桩基础承载力-荷载传递规律

一、桩基础的承载力

单桩承载力的确定是桩基设计的重要内容，而要正确地确定单桩承载力又必须了解桩－土体系的荷载传递，包括桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥性状与破坏机理。

二、桩的荷载传递机理

地基土对桩的支承作用

不同荷载下轴力沿深度的变化

单桩荷载传递的基本规律

三、地基土对桩的支承作用

地基土对桩的支承由两部分组成：桩端阻力和桩侧摩阻力。

如果认为两者是同步增大的，那么对任何的荷载阶段，这个表达式都是正确的： 而实际上，桩侧摩阻力和桩端阻力不是同步发挥的。

竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程 。

对10根桩长为27～46m 的大直径灌注桩的荷载传递性能的足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，粘性土为1～3mm ，无粘性土为5～7mm ；除两根支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷载的10％。

四、单桩荷载传递的基本规律

基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（ 一般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要的途径。

竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程 。

设桩身轴力为Q ，桩身轴力是桩顶荷载N 与深度Z 的函数，Q ＝f （N 、Z ）

桩身轴力Q 沿着深度而逐渐减小；在桩端处Q 则与桩底土反力Q p 相平衡，同时桩端持力层土在桩底土反力Q p 作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载N 的逐级增加，对于每级荷载，上述过程周而复始地进行，直至变形稳定为止，于是荷载传递过程结束。

由于桩身压缩量的累积，上部桩身的位移总是大于下部，因此上部的摩阻力总是先于下部发挥出来；桩侧摩阻力达到极限之后就保持不变；随着荷载的增加，下部桩侧摩阻力被逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续增加的荷载就完全由桩端持力层土承受；当桩底荷载达到桩端持力层土的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉而破坏。

桩的长径比L/d 是影响荷载传递的主要因素之一，随着长径比L/d 增大，桩端土的性质对承载力的影响减小，当长径比L/d 接近100时，桩端土性质的影响几乎等于零。 发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的，增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。

五、若干特殊桩型的承载性状

大直径超长灌注桩的承载特性

∑+=i si p p p l q u A q R

灌注桩的后注浆技术

嵌岩桩

静力压桩

钢管混凝土桩

灌注桩的后注浆技术

后注浆技术是在灌注桩浇注混凝土以后，通过预埋的管子将水泥砂浆注入桩端以下，以挤压桩底的沉渣，压密桩端土层，从而提高端承力，也可以将水泥砂浆注入桩侧

土层中以提高桩侧摩阻力的一种技术。

根据注浆的目的，可以分成如下不同的注浆类型：

1）桩端注浆

2）桩侧注浆

3）复式注浆

4) 压浆修补桩的缺损部位

新版《建筑桩基技术规范》将灌注桩后注浆纳入规范，规定了施工的要求和设计参数的取法。注浆顺序：

饱和土中，先桩侧后桩端；

非饱和土中，先桩端后桩侧；

桩侧桩端注浆间隔时间不宜小于2小时。

成桩后两天才可以注浆；

注浆作业点距其他成孔作业点的距离不宜小于8~10m。

后压浆具有如下的作用：

1）胶结孔底沉渣，提高单桩承载力，消除桩的过大沉降；

2）增强桩身混凝土与桩侧土的结合，提高侧摩阻力；

3）修补桩身缺陷部位，保证设计承载力；

减少桩基的不均匀沉降。

嵌岩桩

嵌岩桩是在端承桩的基础上发展起来的，在基岩埋藏深度不深的地区，常将桩嵌入基岩一定的深度，在计算嵌岩桩承载力时，过去常忽略覆盖层的侧阻力，将嵌岩桩作为直接传递荷载给基岩的受压柱看待，荷载全部由桩端承担。但是，大量实测资料表明，嵌岩桩的端阻力与侧阻力之比并不接近于1.0，如嵌岩桩端超过5倍桩径后，端阻力反而趋近于零，但嵌岩桩又显然不同于摩擦桩。

嵌岩桩可采用机械钻孔或人工挖孔方法成孔，将桩嵌入岩体内一定的深度。嵌岩部分的嵌固力是嵌岩桩的承载力高于端承桩的主要原因，是研究嵌岩桩的核心问题。嵌入基岩部分的桩与基岩的相互作用比较复杂，嵌岩段的嵌固力与底部的端阻力发挥的过程是不同的。实测资料说明，当嵌岩深度为3倍桩径时，桩的嵌固力与端阻力可以得到很好的配合，嵌固力占总承载力的75%以上，可以用最少的工程量获得最佳的承载效果，因此称为最佳嵌岩深度。

嵌岩桩的承载性状

通过对比试验和对桩端阻力所占比例的分析可以得到嵌岩桩不一定是端承桩的概念，从而改变了人们对嵌岩桩承载性状的认识；

其实质是认识嵌岩桩的侧阻力的存在和作用的问题，也是研

究侧阻力的发挥条件的问题。

静力压桩

静力压桩法是以设备本身自重（包括配重）作反力，液压驱动，用静压力将桩压入地基土中的一种沉桩工艺。这种施工工艺具有无震动、无噪声、无污染、无冲击力和施工应力小等特点。有利于沉桩震动对邻近建筑物和精密设备的影响，避免对桩头的冲击损坏，降低用钢量。在沉桩过程中还可以测定沉桩阻力，为设计和施工提供参数，预估和验证单桩极限承载力，检验桩的工程质量。

压桩的优缺点

静力压桩的优点是没有噪声、没有震动，不会对环境造成危害；

但静力压桩需要大量的配重，对场地的要求比较高，如果场地土非常软弱，无法承受配重的过大压力，就不能采用；

静力压桩的挤土作用还是相当大的，孔隙水压力比较高，采用静力压桩的建筑物，其沉降一般偏大。

压桩的适用条件

1. 土层的性质

高压缩性土和砂性较轻的软粘土层

2. 设备能力

桩的极限承载力与压桩阻力之间的关系

3. 周边的环境条件

钢管混凝土桩

钢管混凝土桩的承载特性