扩底式斜支撑受压承载性能试验与数值研究

Static Load Test and Numerical Investigation on Compressive Bearing Capacity of Belled Tilted Strut

摘要

为研究扩底承载式斜支撑支护技术性能，开展了现场单桩静载试验，探究扩底斜撑在中密粉砂夹粉土持力层中的承载特性.试验发现Q-s曲线呈现缓变型发展模式，扩底斜撑呈现出典型的端承桩特性.通过开展超越试验荷载范围的三维数值模拟并进行单因素分析，确定单根扩底斜撑的承载性能影响关键设计因素.分析结果表明，应根据现场工程地质条件合理选取底端持力层，考虑钢管混凝土细长比，综合确定合理的支撑长度，在不影响工程难度和邻近工程桩安全性的条件下增大夯扩体体积可显著提升扩底斜撑的承载性能.研究结果可为扩底式斜支撑的工程应用提供计算和设计依据.

Abstract

To investigate the performance of the belled tilted bracing， field static load tests were conducted on single piles to explore the bearing characteristics of the belled tilted strut with a bearing stratum of medium-dense silty sands. The results revealed a gradually varying Q-s curve development pattern， indicating that the strut exhibited typical end-bearing pile behavior. Three-dimensional numerical simulations exceeding the in-situ test load range were performed for single parametric analysis to identify key design factors influencing the bearing capacity of one belled tilted strut. The analysis demonstrates that the bearing stratum at the pile tip should be rationally selected according to the site geological conditions， and the reasonable bracing length can be comprehensively determined considering the slenderness ratio of concrete-filled tube. Additionally， increasing the bearing base volume significantly enhances bearing performance without compromising construction efficiency or adjacent pile safety. These findings provide guidance for the design and calculation of practical applications of belled tilted struts.

Graphical abstract

关键词

扩底承载式斜支撑 / 受压性能 / 静载试验 / 有限元分析

Key words

belled tilted strut / bearing capacity / static load test / finite element analysis

近年来，基坑新型支护技术得到了广泛的关注和重视.为适应不同的施工环境，确保基坑施工、主体地下建筑物结构物及周边环境的安全，弥补原有支护技术存在的缺点与不足，研发安全可靠的新型支护技术很有必要^［1-2］.

本研究着眼于目前一种新兴的基坑支护技术—扩底承载式斜支撑支护体系.该技术中斜支撑首先将钢管斜向插入坑内地层中，随后通过钢管内部向底端进行填料夯实，并向钢管内部填注混凝土，通过顶部与冠梁连接，形成了用于控制围护桩墙变形的大刚度支撑结构.该技术在多个工程应用得以实践后，相关的工艺指导和要求可参考已发布并实施的技术规程——《扩底承载式钢管混凝土斜支撑技术规程》（T/CSRME 042—2024）^［3］.

该技术是将异形桩型作为载体桩，斜向运用在基坑围护体系中.针对载体桩竖向承载机制问题，王继忠^［4］认为其端部载体是自上而下强度刚度逐渐降低的层层外扩复合地基，将其荷载传递路径等效为扩展基础的形式.在此基础上，张学元等^［5］总结了目前载体桩施工工艺的演变情况，分析了端部载体的等效计算面积的取值依据合理性，以及竖向抗拔和沉降计算过程中载体的影响范围判定问题.李广信等^［6］通过现场开挖观测和模型试验，曾以高度可视化的手段查明了土体在夯击过程中的挤密范围和程度，研究结果表明在黏土和砂土持力层中，端部夯扩形成的载体性状接近椭球体，并且随着密实度增大，载体会越接近球形.据此，后续大部分研究工作都是基于夯扩体形状近似为球形的假设前提来开展的.国内外学者根据不同的用途，针对其竖向抗压、抗拔以及水平向的承载性能，从工程实践、理论分析、原位或室内试验等角度开展了大量的分析，也通过数值模拟开展了较多研究^［7-10］，拓展了该类桩型在岩土工程领域的应用范围.但斜向布设于岩土体的构件承载性能与垂直服役的桩体存在显著差异，目前斜向埋设的载体桩受压承载力和承载性能存在研究空白.

本研究采用原位测试和数值模拟手段，旨在揭示在全长埋置于岩土体中，即基坑未开挖状态、斜撑顶部未与围护结构相连接、地下水未处理的条件下，单根扩底斜撑的正截面受压极限承载力与承载性能，为技术的应用推广和基坑工程实践提供参考.

1 依托工程背景

本研究依托工程为昆山市一住宅楼开发项目，拟建建筑主要为9栋高层住宅楼及部分裙楼、地下车库及其他附属设施.本研究主要针对地下室基坑开挖部分涉及的构件静载试验展开讨论分析.

1.1 基坑工程概况及围护条件

工程基坑面积约为15 600 m²，周长约为736 m.二层地下室区域的基坑开挖深度为8.6~10.3 m.

采用钻孔灌注桩作为主要围护结构，两层地库基坑大部分采用一道扩底承载式斜支撑，局部角部采用一道水平混凝土支撑的支护型式.

1.2 工程及水文地质条件

根据本次勘探揭露，结合区域地质资料，本场区勘察深度范围内揭露的地基土层自上而下的分布情况如图1所示.

2 现场静载荷试验

2.1 试验方案

采用静载荷试验对扩底斜撑的受压承载力进行检测.参考单桩竖向抗压静载试验原理及流程^［11］，在试撑上部露出端逐级施加沿着斜撑轴线方向的压力，观测斜撑顶部随时间产生的位移以确定构件的抗压承载力.依托实际工程进行了3组单撑竖向静荷载试验，试验编号分别为JZ1、JZ2、JZ3.三根检测斜撑长度均为16 m，采用Q235型钢管，直径426 mm，壁厚10 mm，斜向插入角度为45°，钢管内的混凝土强度等级为C30.斜撑底端持力层为粉砂夹粉土层.

根据工程围护体系初步设计要求，斜撑构件在工程中设计的承载值为976 kN，故本次试验将最大加载量定为2 000 kN.

2.2 测试原理与方法

采用每级2 h慢速维持荷载法进行试验，使用压重平台反力装置作为加载方式.测试原理接近检测斜撑实际工作条件，如图2所示.斜撑斜向45°插入土体中；千斤顶安放于检测斜撑顶部居中，千斤顶行程上方抵住边坡圈梁牛角撑，边坡上方堆置配重；检测斜撑一侧稳固安装一根基准桩，基准桩上分别安装压力计与位移计.荷载测量由并联于千斤顶油路的压力传感器测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载.

参照建筑桩基静载测试方案和内容开展本次扩底斜撑静载试验，仅改变加载和位移两侧方向，由竖向变为斜向45°，沿斜撑轴向加载并测量位移.现场载荷试验情况如图2所示.

2.3 试验结果

2.3.1 测试结果数据

对三组扩底承载式斜支撑静载试验结果进行总结，检测斜撑的荷载-位移关系见表1.

初始位移变化速率偏大的检测斜撑，加载至最大荷载以及卸载后的斜撑顶部累计沉降量都是三根检测斜撑中最大的.至终止加载最大荷载2 000 kN作用下，三组试验中最大位移量仅为14.54 mm，最小值11.06 mm，位移量相差3.48 mm.位移差值的来源可能包括：实际测试中三组斜撑需要保持一定的距离进行测试，测试位置的地层分布差异，以及桩体贯入与夯实等施工水平无法保证完全一致.但总体来说，在测试荷载水平下三根检测斜撑的承载能力无显著差异，均未达到变形控制条件，检测斜撑也未出现破坏性状或前兆.加之卸载回弹过程的曲线也较平稳，最大残余位移量为7.59 mm，最大回弹量为7.28 mm，最大回弹率为54.07%，三根检测斜撑回弹率均在50%左右，表明斜撑仍有一定的承载能力并未充分发挥.

2.3.2 Q-s曲线

本次试验得到的Q-s曲线如图3所示. 图中呈现缓变型发展趋势，位移随荷载的变化速率较统一，各级位移均匀，无明显的曲率变化点，且无明显拐点.随着荷载值的持续上涨，位移的变化速率略微增大.

荷载-位移（Q-s）曲线的形态受众多因素影响，其中包括斜撑侧向土层和端部持力层的地基土性质、扩底斜撑的形状尺寸等^［12］.荷载-位移曲线是扩底斜撑和土之间荷载传递效果的综合反映，检测斜撑侧阻力和桩端阻力的发挥性状的联合表现^［13-14］.对于等直径桩基来说，桩侧阻力一般先于桩端阻力发挥，因此Q-s曲线的前段主要受侧阻力制约，而后段则主要受端阻力制约.但对于本研究中的扩底承载式斜支撑，底部支承于较硬持力层上，并对端部进行了扩底，端承力占承载力的主导部分，但由于本次静载试验是在未进行土方开挖的条件下进行的，检测斜撑的埋设长度为全长，侧阻力的发展程度同样不容忽视，本次试验中斜撑Q-s前段同时受侧阻和端阻性状的制约.

2.3.3 s-lgt曲线

三根检测斜撑的s-lgt曲线发展趋势相似，故选取JZ1试验结果进行展示.由图4可以看出，s-lgt曲线平稳发展，各级荷载下的曲线近似水平，仅在最大加载量2 000 kN条件下，曲线出现倾斜度略微增大的现象，但整体仍未呈现出明显转折和向下弯曲的破坏表现，表明扩底斜撑在试验荷载范围内各级荷载作用下斜撑均能快速达到稳定状态，各级荷载之间的稳定时间差异不大^［15］.

根据试验结果，三根检测斜撑抗压极限承载力取最大加载值2 000 kN.三根检测斜撑Q-s曲线皆呈缓变型，在斜撑顶部2 000 kN的轴向压力作用下，扩底斜撑-土体系未达到破坏状态，荷载达到极限承载力后持续增长，并不会导致斜撑的突然失稳和位移的显著增大，即承载力并未真正达到极限，因而本次静载试验得到的极限承载力数值仅为该具体工程上根据实际需要测得的极限承载力.

3 承载性能的有限元分析

采用数值分析方法研究桩-土相互作用问题，可弥补试验重复成本高、周期长的缺陷.面临单根扩底斜撑轴向受荷机理暂不清晰的问题，开展对其加载过程的数值模拟研究，利于查明扩底斜撑的抗力、位移发展特征.

3.1 数值模型建立

主要考虑扩底斜撑在轴向荷载作用下的工作特性，对建立的撑-土系统模型作如下假定：1）认为斜撑杆件断面是理想的圆形，端部夯扩体为规则的球形；2）撑-土材料均为各向同性材料，密度分布均匀；3）相较于地基土，钢筋混凝土斜撑结构和夯扩体的刚度很大，变形很小，采用混凝土和钢材的弹性本构关系，忽略结构材料的塑性行为.

3.1.1 钢管混凝土与地基土模拟

本文研究对象扩底承载式斜支撑，是斜向插入土体，承受斜向荷载，延伸方向、受荷方向与重力方向不一致，无法使用二维（旋转）对称模型进行模拟，故从模拟对象的特殊性和模拟结果的可靠性方面考虑，建立三维有限元模型进行计算分析.

试验地基土的建模范围包括桩体轴向受压条件下的应力、变形影响区域.经过文献调研^［16］和试算，将模型平面边界设置在斜撑平面布设区域以外10倍桩径以外，地基土厚度取桩端深度2倍范围，即平面范围27.5 m×10 m×22 m，如图5所示.单根扩底斜撑静载试验的所需场地范围较小，结构受荷发展的变形范围有限，在该范围内，工程场地土层顶底面起伏很小，近似水平分布，故建立的静载试验有限元数值模型根据试验场地最近钻孔的土层进行水平分布模拟.

本研究采用统一的一种本构模型，硬化土模型对场地黏性土及砂粉土进行模拟.目前暂无针对昆山市的工程实践展开的典型土层数值模拟本构选取和取值的研究报道，故根据地域的远近，参考了王卫东等^［17］和刘书斌等^［18］分别基于上海市和无锡地区土层的数值模拟地层取值参数的研究建议进行模型取值.将以上研究针对砂粉土和黏性土的分析结论应用于本次数值模拟的土体参数取值.模拟采用的地基土的物理参数与强度参数见图1.

根据扩底斜撑的现场实践情况和规范建议计算设计方法，使用“钢管混凝土统一理论”，把钢管混凝土斜撑杆件视为组合材料^［19］，故静载试验中单根扩底斜撑结构由钢管混凝土斜撑和夯扩体2个部件组成.

相较于地基土，钢筋混凝土斜撑结构和夯扩体的刚度很大，变形很小，采用混凝土和钢材的弹性本构关系，根据截面等效刚度计算公式，建立钢管混凝土的弹性本构关系，忽略结构材料的塑性行为和套箍效应.

在数值模型中，对顶端底面以上增加了0.5 m长度以方便对斜撑顶部进行斜向加载.采用Q235钢材和C30混凝土的物理性质组合计算定义钢管混凝土构件，等效截面刚度和密度按照式（1）进行计算：

EA=E_{\mathrm{S}}{A}_{\mathrm{S}}+E_{\mathrm{C}}{A}_{\mathrm{C}},\rho A={\rho }_{\mathrm{S}}{A}_{\mathrm{S}}+{\rho }_{\mathrm{C}}{A}_{\mathrm{C}}（1）

得到钢管混凝土的等效弹性模量和密度分别为E=5.07×10⁴ MPa，ρ=2.99 g/cm³.

对于夯扩体的模拟，由于夯扩体成分中包含填充的干硬混凝土和挤密的土体，本文也将按照前人的方法，将其假定为均质非多孔材料，将C30干硬混凝土的弹性模量折减50%作为夯扩体的性质输入建立模型.

扩底承载式斜支撑的承载性能模拟需要在斜撑结构外表面和夯扩体表面分别设置和土体的接触面.根据周围土层的强度刚度属性并进行90%折减来定义桩土界面的性质.并经过试算得到的界面切应力结果，与各层地基土能够提供的理论侧限力对比，二者的小值确定为界面容许的最大切应力^［20］.

3.1.2 模型验证

为了验证有限元模型计算的合理性与准确性，根据三根检测斜撑的静载试验结果与模拟得到的计算结果进行比对.

如图6所示，模拟得到的Q-s位移曲线仍表现为缓变型，与试验曲线发展趋势相同.当加载至静载试验 最大荷载2 000 kN时，模拟得到的位移值为13.85 mm，而三根检测斜撑的最大位移平均值为13.04 mm，变形结果十分接近.总的来说，有限元计算结果准确度较高.

3.2 承载性能分析

结合数值模拟可视化手段补充揭示在工程设计荷载下扩底承载式斜支撑的承载特点.

3.2.1 斜撑及周围地基土位移

由于结构和土体主要沿着斜撑轴线斜向受力，使用水平和竖直方向的变形位移分力无法完全描述其行为，故使用总位移来评估分析各级荷载下扩底斜撑和周围土体的承载性能.以400 kN为荷载间隔量的各级荷载作用下，得到模型整体土体的位移云图，如图7所示.所有模型使用同一图例，最小位移 0 mm，最大位移14 mm.可以看出土体和斜撑顶部的位移量都在逐级增长，随着斜撑顶部荷载持续增大，土体的位移区域呈现，以斜撑顶部为中心的偏心漏斗形逐渐外扩和加深（沿着桩身斜向下方向）.

图8将以上的三维结果进行切片，从扩底斜撑中心轴线位置进行剖面处理.从剖面桩体及土体的位移矢量中可以看出：可观位移量的土体范围基本限制在桩体周围很小范围内，并且桩身周围的土体位移方向基本沿着桩体轴线斜向下方向，即在侧摩阻力作用下随着桩体发生位移；夯扩体以下有一定距离的土体，位移方向呈现出一定的发散性分布特点，也符合扩底桩和载体桩的承载特征.

可以看出，整个模型中扩底斜撑由斜撑顶部至桩端位移变化较大，桩头发生最大位移，桩身位移量逐渐降低，说明应力由于侧摩阻力的存在逐渐向外扩散，并且桩身的差异位移量表明桩身发生了一定的压缩，由于对结构体的线弹性假定，在数值模拟中这种高荷载条件下，小程度的变形是可能发生的.此外，由该图可以得到，与钢管混凝土桩身相比，夯扩体的位移量较低，说明附加应力经过夯扩体扩散至持力土层时，已达到很大程度的衰减，桩身的荷载因端部体积的扩大与桩底土体的夯实加固得到了极大的缓解，承载力得到了较高的提升.

3.2.2 抗力分布特征

图9是不同荷载等级下斜撑轴力沿着轴心方向的分布情况，可以看出桩身轴力沿着斜撑中心轴线斜向下方向呈现逐渐减小的规律，是由于荷载逐渐通过桩身侧摩阻力从桩身传递给桩周土体，但当荷载传至斜向钢管混凝土底部的夯扩体时，轴力仍很大，表明扩底斜撑呈现出端承桩的特征.各级荷载下的轴力发展规律相似：从斜撑顶部开始，荷载衰减幅度极低并随深度逐渐增大；在桩身中部，埋藏于砂层土中区段轴力衰减速率最大；接近钢管混凝土底端与夯扩体相连接区域的轴力转移速率又逐渐降低.并且各曲线之间横向对比，随着斜撑顶部荷载增大，底端的轴力衰减的数值上升，表明侧摩阻力发挥程度更高.与静载试验中分析结果相同，各阶段的Q-s曲线形态都同时受侧阻力和端阻力制约.

从数值上来说，扩底斜撑穿过了地基上层填土和黏性土层，进入了工程特性相对较好的砂性土层— 粉砂夹粉土层作为持力层，以获取较高的承载力和变形控制能力.扩底承载式斜支撑与其他桩体相比，桩径相对偏小，侧表面与周围土体接触面积比普通桩体小，且端头进行了夯实扩大，在较密实、坚硬的砂层中能够发挥端阻力的范围远远大于钢管侧表面，故扩底斜撑的侧摩阻力发展程度明显低于端阻力.

对于斜撑轴力的分析结果，在图10侧摩阻力的分布曲线图中也可以直观地得出.侧摩阻力在不同性质的土层中发挥差异明显.在上层填土和黏土层中，各级荷载下的侧阻力分布线基本在20 kPa范围交叉重叠，根据昆山市地区工程勘察测试调研，表层黏土和粉质黏土层中针对预制桩的桩侧极限摩阻力标准值一般不超过45 kPa，与本次模拟的结果相符.但进入砂土层后，随着桩顶荷载增大，侧摩阻力水平显著增长.

此外，从图10中可以看出，当斜撑顶部荷载达到1 600 kN后，各深度处的侧摩阻力不再呈现大幅增长现象，侧摩阻力最大值差异也保持在较低水平，说明扩底斜撑的桩侧阻力在荷载为1 600 kN时已基本充分发挥，此后再增加荷载无法显著提升桩侧摩阻力，转为由桩端夯扩体及以下持力层土体承受附加应力增量.

扩底斜撑的端阻力是其受压承载力的重要构成部分.根据数值模拟结果统计了桩端阻力随着斜撑顶部轴向荷载的变化曲线，并对其进行了线性拟合，得出桩端阻力在试验范围的荷载下贡献了约69%的受压承载力，并且随着荷载增加，桩端阻力的承载比例也在逐渐增加.

3.3 承载力影响因素分析

基于前述研究分析所建立的单撑受压承载三维有限元模型，通过改变其扩底斜撑的截面尺寸、长度以及端部夯扩体体积以研究单因素对扩底承载式斜支撑受压承载力的影响.

3.3.1 钢管混凝土斜撑截面尺寸的影响

考虑相同的地层条件、扩底斜撑长度、承载体体积以及边界加载等模型设置，仅改变钢管混凝土均质体的截面尺寸，建立4组模型进行了静载试验分级加载至大变形的模拟.桩径取值参考常用钢管规格，以100 mm为规格差异，4组桩径取值分别为：325 mm（DN300）、426 mm（DN400）、530 mm（DN500）、630 mm（DN600）.钢管壁厚都取10 mm，并以此计算含钢率调整建模中结构材料物理力学性质.根据4组分级加载模拟结果，绘制出了不同斜撑截面尺寸条件下的斜撑受压Q-s曲线，如图11所示.

管径从325 mm增长至630 mm，几乎加倍的管径变化趋势下，荷载-位移曲线的发展趋势基本一致，各级荷载下的斜撑顶部沉降量都随截面尺寸的增大而逐渐降低.但差异主要存在于低荷载条件下，即侧摩阻力的贡献区间，截面尺寸造成的承载性能差异稍明显一些；随着荷载不断增大，端阻力的作用快速显现，截面尺寸对端阻力基本无影响，因此Q-s曲线后段4条曲线逐渐接近，在极限承载力 2 400 kN条件下，截面尺寸325 mm和630 mm的扩底斜撑顶部位移量只相差1.8 mm，表明通过扩大扩底斜撑半径来提高其承载力的效果不明显，验证了扩底斜撑承载以端阻力为主、侧阻力为辅的特点.因此不建议通过增大截面尺寸来提高扩底斜撑的承载能力.

3.3.2 钢管混凝土斜撑长度的影响

仅考虑钢管混凝土斜撑长度为变量，讨论桩长对扩底斜撑极限承载力的影响.共对5组等差斜撑长度取值并进行建模分析，分别为12 m、14 m、16 m、18 m、20 m，长度的变化会改变斜撑底部夯扩体的深度和提供端阻力的持力层，各斜撑长度对应的插入深度和扩底斜撑持力层都列在表2.

由图12并结合表2可以看出，随着斜撑长度从12 m增长至20 m，扩底斜撑的受压承载性能并非呈现逐步增加或降低的简单趋势，原因在于长度的增加，载体的持力层在粉土层、粉砂层之间多次改变，两种土的力学特性存在一定的差异.当长度由12 m 增至14 m 时，夯扩体持力层由⑥粉土夹粉质黏土变为⑦粉砂夹粉土层，后者相对于前者的抗剪强度有所提高，且夯扩体所在深度增加，其下土体的上部土覆重逐渐增大，土体的应力状态改变也会一定程度地增加土体的承载性能；而当斜撑长度在14~18 m范围内时，持力层未发生变化，都在⑦粉砂夹粉土层中，随着桩长增大，土体的承载性能只发生了微弱的提升；最后当长度增长至20 m时，持力层又转为⑧粉土夹粉质黏土层，该层土体相较于6层和7层抗剪强度稍低，但弹性模量以及上部覆重增大，故在各级荷载作用下，该工况的位移量有略微增长，但差异并不显著.

综上，通过改变长度来实现扩底斜撑承载力的改变，从本质上来说是更改夯扩体持力层，埋深越大和抗剪强度越高的持力层土体能够为扩底斜撑提供更高的承载力.应根据现场工程地质条件合理选取持力层，并考虑相关规范要求的钢管混凝土细长比，综合确定合理的扩底斜撑长度.

3.3.3 端部夯扩体体积的影响

根据扩底斜撑的承载机理分析，夯扩体是以端阻力的形式将荷载传递至下卧持力层的重要组构，故夯扩体尺寸是影响扩底斜撑承载性能的重要因素.考虑夯扩体因填料量发生了尺寸上的变化，建模分析夯扩体体积对扩底斜撑承载性能的作用.结构和土体的性质参数不发生改动，夯扩体体积变量取值考虑为3 m³、4 m³、5 m³、6 m³、7 m³、8 m³.

图13是针对不同夯扩体体积条件下，数值模拟得到的扩底斜撑受压极限承载力计算结果，对每个模型加载到了桩头大变形破坏对应的试验终止条件，破坏前对应的加载等级即为极限承载力.由图13可知，夯扩体体积的由小增大，引起了承载性能的显著提升，包括变形的控制和极限承载力的提高.在相同的工程地质条件下，端阻力随夯扩体体积逐步增长.但在实际工程中，承载性能并非唯一工程目标，需考虑夯扩体增大带来的现场施工难度和工程成本增加，以及对邻近扩底斜撑或工程桩产生影响等问题，需要将夯扩体的填料量和夯实体积控制在合理范围内.

4 结 论

本研究主要开展了昆山市某采用扩底承载式斜支撑体系的基坑工程进行的静荷载试验，并基于静载试验进行了试验过程和持续加载直至破坏的三维数值模拟研究，对扩底斜撑在中密粉砂夹粉土持力层中的承载特性进行深入探讨，得到如下结论：

1）评估了扩底斜撑在中密砂持力层中的正截面承载表现，其Q-s曲线呈现相似的缓变型发展模式，s-lgt曲线平稳发展，检测斜撑回弹率较高，桩与土体破坏特征点不明显，说明了扩底斜撑具有较高的承载能力.

2）扩底斜撑呈端承桩的特征.随着斜撑顶部荷载增大，由浅层向深部的侧阻力发挥程度逐渐提升，侧阻力通常比端阻力先达到发挥极限；端阻力的承载占比随顶部荷载增大而持续增长.

3）通过开展扩底斜撑设计单因素对其受压承载力的影响分析，发现通过扩大扩底斜撑桩径来提高其承载力的效果不明显，应根据现场工程地质条件合理选取持力层，并考虑钢管混凝土细长比，综合确定合理的扩底斜撑桩长，在不影响工程难度和邻近工程桩安全性的条件下增大夯扩体体积，可显著提升扩底斜撑的承载性能.

而该构件的实际服役状态，需要与围护桩顶部相连接，并且基坑土方开挖后，斜撑的侧阻力发挥段减少，端阻力也会有所降低，需要与围护体系的形状开展共同耦合研究，这是本研究的后续计划开展内容.

参考文献

[1] 王卫东，徐中华 ．深基坑支护结构与主体结构相结合的设计与施工［J］．岩土工程学报， 2010， 32（）： 191-199．

[2] WANG W D， XU Z H. Design and construction of deep excavations supported by permanent structure［J］. Chinese Journal of Geotech nical Engineering， 2010， 32（Sup.1）： 191-199．（in Chinese）

[3] WANG R S， YANG H， NI P P，et al ．Model test and numerical simulation of a new prefabricated double-row piles retaining system in silty clay ground［J］. Underground Space，2023，13：262-280．

[4] 扩底承载式钢管混凝土斜支撑技术规程： T/CSRME 042—2024 ［S］. 北京： 中国标准出版社， 2024.

[5] Technical specification for tilted strut of concrete-filled steel tube with belled bearing base：T/CSRME 042—2024 ［S］. Beijing： Standards Press of China， 2024.（in Chinese）

[6] 王继忠. 载体桩技术的诞生与发展［J］. 建筑结构， 2008， 38（4）： 118-119．

[7] WANG J Z ．Birth and development of carrier pile technology［J］．Building Structure， 2008， 38（4）： 118-119．（in Chinese）

[8] 张学元，肖成志，王子寒 ．载体桩单桩竖向承载力学性能研究进展［J］．水资源与水工程学报，2021，32（6）：163-169．

[9] ZHANG X Y， XIAO C Z， WANG Z H. A review of research on vertical bearing capacity of single pile with ram-compacted bearing sphere［J］. Journal of Water Resources and Water Engineering， 2021， 32（6）： 163-169．（in Chinese）

[10] 李广信，仇凯斌 ．载体桩夯扩的影响范围研究［J］．工程勘察，2009，37（）：21-25．

[11] LI G X， QIU K B. Study on the influence range of rammed expansion of carrier pile［J］. Geotechnical Investigation & Surveying， 2009， 37（Sup.1）： 21-25．（in Chinese）

[12] MAJUMDER M， CHAKRABORTY D， KUMAWAT V ．Model test study on single and group under-reamed piles in sand under compression and tension［J］. Innovative Infrastructure Solutions，2021，7（1）：129．

[13] 周航， 刘汉龙， 丁选明， 等. 基于球孔扩张理论的软黏土中载体桩桩端挤密加固效应［J］. 土木与环境工程学报（中英文），2020， 42（6）： 1-10．

[14] ZHOU H， LIU H L， DING X M，et al. Compaction and reinforcement effect at the pile end of carrier pile in soft clay based on spherical cavity expansion method［J］. Journal of Civil and Environmental Engineering，2020，42（6）：1-10．（in Chinese）

[15] YAO W J， XIAO L ．Analytical solutions of deformation of uplift belled group piles considering reinforcement effect［J］. KSCE Journal of Civil Engineering，2019，23（3）：1007-1016．

[16] GAO G Y， GAO M， CHEN Q S，et al ．Field load testing study of vertical bearing behavior of a large diameter belled cast-in-place pile［J］. KSCE Journal of Civil Engineering， 2019， 23（5）： 2009-2016．

[17] 建筑基桩检测技术规范：JGJ 106—2014 ［S］. 北京： 中国建筑工业出版社，2014．

[18] Technical code for testing of building foundation piles：JGJ 106—2014 ［S］．Beijing：China Architecture & Building Press，2014．（in Chinese）

[19] 史永跃，王奎华，董天文，等 ．真空负压静力试桩方法关键技术试验研究［J］．岩土力学，2020，41（5）：1699-1708．

[20] SHI Y Y， WANG K H， DONG T W，et al. Study of key technologies of vacuum negative-pressure static pile load test［J］．Rock and Soil Mechanics，2020， 41（5）： 1699-1708．（in Chinese）

[21] ZHANG X L， ZHANG X W， XU C S，et al. The calculation method of vertical bearing capacity of pile foundation considering cyclic weakening effect of soft clay［J］. Computers and Geotechnics， 2024， 172： 106422．

[22] 文磊， 刘钟， 马晓华， 等. 粉土地基中劲性复合桩抗压承载特性与荷载传递机制研究［J］. 岩土力学， 2024， 45（2）： 511-524．

[23] WEN L， LIU Z， MA X H，et al ．Compressive bearing capacity and load transfer mechanism of stiffened deep cement mixing pile installed in silt［J］．Rock and Soil Mechanics，2024，45（2）：511-524．（in Chinese）

[24] 边晓亚， 郑俊杰， 徐志军， 等 ．考虑失效准则和沉降控制条件的基桩可靠度分析［J］．湖南大学学报（自然科学版）， 2015， 42（9）： 110-115．

[25] BIAN X Y， ZHENG J J， XU Z J，et al. Reliability analysis of foundation piles considering different failure criteria and settlement control requirements［J］. Journal of Hunan University （Natural Sciences）， 2015， 42（9）： 110-115．（in Chinese）

[26] 郭鑫 ．填海区大直径超长灌注桩承载性能及施工技术研 究［D］．石家庄：石家庄铁道大学，2021．

[27] GUO X. Research on the bearing performance and construction technology of the large-diameter and super-long bored pile in reclamation area［D］. Shijiazhuang：Shijiazhuang Tiedao University， 2021．（in Chinese）

[28] 王卫东，王浩然，徐中华 ．基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究［J］．岩土力学，2012，33（8）：2283-2290．

[29] WANG W D， WANG H R， XU Z H ．Experimental study of parameters of hardening soil model for numerical analysis of excavations of foundation pits［J］. Rock and Soil Mechanics，2012，33（8）： 2283-2290．（in Chinese）

[30] 刘书斌， 王春波， 周立波， 等. 硬化土模型在无锡地区深基坑工程中的应用与分析［J］. 岩石力学与工程学报， 2014， 33（）： 3022-3028．

[31] LIU S B， WANG C B， ZHOU L B，et al. Application and analysis of hardening soil model in deep foundation pits in Wuxi district［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2014，33（Sup.1）： 3022-3028．（in Chinese）

[32] 张玉芬， 李栋磊， 方永坚. 复式钢管混凝土墩柱轴压性能及承载力提高分析［J］. 工程力学， 2025， 2（1）： 209-222.

[33] ZHANG Y F， LI D L， FANG Y J. Axial compression performance and bearing capacity improvement of composite concrete filled steel tube pier［J］. Engineering Mechanics， 2025， 2（1）： 209-222.（in Chinese）

[34] 赵天驰， 费纬， 朱火根. 软土地区地下室基坑注浆斜撑设计方法研究［J］. 岩土工程技术， 2018， 32（6）： 306-312．

[35] ZHAO T C， FEI W， ZHU H G. Study on the design method of grouting steel inclined support in the foundation of clay area［J］．Geotechnical Engineering Technique， 2018， 32（6）： 306-312．（in Chinese）

基金资助

中铁二局合作科研项目(ZTEJ-CT-SSG-6-JS20)

Research Project of China Railway(2 Engineering Croup Co)

Ltd(ZTEJ-CT-SSG-6-JS20)

广州地铁合作科研项目(JT204-100111-23001)

Research Project of Guangzhou Metro Group Co., Ltd(JT204-100111-23001)

中建西勘院合作科研项目(C2021-0264)

Research Project of China Southwest Geotechnical Investigation & Design Institute Corporation Limited(C2021-0264)