桩侧摩阻力和端阻力的影响因素分析及其应用

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会桩侧摩阻力和端阻力的影响因素分析及其应用李辉(天津华}r=工程建筑设计有限公司天津300381)李进军丁永君(夫津大学建筑设计研究院天津300072)摘要：桩是一种历史悠久、且前仍被广泛使用且不断发展完善的基础形式，其主要作用在于穿过软弱的压缩性高的土层，利用自身的剐度把上部结构的荷载传递到强度更高、压缩性更低的土层或岩层上，以满足建筑物对承载力和沉降的要求。本文对桩侧阻力和端阻力的发挥性状的影响因素进行了总结，并简单介绍了利用这些成果的新桩型的开发。关键词：承载力．侧摩阻力，端阻力，影响因素一、引言桩的承载力取决于土对桩的支承阻力

2、和桩身材料强度，通常情况下由前者制约。单桩极限承载力Q。是由总极限侧摩阻力Q。和总极限端阻力Q。这两部分组成，若忽略二者之间的相互影响，可表示为：Q=瓯+靠=∑u，‘％+A％(1)式中：厶，U．是桩周第i层土的厚度和相应的桩周长；q。，口。为第i层土的极限侧摩阻力和持力层极限端阻力；^．为桩端截面积。’为了提高桩的承载力，对桩侧摩阻力和端阻力的发挥性状及影响因素进行研究是非常有必要的，以下对桩侧阻力和端阻力的发挥性状的影响因素进行了总结，并简单介绍了利用这些成果的新桩型的开发。二、影晌桩侧摩阻力发挥的因素按照现行规范中桩侧阻力的计算方法，桩侧阻力的大小只与桩侧土层

3、的性质、埋深和类型有关．在上述几个因素确定的时候，桩侧单位面积上的阻力就是一个常数，不髓外界条件的变化而变化。然而根据大量现场试桩资料和模型试验结果分析，发现桩侧阻力并不是一个常数，而是受诸多因素影响的量。(一)桩周土的性质和土层分布的影响桩周土的性质是影响桩侧摩阻力最直接的决定因素。一般说来，桩周土的强度越高，相应的桩侧摩阻力就越大。国内外一些学者利用土的力学性质指标进行侧摩阻力的计算，其中最为出名的是Tomlinson(1971)提出的口法，可以表示为：·％=口·乞(2)式中：口一系数，取决于土的不排水剪切强度和桩进入粘土层的深度比札，d，口=OH3—1．O；

4、乞一桩侧粘土层的平均不排水剪切强度。可采用无侧限压缩、三轴不排水剪切、原位十字板、锥探、旁压试验等测定。vesic在总结大量实测资料的基础上．认为在一般粘性土中桩侧摩阻力近似等于土的不排水剪切强度，工业建筑2007增刊1897第七届全国现代结构工程学术研讨会许多试验资料指出，在砂性土中的桩侧摩阻力系数平均值接近于主动土压力系数。由于桩侧摩阻力属于摩擦性质，是通过桩周土的剪切变形来传递的，因而它与土的剪切模量密切相关。超压密粘性土的应变软化及砂土的剪胀，使得侧摩阻力随位移增大而减小；在正常固结以及轻微超压密粘性土中．由于土的固结硬化．侧摩阻力会由于桩顶反复加荷而增大

5、；松砂中由于剪缩也会产生同样的结果。，桩侧土的某些特性，如湿陷性、剪胀性、可液化性、欠固结等，将在一定条件下引起桩侧摩阻力的降低，甚至出现负摩阻力。桩侧土层的分布，如软硬土层、粘性土与非粘性土层相对位置的不同也会影响侧摩阻力的发挥。·(=)桩～土相对位移的影响桩～土间产生相对位移是桩侧摩阻力发挥的前提。在加载的开始阶段，桩7土的相对位移较小，其应力一应变呈直线关系，到达极限位移之后，剪应力不再增加而趋于定值。桩～土相对位移反应了桩侧摩阻力的发挥程度，桩身某s。(z1)=瓦一S，(互)一￡(互)式中：只一桩顶沉降：S。(互)一桩项至该点桩段的压缩量；S，(互)一由于

6、该点上部桩侧摩阻力的发挥g忽略不计。点的桩土相对位移％(zt)可以用下式表示：(3)起的该点桩周土的下沉量，一般可以由于桩侧摩阻力的发挥，桩身轴力沿深度减小，因此桩的压缩自上而下由大变小，相对位移也相应由’大变小，至某一深度为零，该点侧摩阻力也为零。随着荷载增加，零点下移，在这个过程中，侧摩阻力受桩侧有效法向应力和桩～土相对位移量两个因素的制约，在一定深度范围内，它们随深度的变化恰好相反，因此摩阻力的晟大值出现在两者的最优组合处。随着荷载增大，侧摩阻力的最大值逐渐下移，且数值越来越大。当桩长增加时．其最大值和平均值也相应增加，因此对于摩擦桩，增大长径比L／d可咀获

7、得较高的经济效益。桩侧摩阻力达到极限值时所需要的桩～土相对位移称为临界位移。传统的经验认为：临界位移趋于定值(‰itake，1966；Reese，1969)，与桩径太小无关，略受土类、土性影响。但刘金砺先生“。近年的研究表明：』临界位移并非定值，而与桩径大小、施工工艺、土层性质有关。洪毓康等”。、董金荣等。1通过现场试验，发现临界位移值还受桩型、土层的埋深等因素的影响。‘(三)桩侧向有教压应力的影响根据经典的摩擦力计算理论，摩擦力的大小与法向应力成正比，基于上述原理，coyle(1966)”1等用三轴仪在压力囊中设置模型桩，使模型桩侧土在不同的周边压力下固结，后对

8、模型桩进行