桩基础承载性能

桩基础承载性能

【摘要】本文对桩基础进行了简单的介绍，包括桩基的概念、形式及分类等，并结合桩基础的特点分析桩基础的竖向及水平承载性能。 【关键词】桩基础，概述，承载性能

【正文】

一、 桩基础概述

一般多层建筑物当地基较好时多采用天然浅基础，它造价低、施工简便。如果天然浅土层较弱，可采用机械压实、强夯、堆载预压、深层搅拌、化学加固等方法进行人工加固，形成人工地基。如深部土层也软弱，或建（构）筑物的上部荷载较大，而且是对沉降有严格要求的高层建筑、地下建筑以及桥梁基础等，则需采用深基础。

桩基础是一种常用的深基础形式，它由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基，若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础，而在桥梁、码头工程中常用高承台桩基础。

按桩身材料分类主要有混凝土桩及钢桩，也有采用木、组合材料的桩。按桩的使用功能分类可以分为竖向抗压桩（抗压桩）；竖向抗拔桩（抗拔桩）；水平受荷桩（主要承受水平荷载）以及复合受荷桩（竖向、水平荷载均较大）。桩按承载性状可分为摩擦型桩和端承型桩，前者又分为摩擦桩、端承摩擦桩；后者又分为端承桩、摩擦端承桩。桩按成桩时挤土状况可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。沉管法、爆扩法施工的灌注桩、打入（或静压）的实心混凝土预制桩、闭口钢管桩或混凝上管桩属于挤土桩。冲击成孔法、钻孔压注法施工的灌注桩、预钻孔打入式预制桩、混凝土 ( 预应力混凝土 ) 管桩、H 型钢桩、敞口钢管桩等属 于部分挤土桩；干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法施工的灌注桩属非挤土桩。按桩的施工方法，则可分为预制桩和灌注桩两类。 二、 桩的竖向承载性能

在确定竖向单桩的轴向承载力时，有必要大致了解施加于桩顶的竖向荷载是如何通过桩-土相互作用传递给地基以及单桩是怎样到达承载力极限状态等基本概念。逐级增加单桩桩顶荷载时，桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移，从而使桩侧表面受到土的向上摩阻力。随着荷载的增加，桩身压缩和位移随之增大，遂使桩侧摩阻力从桩身上段向下渐次发挥；桩底持力层也因受压引起桩端反力，导致桩端下沉、桩身随之整体下移，这又加大了桩身各截面的位移，引发桩侧上下各处摩阻力的进一步发挥。当沿桩身全长的摩阻力都到达极限值之后，桩顶荷载增量就全归桩端阻力承担，直到桩底持力层破坏、无力支承更大的桩顶荷载为止。此时，桩顶所承受的荷载就是桩的极限承载力。由此可见，单桩轴向荷载的传递过程就是桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程。桩顶荷载通过发挥出来的侧阻力传递到桩周土层中去，从而使桩身轴力与桩身压缩变形随深度递减。一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，侧阻力先于端阻力发挥。

单桩竖向承载力的确定，取决于两个方面：其一，桩身的材料强度；其二，地层的支承力。设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。如按桩的载荷试验确定，则已兼顾到这两个方面。

按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩视为轴心受压构件，而且不考虑纵向压屈的影响，这是由于桩周存在土的约束作用之故。对于通过很厚的软粘土层而支承在岩层上的端承型桩或承台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台的桩基，则应考虑压屈的影

响。

桩身轴力和位移可通过下式来计算：当桩顶作用轴向力，桩身产生轴向压缩，桩侧面产生向下位移，就会受到周围土的摩擦阻力。由桩段单元的平衡条件可得桩侧阻力：

Nz??z?up?dz?(Nz?dNz)?0，?z??桩身轴力：Nz?Q?1dNz? updz?u?dz

0pzzNdz1桩段单元压缩量和桩身位移量：d?z??z，?z?s?ApEpApEp?z0Nzdz

桩侧摩擦阻力极限值可按试验确定，或按土的抗剪强度公式计算：?u?ca??xtan?a

ca——桩土粘聚力；?a——桩土摩擦角；式中， ?x?Ks?v'——桩土接触面上的法向应力;

?v'——桩土接触面上的竖向有效应力。桩端阻力极限值 也可按试验确定，或按承载力公式计算：qpu??ccNc??q?hNq 单桩竖向承载力有以下几种方法可以确定：静载荷试验法，按土的抗剪强度指标确定，按单桩承载力特征值的规范经验公式确定。

竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降形状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，即会有群桩效应。

端承型群桩基础的群桩效应：由于端承型桩的桩尖持力层是坚硬的土层，群桩基础工作时沉降较小，承台对桩间土的压迫不大，所以各桩相互影响较小。端承型群桩基础中各桩的工作性状接近于独立单桩，群桩基础的承载力等于各单桩的承载力之和，群桩效应系数η=1。

摩擦型群桩基础的群桩效应：对于高承台情况，由于桩群可以沉降较大，桩侧土体在剪应力、压应力共同作用下密度得到提高，使桩侧阻力和桩端阻力都有可能提高，也可能使桩端土层超载而发生破坏，所以，高承台群桩的群桩效率系数可能小于１，也可能大于１。具体由承台刚度、土性、桩距等许多因素决定。对于低承台情况低承台群桩的工作性状也与高承台群桩相似，但由于低承台与土接触，可传递一部分荷载，也可限制桩的刺入破坏，所以低承台群桩的群桩效率系数一般大于１的情况较多。 三、 桩的水平承载性能

在工程中采用桩基承受水平荷载的情况较多。作用于桩顶的水平荷载性质包括：长期作用的水平荷载（如上部结构传递的或由土水压力施加的以及拱的推力等水平荷载），反复作用的水平荷载（如风力、波浪力、船舶撞击力以及机械制力等水平荷载）和地震作用所产生的水平力。

在水平荷载作用下，桩产生变形并挤压桩周土，促使桩周土发生相应的变形而产生水平抗力。水平荷载较小时，桩周土的变形是弹性的，水平抗力主要由靠近地面的表层土提供；随着水平荷载的增大，桩的变形加大，表层土逐渐产生塑性屈服，水平荷载将向更深的土层传递；当桩周土失去稳定、或桩体发生破坏（低配筋率的灌注桩常是桩身出现裂缝，然后断裂破坏）、或桩的变形超过建筑物的允许值（抗弯性能好的混凝土预制桩和钢桩，桩身虽未断裂但桩周土如已明显开裂和隆起，桩的水平位移一般已超限）时，水平荷载也就达到极限。

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由此可见，水平荷载下桩的工作性状取决于桩-土之间的相互作用。按桩土相对刚度的不同和桩的变形情况，可将桩分为刚性桩、半刚性桩、柔性桩。刚性桩，在水平荷载作用下桩体不发生破坏，只有土发生破坏；弹性桩，包括半刚性桩和柔性桩。弹性桩在水平荷载作用下，桩和土体的变形都较大，桩和土体都可能发生破坏。

影响桩的水平承载力的因素较多，如桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等。显然材料强度高和截面抗弯刚度大的桩，当桩侧土质良好而桩又有一定的入土深度时，其水平承载力也较高。桩顶嵌固于承台中的桩，其抗弯性能好，因而其水平承载力大于桩顶自由的桩。

确定单桩水平承载力的方法，以水平静载荷试验最能反映实际情况。此外，也可根据理论计算，从桩顶水平位移限值、材料强度或抗裂验算出发加以确定。有可能时还应参考当地

经验。具体方法如下：按现场水平静载荷试验确定；对于混凝土预制桩、钢桩、配筋率大于 的灌注桩，取静载荷试验测得的桩顶位移6~10mm所对应荷载为水平承载力特征值；对于配筋率小于0.65%的灌注桩，取单桩水平静载荷试验测得的临界荷载为单桩水平承载力特征值：RHa?Hcr；当缺少单桩水平静载荷试验资料时，按下式估算桩身配筋率小于0.65%的 灌注桩的单桩水平承载力特征值：RHa????mftW0?N?N??(1.25?22?g)?1?；当缺少单???m??mftAn?桩水平静载荷试验资料时，按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力特征值：RHa

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