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摘要： 本文从桩基荷载传递机理、桩的地基破坏模式、静载荷试验数据分析及经验公式探讨承载力的特殊性。
关键词：单桩承载力；桩基破坏模型；静载荷试验
前言
桩的承载力确定是桩基础设计中最困难的问题之一，如何在工程实践中较为准确的确定桩基承载力成为工程设计人员关注的焦点，工程人员通过大量室内试验和现场静载荷试验，提出了很多经验及半经验的确定方法。尽管提出的方法、途径很多，但都存在着或多或少的不足之处。本文从桩基荷载传递机理、桩的地基破坏模式、静载荷试验数据分析及经验公式探讨单桩承载力的特殊性。
1.桩基荷载传递机理
桩基的荷载传递规律是桩基工作性能研究的核心内容，是桩基设计计算的理论基础。桩基在外荷载下，桩-土相互作用体系中，作用于桩顶的竖向荷载Q，是由桩侧土的总摩阻力Qs、和桩端土的总抗力Qp共同承担（见图一）。
桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系的荷载传递过程，桩顶受竖向压力后，桩身压缩并向下位移，桩侧表面与相邻土间发生相对运动，桩侧表面开始受土的向上摩阻力，荷载通过桩侧摩阻力向桩周土中传递，就使桩身的轴力与桩身压缩变形量随深度递减。随着荷载增加，桩身下部的阻力也逐渐发挥，当荷载增加到一定值时，桩端才开始发生竖向位移装，桩端的反力也开始发挥作用。所以靠近装身上部土层的阻力比下部土层的先发作用，侧阻力先于端阻力发挥作用。常规直径桩的测试结果表明，侧阻力发挥作用所需的相对位移一般不超过20毫米，一般桩基础，在工作荷载侧阻力可能已经发挥出大部分作用，而桩端阻力只发挥了很小一部分作用，只有支撑与坚硬岩基上的刚性短桩，由于桩端很难下沉而桩端压缩量很小，摩擦阻力无法发挥，端阻力才优于侧阻力发挥。
2.桩基的侧阻力、端阻力及桩基破坏模型
⑴桩基的侧阻力
桩侧单位面积摩阻力qs的大小除与土的性质、桩的材料性质有关外，还与桩经、桩深、特别是施工方法有关。
沿桩身深度方向与轴力N（b）、侧阻力qs（c）以及桩顶位移so（d）的相互关系，有关部门作了专门的研究（见图三）。
显然，当摩阻力qs方向向上时，轴力N随深度的增加而减少，粘性土中打入桩qs沿深度的分布近似抛物线形（见图三c）。砂土中打入桩qs值，则有一定区别，试验资料表明开始时随深度近乎线性增加，至一定深度后接近均匀分布，称此为侧阻临界深度。
⑵端阻力及桩基破坏模型
桩的入土深度与其断面尺寸相比是很大的，所以桩端下土体破坏形式大多数是冲剪破坏或局部剪切破坏，但当桩穿过软土层支撑于坚硬土层上时，也可发生类似浅基础下地基的整体剪切破坏形式。较为常用的是太沙基型和梅耶霍夫型滑动面形状。（见图六）
根据承载力理论求出的极限端阻力qpu的一般表达式为：
上述方法虽然可以较为准确的计算出单桩承载力，但较为繁琐，不适宜在生产实践中运用，对于端阻力的求解是建立在太沙基或梅耶霍夫型地基模型基础上，并非完全符合桩基实际受力状况。
3.单桩承载力 经验计算方法
静力触探法估算单桩承载力静力触探试验中的探头与土的相互作用，相似于桩与土的相互作用，因此可以用静力触探试验测得的比贯入阻力（单桥）或双桥探头中的锥尖阻力与侧壁摩阻力估算单桩承载力。但不能直接以静力触探中端阻与摩阻作为实际单桩的端阻力和摩阻力，而必须经过修正，这是因为静力触探的工作性能与实际单桩的工作性能有所不同。不同之处主要是尺寸效应、应力场、材料性质等，存在这些差异所造成的影响至今还难以从理论上逐项严密地进行理论或从数学关系上加以描述，因此用静力触探确定单桩承载力也是一种经验估算。在房屋建筑与构筑物的桩基中，主要是估算单桩承载力极限值，在房屋建筑与构筑物的桩基中常用静力触探法、土的物理指标法确定单桩承载力极限值。
（1）静力触探法估算单桩承载力
根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验可按下式计算：
Quk= Qsk+Qpk=u∑qsikli+αpskAp…………………………………………………….（4）
式中：Quk：单桩竖向极限承载力标准值；Qsk：单桩总极限侧阻力标准值；Qpk：单桩总极限端阻力标准值；u：桩身周长；qsik：用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限侧阻力标准值；li：桩穿越第i层土的厚度；α：桩端阻力修正系数；psk：桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值）；Ap：桩端面积。
根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于粘性土、粉土和砂土、如无当地经验时可按下式计算：
Quk=u∑liβifsi+αqcAp..................................................（5）
式中：fsi：第i层土的探头平均侧阻力；qc：桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面以上4d（d为桩的直径或边长）范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值，然后再和桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均；α：桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；βi：第i层土桩侧阻力综合修正系数。
（2）土的物理指标法确定单桩承载力
根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式计算：
Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp……………………………………………………………（6）
式中：qsik：桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可查表。qpk：极限端阻力标准值，如无当地经验值时，可查表。
上述经验公式确定单桩承载力简便易行，易于掌握，但在工程实践中普遍存在准确性问题，即便具有多年地区经验依然存在参数取值的差异而造成单桩承载力与实际不符甚至相差较大。
4.结束语
随着社会发展的需要，桩基承载力的研究和探索显得重要和紧迫，尽管人们做了大量室内试验和现场静载荷试验，提出了很多宝贵经验及半经验的确定方法，但都存在着或多或少的不足之处，一种更加科学实用的方法成为人们的迫切需求，建立在有限元理论基础上的承载力确定方法将会成为人追求的目标。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部.《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008.中国建筑工业出版社出版
[2]中华人民共和国建设部.《建筑地基基础设计规范》（GB50007 -2002）.北京：中国建筑工业出版社，2002.
论文作者:郑仍兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
标签：阻力论文; 承载力论文; 桩基论文; 静力论文; 荷载论文; 经验论文; 极限论文; 《基层建设》2018年第35期论文;