淺談荷載作用下樁基礎(chǔ)的受力特性

【摘 要】樁基礎(chǔ)的使用歷史悠久，其應用也十分的廣泛。隨著現(xiàn)在科技水平的提高，樁基礎(chǔ)的設(shè)計理論和實踐經(jīng)驗日漸成熟，樁基礎(chǔ)的發(fā)展也越來越展現(xiàn)出它在地基處理的優(yōu)勢。本文重點介紹了樁基礎(chǔ)的受力特性，包括在水平荷載作用下和豎向荷載作用下的樁基礎(chǔ)的受力特性。

【關(guān)鍵詞】水平荷載；豎向荷載；樁端摩阻力；樁側(cè)摩阻力；群樁效應

一、引言

當采用淺層地基不能滿足上部結(jié)構(gòu)對地基承載力的要求時可加大基礎(chǔ)埋深，即可以采用深基礎(chǔ)方案。深基礎(chǔ)方案有樁基礎(chǔ)，沉井基礎(chǔ)，墩基礎(chǔ)等幾種形式。樁基礎(chǔ)可以減少土方量、節(jié)省降排水措施、改善施工條件，可以取得良好的經(jīng)濟效果。在工程實際中運用的也比較廣泛。

二、水平荷載作用下樁基礎(chǔ)受力特性

一般在橋梁工程中的橋墩下的樁基，還有高層建筑中采用的樁基都需要考慮在水平荷載作用下樁基的承載力。

1.單樁水平承載力

在水平荷載作用下樁體發(fā)生位移，首先是靠近樁頂?shù)臉吨芡涟l(fā)生變形提供抗力。水平荷載加大，樁體將會進一步傾斜，表層土由彈性變形逐漸發(fā)生塑性變形。水平荷載會向更深的土層傳遞。單樁的水平承載力主要由樁身強度和樁頂水平位移控制。

2.群樁水平承載力

在水平荷載作用下，群樁的承載力是各種因素的綜合作用。在計算其承載力的時候需要考慮地下室墻體、承臺、樁群、土的共同作用。

三、豎向荷載作用下樁基礎(chǔ)受力特性

在一般情況下樁基礎(chǔ)主要是承受上部結(jié)構(gòu)傳下的豎向荷載。下面我們對樁基礎(chǔ)在豎向荷載下的受力特性進行分析。

單樁基礎(chǔ)？土對樁的支持力有兩部分組成，一部分是樁側(cè)阻力，一部分是樁端阻力。根據(jù)它們的承載力性狀《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定將樁分為四種，摩擦型樁，端承摩擦型樁，摩擦端承型樁，端承樁。

在豎向荷載作用下單樁樁側(cè)阻力先發(fā)揮作用，然后力由上端傳至樁端。樁側(cè)摩阻力與樁土間的相對位移、土的性質(zhì)、樁的剛度、時間因素等有關(guān)。而樁端阻力與端位移、土的性質(zhì)、樁徑、時間等有關(guān)。樁端阻力和樁側(cè)阻力相對大小與許多因素有關(guān)，比如樁徑、樁長、土的抗剪強度、樁端土的壓縮性大小、荷載大小。

群樁基礎(chǔ)？在工程中往往是柱的荷載或上部結(jié)構(gòu)的荷載有多個基樁共同承擔。此時，對于群樁基礎(chǔ)來說，單樁的受力特性與群樁中單個樁的受力特性不盡相同。

首先我們討論不考慮承臺效應的群樁基礎(chǔ)單樁的受力。對于摩擦型中柱距較大的疏樁或者端承型樁，由于基樁之間力的影響較小即可認為與單樁受力特性基本上無差別，是單樁承載力簡單的相加。即群樁效應系數(shù)為1。對于柱距較小的摩擦型群樁，由于基樁之間距離較近，假設(shè)樁側(cè)摩阻力在土中引起的附加應力以某一角度向下擴散，在樁端土所受的附加應力將會明顯增大，進而導致土的壓縮量增加。也就是說在與單樁達到同一沉降量的時候，群樁中的基樁必然受力要小于單樁。這就導致了在群樁受力計算時不能將單樁的承載力進行簡單的疊加，而是需要考慮一定的效應系數(shù)。

對于低承臺樁基在群樁受力中還有可能考慮承臺效應。承臺效應是指對于摩擦型群樁來說，在豎向荷載作用下，由于樁土間相對的位移，導致承臺下的樁間土對承臺產(chǎn)生一定的豎向抗力，成為豎向承載力的一部分而分擔荷載。像這種考慮了承臺效應的樁基礎(chǔ)一般被稱為復合樁基。要想計算承臺下土的抗力，其前提條件是要有相對位移的產(chǎn)生。對于一些對沉降敏感的建筑物，不宜考慮承臺效應。對于一些樁周土層相對于樁側(cè)向下位移的情況也不應考慮承臺效應，比如承臺下樁周土是自重濕陷性黃土、可液化土、欠固結(jié)土。《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定對于符合下列條件之一的摩擦型樁基，宜考慮承臺效應確定其符合基樁豎向承載力特征值：1.上部結(jié)構(gòu)整體剛度較好、體型簡單的建（構(gòu)）筑物；2.對差異沉降適應性強的排架結(jié)構(gòu)和柔性構(gòu)筑物；3.按變剛度調(diào)平原則設(shè)計的樁基剛度相對弱化區(qū)；4.軟土地基的減沉復合疏樁基礎(chǔ)。

當樁周土層產(chǎn)生的沉降大于基樁在荷載作用下產(chǎn)生的沉降時，樁側(cè)摩阻力方向向下，即產(chǎn)生的負摩阻力。《規(guī)范》規(guī)定了需要考慮負摩阻力的下列情形：1.樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土、液化土層進入相對較硬土層時；2.樁周存在較軟弱土層，鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長期荷載，或地面大面積堆載（包括填土）時；3.由于降低地下水位，使樁周土有效應力增大，并產(chǎn)生顯著壓縮沉降時。在樁土相對位移為零的地方稱該截面為中性點。在中性點以上產(chǎn)生負摩阻力，在負摩阻力產(chǎn)生的下拉荷載作用下，樁的軸力逐漸增大，到中性點時軸力達到了最大。在中性點以下，由于樁側(cè)阻力的作用，軸力逐漸減小。最后軸力傳到樁端。樁端土在豎向荷載作用下產(chǎn)生壓縮，導致樁向下位移增大，中性點向上移動。土的沉降固結(jié)也隨著時間而變化，所以中性點的位置并不是固定的。中性點的位置隨著時間的變化而變化的。中性點的深度可以根據(jù)樁端土持力層的性質(zhì)確定，也可以根據(jù)樁周土沉降與樁沉降相等的原則來確定。

四、結(jié)語

考察樁基礎(chǔ)在各種荷載作用下的受力特性，了解樁基礎(chǔ)在受荷時基樁、承臺、樁周土、承臺下土的反應規(guī)律。運用這些規(guī)律，有效的采用合適的樁距，樁的布置形式，還有運用恰當?shù)姆椒ㄈス浪銟痘谔囟l件下的承載力，為工程實際服務。