在结构工程中，桩基础作为一种传统的基础形式沿用至今，且发挥着越来越重要的作用；其主要用于地质条件较差或建筑要求较高的情况，具有沉降量小、承载力高的特征。其中，灌注桩因其单桩承载能力高、施工深度容易控制、造价低、噪音低等优点而被广泛采用。在保证桩基安全稳定的基础上，通过理论和技术创新，满足工程上质量高、进度快和造价低的严格要求，是工程界共同面临的新挑战；对此，各国科研人员研发出许多新的桩基形式。

阶梯型变截面DX桩[1](以发明者贺德新先生的名字De Xin命名为DX桩)是一种新型变截面桩，该桩型能够充分调动桩土作用的潜力，大大提高桩的承载能力，与此同时能降低造价。但是，阶梯型变截面DX桩的设计仍然采用规范推荐公式。为了满足规范要求，不得不采用加大桩身直径的方法；这样做既不利于施工进度，也不利于成本控制。所以，如何保证阶梯型变截面DX桩在竖向荷载和水平荷载作用下既能保证安全，又能控制建造成本，是一个值得研究的课题。本文基于上述目的，针对阶梯型变截面DX桩在竖向荷载作用下的变形及承载特性展开试验研究。

1 试验设计

1.1 试验概况

试验主要通过模型试验[2—4]来研究变截面DX桩在竖向荷载作用下的承载能力和变形性能及荷载传递规律。试验中对1个等截面和4个不同变径比变截面DX桩进行了竖向加载试验，通过对比，进一步了解变截面桩的工作机理。

对于个人思维方式的成因，要从具体的文化情境出发。每个人的成长环境，决定了什么东西能够使它产生满足感。如果在成长过程中，经常通过投机取巧取得成功，那么在成年以后做事仍旧容易有偷懒的习惯；如果在成长过程中，受到父母、老师过多的对自己言行的干预，或者总容易因为做错事而被惩罚，那么逐步形成了当别人开始关注自己、审视自己时，觉得不自在与不安，做事以周围人为标准，养成习惯性妥协。脱离群体的失落感、孤独感，会让人主动改变自己的言行，妥协后快速融入组织。这种习惯性的妥协会让人放弃对更好事物的追求，从而接受次优的结果。

1.2 试验装置

为了能够更好地模拟实际环境进行试验，为此次模型试验专门设计制作了模型箱和加载装置：模型箱的底边尺寸为1.8 m×1.8 m，高为2 m。模型箱底板以槽钢十字交叉焊接，箱底板中间四个方向各外伸可以连接加载设备的槽钢。模型箱周边骨架采用等边角钢焊接而成，箱壁采用厚度5 mm的钢板设计成平开式，以便填土卸土。

加载装置采用杠杆原理设计制作，将杠杆一段铰接于立柱上、另一端悬挂铁架用于放置砝码进行逐级加载。为防止加载过程中杠杆发生侧倾，在杠杆两侧设计了限位，可以有效控制荷载的偏心。支撑杆与模型箱外支撑采用螺栓联结，模型箱四面采用相同的联接方式设计。在满足距离要求的条件下，平面内两个方向最多可放置4根模型桩，当一根桩的试验结束后，可以拆卸安装螺杆对另一根模型桩进行加载试验。模型加载装置图如图1所示。

  

图1 加载装置Fig.1 Loading device

1.3 模型材料

1.3.1 试验土

试验用土采用宿迁某工地的粉土作为地基土的模型材料，并对取回的土样进行了室内土工试验以获得土样的各项物理力学性质指标。土工试验参数见表1。

 

表1 土工试验参数Table 1 Soil test parameters

  

密度/(g·cm-3)土粒比重/(g·cm-3) 含水率/%黏聚力/kPa内摩擦角/(°)压缩模量/MPa泊松比1.592.7216.2315.1225.410.060.4

1.3.2 试验桩

对于以上观点，我们应当清醒地认识到，国外媒体和学者在报道和研究中显然具有“现象主义”倾向，他们不是用科学的方法来揭示研究对象的内在逻辑，而只是通过某些表层现象上的相似性作简单的比较研究。同时由于缺乏中国国内关于群众路线活动的第一手资料，其研究中主观臆测的成分也较多，特别是过分夸大了毛泽东及其思想对此次群众路线教育实践活动的作用和影响，而忽略了新一代领导人在政党治理及其顶层设计方面所做出的重要贡献和对党和国家前途命运所怀有的强烈忧患意识。毕竟，毛泽东及其思想与群众路线活动的关系，只是局限于在这一过程中的某些方面所表现出来的思想方法以及所面临的问题和困境方面具有一定的历史相似性。

目的主要是探讨桩型对桩竖向力学行为的影响，与桩身材料本身的属性关系不大，所以拟采用容易成型的松木材料作为桩的相似材料进行模型制作。通过选取模型桩体材料相同的材料进行了弹性模量和泊松比标定试验。桩身参数见表2。

为模拟原桩表面的摩阻力，将模型桩表面涂抹调配的聚酰胺树脂和环氧树脂，并撒上筛过的中粗砂。

历史上，吕、范交恶也是著名的历史事件。范仲淹的几次被贬，确实大多与吕夷简有关，富弼作为范仲淹的坚决支持者，与吕夷简的矛盾由来已久。在此剑拔弩张之时，当着仁宗之面，作为至亲，也为了维护朝廷大局，化解眼前如此紧张的局面，晏殊出面打圆场，表示吕夷简不是有意，恐怕真是失误。对此，富弼情急之下，竟然说出“殊奸邪，党夷简以欺陛下”。面临国家大事之成败甚至涉及个人的生死，富弼情急之下口出此极端之言，虽然情有可原，但对于晏殊，如此无礼的指责也显然不公。

 

表2 桩身材料参数Table 2 Material parameters of pile body

  

桩身材料密度/(g·cm-3)弹性模量/GPa泊松比松木0.585.40.3

如图4所示，DX桩的极限承载力均比S1直桩要高。S2桩是在等截面直桩的基础上加一个DX承力盘，总体积增加约6%，但其承载能力得以大大提高，增加了约38%。各DX桩中S3桩承载能力最为突出，随着桩径比的变小，桩的极限承载力逐步降低，其中S5的极限荷载降低较为明显。说明变截面桩径比这一因素对DX桩承载能力有较大影响，其值在0.8～0.9时DX单桩能发挥较大的承载能力，若变截面比过小，桩基极限承载力将明显衰减。在实际工程中，选择合适的变截面比、合理增加承力盘数量，变截面DX桩可以节省材料，大大降低造价。

  

图2 桩形示意图Fig.2 Shape of pile

1.4 试验方法

试验采用埋置式的方法进行桩周土层的制作，具体方法是先将土填筑到预定的桩端高度位置，然后将模型桩放在指定的位置并固定，再继续将土体填筑到预定的桩顶高度。

为了获得竖向加载试验过程中轴力沿桩身的分布，在各模型桩上都布置了应变片。在每根桩两侧的相同位置分别对称布置10对应变片，共20片，最后取两边数据的平均值作为最后的数值。

1.5 数据采集

2008年，北京奥运会开幕式上“和”字积木的变形表演再一次向世界与国民重申了中国当代的治国方针，并试图唤醒国民意识中的民族教义，抚慰国民历经百年断裂也难以抛弃的中华民族情结。似乎在“和”字的共振中，中国当代社会建设终于可以在话语权中稍显理直气壮地不再人云亦云、亦步亦趋，而在中华传统文化中找到立身之根本。所有反对崇洋媚外，忧虑西学殖民，要为中国传统文化寻一条出路的仁人学子，终于可以在“和谐”美学中找到底气。

采用精度为0.01 mm的电子位移计测桩顶的竖向沉降量。测点落于桩头的钢板上，以保证度数的可靠性，通过磁性支座将位移计固定在槽钢上。试验过程中，当每级荷载稳定后，记录下相应的荷载值和位移计度数。

按照国内乙肝病毒性肝炎的相关诊断标准,对酶联免疫法测试结果进行统计分析,具体的评价类型及其指标为:大三阳:HBe Ag、HBc Ab和HB-s Ag三项且均为阳性,其它指标为阴性。小三阳:HBc Ab、HBs Ag和HBe Ag三项指标检测结果为阳性,其它指标的检测结果为阴性。

 

表3 试件设计参数Table 3 Design parameters of test piece

  

编号桩长/mm桩顶直径/mm桩底直径/mm变截面比变截面距离桩顶/mm承力盘距离桩底/mm承力盘径/mmS11 10050501---S21 10050501-180100S31 10050450.9500180100S41 10050400.8500180100S51 10050350.7500180100

1.5.2 应变测量

竖向荷载模型试验加载方案采用慢速维持荷载法，即在试验过程中逐级递增施加的竖向荷载，待每级荷载达到相对稳定后再加下一级荷载，直至模型桩达到极限荷载。具体参考《建筑桩基技术规范》 (JGJ 94—2008)[5] 。

2 试验结果分析

2.1 桩身荷载沉降关系

硅-焓图解法首先需作出石英溶解度曲线，通过冷水的硅焓点与热水的硅焓点做延长线，求得与石英溶解度曲线的交点，以此计算得出热水的混合比例。当交点出现异常或无交点时，需考虑蒸汽损失的情况。

  

图3 各桩P-S曲线对比Fig.3 Comparson of curves of load and settlement between piles

分析其中的原因，由于承力盘的存在使得桩体与土体的接触面提高，桩身侧摩阻力随之提高，得以有更好的承载特性；在加载过程中，桩身变截面处的土体得到了一定程度的挤密作用，且变截面下部的土体也分担了一部分桩顶传来的压力，因而减少了桩端的沉降。越到加载后期，桩身侧摩阻力提高越大，DX桩的优势越来越明显。同为DX桩，荷载沉降关系也不尽相同。当荷载不大时，四根桩区别不大，当荷载逐渐增大时，差距也逐渐拉大。4 800 N之前S2沉降量最少，沉降速度也最慢，4 800 N后S2沉降量超过S3；S5沉降较另三根桩DX明显更大。相较等截面桩，变截面桩的沉降速度更慢，体现明显的挤土效应，变截面程度越大，沉降量越大，承载力损失也在变大，说明变截面桩径比对DX桩承载力有较大影响。桩径比不宜过大过小，理论上应该存在最优变截面桩径比。根据试验数据，这一比值在0.8～0.9时DX桩能在保证承载能力的同时发挥出较好的控制沉降作用。

2.2 桩身极限承载力

模型桩根数为五根，桩身直径为50 mm，桩长1 100 mm，承力盘直径100 mm。试桩S1是等截面直桩，试桩S2、S3、S4、S5分别是变截面桩径比为1.0、0.9、0.8、0.7的 DX桩，变径比为下部桩径与上部桩径之比。变径采用阶梯型突变的形式。桩形如图2所示，具体参数如表3所示。

1.5.1 位移测量

  

图4 各桩极限承载力对比Fig.4 Comparison of ultimate bearing capacity of each pile

2.3 桩身轴力分布规律

图5为五根桩的桩身轴力分布图，不难看出，等截面桩桩身轴力随着桩体入土深度增加而逐渐减小，整体上轴力分布的趋势没有很大的变化；而变截面桩的周利分布规律大致上是随着入土深度增加而减小，但由于承力盘和变截面的存在，DX桩的荷载传递情况与等截面桩相比有着完全不同且更加复杂的特性。

  

图5 单桩轴力传递曲线Fig.5 Transmission of axial force in single pile

S2是等截面DX桩，相比S1桩多出一个承力盘，曲线最明显的特征是在承力盘处发生突变，荷载越大这种突变也越明显，桩端轴力较小，说明承力盘下部的土体分担了部分桩顶传来的压力，从而较大提高了桩的承载力。变截面DX桩的承力盘处同样出现轴力突变的情况，在变截面处均出现轴力明显的衰减，说明变截面对承载能力存在一定的影响。究其原因很可能是由于桩顶传递的部分荷载在变截面处传入下部土体，使得桩身轴力出现陡降，桩顶荷载越大，这种突变也越明显；其中S4和S5变截面桩径比较小，桩径变化大，变截面处与土体接触面积大，发挥出较好的承载力，所以变截面附近轴力突变更显著。随着桩径比的减小，DX桩变截面以下的桩体表面积变小，桩身侧摩阻力也减小，轴力变化不明显，而承力盘对荷载传递起到了重要的作用，通过曲线不难看出，DX桩的荷载主要是通过变截面处以上的桩身和承力盘进行传递。

图3给出了五根桩的荷载沉降曲线对比图，曲线具备显著的非线性特征。其中S1等截面桩拐点较明显，其余桩的曲线变形较平缓。不难发现，相较于等截面桩，变截面DX桩控制沉降的能力更好。加载初期，二者沉降相差不大，但随着桩顶荷载的不断增大，变截面DX桩在减小沉降方面的优势越来越明显。

低速冲击在夹芯结构领域已经有了非常广泛的研究，尤其是针对复合材料夹芯结构[3-4]和泡沫夹芯结构[5-6]。目前对于金属波纹夹芯结构低速冲击的研究较少。Rubino等[7]研究了两端固定的304不锈钢实心梁、Y形夹心梁和波纹夹心梁的动态力学响应，结果表明相同质量下纵向Y形夹心梁和波纹夹心梁的抗冲击性能强于实心梁，而横向Y形夹心梁和波纹夹心梁则与实心梁相当。三维有限元模拟结果与试验结果吻合，但是在面板与芯板的连接处有明显的应力集中。Klçaslan等[8]对多层铝合金梯形波纹夹芯结构的低速冲击性能开展了研究，发现微惯性效应的存在提高了结构的临界屈曲载荷。

根据静力平衡，用轴力数据代入式(1)计算出桩身各段侧摩阻力，研究桩身侧摩阻力分布规律：

2.4 桩身侧摩阻力分布

据此能得到普遍分布规律：相较于等截面桩，DX桩承力盘受力较大，变截面处也出现较明显的突变，二者中间部分轴力变化平稳减小，轴力分布符合上大下小的规律，较为合理，符合桩径上大下小的结构设计原则。

(1)

式(1)中：τij为第i个测点与第j个测点之间桩身段的平均侧摩阻力，其中j=i+1；Fi、Fj为测点i和测点j所在桩身截面的轴力；D为桩截面直径；Lij为测点i和测点j之间的长度。

[22] 李军“图形作为知识：十幅世界地图的跨文化旅行”,《美术研究》[J]，北京：中央美术学院，2018年 02 期，P76.

图6为各桩的桩身侧摩阻力分布图。随着桩顶荷载的不断增加，桩土相对位移也在不断增大。其中，S1为等截面桩，从桩顶到桩底，侧摩阻力先增大后减小，没有明显的突变，符合桩体一般的分布规律，也说明了桩身中部的侧摩阻力最先得到充分发挥；相比之下，DX桩最大的不同就在于承力盘处摩阻力的突然增大，说明承力盘对桩身承载能力的贡献很大；随着荷载不断变大，桩土相对位移和侧摩阻力都在不断变大，承力盘处侧摩阻力增大最为明显，承力盘的作用得到很大程度的释放；同时不难发现，桩径比越小，承力盘处摩阻力突变越大，承力盘发挥的作用就越大。

  

图6 单桩侧摩阻力分布Fig.6 Distribution of lateral friction resistance

变截面DX桩由于变截面的存在，在变截面处摩阻力出现突变，特别是后期荷载较大时越发明显。相比等截面DX桩S2，DX桩S3桩径的变小使得桩土接触面积减少，变截面以下的桩身部分摩阻力减小，但变截面以上的桩身部分挤土作用提高，使得摩阻力增大，因此变截面处呈现先增大后减小的趋势。随着桩顶荷载增大，这种差异也越发明显。同为变截面DX桩，变截面桩径比的不同导致摩阻力发挥程度也有所差异。相比S3桩，S4桩的桩径比更小，使得桩土接触面减小，在变截面以下的桩身部分摩阻力有大幅度的减小；而S5桩变截面以下的桩身部分摩阻力衰减更明显，由于桩径的大幅度减小，其侧摩阻力发挥也远小于等截面桩。

据此能得到桩身侧摩阻力的分布规律：从桩顶到桩底，等截面桩桩身侧摩阻力先增大后减小，没有明显突变；相比之下DX桩承力盘处摩阻力会急剧增大，而后迅速减小；在变截面处也会呈现出明显先增大后减小的趋势。这些突变随着荷载和桩径比的增大会逐渐增大，差异性也会越来越大。

伟翔愤怒地抬起头，看着我，说：“你能不能不这么俗？”我的火腾地窜上了头顶：“李伟翔，你终于嫌弃我了，我就是俗，是你把我变得这么俗的。我从前也喝着咖啡聊泰戈尔的！”

3 结论

对阶梯型变截面DX桩进行了系统的模型试验研究，基于对试验数据处理分析，获得结论如下。

(1)变截面桩径比对阶梯型变截面DX桩的承载力影响较大。桩径比在0.8～0.9附近的DX桩承载能力最为突出，说明一定程度的变截面对承载有提高作用，若变截面桩径比过小，桩的极限承载力会显著降低，所以存在最优变截面比，单桩能发挥较大的承载能力。在实际工程中，选择合适的变截面比，可以节省材料，大大降低造价。

(2)在竖向压力下，同为等截面桩，DX桩承载力提高了约38%，荷载位移曲线呈现典型的缓降型。由于承力盘的存在，使得桩与土体的接触面积增大，承力盘的端阻力和桩身侧阻力承担大部分的桩顶荷载，使得传至桩端的荷载变小，对控制桩体沉降有利，从而提高桩的承载力。

(3)等截面桩在受到竖向荷载时桩身的轴力从上到下逐渐递减，趋势较为平缓，而变截面DX桩由于存在承力盘和变截面的形式，轴力曲线在该处出现显著突变现象，说明变截面DX桩的承力盘和变截面形式在桩承载过程的重要作用，体现出变截面DX桩与等截面桩在荷载传递方面的显著不同。

(4)变截面DX桩在试验加载过程中显现出明显的挤土效应，侧摩阻力得到提高。桩径比在0.8～0.9附近时，变截面DX桩的桩身侧摩阻力比等截面桩发挥得更加充分。变截面桩径比过小，桩土接触面积过小，侧摩阻力发挥作用较小。

参考文献

1 王梦恕, 贺德新, 唐松涛. 21世纪的桩基新技术: DX旋挖挤扩灌注桩. 中国工程科学, 2012；14(1): 4—12

Wang Mengshu, He Dexin， Tang Songtao. New pile foundation technology of 21 century:DX pile. Engineering Science, 2012； 14(1):4—12

2 沈保汉, 贺德新, 孙君平, 等. 影响DX挤扩灌注桩竖向抗压承载力的因素. 工业建筑, 2008； 38(5): 32—39

Shen Baohan, He Dexin, Sun Junping, et al. Factors affecting the vertically compressive bearing capacity of DX Piles. Industrial Construction, 2008; 38(5): 32—39

3 钱春香, 陈立宏, 唐松涛, 等. DX桩室内模型试验方法. 北京交通大学学报, 2012;36(6):85—89

Qian Chunxiang, Chen Lihong, Tang Songtao, et al. Model test method of DX pile. Journal of Beijing Jiaotong University, 2012; 36(6):85—89

4 罗 照, 耿大新, 方 焘. 变截面桩竖向承载性状的模型实验研究. 武汉大学学报(工学版), 2011; (6): 731—734

Luo Zhao, Geng Daxin, Fang Tao. Model test study of vertical bearing behaviors of variable cross-section piles. Engineering Journal of Wuhan University, 2011; (6):731—734

5 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范:JGJ 94—2008. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008

Ministry of Housing and Urban-Rural Construction of the People’s Republic of China. Technical Code for Building Pile Foundations:JGJ 94—2008. Beijing: China Architecture & Building Press, 2008