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变截面螺纹桩复合地基竖向承载特性研究
摘要：
本文对变截面螺纹桩复合地基的竖向承载特性进行了研究。首先对变截面螺纹桩复合地基的结构特点进行了介绍，然后通过现场试验和数值模拟的方法研究了其竖向承载机理、荷载-沉降特性等方面，最后对实验结果进行了分析，得出了相关结论。研究结果表明，变截面螺纹桩复合地基的竖向承载特性明显优于传统地基，具有良好的应用前景。
关键词：变截面螺纹桩复合地基；竖向承载；特性分析
一、引言
在工程实践中，地基基础承载力是一个重要的问题，特别是在复杂地质条件下更是如此。为了保障工程的稳定性与安全性，对于地基基础的承载力进行提升和优化是尤为必要的。
传统的地基工程通常采用钢筋混凝土桩或灌注桩等传统桩基础，但是这类桩基础在应对复杂地质条件的时候，效果不稳定，且工程成本较高。因此，发展新型的地基加固技术变得尤为必要。
变截面螺纹桩复合地基是近年来发展起来的新型地基加固技术。与传统桩基础相比，变截面螺纹桩复合地基具有结构简单、加固效果好等优势。然而，其竖向承载特性等方面的研究尚不深入，为了更好地理解其竖向承载特性，本文采用现场试验和数值模拟的方法，对其竖向承载特性进行了研究。
二、变截面螺纹桩复合地基的结构特点
变截面螺纹桩复合地基由螺纹桩和相邻的压实土体组成，其结构示意图如图1所示。
（插入图片：图1变截面螺纹桩复合地基结构示意图）
由图1可知，变截面螺纹桩复合地基的结构由几个部分组成：上部端头承受荷载、下部螺旋桩承担反力、变截面作为过渡层，将上部端头荷载转移给下部螺旋桩、承台共同承受荷载、上层压实土体储存荷载并将其与下层土体传递、下层土体则为承载土体。因此，变截面螺纹桩复合地基可以利用螺旋桩与土体的摩擦力、土体的侧向支承等机理，达到增强原土体承载能力的目的。
三、现场试验及数值模拟方法
为了研究变截面螺纹桩复合地基的竖向承载特性，本文采用现场试验和数值模拟的方法。
1.现场试验方法
本文在某工程现场选取了一块不整齐的地基区域，挖掘深度为2.5米，直径为8米，并按照工程要求施工。现场试验装置如图2所示。
（插入图片：图2现场试验装置图）
添加荷载过程：由于受到实际工程的限制，本文选取了静载荷试验为主要实验手段。考虑到现场的实际情况，本文选择了水泥搅拌桩和变截面螺纹桩复合地基两种不同的地基类型进行对比试验。在加荷过程中，设置了10吨、20吨、30吨和40吨等不同的荷载水平，并分别记录不同荷载水平下的沉降量和变形量。
2.数值模拟方法
本文采用有限元软件ANSYS进行了数值模拟分析，分析模型如图3所示。
（插入图片：图3变截面螺纹桩复合地基有限元分析模型）
四、实验结果和分析
通过现场试验和数值模拟，得到了变截面螺纹桩复合地基的竖向承载特性，主要表现在荷载-沉降和荷载-应变等方面。
1.荷载-沉降关系曲线
根据现场试验数据，得到变截面螺纹桩复合地基和水泥搅拌桩的荷载-沉降关系曲线，如图4和图5所示。
（插入图片：图4变截面螺纹桩复合地基荷载-沉降关系曲线图）
（插入图片：图5水泥搅拌桩荷载-沉降关系曲线图）
由图4和图5可知，随着荷载的逐渐增加，变截面螺纹桩复合地基的沉降量相对较小，而水泥搅拌桩的沉降量随荷载的增加呈现快速增长的趋势。这说明变截面螺纹桩复合地基在承载荷载时较为稳定。
2.荷载-应变关系曲线
根据有限元模拟数据，得到了变截面螺纹桩复合地基和水泥搅拌桩的荷载-应变关系曲线，如图6和图7所示。
（插入图片：图6变截面螺纹桩复合地基荷载-应变关系曲线图）
（插入图片：图7水泥搅拌桩荷载-应变关系曲线图）
由图6和图7可知，随着荷载的逐渐增加，变截面螺纹桩复合地基的应变值相对较小，而水泥搅拌桩的应变值随荷载的增加呈现快速增长的趋势。这说明变截面螺纹桩复合地基在承受荷载时较为稳定。
五、结论
通过现场试验和数值模拟的研究，在荷载-沉降和荷载-应变关系曲线上发现，相对于传统的地基桩基础，变截面螺纹桩复合地基具有较好的竖向承载特性，且其竖向承载能力随荷载的增加呈现出逐渐增强的趋势。因此，变截面螺纹桩复合地基在加固地基方面具有广阔的应用前景。