關(guān)鍵詞:橋梁樁基礎(chǔ) 豎向承載力 樁側(cè)摩阻力 樁端阻力 

　　一、引言 

　　灌注樁在建設(shè)工程的地基處理中已有多年的應(yīng)用歷史,特別是近年來公路建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展,大跨徑橋梁越來越多,樁基礎(chǔ)的作用也越來越重要。在進(jìn)行樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工時(shí),必須準(zhǔn)確的算出樁基礎(chǔ)的承載力,以便使設(shè)計(jì)和施工更加合理。 

　　二、橋梁樁基礎(chǔ)的豎向受力原理分析 

　　樁基礎(chǔ)之所以能承受上部橋梁結(jié)構(gòu)如此大的載荷,是因?yàn)闃逗椭車�土體之間的相互作用。下面分別從這三個(gè)方面來分析樁基礎(chǔ)的受理原理: 

　　1.樁基礎(chǔ)側(cè)摩阻力受力原理。樁基在豎向荷載作用下,會(huì)壓縮樁身混凝土,并給樁身施加向下的作用力,而樁側(cè)土?xí)�在樁土界面產(chǎn)生向上的摩擦阻力以抵抗向下的位移,這個(gè)力即為樁側(cè)摩阻力,樁土界面土體發(fā)揮到極限所對(duì)應(yīng)的摩阻力稱為樁側(cè)極限摩阻力,它主要取決于中下部土層的摩阻力發(fā)揮。 

　　可通過在樁身埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì),以測(cè)出不同荷載作用下的樁身軸力分布,從而得出樁側(cè)摩阻力。樁在荷載作用下,樁身會(huì)產(chǎn)生壓縮,這個(gè)壓縮值即為樁頂沉降與樁端沉降之差。荷載與壓縮值之間的關(guān)系可由荷載-樁身壓縮曲線反映出來,它們之間并不是線性關(guān)系,樁身壓縮曲線會(huì)隨著荷載的增大而呈向下彎曲的形狀,說明樁身在大荷載作用下出現(xiàn)了塑性變形。 

　　2.樁基礎(chǔ)端阻力受力原理。樁身和樁側(cè)土將樁頂荷載傳遞到樁端土,它所承受的力即為樁端阻力,單樁豎向極限承載力減去樁的極限摩阻力的值等于極限樁端阻力。 

　　樁端阻力通常比樁側(cè)阻力后發(fā)揮作用,樁端阻力一般在樁側(cè)阻力充分發(fā)揮時(shí)還遠(yuǎn)沒有完全發(fā)揮,通常需要更多的樁基礎(chǔ)沉降來充分發(fā)揮樁端阻力,樁端阻力與樁端位移幾乎呈線性關(guān)系。樁端土受力的分析相當(dāng)復(fù)雜,它不僅受樁尖荷載作用,還受到樁端平面以上土體自重和樁側(cè)阻力的作用。影響單樁樁端阻力的主要因素有成樁方法、樁的尺寸、土層及持力層的特性、加荷速率等。 

　　樁端阻力與樁入土深度存在一定的變化規(guī)律:樁端進(jìn)入持力層或均勻土層后,開始時(shí)樁端阻力基本隨深度呈線性增大,但樁端阻力會(huì)在一定深度后基本保持恒定,只會(huì)隨深度繼續(xù)增加而產(chǎn)生很微小的增加,恒定的樁端阻力稱為樁端阻力穩(wěn)值,此值的起點(diǎn)深度稱之為該樁端阻力的臨界深度。 

　　3.樁基礎(chǔ)的負(fù)摩阻力。一般情況下樁身會(huì)在樁頂載荷作用下產(chǎn)生向下的壓縮位移,而樁側(cè)土體會(huì)產(chǎn)生與之相反的摩阻力,稱之為負(fù)摩阻力。樁基負(fù)摩阻力能增加樁內(nèi)軸向荷載,使樁軸向壓縮量增加,從而增大樁端阻力。 

　　三、橋梁樁基礎(chǔ)豎向承載力的影響因素 

　　1.樁周土的工程性質(zhì)。樁基礎(chǔ)極限承載力最直接也是最重要的影響因素是樁周土的工程性質(zhì),不同性質(zhì)的樁周土的物理性質(zhì)各不相同,產(chǎn)生的樁端阻力和樁基礎(chǔ)側(cè)摩阻力也不同。樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮會(huì)受到樁側(cè)土的剪切變形系數(shù)的影響。 

　　2.成樁工藝。樁的承載力也受到成樁工藝的影響,主要是由于不同的成樁工藝對(duì)土體的擾動(dòng)程度不同,使得樁的承載性能也隨之受到影響。將樁打入地基土中時(shí),會(huì)破壞其天然結(jié)構(gòu),使樁周圍土的重塑,土在樁身打進(jìn)時(shí)的急速擠壓情況下,會(huì)造成孔隙水壓力急劇上升,從而減少有效應(yīng)力。 

　　3.剛度與剛度比。樁基礎(chǔ)剛度較小時(shí),屬于柔性樁,樁頂截面產(chǎn)生位移最大,會(huì)使得樁身摩擦力上大下小。樁基礎(chǔ)剛度較大時(shí),實(shí)際上接近于剛性樁,樁尖附近土的初始法向應(yīng)力大,所以該處的摩阻力就較大,其上部摩阻力接近于均勻分布。 

　　當(dāng)樁端土與樁周土的剛度比接近于0時(shí),就屬于純摩擦樁,上部荷載幾乎全部由樁側(cè)摩阻力所承擔(dān),且其摩阻力在均勻土層中接近于均勻分布。當(dāng)樁端土與樁周土的剛度比等于1時(shí),屬均勻土層中的摩擦樁,其樁側(cè)摩阻力分布和荷載傳遞曲線與摩擦樁相似。當(dāng)剛度比趨于無窮大時(shí),樁身荷載上段隨深度減小,樁基礎(chǔ)側(cè)摩阻力可得到發(fā)揮,下段荷載近乎沿深度不變,無法發(fā)揮樁基礎(chǔ)側(cè)摩阻力。 

　　4.樁長(zhǎng)與樁徑比。樁基礎(chǔ)的承載力受樁基礎(chǔ)的長(zhǎng)度影響也較大,樁端阻力在進(jìn)入持力層后隨深度的變化不規(guī)則,在開始的某一深度之前呈線性變化,到達(dá)臨界深度后基本不變。樁長(zhǎng)跟樁徑之比對(duì)荷載傳遞有一定影響,所以也會(huì)影響到單樁極限承載力。 

　　5.時(shí)間效應(yīng)。樁的豎向承載力還與時(shí)間有關(guān),其值一般是隨時(shí)間增長(zhǎng)的,而且開始增長(zhǎng)速度快,隨后逐漸變慢,最后趨于穩(wěn)定。這種承載力變化的時(shí)間效應(yīng)在軟土中尤為明顯。在粘性土中,土的強(qiáng)度和樁的承載力由于土的固結(jié)硬化作用會(huì)隨時(shí)間而增加。摩擦樁的承載力增長(zhǎng)主要與土質(zhì)條件有關(guān)系。由于軟土的蠕變作用,荷載會(huì)重新分布,可能造成最后樁端承受的載荷比前期測(cè)量值高得多,所以在粘土中設(shè)樁時(shí)一定要充分重視時(shí)間效應(yīng)。 

　　我國(guó)現(xiàn)行《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定,橋梁樁基礎(chǔ)豎向容許承載力P,可按下列方法進(jìn)行計(jì)算: 

　　其中,P為單樁軸向受壓容許承載力(kN),U代表樁的周長(zhǎng)(m),l為樁在局部沖刷 線以下的有效長(zhǎng)度(m),為樁壁土的平均極限摩阻力(kPa),A為樁底橫截面面積(m2),為樁端土的極限承載力(kPa)。此式說明了橋梁樁基礎(chǔ)豎向承載力的影響因素。 

　　五、結(jié)束語 

　　總之,如果橋梁樁基礎(chǔ)的承載力分析不當(dāng),計(jì)算不準(zhǔn)確,都可能造成設(shè)計(jì)、施工方面的失誤,甚至嚴(yán)重的會(huì)威脅到橋梁結(jié)構(gòu)的安全;再加上各種新樁型、新工藝也不斷涌現(xiàn),所以工程人員必須熟悉灌注樁的受力機(jī)理和變形特性,以便合理分析樁基礎(chǔ)的承載力,確保其能夠承受橋梁載荷,保證橋梁的安全。 

　    參考文獻(xiàn): 

　　 [1]王廣月,王盛桂,地基基礎(chǔ)工程[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2006. 

　　 [2]公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,1999.