿面的端承力，所以，受力状态好，荷载不是靠某持力层，故群桩效应小。
6、降低材料消耗、节约投资、降低造价：砂衬齿形桩与同规格的光面管桩比较，由于单桩承载力的提高，将减少桩的用量，从而降低材料消耗、節约投资、降低造价。
7、对持力层要求不严，便于设计：由于齿形桩身上的齿有小端承力，它可调动沿桩身所有厚薄持力层及土体共同承载，其各齿面面积之和为底部面积的许多倍。所以承载力主要靠齿面而不是底部，故对持力层的要求不高，设计中可充分利用各层土层的状况进行设计。
8、砂衬齿形桩群桩效应减少，受力均匀：由于砂衬齿形桩群桩效应减少，所以每根桩承受荷载的能力是比较均匀的，同时充分利用了全桩的各齿形端承力，使得沉降均匀，减少了不均匀沉降。
四、结论及建议
由于砂衬齿形桩的诸多优点，并可降低建筑造价，其承载原理及理论是站得住脚和可以解释的，因此应当是一种先进的桩基础形式。在软弱土层、粉质粘土土层、淤泥质土层、尾矿堆积土层等饱和含水土层的建构筑物项目中，可以尝试使用砂衬齿形桩，并在取得经验和实际试验资料的情况下积极推广使用，以降低开发成本，提高经济效益。
[关键词] 预应力管桩 带砂衬齿纹面排水桩
随着我国改革开放的深入发展，建筑工程领域的各项新技术、新工艺、新材料也在飞跃的发展，在短短的几年内，预应力管桩基础由于其为工厂化生产，具有质量容易保证，单桩承载力高，贯入性能好，接桩容易， 造价低，工期短，环保好，抗震性能好等优点，而被广泛应用。然而由于其挤土桩的挤土特性，使其仍存在一些问题。
一、普通挤土桩施工中的常见问题
2003年初昆明开始引进“先张法预应力混凝土管桩”静压桩施工技术，但应用后出现两个现象，一是在软弱地基施工中，桩打得很深，但单桩承载力仍然不高，也就是说，预应力管桩本身强度再大，但在软弱地基中却发挥不出来，单桩承载力很低；二是挤土效应严重，头天打下的桩，第二天会冒出地面一截。究其原因主要有以下问题：
1、挤土桩在沉入地下时，桩身置换了等体积的土体，因此沉桩会使周边一定范围内的地面发生竖向隆起和水平位移（桩周土体受剪切破坏，桩周一定范围内的土体受到扰动产生变形，这种变形表现为地面隆起和土体水平位移），并可能使邻近已压入的桩上浮形成悬桩、桩位偏移和桩身翘曲，严重时甚至断桩。
2、挤土桩在施工过程中，使桩周土体中的应力状态发生改变，桩入土过程桩周土体尤其在靠近桩表面处产生很高的孔隙水压力。
3、压桩过程桩周土体被重塑和扰动，土的原始结构遭到破坏，土的工程性质与沉桩前相比有了很大的改变。
4、压桩后桩周土体中孔隙水压力的缓慢消散，土体会再固结，可能使桩侧受到负摩阻力的作用，并导致桩周土体下沉，土体与承台脱离，同时可能导致建筑物出现不均匀沉降。
实际上上述问题的长期存在一直没有较好和彻底的解决办法，尤其是在软弱土层、粉质粘土土层、淤泥质土层等饱和含水土层中，问题更为突出。
众所周知，地基土是由土壤、空气和水组成，在地下水位以下的土层中，空气含量极少，在饱和含水条件下根本就无空气。要想改善挤土效应，必须将被压缩土体中的水排出，而“带砂衬的齿纹面排水桩”就有效地解决了这一问题。
二、带砂衬齿纹面排水桩能提高承载力的机理分析
（一）带砂衬齿纹面排水桩如下图所示：
先张法预应力混凝土“带砂衬齿纹面排水桩”
带砂衬齿纹面排水桩的特征是桩身按一定规律制作成梯形截面的齿纹。它可以有效地将桩周的砂石裹挟带入桩周的土层中。
带沙衬：指在施工中，桩的齿纹面带着砂衬（砂和碎石的混合物或者破碎的建筑垃圾）进人地下，在桩体外面形成一透水层。
（二）带砂衬齿纹面排水桩施工情况如下图所示：
压桩的同时将砂石浇灌在桩身周围并裹挟进入桩周土内形成砂衬
经齿形管桩砂衬透排出的孔隙水（可用水泵抽出）
（三）带砂衬齿纹面排水桩能提高承载力的机理
1、在可塑、硬塑的粘土、粉质粘土中：齿形管桩的齿面部分，产生作用于土体的锥形扩散力。又根据力的分解，反作用力可分解为两个力：一个是垂直于桩体的水平挤压力，一个是竖直向上的端承力。沿桩身有多少个齿，就有多少个环状小端承力，这些小环状端承力的总和，调动了沿桩身自下而上所有土体，共同来承担荷载，所以齿形桩承载力能提高。
2、使用砂衬后，有以下作用：
①就是改变土体与桩之间的摩擦材料，尤其是在淤泥质土层，对桩的摩擦系数很显然小于砂衬，所以放砂衬能增大摩擦系数，提高单桩承载力。
②放砂衬后，增大了桩体表面积相当于增加了桩的直径，桩周摩阻力也就有效增加。
③能改变土体的物理力学性能，因为砂衬可以很快排除打桩过程中所产生桩周超孔压水，因此土体物理性能快速恢复，物理力学性能得到改善后的土体，其摩阻力也增大。
④由于超孔压水的迅速排除，大大降低了挤土桩的地基土压力，提高了土体的压缩性，大大缓解了桩上浮形成悬桩、桩位偏移和桩身翘曲和断桩的现象。
3、由于齿形管桩桩周土体物理力学性能的迅速恢复，齿形上侧面形成反向土压力，阻止了桩身上浮，也同时提高了抗拔力。
见下图。
三、齿纹面桩与砂衬相结合便产生了质的飞跃，与光面管桩比较具有以下优势：
1、单桩承载力提高：根据大量的试验和工程实践证明，砂衬齿形桩其单桩承载力为同直径、同长度、同地质条件下光面管桩单桩承载力的1.6～2倍以上。
2、抗拔力强：齿形桩的齿面部分产生若干个环状端承力。而抗拔的原理，也同样是环状齿面产生反向抗拔力，只是方向不同。
3、提高抗地震能力：
①许多建筑物的桩基础中有液化层，这些液化层正常条件下具有承载力，当遇地震时，由于地震波的作用液化层会迅速液化，失去承载力，因此建筑物会因桩基础失去承载力而被破坏。而砂衬齿形桩在遇到地震时，液化层产生的液化水，将沿砂衬迅速消散，能保护建筑物在地震中不至破坏。
②地震、风力造成建筑物摇摆时，由于砂衬齿形桩抗压、抗拔的优良性能，所以能起到保护建筑物的作用。
③砂衬齿形桩，其承载力主要靠桩身上若干个齿的小端承力之和，而不是完全靠桩底部的端承力，在持力层较薄时对整根桩承载力的影响并不大，因此能抵抗地震作用。
4、防挤土效应：桩基础施工中，由于挤土，便产生超孔隙压力水，会产生破坏作用，把已施工好的桩挤歪，挤断、挤上浮；把道路挤变形；对附近建筑物造成破坏等等，而采用砂衬、齿形桩做基础，施工中产生的超孔压水会沿着砂衬迅速上升消散，所以砂衬齿形桩具防挤土效应。
5、群桩效应小：光面管桩，其单桩承载力主要靠底部某持力层承载，如果群桩皆靠该持力层时，会因该层受力过大而变形破坏。砂衬齿形桩，调动了沿桩身所有环状齿面的端承力，所以，受力状态好，荷载不是靠某持力层，故群桩效应小。
6、降低材料消耗、节约投资、降低造价：砂衬齿形桩与同规格的光面管桩比较，由于单桩承载力的提高，将减少桩的用量，从而降低材料消耗、節约投资、降低造价。
7、对持力层要求不严，便于设计：由于齿形桩身上的齿有小端承力，它可调动沿桩身所有厚薄持力层及土体共同承载，其各齿面面积之和为底部面积的许多倍。所以承载力主要靠齿面而不是底部，故对持力层的要求不高，设计中可充分利用各层土层的状况进行设计。
8、砂衬齿形桩群桩效应减少，受力均匀：由于砂衬齿形桩群桩效应减少，所以每根桩承受荷载的能力是比较均匀的，同时充分利用了全桩的各齿形端承力，使得沉降均匀，减少了不均匀沉降。
四、结论及建议
由于砂衬齿形桩的诸多优点，并可降低建筑造价，其承载原理及理论是站得住脚和可以解释的，因此应当是一种先进的桩基础形式。在软弱土层、粉质粘土土层、淤泥质土层、尾矿堆积土层等饱和含水土层的建构筑物项目中，可以尝试使用砂衬齿形桩，并在取得经验和实际试验资料的情况下积极推广使用，以降低开发成本，提高经济效益。