2025年螺旋鋼管行業趨勢分析：新型葉片式螺旋鋼管樁極限承載性能突破

  隨著建築行業對基礎工程要求的不斷提高，螺旋鋼管樁憑藉自身優勢在工程建設中得到廣泛應用。然而，傳統葉片式螺旋鋼管樁在承載力方面存在一定局限性。為滿足複雜工程需求，尤其是應對村鎮建築物地基承載力不均勻的狀況，科研人員對螺旋鋼管樁的結構改良與性能研究持續深入。在此背景下，一種葉片直徑遞變的新型葉片式螺旋鋼管樁應運而生，其極限承載性能的研究成為行業關注焦點。

  一、新型葉片式螺旋鋼管樁試驗：探究葉片參數對承載力的影響

  據《2025-2030年中國螺旋鋼管行業市場深度研究及發展前景投資可行性分析報告》統計，試驗場地位於甘肅省蘭州市七里河區彭家坪鎮，此地地貌單元屬於黃河南岸高級階地，場地地形南高北低，地面標高 1596.34 - 1597.89m。場地原本為耕地，上部土層是耕植土或雜填土，原狀土層為風積黃土，地基承載能力欠佳，土質多孔疏鬆。試驗前向下開挖 1m，剩餘雜填土層厚 1.2m，開挖面積 10.0m×10.0m，試樁間距設為 1.5m。

  試驗所用試樁均由廠家定製，樁長 1.6m，鋼管直徑 60mm，葉片直徑有三種規格，螺距均為 102mm，材質經內外熱鍍鋅防鏽蝕處理。共設計 6 種樁型，每組 3 根，試樁總數 18 根。通過室內土工試驗，確定了現場土層的物理力學參數，如雜填土重度 16.30kN・m⁻³、壓縮模量 4MPa 等，為後續試驗分析提供依據。

  現場試驗採用錨樁法加載，利用 160kN 的油壓千斤頂施加壓力，通過拉力計測量抗拔力，用量程 50.0mm 的位移計測量試樁豎向變形。試驗採用慢速維持荷載法，依據估算的單樁極限承載力確定設計加載量，單級荷載取設計加載量的 1/10 - 1/8，並採用樁頂累計位移大於 30mm 和荷載 - 位移曲線出現明顯拐點這兩種指標判定樁基極限承載力。

  抗壓試驗結果顯示，不同樁型的荷載位移曲線在相同荷載下表現出差異。例如，a3 樁型在 30mm 標定位移處，承載力高於 a2 樁型 12.5%，高於 a1 樁型 28.6%。這是因為葉片在施工中會擾動土體，葉片下方土體的擾動情況直接影響樁的抗壓承載力，直徑最大葉片所處位置是關鍵因素。同時，對比發現等葉片間距設計對新型葉片式螺旋鋼管樁在地基承載力不均勻地基中更為合理。

  抗拔試驗數據表明，葉片間距對螺旋鋼管樁抗拔極限承載力影響顯著。等螺距設計使旋樁時葉片對土體擾動小，承載能力更高。部分樁型因葉片間距和直徑的特殊設計，其抗拔承載力表現出不同特性。此外，拆樁觀察發現，樁體拔出後葉片間土柱為剪切破壞，葉片間土體被擠壓密實，證明了新型螺旋鋼管樁在實際工程應用中的可靠性。

  二、新型葉片式螺旋鋼管樁數值模擬：驗證模型與分析參數影響

  基於 ABAQUS 軟體建立樁 - 土相互作用計算模型，採用與現場試驗相同尺寸的新型葉片式螺旋鋼管樁三維模型及場地土體三維模型。建模時，土體深度設為 2 倍樁長，半徑為最大葉片半徑的 10 倍，對模型進行區域劃分並重點加密中心區域和被葉片切割土體部件網格，單元數量控制在 40000 個左右。

  土體本構模型採用 Mohr - Coulomb 彈塑性模型，參數依據土工試驗數據取值;樁體賦予 Q235B 材料屬性，界面強度對土體強度折減，折減係數取 0.5。荷載及邊界條件方面，先對地應力計算模型施加 - 20kN 的體力，土體側向約束水平位移，除頂面自由外其他面法向約束。

  通過對比最優網格劃分條件下數值分析與物理模型試驗所得的荷載位移曲線，發現兩者較為貼合，證明所建數值分析模型能較準確反映實際承載力。

  研究葉片直徑遞變對螺旋鋼管樁承載力的影響時發現，隨著葉片直徑從上而下依次遞增，螺旋鋼管樁承載力顯著提高。例如，a2 樁型和 a3 樁型相較於 a1 樁型，抗壓極限承載力分別提高了 12% 和 28%，極限抗拔承載力分別提高了 16% 和 9%。但模擬試驗未考慮土體擾動，導致部分樁型模擬結果與現場試驗結果存在差距。

  在分析葉片直徑、間距對鋼管樁承載力的影響時，採用 b 類三葉片式螺旋鋼管樁進行對比。結果表明，葉片間距和直徑的變化會影響螺旋鋼管樁的抗拔承載力，直逕自上而下遞增的樁型對土體擾動大，實際應用時需考慮安全係數。

  三、新型葉片式螺旋鋼管樁承載力綜合分析：對比試驗與模擬結果

  採用拐點法和累計位移法判定螺旋鋼管樁極限承載力，對比現場試驗與數值模擬結果發現，多數樁型的抗壓極限承載力數值模擬結果大於現場試驗結果，差值小於 10%，但 a3、b3 樁型因模擬未考慮葉片對地基土層的擾動，差值較大。抗拔承載力方面，部分樁型模擬結果與現場試驗差距較大，數值模擬預測結果比現場試驗結果最高超出 20%，不過總體而言，數值模擬與現場試驗結果較為一致，最大差值不超過 25%，說明數值模擬在預估新型葉片式螺旋鋼管樁極限承載力方面具有較高的預測精度。

  綜上所述，新型葉片式螺旋鋼管樁的研究成果為螺旋鋼管樁在工程領域的應用帶來了新的突破。研究表明，葉片間距遞變對螺旋鋼管樁抗壓承載力影響較小，對抗拔承載力影響較大，其中 a3 樁型在地基土層不均勻的村鎮建築物中表現出色，抗壓和抗拔承載力提升顯著，造價變化小且施工效率高。拆樁分析驗證了新型螺旋鋼管樁在實際工程中的可靠性。同時，明確了葉片直徑與承載力的正相關關係以及葉片增大對地基土體擾動的影響。此外，數值模擬方法在預估新型葉片式螺旋鋼管樁極限承載力方面具有較高精度，可應用於村鎮建築地基設計。這些成果為2025年螺旋鋼管行業的發展提供了重要的技術支撐，有助於推動螺旋鋼管樁在更多複雜工程場景中的應用。

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