桩的侧摩阻力分布曲线的理论分析和实际比较

桩的侧摩阻力分布曲线的理论分析和实际比较关键词：侧摩阻力桩土相互作用分布曲线荷载传递机理

问题的提出：施加于桩顶的轴向荷载是如何通过桩土之间的相互作用传递给地基的？即桩对周围土体性质和应力状态将引起什么变化。了解这个问题有助于加深对桩基承载力的理解。

桩的荷载传递机理研究揭示的是桩—土之间力的传递与变形协调的规律，因而是桩的承载力机理和桩—土共同作用分析的重要理论依据。

研究表明：桩在外荷载Q的作用下，首先是桩身上部受到压缩而产生相对土的向下位移；与此同时，桩的侧表面受到土的向上摩阻力Qs的作用。随着荷载的增加，桩身压缩量和位移量逐渐增加，桩身下部的摩阻力也逐渐发挥，桩身荷载传递到桩底，桩底土层受到压缩而产生桩端阻力Qp。即桩顶荷载Q通过桩侧阻力和桩端阻力传递到桩周围土层中。

这里，重点研究侧摩阻力q s的大小与分布。

一．桩侧阻力沿深度分布

由于问题的复杂性，精确的研究要通过推力并辅以实验验证，才能比较接近真实。

这里先从受力分析方面入手，进行理想化分析。

一）桩侧阻力实质是摩擦力，而摩擦力的大小和两方面的因素有关。

（1）摩擦系数f (2) 作用与摩擦面上的压力G

即

土力学的基本知识：土的侧应力随深度的增大而增大，这一点类似水的压力。

我们把滑动摩擦力F等同桩的侧摩阻力，土的侧应力（压力）等同木块的压力。土的侧压力随深度增加而增加，桩的侧摩阻力必将随桩的深度而线性增加。

据此，桩侧摩阻力沿深度呈三角形分布。如图：

二）1．首先回顾一下材料力学中，剪切胡可定律：在剪切比例及县范围内，切应力与切应变成正比。对桩而言，桩身轴力随深度增加而减小。而桩侧土因受到摩擦力（桩表面侧摩擦力，实为剪应力）而产生剪切变形，姑且理解为摩擦力的大小和剪切便形成线性关系。

据此，桩侧摩阻力沿深度呈梯形或倒三角形分布。如图：

2．

桩身下段的侧摩阻力

桩身下段的侧摩阻力，取决于桩身下段的位移大小。对于端承桩，位移较小，侧阻较小；对于摩擦桩，位移较大，侧阻力较大。

二．结论：综合以上几点，桩侧摩阻力分布如图:

此图可称之为“菜刀分布”，刀把的大小取决于桩端土的弹性模量，刀尖的存在是因为装顶部的侧压力较小

。

三．具体分析

一）侧摩阻力的大小与分布

以上只是从桩土共同作用的受力角度进行分析，实际上，桩侧单位面积的摩阻力q s的大小除与土的性质，桩的材料有关外，还于桩长，桩径，施工工艺有

关。

对于挤土的打入桩，沉桩将是桩周土向四周挤压，因而土对桩身的摩阻力增大；对于钻（挖）孔灌注桩，由于先行成孔，周围的土体向孔内松动，有应力释

放作用，因而桩身摩阻力减小。

在相同的施工工艺和土层条件下的摩擦桩，由于桩长不同，q s的大小与分布也不同。例如，国内某工程设置在细砂中的两根直径700mm钻孔桩，长度为

40米的一根，桩顶作用极限荷载为5.75MN57kPa；而长

度为20米的桩，侧摩阻力平均值为33KPa60％。

很多实例资料表明，q s的分布式多种类型的曲线。粘性土中打入桩q s沿深度分布近似抛物线，桩顶处无摩擦力。桩身中段摩擦阻力最大。砂土中打入桩

的q s值，开始随深度近乎线性增加，至一定深度后接近均匀分布（如图）。

二）桩土相互作用对q s的影响

在沙土地基上打桩，会把靠近桩周薄层的砂拖下去，并把周边的砂挤密，机密区内土的内摩擦角增大。使q s提高。越接近桩的表面砂越密实，向外逐渐减少，至3倍桩径处挤密效应趋于消失。打桩停止后，靠近桩表面的土的挤密效应会由于应力调整又有部分的消失，故q s是现增加，后有可能减小。

在粘性土中打桩，虽有挤密桩周土的作用，但却使桩周土约一倍桩径范围内的土受到扰动，引起桩周土的重塑，土的结构发生明显变化；此外，对于饱和土体，挤压和震动作用，还会在土中引起超静水压力。打桩停止后，经过一段时间，孔隙水压力逐渐消散，土体不断固结，使土的结构得到恢复。所以，《建筑基桩检测规范》规定，用静载荷试验法确定桩的承载力，从成桩到实验的休止时间：对砂土类不应少于7天，对粉土类不应少于十天，对一般粘性土，不应少于15天，对淤泥或淤泥质土不应少于25天。