淺談荷載傳遞法在單樁豎向承載力分析和沉降計算中的應用

【摘要】隨著我國城鄉的發展，樁基礎應用越來越廣泛。在樁基礎分析中單樁性狀是分析群樁基礎和其他復雜基礎性狀的基礎，而荷載平衡法作為分析單樁的豎向承載力和沉降的方法因其概念明確，計算簡單而得到廣泛的應用。

【關鍵詞】單樁；荷載傳遞法；豎向承載力；沉降

0 引言

隨著我國城鄉建設的發展，樁基礎作為大型建筑物、構筑物中運用最多的一種深基礎形式，其應用越來越廣。

1 樁基礎介紹

由樁和連接樁頂的樁承臺（簡稱承臺）組成的深基礎，簡稱樁基。樁基具有承載力高、沉降量小而較均勻的特點，幾乎可以應用于各種工程地質條件和各種類型的工程，尤其是適用于建筑在軟弱地基上的重型建（構）筑物。因此，在沿海以及軟土地區，樁基應用比較廣泛。在人類有歷史記錄以前，就已經在地基上條件不利的河谷及洪積地區采用了樁基工程方法。

按照樁的制作方式可以將樁分為灌注樁和預制樁。灌注樁按照孔的挖鉆方式又可以分為人工挖孔樁和機械鉆孔樁。人工挖空樁作為大直徑灌注樁，先于1893年在美國問世，至今已經100多年的歷史。鉆孔灌注樁是在人工挖孔樁問世后約50年，即20世紀40年代。第二次世界后世界各地經濟復蘇和發展，高層、超高層建筑物和重型構造物不斷興建，絕大數都采用了鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁在世界范圍內出現了蓬勃發展的局面，其用量逐年上升，居高不下。

預制鋼筋混凝土樁結構堅固耐久，可按需要制成不同尺寸的截面和長度，能承受較大的豎向荷載和施工錘擊應力，且不受地下水和潮濕變化的影響，在建筑基礎工程中應用廣泛。

由于現代城市環境保護的要求日趨嚴格，對沉樁噪聲、振動、擠土等的監控、檢測和防護措施綜合技術有了發展。迄今，鋼筋混凝土樁任然是我國工程建設中應用最多，最為普及的樁型。

2 單樁分析理論

單樁豎向承載性狀的理論分析方法有荷載平衡法、彈性理論法、剪力位移法和有限元法等。

荷載傳遞法把樁劃分為許多單元，每一個單元與土體之間采用非線性彈簧連接，以模擬樁、土間的荷載傳遞關系。樁端土也采用非線性彈簧和樁端連接。非線性彈簧的應力和應變關系表示了樁側摩阻力與剪切位移之間的關系，這一關系稱為荷載傳遞函數。

樁周土與樁基之間有相對位移才可產生側摩擦力，發揮極限側摩阻力所需位移與樁徑成正比關系，并與施工工藝，土層性質及分布位置有關。樁側阻力受擠土效應影響而增大。不同的成樁工藝會使樁周土體中應力、應變場發生不同的變化，從而導致樁側阻力的相應變化。這種變化又與土的類別、性質，特別是土的靈敏度、密實度、飽和度密切相關。

樁端阻力的大小主要與樁端土層性質、側摩阻力的發揮程度、成樁工藝等因素有關。樁端阻力的發揮滯后于樁側阻力的發揮，樁端土層受壓產生壓縮變形，塑性變形至剪切破壞達到極限承載力。樁端阻力隨著入土深度增加而增大。當達到一定深度時，樁端阻達到最大值不變。

傳遞函數法假定樁側任意一點的位移只與該點的摩阻力有關，而與其他點的應力情況無關，忽視了土的連續性，因此在理論上有一定的局限性。

傳遞函數法以樁體為研究對象，傳遞函數位移是樁身位移，不考慮土體的連續性就不能考慮由于樁側摩阻力向下傳遞而引起的樁端土體壓縮所產生的樁端沉降。這樣分析樁端及樁身下部受力狀況與位移是不夠準確的。

某工程樁端支撐于中細砂上的泥漿護壁鉆孔擴底樁，如圖所示：

3 單樁樁端沉降

單樁樁端的沉降組成由三部分組成：1樁本身的彈性壓縮量；2由于側摩阻力向下傳遞導致樁端土體的壓縮引起的沉降；3由于樁端荷載引起的樁端土體的壓縮引起的土體壓縮引起的沉降。

荷載傳遞分析法是單樁荷載-變形分析最常用的一種方法，承受豎向壓力的單樁通過樁側摩阻力和端阻力的發揮將荷載傳遞擴散到地基土中，根據樁側摩阻力和端阻力分布函數求解單樁沉降。此法的關鍵是荷載傳遞函數的確定，即表示樁側摩阻力與位移間的關系，這一關系成為傳遞系數，利用已知樁側和樁底荷載的傳遞函數，求解傳遞函數法的基本微分方程：

解得樁頂荷載與沉降關系函數曲線、樁身荷載沿樁身的分布曲線以及樁側摩阻力沿樁身的分布荷載曲線。

4 總結

荷載傳遞法概念明確，能反映樁土體系的荷載-沉降主要工作機理，同時具有計算簡單、實用性強的優點。目前已形成了一套較為完善的分析方法。在以后的工作中，應該更加重視荷載傳遞機理分析和實驗對比，得出較為實用的地區經驗參數，指導設計和施工。

參考文獻：

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