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螺纹桩发展浅析欧美各国对螺纹桩的应用大约可以追溯到十九世纪末，那时螺纹式异型桩以预制桩为主，桩身多为不锈钢或特种钢筋混凝土制成。1966年法国学者GustaveGrinmaud研发的全螺纹灌注桩开启了螺纹式灌注桩的时代。1971年，美国学者Tomlinson由78根桩统计得出了螺纹桩理论qsik=αСsi即同条件下，桩在饱和粘土中形成螺纹时，土体提供的承载力是传统直线型桩的1—5倍，成为螺纹式灌注桩的理论基础。我国在螺纹式灌注桩方面的研究工作开展于二十世纪九十年代，至今已涌现了多种桩型与工法的专利，形成了具有我国自主知识产权的螺纹式灌注桩新技术产业链。按照桩的桩型构造，我国的螺纹式灌注桩技术可划分为三个发展阶段：1、灌注螺纹桩成桩工艺（专利号：96119602.5）1996年李波扬、吴敏对国内外螺纹式灌注桩成桩工艺加以改进，提出了灌注螺纹桩成桩工艺。其工法步骤为:预先成孔，利用带有等直径，等螺距的全螺旋或半螺旋钻具，正向（即钻具旋转方向与钻具螺片方向相同）旋转下钻至设计深度，然后反向顺时针同步（钻具每提升一个螺距同时对应钻具旋转一周）旋转提钻，同时通过钻具芯管连续泵送混凝土，形成形态等同于钻具形态的全螺纹灌注桩。2003年8月17日，国内进行了首次灌注螺纹桩与长螺旋的对比试验，试验结果，灌注螺纹桩承载力低于同情况的长螺旋灌注桩，并发现，静载试验中灌注螺纹桩的破坏不同于传统直线型摩擦桩土破坏的模式，属于桩身受力截面（灌注螺纹桩桩芯截面）小，桩身强度低造成的桩破坏。虽然灌注螺纹桩采用桩与土体螺丝式咬合的模式提高了土的承载力，但因桩身受力截面积减小导致桩身承载力低，无法起到提高承载力的目的。2、螺杆桩（半螺丝桩，专利号03128265.2）半螺丝桩是一种上部为直杆段，下部为螺丝段的组合式桩，所以又名螺杆桩。如图：螺杆桩吸取国内外各种螺纹式异形桩的有点，其特有的成桩工法在施工中，使用大扭矩螺旋钻机，借助于专用的土层螺纹成型技术，数字同步钻进，提钻并连续泵送混凝土形成与螺片形态相似的下部螺丝桩，数字非同步技术形成上部直线型桩体。这种上段直杆，下端螺丝的组合桩型，上部桩身直杆段，受力面积较大，提高了桩身承载力，下部螺丝段，桩与土体螺丝式结合模式，变摩擦受力为剪切受力，大大提高了桩周土体的承载力，这种受力截面积上大下小的结构符合桩身附加应力分布规律，相比灌注螺纹桩及传统直线形桩，承载力得到了较大的提升。螺杆桩单桩承载力估算（经验参数法）：基本计算参数屈指来自《规范》JGJ94—2008单桩竖向极限承载力标准值计算公式：Quk=U∑qsikLi+qpkAP螺杆灌注桩（半螺丝桩）单桩承载力计算公式：Qsk1——半螺丝桩直杆段桩身极限侧阻力标准值Qsk2——半螺丝桩螺丝段桩身极限侧阻力标准值qsik——第i层极限侧阻力标准值Li——半螺丝桩在第i层土的长度βsi——半螺丝桩螺丝段在第i层土的提高系数U——桩身周长AP——桩端面积qpk——桩端极限端阻力标准值Quk=Qsk1+Qsk2+Qpk=U∑qsikLi+U∑βsiqsikLi+qpkAP螺杆桩桩身结构具有一定特殊性，比普通灌注桩更为复杂。螺杆桩螺纹段桩芯直径、螺纹段外径、螺牙厚度、螺牙看度、螺距大小，都直接影响螺杆桩的受力机理、承载力与稳定性。为了方便设计，假定螺杆桩承载力由端承力和按螺杆桩外径形成的侧面提供的侧阻力提供，提出了等效侧阻的概念。等效侧阻就是桩侧提供的承载力除以桩侧面积。3、变径全螺纹桩（ZL201420602236.8201410552720.9）变径全螺纹桩是在螺杆桩的基础上，利用全新的正向成螺技术形成的一种桩体上大下小，并且全程带有螺牙的新型螺纹桩。上大下小的分段设计符合桩身附加应力的分布规律，全程带有螺牙的桩体，极大的提升了桩周土体的侧阻力，并且成桩工艺简单，质量易于控制，钻进成桩阻力小，能适应各种土层的施工。如图：优势分析：一、桩型优势：1、竖向受力部分结构：以同样规格钻具形成的螺杆桩为对比（设计直径变径部分相同）。因各地规范规定设计直径为螺杆桩直杆部分直径和螺纹部分桩芯直径。故：上部设计直径=螺杆桩直杆直径=变径螺纹桩上部桩芯直径下部设计直径=螺杆桩下部螺纹段桩芯直径=变径螺纹桩下部桩芯直径综上所述，同样规格钻具形成的螺杆桩、变径螺纹桩竖向受力结构形态完全一致。2、上部桩体侧阻提升优势：上部桩身以设计直径为400mm、500mm螺杆桩直杆段及上部桩芯直径400mm、500mm，外径480mm、600mm的变径螺纹桩做对比（变径螺纹桩上部螺纹段长度=螺杆桩直杆段长度）：各地规范规定，螺纹桩侧阻力计算采用螺纹段的外径，同设计直径的变径螺纹桩外径比螺杆桩直杆段增加20%，桩周侧阻面积增大20%，同条件下不考虑螺纹桩侧阻力增大系数，桩侧阻力增加20%，综合桩侧阻力增大系数，上部浅螺纹段相比较螺杆桩直杆段有明显的承载力提升。以桩芯直径500mm，外径600mm，螺距200mm的变径螺纹桩为例，上部形成螺纹桩螺牙所增加混凝土约为0.017m³/m，可以忽略不计。二、工法优势：1、传统正向钻进，反向提升成螺的工艺，可以通过在钻具螺丝段下方芯杆上焊接附加构件增大芯杆直径，用以形成桩芯直径不同，桩身螺牙高度不同的螺纹桩，但因无法改变钻具螺片螺距，无法灵活改变螺纹桩桩体螺牙的螺距，对应不同的螺牙高度，达到最有效的桩体螺纹形态。正向成螺技术，可以通过改变钻具每旋转一圈时的提升速度，简单、方便的控制螺纹桩螺牙螺距。2、在不增加钻进阻力的前提下，钻进小孔，上提成大桩，以极少的混凝土增加量，形成更大直径的桩身，增加桩周侧阻面积。3、在硬度较大或硬度变化较大的粘土层中，因无法同步钻进，钻具将螺片咬合的土体剪切破坏，形成直线型桩孔，反转提升时，可能出现不成螺或者乱螺的现象。正向成螺技术、以及正向成螺钻具上用以正向造螺的最下方局部加厚增高的加大螺片，钻进时对桩周土体扰动小，且正向提钻成桩时，造螺轨迹与钻进时加大螺片对土体的剪切轨迹完全不同，可以确保杜绝不成螺及乱螺现象。4、在标贯大于60击的硬土中，螺杆钻机利用芯杆较粗，螺片较厚的螺杆桩钻具无法钻进，如果使用芯杆较细，螺片较薄的长螺旋钻具，又无法形成螺纹。正向成螺技术利用长螺旋钻具，在最下方设置加厚、增高的加大螺片，可以通过取土方式钻进到适合的持力层，正转提升形成全程带有螺牙的螺纹桩.由螺杆桩承载力计算公式可推算出变径全螺纹桩承载力计算公式：变径螺纹桩计算公式：βsi——变径螺纹桩上部浅螺纹桩在第i层土的侧阻力提高系数Qsk1——变径全螺纹桩上部浅螺纹段桩身侧阻力标准值Qsk2——变径全螺纹桩下部螺纹段桩身侧阻力标准值qsik——第i层极限侧阻力标准值Li——变径全螺纹桩在第i层土的长度βsi——变径全螺纹桩下部螺纹桩在第i层土的提高系数U——桩身周长AP——桩端面积qpk——桩端极限端阻力标准值Quk=Qsk1+Qsk2+Qpk=U∑βsiqsikLi+U∑βsiqsikLi+qpk·AP结论：自1966年螺纹灌注桩出现，螺纹灌注桩经历了五十年的发展，在我国也有了十多年的应用，桩身由全螺纹发展为结构更合理的半螺纹螺杆桩，再到技术更成熟、提供承载力更高的第三代螺纹桩型---变径全螺纹桩。功法也由利用等径，等螺距的螺旋钻具正向钻进，反向提钻灌注混凝土形成螺纹桩的传统工艺发展为传统反向提钻成螺工艺与全新的正向成螺工艺结合形成变径全螺纹桩的全新功法。变径全螺纹桩上大下小的桩身结构符合桩身附加应力分布规律，并且上部直径增大的螺丝桩体进一步提升了上部桩周土体侧阻力，由此形成了工艺简单，环保，可靠的第三代螺纹桩成桩功法—正向成螺技术体系。