桩基计算理论

1、在竖向荷载作用下，单桩受力破坏全过程中，破坏过程与桩土界面特性有何关系？

答：单桩的破坏形态：挠曲，刺入、剪切和失稳。与承载力、桩长、桩型和桩距、施工方法有关。

桩土界面特征就是埋没于土中的桩与桩周土接触面的特征。桩土界面特性包括桩底和桩侧的性质。

首先，描述桩土界面特征有一个参量，为粗糙程度系数，他的含义为桩土之间抗剪强度与庄周土抗剪强度之比。公式Fr=Csp/Cs，这一数值分别介于0~1之间，经试验表明：桩身与周围土体接触面越光滑，即粗糙程度系数越小，桩的竖向承载力越小。反之，桩身与土接触越粗糙，桩的承载力就越大。

其次，桩与土接触面粗糙度越大，则桩身能够承受的侧面剪切应力峰值越大，在破坏时桩身剪应力残余强度越大。反之，桩与土接触面越光滑，桩身能够承受的剪应力峰值与残余强度越小。

第三，随着接触面粗糙程度的提高，强度峰值所产生的跨越位移区间增大，因此，粗糙程度越大时，接触面之间不会发生突然破坏。反之，强度峰值与参与值的跨越位移区间较小，接触面有可能在剪切强度较小的时候突然破坏。

2、竖向荷载作用下在桩尖附近有一层软弱下卧层时，如何确定单桩承载力？需要考虑哪些因素？

答：地基由多层土组成时，持力层以下存在容许承载力小于持力层容许承载力的土层时，这样的土层叫做软弱下卧层。

考虑桩尖距软弱下卧层的距离和桩的承载力大

小确定是否穿过软弱下卧层。下卧层的厚薄对桩

承载力的影响很大，如果下卧层距离桩尖很远则

可以当做没有软弱下卧层考虑。

桩基规范(2008)关于软弱下卧层验算的条文说

明中有这样一条:(1)验算范围。规定在桩端平面

以下受力层范围内存在低于持力层承载力1/3的

软弱下卧层。实际工程持力层以下存在相对软弱

土层是常见现象，只有当强度相差过大时才有必

要验算。

当软弱下卧层距桩端较近时对单桩承载力的影

响较大，一般说，桩进入持力层越深，承载力越

高，但有一个临界深度的问题，超过临界深度以

后承载力不再增大；如果下面有软弱层，那么进入持力层太深了，桩端与软弱层的距离近了，会使承载力降低；因此在桩基设计时要考虑这个影响，设置桩端标高要合适，将这种影响降到比较小的程度。进入持力层不能太深，不是越深越好。这种影响一般来说与软弱层的厚度的定量关系不是非常明显；二是对桩基沉降的影响，这种影响与软弱层厚度的关系比较明显，很薄的软弱层，影响沉降的量不会太大，通过沉降计算可以得到其定量的影响程度，判断是否有危害性。此外，还与软弱下卧层本身的承载力、桩身材料、桩承载力和桩周摩擦力、桩端承载力等有关。在一定条件下可参照桩基规范2008考虑是否穿过下卧层。

3、如何考虑桥梁桩基设计的安全储备问题？主要从哪些方面考虑？

答：桩侧阻力是桩基竖向承载力的重要组成部分。合理确定桩侧阻力是准确计算桩基承载力

的前提。可以从桩型、桩的承载力、桩长、桩径和截面形式，桩的强度指标（E\Q\I l）以及结合工程试验和工程经验来确定桥梁桩的安全储备。也要通过详细的地质勘查等手段来计算出地基的极限承载力。

4、什么是混合桩概念？混合桩刚度与荷载有何关系？

答：混合桩：就是假定当桩受力时，桩周围一定范围内的土将牢固的黏附在桩身随桩身一起移动，这层土与桩身一起组成的混合体即为混合桩（书）。混合桩的模式反应了不同粗糙程度系数，桩受力和变形的特征。混合桩的刚度并非一个固定的常数，而是一个随桩顶荷载，桩顶沉降，桩长桩径桩身弹性模量及传递函数类型等诸多因素不同而改变的量。

1、桩长不同时，刚度与荷载的关系：随着桩顶荷载或桩顶沉降的增大，单桩轴向刚度逐渐减小。但轴向刚度随桩顶荷载的变化趋势又随桩长的不同而不同。当桩长较大时可分为三个阶段：1、直线阶段：桩的轴向刚度随桩顶荷载的增加呈线性减小。

2、曲线阶段：桩的轴向刚度随桩顶荷载的增加迅速变小。

3、桩的轴向刚度随桩顶荷载的增加逐渐趋于常数。相对于长桩而言，短桩的轴向刚度随桩顶荷载的增加而减小的更快更多。

2、桩径的影响：随着桩直径的增加，桩的轴向刚度随桩顶沉降的增加而减小的趋势逐渐加快。但桩的轴向刚度随桩顶荷载的增大而减小的速度似乎改变不大。不同桩径的轴向刚度随桩顶荷载的增大而减小的趋势基本相同。

3、桩身弹性模量Ep响：随着桩身模量Ep的增大，桩的轴向刚度K随桩顶荷载Q的增加而减小的趋势逐渐加大。但最后不同桩身弹性量的K-Q曲线最终趋于同一曲线。变化趋势趋于一致。

4、桩身传递函数的影响：用不同的传递函数，桩侧阻力发挥的速度就不同，侧阻力的发挥越快，最初的轴向刚度K也就越大。轴向刚度随桩顶荷载Q的增加而减小的速度也就越快。

5、推力桩受力破坏的全过程分为哪些阶段？桩和土性状在全过程中如何变化？

答：插入土中的推力桩，在地面处受垂直于桩轴的横向力Q0和力矩M0的作用。通常可实测得Q与桩在地面处的挠度y0的关系如下图：

一、OA阶段（弹性阶段）通过原点，接近直线，可以接近于正比例关系的幂函数表示Q O=T1Y O b. T1是系数，b是指数，接近于1.此时桩的变形很小，桩Y O和桩周土壤都在弹性或近似于弹性的阶段工作。卸载后，桩土体系的变形基本上可全部恢复。

二、AB阶段Q0与y0的关系已进入非线性阶段。此阶段虽处在弹性状态工作。但桩周土壤已向上而下产生了小范围的塑性变形，对于钢桩预应力混凝土桩，以及有较强配筋的钢筋混凝土桩，在此阶段会出现程度不严重的非线性现象，主要是由于地面附近小范围内土体抗力的非线性行为所引起的，对于钻孔灌注少筋混凝土桩，此阶段在最大弯矩截面出现了裂缝。

三、末端BC阶段表面（塑性变形阶段）此阶段Q0与y0的非线性程度大大增加。此时可用Q O=T2Y O a幂函数拟合。此阶段土壤的塑性变形区从地面起沿桩身已经越来越大，致使地面处的位移值随横向应力Q0的增加发展的很快，已不能满足上不结构的荷载要求，对于钻孔灌注桩桩身截面已经有了很大的不容许的裂纹。

推力桩的破坏形式一般分为：剪断、推歪、折断和推到。桩顶位移限制一般的为10mm，重要的为6mm。

6、如何计算摩擦桩的沉降问题？主要从哪些方面考虑？

答：摩擦桩的沉降包括桩身材料弹性压缩，地基产生的弹性变形和地基的压实变形。但主要是考虑两方面桩身混凝土自身的弹性压缩Se和桩端以下土体所产生的桩端沉降S b。单桩沉降S0=Se+S b。常用的计算方法有荷载传递法；剪切位移法；弹性理论法；分层总和法；简化方法和数值计算法。

7、如何考虑竖向荷载下群桩桩间土及桩长度与承载力的关系研究？

答：要确定群桩的承载力就要找到单根桩与群桩承载力的关系。因为在竖向荷载作用下，桩间土，桩长都会影响到单根桩的承载力，进而影响群桩的承载力。

桩长↑-承载力↑—桩顶沉降↓

8、什么是推力桩的综合刚度？提高综合刚度的措施有哪些？

答：推力桩的综合刚度原理即考虑桩土共同作用后桩的计算刚度，它不仅与桩的材料、桩的截面几盒形状与尺寸有关，而且与特定荷载的大小和比值及桩土的物理性质，几何特性有关，它反映了桩土共同作用的一个待定参量。提高综合刚度的措施有：