螺旋桩抗拔承载力预测方法研究：基于分段位移协调迭代法与交汇收敛法的创新理论

针对传统柱桩抗拔承载力计算方法的不足，研究人员通过分段位移协调迭代法建立了螺旋桩P-s曲线预测模型，结合交汇收敛法提出极限承载力判定标准。研究揭示了螺纹结构通过改变土体破坏模式显著提升承载力，当螺距等于第二临界螺距时达到峰值。该成果为螺旋桩在抗浮工程中的优化设计提供了理论支撑。

　　

在土木工程领域，地下结构抗浮、海上高桩码头抗波浪荷载等场景对桩基抗拔性能要求极高。传统柱桩存在材料利用率低、承载力有限等问题，而螺旋桩凭借连续螺纹结构展现出显著优势。然而，当前螺旋桩抗拔承载力计算理论尚不完善，缺乏可靠的P-s曲线预测方法，制约了其工程应用。

为突破这一技术瓶颈，研究人员建立了基于分段位移协调迭代法的螺旋桩抗拔承载力计算体系。该方法将桩体划分为若干段，通过位移协调条件和双曲线模型描述桩土非线性相互作用，结合交汇收敛法判定极限承载力。关键技术包括：1）建立考虑螺纹几何参数的解析模型；2）提出三种土体破坏面形态判别准则；3）开发分段迭代算法求解非线性荷载传递方程；4）设计收敛判据自动识别承载力拐点。

研究结果部分：

1. 抗拔承载力计算模型：通过室内模型试验验证，当螺距S=50mm时，预测与实测承载力误差仅3.98%；现场试验中螺旋灌注桩预测误差为8.21%，证实方法可靠性。
2. 荷载传递机制：轴向力分布显示，深层土体提供主要侧阻力，当荷载接近极限值时，上部2.8m区段侧阻力首先达到极限状态。
3. 结构参数影响：当螺距等于第二临界螺距S_cr2时承载力最大；螺纹有效高度b₀在100-150mm、倾角η=0°时最优，可使承载力提升系数β达2.6倍。
4. 土体参数效应：内摩擦角φ增大显著提升β值，当φ从20°增至40°时，β从1.58升至2.15；而桩土刚度比E_p/E_s对β影响有限。

结论表明，该研究提出的理论方法能准确预测螺旋桩非线性变形特性，揭示其"螺纹嵌锁效应"的力学本质。当S=S_cr2时，相交的对数螺旋破坏面使土体抗力最大化。工程应用建议采用L/D=10-20、E_p/E_s=15-20的优化参数组合。研究成果发表于《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》，为螺旋桩在抗浮工程中的标准化设计提供了重要理论依据，对推动绿色桩基技术发展具有显著意义。