摘要：随着我国城市化建设的逐步加深，越来越多的摩天大楼、跨海跨江大桥、高速公路铁路出现在我们建筑工作者面前。对于这些超高、超大、跨度超长的建筑，除了考虑其上部结构的稳定性外，其地基及基础的稳定性也十分重要。特别是在上海、武汉、福州等地质条件较差的软土地区，又或者是对于海上桥梁、石油钻井平台的修建等，都需要对地基的承载力和基础沉降量进行严格的控制，防止因地基承载力不足或基础产生较大变形对上部结构造成破坏。对此，工程上往往会采用超长桩基础作为上部结构的基础形式，并且已经取得了较好的实际效果。例如坐落于珠三角地区的环球贸易中心，就采用了70多米长的钢管桩基础等。
关键词：超长桩；竖向；承载力
一、超长桩概述
由于科学技术的不断革新以及全球化市场的不断开拓，人们对超高层建筑以及大跨度桥梁等大型工程的需求不断增长。然而这些工程建造难度大，它们高且重，沉降方面更是严格要求，因此对桩的要求也更高。当地基承载力不足，不能随意改变桩并且桩的数量与其直径不能增加时，可以通过增加桩的长度来适应大型工程的高要求，所以超长桩备受工程师们的欢迎。
我国有许多如上海，武汉，天津等土质不良的区域，由于经济发展的需要，在上海，世贸中心还有金茂大厦这类地标建筑都采用了钢管桩，并且桩的入土深度高达八十米；在浦西的港汇大厦，工程师采用了钻孔灌注桩作为建造基础，其深度高达八十五米；由于福州的土层和其他地域略有不同，它的淤泥层深达五十米，因而一般桩型无法满足其建造需求，工程师们通常在持力层中使用风化岩制成的六十米以上的桩基。如龙泉大厦采用桩长56m-68m。另外超长桩在天津的应用也相当广泛，在许多大型建筑和地标性建筑物中都能找到其使用痕迹，诸如华信大厦，海河大桥，欧加华国贸中心大厦等工程中都应用了超长桩。
关于超长桩，至今没有统一的标准。主要有以下几个定义：赵锡宏等认为桩长L>50m;刘金砺认为桩长L>40m；还有其他一些学者在其所著书中认定桩长在超过50m的同时，桩径比也必须超过50。不仅在理论层面，在具体施工中，人们对超长桩的定义也各有不同，桩的长度和长径比只要有一项超过50m，就可以认定为超长桩。总而言之，人们对超长桩的定义五花八门，但在这些差异中也有一致的地方，我们可以将其主要分为两类，第一类是是依据桩长进行判定，第二类是桩长和桩径共同考虑。两者区分点在于侧重点是施工因素还是荷载能力。
目前超长桩的实际应用非常广泛，但从理论层面而言，人们尚未探明其荷载传递机理，导致超长桩和普通桩在计算方法上没有任何区别，这样其实有很多问题，即使在理论层面上做好了超长桩的设计，在实际施工中并不那么合适。所以继续加强对超长桩的荷载传递机理以及承载特性分析，不仅可以促进桩基础理论的进步，还能满足实际施工的需要。在以往对桩基的研究中，人们往往将侧重点放在竖向承载强度上，但是对其横向承载能力没有过多研究。但是像港口桥梁这种工程会承受更大的横向压力，因而需要使用超长桩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆地基土体是土体在漫长的岁月中不断沉积而来的，因此具有层状特征。由于其沉积的时期相当长，在此期间地质环境会不断发生变化，每个土层之间的差异性较大。在日常施工作业当中，均一土层相当罕见，因此要根据实际情况设计工程桩，尤其要考虑土层差异性对横向承载桩的影响。
二、超长桩竖向承载力理论
1.普通桩受力原理
对于普通单桩，一般认为其受力主要由两部分组成，即桩体侧面与土体发生相对滑移时所产生的桩侧摩阻力和由于桩端被压缩，端部土体产生抵抗作用而形成的桩端摩阻力。由于桩体的长度有限，其摩阻力是在桩顶部受到外力的一瞬间就同时产生，故此时桩侧摩阻力和桩端摩阻力可以被认为是同时发生、同时结束的，两者之间不存在一个异步的过程。这使得在计算一般桩体的极限承载力时，不需要考虑时间效应，只需分别求出桩侧摩阻力和桩端摩阻力进行叠加就行，且由于荷载较小，不需要考虑桩体和土体的塑性变形作用。
2.基于荷载传递法的超长桩受力原理
对于超长桩来说，其受力特性与普通桩存在较大的差异，故其承载力计算也较一般桩更为复杂。由于超长桩的桩长一般较长（一般大于50m），当受到上部竖向荷载作用时，桩体侧摩阻力是逐渐由上而下产生的，必须考虑不同时间段的侧摩阻力和端摩阻力情况。当上部荷载较小时，承载力全部由上部桩体的侧摩阻力提供，桩体下部还未开始工作；随着上部外加荷载的不断增加，桩侧摩阻力不断从上向下开始发生，但桩端摩阻力还并未发生。当上部荷载增加到侧摩阻力不足以抵抗时，桩端摩阻力也开始出现，此时可以认为超长桩的受力特性与普通桩大致相同，计算公式也应该一样；当上部荷载继续增加到一定大小时，由于上部桩体被压缩产生的桩土相对位移过大，该部位可能发生桩土软化效应，即侧摩阻力的计算不再是简单的弹性计算，而是发生塑性变形，侧摩阻力有可能保持不再变化甚至减小，此时桩的极限承载力公式就又会发生变化。对于不同桩土材料、桩长、桩径甚至不同地质条件，其发生桩土软化的时间和部位各不相同，需要进行大量试验来研究清楚。
超长桩的受力理论一般有三种：荷载传递法理论、剪切位移法理论和弹性理论法理论。这里主要介绍荷载传递法理论，通过该理论对超长桩的受力原理做出解释。
荷载传递法是将桩体分成若干桩段，每一桩段与土体之间用非线性弹簧连接，来模拟桩土之间的受力关系。利用土力学和高等数学知识，分析超长桩的受力。
参考文献
[1]朱向荣,方鹏飞,黄洪勉.深厚软基超长桩工程性状试验研究[J].岩土工程学报,2003,25(1):76-79.
[2]桂松.超长桩基础拟动力模型实验研究[D].河南大学,2013.
[3]雷勇.嵌岩桩竖向承载机理及承载力计算方法研究[D].湖南：湖南大学，2011.
论文作者:陈文学
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：荷载论文; 阻力论文; 承载力论文; 受力论文; 理论论文; 发生论文; 土层论文; 《基层建设》2019年第2期论文;