桩基中的土力学问题

桩基中的土力学问题

桩的作用；

桩基具有多种独特的功能，根据工程的特点，它可以发挥不同的作用，具体体现再以下几个方面：

（1）通过桩的侧面和土体的接触，将荷载传给桩周土体，或将荷载传给深层的基岩、砂石或坚硬的粘土层，从而获得很大的承载能力以支承重型建筑物。

（2）对于液化的地基，为了地震时仍然保持建筑物的安全，通过桩穿过液化土层，将荷载传给稳定的不液化土层。

（3）桩基具有很大的竖向刚度，因而采用桩基的建筑物，沉降比较小，而且比较均匀，可以满足对沉降要求比较严格的上部结构的安全需要和使用要求。

（4）桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力，能抵抗台风和地震引起的巨大水平力、上拔力和倾覆力矩，保持高耸结构和建筑安全；（5）改变地基基础的动力特性，提高地基基础的自振频率，减小振幅，保证机械设备的正常运转。

桩大的用途

随着桩基技术研究的不断深入，其应用也日益广泛，可应用于各种地质条件和各类工程建设中。目前应用最广泛的是将桩作为建筑物的下部荷载向地基深部传递荷载，桩顶部用承台将上部结构与其下的多根桩连成一体，共同发挥作用。由于桩基础承载力大，沉降小，因而长用于以下工程中：

（1）荷载较大，而对沉降的要求有严格特殊限制的建筑物中；（2）有较大上拔力，而且对倾覆量有特殊要求的高耸结构中；（3）活载占荷载比例较大的建筑物中；

（4）用于动力机器基础，以减小基础振幅；

（5）用于容易因地震而液化的地基；

除此之外，桩的零一个突出的用途是作用围护结构支挡土体，防止岸坡、基槽、基坑、土体开挖中出现的土壁坍塌。这类桩常成排状设置，有时连接成壁状。

一、负摩阻力

当桩周土层相对于桩侧向下位移时,产生向下的摩阻力称为负摩阻力。负摩阻力的存在将给桩的工作带来不利的影响。桩身受到负摩阻力时，即在桩身上施加了一个竖向向下的荷载，而使桩身的轴力加大，桩身的沉降增大，桩的承载力降低。

当桩身的下沉量大于桩周土层下沉量时，桩身侧表面摩擦力仍然是向上的摩阻力（正的摩阻力）；当桩身的下沉量小于桩周土的下沉量时，桩身侧表面摩擦力是向下的摩阻力（负的摩阻力）。

1、桩侧负摩阻力产生的条件：

桩侧负摩阻力产生的条件：桩侧土体下沉必须大于桩身下沉。当土层相对于桩有向下的位移时，应考虑桩侧有负摩阻力作用。

几种产生负摩阻力的原因：

1）在桩周地面上有大面积堆载、填土等，或桩侧地面承受局部较

大的长期荷载。

2）桩基础场地地下水位下降

3）打桩时，桩穿越土层是自重欠固结土、自重湿陷性黄土、松散填土进入相对较硬的土层。

4）桩侧冻土的融陷。

2、桩侧负摩阻力应用

在桩侧负摩阻力主要应用于桩基础的承载力和计算。

1）对于摩擦型桩基。负摩阻力相当于对桩体施加下拉荷载，使持力层压缩加大，随之引起桩基础沉降。桩基础沉降一旦出现，

土相对于桩的位移又会减少，反而使负摩阻力降低，直到转化

为零。因而，一般情况下对摩擦型桩基，可近似看成中性点以

上桩侧负摩阻力为零来计算桩基础承载力。

2）对于端承型桩基，由于其桩端力持力层较坚硬，受负摩阻力引起下拉荷载后不至于产生沉降或沉降量较小，此时负摩阻力将

长期作用于桩身中性点以上侧表面。因此，应计算中性点以上

负摩阻力形成的下拉荷载，并将下拉荷载作为外荷载的一部分

来验算桩基础的承载力。

结论：整体冲剪验算，将桩基础视为等效深基础来计算。

单独冲剪的验算只对桩基础中的基桩进行计算。

二、桩基的长期沉降;

土体的应力应变时间效应对桩基长期沉降有重要影响。在长期荷载作用下桩基的沉降主要包括两个部分：桩尖刺入量和桩底土体的蠕变压缩沉降。采用Mesri蠕变模型描述土体的蠕变行为，用桩的Mindlin应力公式计算桩端和桩侧荷载在桩端平面以下产生的附加应力，用Boussinesq应力公式计算承台分担荷载产生的应力。分别给出了桩尖刺入量和桩底土体蠕变压缩量的计算方法，从而提出了一种考虑土体蠕变效应的桩基长期沉降计算方法。计算结果与桩基长期监测结果较为吻合，表明在获得可靠的计算参数后可用提出的方法估算桩基长期沉降。使用桩的目的在很多情况下是为了减少建筑物的沉降，因而桩基应基于沉降预测的结果来进行设计。近年来，在深厚软土地区推广应用的基于沉降的桩基设计方法相对于常规的基于承载力的设计，桩工作在一个较高应力水平状态下，如“蠕变桩基础”的每根桩的设计工作荷载通常为极限荷载的70％～8O％。在较高应力水平状态时，在恒定荷载作用下土体蠕变将导致显著的桩头位移，甚至桩的承载力将逐步减小。土体的粘弹性或蠕变性对桩的荷载传递反应有显著的影响，从而对桩在荷载作用下的沉降有明显的影响。研究表明，由土的固结产生的桩的沉降较小⋯。工程实践表明，桩基最终沉降量往往是初始沉降量的几倍。因此，沉降的蠕变部分理应成为桩基长期沉降倍受关注的方面。工程实际中考虑土体的流变性质，依赖于对蠕变变形过程的合理描述。关于土体流变已有相当多的研究，但流变模型本构方程的复杂性难以获得解析解，或因为诸多元件参数与可测试得到的土性参数之间难以联系，因

而给工程应用带来不便。特别是涉及到考虑应力应变时间效应的桩基沉降时，目前还缺乏一种简便实用而易于为工程设计人员掌握的计算方法。Mesri蠕变模较好地描述特定地区土体的蠕变特性，其参数简单，并可通过三轴应力应变

二、打桩应力

预应力混凝土管桩(以下简称管桩)在施打过程中，由于经受高温能量桩锤的反复冲击，在桩顶部和桩身均产生打桩应力，而且应力的峰值波动较大。有时还会超过桩静态极限承载力的允许应力，使桩顶部的混凝土在打桩过程中受到破坏或桩身出现环向裂缝，致使打桩中断，甚至危及桩的完整性，以至于使桩的承载力与耐久性受到削弱。因此，在管桩基础施工中，绝不可忽视打桩应力的影响：

1、打桩应力的形式

打桩应力是在打桩过程中产生的，其主要形式有压应力和拉应力，大小、形式与桩锤、土体抗力，打桩操作有关：打桩应力可以通过PDA动测仪探测到。一般管桩多采用中高能量柴油锤施打，也可以用落锤施打。桩顶部在桩锤的打击下，产生高值压应力，以压力波的形式迅速传到桩底，并产生反射应力波当桩顶部的初始压应力向下传到桩尖时，如果桩尖处土层的阻力很大，那么反射的