1引言
隨著預(yù)應(yīng)力管樁技術(shù)的進(jìn)步，管樁的應(yīng)用也越來越廣，相應(yīng)的理論研究與實(shí)踐也在同步發(fā)展，靜壓管樁技術(shù)因其明顯的優(yōu)勢而越來越受到人們的重視。靜壓管樁是把預(yù)應(yīng)力管樁本身具備的特點(diǎn)和無振動(dòng)、無油煙、無噪音的施工工藝較完善的結(jié)合起來，是一種優(yōu)勢十分明顯的工法。由于靜壓管樁的諸多優(yōu)點(diǎn)，靜壓法成為管樁施工中的首選工法，靜壓管樁技術(shù)的有效推廣，有利于建筑業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前的發(fā)展越來越重視建設(shè)速度，在保證質(zhì)量的前提下，如何縮短工期已成為大部分業(yè)主最為關(guān)心的重要問題。在以往的建設(shè)中，基礎(chǔ)工程的施工工期在整個(gè)建設(shè)工期中占有很大比例，因此，在保證基礎(chǔ)工程質(zhì)量的前提下，縮短基礎(chǔ)工程的施工工期就變得尤為重要。靜壓管樁基礎(chǔ)兼有質(zhì)量可靠、施工速度快的優(yōu)點(diǎn)，且造價(jià)合理。因此，靜壓管樁基礎(chǔ)在工程建設(shè)中必然成為首選樁型，具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前對(duì)靜壓管樁的研究可以得到在同一條件下的靜壓管樁基礎(chǔ)的單樁豎向承載力明顯高于其他工法的預(yù)應(yīng)力管樁和其他樁型，分析原因可以認(rèn)為是由于這一工法的機(jī)理不同所致。以中粗砂為持力層的靜壓管樁，其承載力更是明顯高于同等條件下的其他樁型，這似乎與壓樁過程中，樁端土體被壓密而形成的一個(gè)壓密區(qū)有關(guān)，然而，不同的地質(zhì)條件下，這一壓密區(qū)如何影響承載力還無法說清，這方面需要開展大量的研究，通過力學(xué)建模，采用有限元法進(jìn)行計(jì)算，使之與靜壓管樁試驗(yàn)研究結(jié)果相吻合，建立體現(xiàn)靜壓管樁實(shí)際受力的本構(gòu)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜壓管樁承載特性的深入研究。因此，對(duì)靜壓管樁的受力機(jī)理和豎向承載力進(jìn)行研究十分必要。
2豎向荷載作用下單樁的傳遞過程
當(dāng)豎向荷載逐步施加于單樁樁頂，樁身上部受到壓縮而產(chǎn)生向下的位移，同時(shí)樁側(cè)表面受到土的向上的摩阻力。樁身荷載通過所發(fā)揮出來的樁側(cè)摩阻力傳遞到樁周土層中去，致使樁身荷載和樁身壓縮變形隨深度遞減。隨著荷載增加，樁身壓縮量和位移量增大，樁身下部的摩阻力隨之逐步調(diào)動(dòng)起來，樁底土層也因受到壓縮而產(chǎn)生樁端阻力，樁端土層的壓縮加大了樁土相對(duì)位移，從而使樁身摩阻力進(jìn)一步發(fā)揮出來。當(dāng)樁身摩阻力全部發(fā)揮出來并達(dá)到極限后，若繼續(xù)增加荷載，其荷載增量將全部由樁端阻力承擔(dān)。當(dāng)樁底荷載達(dá)到樁端持力層土的極限承載力時(shí)，樁端持力層大量壓縮和塑性擠出，位移增長速度顯著加大，使樁發(fā)生急劇的、不停滯的下沉而破壞。此時(shí)樁所承受的荷載就是樁的極限荷載。
3荷載傳遞的分析方法
從上面的敘述可知豎向荷載下樁土體系的荷載傳遞過程可簡單描述為：樁身位移S(z)和樁身荷載P(z)隨深度遞減，樁側(cè)摩阻力τ(z)自上而下逐步發(fā)揮。樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮值與樁土相對(duì)位移量有關(guān)，如圖3.1所示。
式中：U——樁身截面周長；EP——樁身彈性模量；A——樁身橫截面面積。
式(3-5)就是進(jìn)行樁土體系荷載傳遞分析計(jì)算的基本微分方程。目前求解方程(3-5)的方法主要有解析法和位移協(xié)調(diào)法兩種。
當(dāng)通過試驗(yàn)實(shí)測并按一定模型建立起的傳遞函數(shù)的形式不太復(fù)雜時(shí)，通常為直線或折線模型時(shí)，便可將其直接代入式(3-5)求得解析解。常用的具代表性的傳遞函數(shù)模型有：佐騰悟的線彈性全塑性模型、陳龍珠等的雙折線硬化模型、房衛(wèi)民的三折線模型以及劉齊建的考慮樁底沉渣的樁端三折線模型等。
4影響荷載傳遞的因素
瑪斯特(N.S.Mattes)和波洛斯(H.G.Poulos)運(yùn)用線彈性理論進(jìn)行分析的結(jié)果表明，影響樁土體系荷載傳遞的因素主要有：
樁端土與樁周土的剛度比Eb/Es：當(dāng)Eb/Es=0時(shí)，是純摩擦樁，樁身軸向力沿深度近乎直線地減少(說明摩擦力近乎直線分布)，至樁端時(shí)變?yōu)?；當(dāng)Eb/Es=1時(shí)，屬均勻土層中的摩擦樁，荷載傳遞曲線與純摩擦樁相近；當(dāng)Eb/Es=∞且為中長樁(l/d≈25)時(shí)，是端承樁，樁身軸向力沿深度減小，下半段幾乎不變，說明摩阻力逐漸減小至接近于零，端阻力占總荷載的大部分；當(dāng)Eb/Es=100時(shí)，實(shí)際上就可以看作是端承樁。
樁、土的剛度比Ep/Es：當(dāng)Ep/Es越大，樁端阻力所分擔(dān)地荷載比例越大；但當(dāng)Ep/Es≥1000后，端阻分擔(dān)荷載的比例變化不再明顯。對(duì)于Eb/Es≤10的中長樁(l/d≈25)，其樁端阻力接近于0。這說明對(duì)于砂樁、碎石樁、灰土樁等低剛度樁組成的基礎(chǔ)，應(yīng)按復(fù)合地基工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。
樁底擴(kuò)大頭與樁身直徑之比D/d越大，樁端阻力分擔(dān)的荷載比例越大。對(duì)于均質(zhì)土層中的中長樁(l/d≈25)，其樁端分擔(dān)荷載比例僅僅5%，D/d=3.0的擴(kuò)底樁可增大至約35%。
在所有情況下，樁長對(duì)荷載傳遞都有重要影響。當(dāng)樁較長(l/d>25)時(shí)，上述各種因素的影響均大大減弱；當(dāng)1/d>100時(shí)，則所有影響均失去實(shí)際意義，無論樁端土剛度多大，其分擔(dān)的荷載值小到可以忽略不計(jì)。
結(jié)論
如何準(zhǔn)確合理的確定樁的承載力，充分發(fā)揮靜壓管樁承載力高等諸多優(yōu)點(diǎn)，是工程技術(shù)人員十分關(guān)心的問題。本文通過對(duì)靜壓管樁的豎向荷載作用下單樁荷載傳遞特性、分析方法和影響的傳遞機(jī)理進(jìn)行分析，可以對(duì)靜壓管樁的承載力的特性有更深刻的理解，有助于實(shí)際設(shè)計(jì)于施工。
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