文献综述-单桩竖向承载力的确定方法

单桩竖向承载力的确定方法

杨洪磊2002150055

摘要：桩基础由于其优良的性能和成熟的施工工艺在工程领域得到了广泛的应用。单桩竖向承载力是桩

基础的基本要素。本文从桩基础的工作原理入手，分析了桩土间的作用力关系及单桩竖向承载力的影响因素，并在此基础上对现在常用的桩基础竖向承载力的确定方法进行了介绍，并逐个分析了各个方法的优缺点。

关键词：桩基础；竖向承载力；工作原理；确定方法

Determine Method of Vertical Bearing Capacity of Pile Foundation Abstract:Pile foundation has been widely used in engineering construction due to its good performance and sophisticated construction technology. The vertical bearing capacity is the basic feature of pile foundation. From working principle of pile foundation the paper analyzed the force relationship between pile foundation and soil, and the influential factors on the vertical bearing pile. The paper introduced some common methods to calculate vertical bearing capacity of pile foundation and the advantages and disadvantages of each method.

Key words:pile foundation; vertical bearing capacity; working principle; determine method

0 引言

桩基础由于其具有承载力高、稳定性好、对沉降变形适应能力强的特点，在工程建设领域得到了广泛的运用。现代桩基础的桩型主要有钢管桩、混凝土桩及钢筋混凝土桩、灰土桩、砂状、碎石桩等多种形式。国内外学者对桩基础承载力方面的研究已有较长历史且也取得了一定的成果。目前确定单桩竖向抗压承载力的方法繁多，因此对各种方法进行归纳总结并分析各个方法的优缺点对工程应用及学术研究是十分必要的。本文在分析了桩基础的工作原理的基础上，介绍了目前主要的单桩竖向承载力确定方法，并分析了各种方法的优缺点。

1 桩基础的工作原理

当桩顶受压时，桩身横截面将因受力而压缩，相对土产生向下的竖向位移，与此同时土将对桩的侧面产生向上的反作用力(桩侧摩阻力)，桩身所受荷载也相应传到了桩周围的土体。因桩周土体的向上摩阻力作用，致使桩身轴力呈现出从上到下实际上是依次递减的趋势。当荷载不大时，仅上部桩土产生相对运动，而下部无相对位移。继续加大荷载，桩身压缩量及位移量逐渐加大，侧摩阻力相应增加，当桩底端的土与桩将发生相对位移时，此时侧摩阻力最大，桩底将压缩桩端土而产生土的反作用力(桩端阻力)。因此，桩基础工作时实际上是桩侧摩阻力先发挥，桩端阻力后发挥，桩身上部土体先于下部土体受载的过程。当侧摩阻力和端阻力达到极限时，若继续加载，则桩底土被压缩，桩体有向下的塑性挤出，产生剪切破坏。

2 单桩竖向承载力的影响因素

（1）桩身穿越的地质条件。作为对桩的竖向承载力起关键性作用的因素，桩身穿越的地质条件直接影响土层的强度、变形性质和应力历史，从而进一步影响到土对桩的桩端阻力和桩侧摩阻力。另外，当桩穿越欠同结土层厚度较大时，地层会产生负摩阻力，对桩基础有较大影响。

（2）成桩工艺。成桩方法与工艺对桩侧摩阻力和桩端阻力都有重要的影响。采用不同

的成桩工艺，会对地层产生不同的扰动，同时也影响到桩体自身的质量状况，从而影响到桩基础的竖向承载力。对于预制打入式，桩承载力易于保证，而灌注桩因灌注质量无法有效保证会出现一定的问题。不同的成桩工艺，会提高或降低桩基础竖向承载力。因此在一些规范的计算公式中，考虑成桩工艺的不同，会给出不同的成桩工艺系数。

（3）桩身与桩底的几何特征。桩身的比表面积(侧表面积与体积之比)越大，由桩侧摩阻力所提供的承载力就越高。

（4）桩径和桩长。桩长和桩径作为桩基础竖向承载力的重要影响因素之一，对桩基荷载的传递具有重要作用。国外的研究表示，建议在长桩中相应减小打人桩的侧面摩擦系数。

（5）时间影响。对于摩擦型桩，入土后的承载力不是一定值，它会随时间的变化而呈增长趋势，这称之为桩基承载力的时间效应。对于钻孔桩，当成孔时间较长时，孔壁侧向应力解除、应力松弛明显，从而会影响桩基础的侧摩阻力的发挥。

3 单桩竖向承载力的确定方法

3.1 直接法

3.1.1 静载荷试验

为了使静载荷试验能反映真实的桩的承载力，打人式预制桩和沉管灌注桩在设置后，宜间隔一段时间才开始静载试验，一般间歇时间不宜少于两周，对于砂土可以短些，软土则应长些，灌注桩的间歇时间还应满足混凝土达到设计标高的时间要求。根据试验纪录可绘制各种试验曲线，如载荷一桩顶沉降曲线和沉降一时间(对数)曲线等，单桩极限荷载可通过试验曲线反映的变形特征分析确定，已有的这类分析方法很多，但主要的有以下三种：（1）载荷一桩顶沉降曲线明显转折点法。

有静载荷试验绘制的载荷一桩顶沉降曲线如果其末端明显向下弯折，则可取该明显转折点所对应的荷载作为单桩的极限荷载。

（2）沉降一时间(对数)曲线斜率明显转折法。

取桩顶沉降作纵坐标，时间的对数作横坐标，绘出每一级荷载下的沉降一时间(对数)曲线，在这一组曲线中取斜率剧增且发生明显向下转折的那一条曲线所对应的荷载作为破坏荷载，取其前一级荷载作为单桩的极限荷载。

（3）按桩顶沉降量确定。

相应于极限荷载下的桩顶沉降量，世界各国的规定很不一致，但多数认为采用一个与桩径有关的相对沉降标准，比规定某一个绝对桩顶沉降量作为确定单桩极限荷载的标准要合理，一般认为以产生桩顶沉降等于10％桩径时的荷载作为极限荷载。

3.1.2 动力测定方法

动力测定方法预估单桩竖向抗压承载力，按其基本原理可分为高应变方法和低应变方法两类。高应变方法是直接测定桩在动力状态下的极限土阻力，然后用半经验、半理论方法将他分成动阻尼力和静极限阻力两部分，以求得实际静极限承载力。低应变方法是测定桩——土系统的某一弹性特征值(例如动刚度等)，然后必须采用经验方法由动静试验结果对比资料按实测弹性特征值估算单桩容许承载力。测试时激振能量较小，桩周土一般都处于弹性变形状态。该法主要用于桩身质量检测，用于预估单桩竖向抗压承载力时应慎重。

高应变方法包括波动方程法、锤击贯入法和动力打桩公式法。具体如下：

（1）波动方程法（CASE法）。

它采用重锤敲击桩顶，使桩产生贯人度；同时由于锤击引起桩身内应力波的传播，根据一维波动方程的解和假定的参数，可以求得桩侧土和桩端土的动阻力，分析中可假定桩为均质等截面的弹性杠（连续模型），也可以作为离散模型考虑。现场试验时，通过安装在桩顶部的应变计和加速度传感器，测得锤击后桩顶的速度和力的时程曲线，从而求出动阻力，最