【正文】 建設(shè)中最為重要的基礎(chǔ)形式，在所有樁基 類型中，灌注樁應(yīng)用較為普遍，其中尤以鉆孔灌注樁為主。 影響鉆孔灌注樁承載力的因素遠比預(yù)制樁復(fù)雜的多，比如成孔孔徑及其隨 時間的變化、樁長、施工工藝、施工人員素質(zhì)、土層情況、泥漿性能指標(biāo)、混 凝土灌注時間 等等，且成樁后由于土體的蠕變特性，在接近極限荷載水平下持 續(xù)荷載將產(chǎn)生樁體附加沉降以及樁側(cè)摩阻力的下降。 樁及樁基礎(chǔ)的分類 樁可按承載性狀、使用功能、樁身材料、成樁方法和工藝、樁徑大小等進行分類。房屋建筑工程的樁基多屬于這一類。 ②端承摩擦樁 : 在極限承載力狀態(tài)下 , 樁頂荷載主要由樁側(cè)摩擦阻力承受。如通過 軟弱土層樁尖嵌入基巖的樁 , 外部荷載通過樁身直接傳給基巖 , 樁的承載力由樁的端部提供 , 不考慮樁側(cè)摩擦阻力的作用。 （ 1）鋼筋混凝土樁 混凝土樁是目前應(yīng)用最廣泛的樁 , 具有制作方便 , 樁身強度高 , 耐腐蝕性 能好 , 價格較低等優(yōu)點。型鋼樁常見有工字形鋼樁和 H 形鋼樁。在地下水位以 下時，木材有很好的耐久性，而在干濕交替的環(huán)境下，木材很容易腐蝕。根據(jù)荷載傳遞特征 , 可分為摩擦樁、端承摩擦樁、摩擦端承樁及端承樁四類。 ( 4) 復(fù)合受荷樁 : 承受豎向、水平荷載均較大的樁 , 應(yīng)按豎向抗壓樁及水平受荷樁的要求進行驗算。因而樁周圍的土很少受到擾動。故樁周土的工程性質(zhì)變化不大。另外沉管式灌注樁也屬于擠土樁等。 7. 按樁徑大小分類 （ 1）小樁 d≤ 250mm （ 2）中等直徑樁 d=250 800mm （ 3）大直徑樁 d≥ 800mm Q 圖 樁的受力與承載如圖 ，本文主要研究大直徑深長鉆孔灌注樁的豎向極限承載力。例如，我國香港地區(qū)將 d≥ 600mm的灌注樁視為大直徑灌注樁；我國《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 (JGJ94． 94)將 d≥ 800mm的灌注樁視為大直徑灌注樁。本文將樁徑 d? 800mm的鉆孔樁視為大直徑鉆孔樁，將長徑比 /LD? 40或L40m的鉆孔樁定義為深長鉆孔樁，將 L? 50m的鉆孔樁定義為超長鉆孔樁，當(dāng)然，超長樁屬于深長樁的范疇。 (4)鉆孔灌注樁最大的特點是可以穿過各種復(fù)雜地層，并可將樁端置于堅實土層或嵌入基巖，如南京長江第三大橋樁身嵌入微風(fēng)化泥巖近三十米，這是其它施工方法很難做到的。 (7)大直徑深長灌注樁可采取擴大底部的形式，更好地發(fā)揮樁端土的作用。 (9)大直徑灌注樁除能承受較大的豎向荷載外，由于樁身剛度大，還 能承受較大的橫向荷載，增強建筑物抗震能力；它能有效地充當(dāng)坡地抗滑樁、堤岸支護 樁以及地鐵或建筑物地下室基坑開挖的支護樁，還可在基坑開挖后繼續(xù)作為地 下室的承重墻等永久性結(jié)構(gòu)使用。 1． 3 大直徑深長鉆孔灌注樁單樁豎向承載性狀理論研究方法現(xiàn)狀 目前研究 大直徑深長鉆孔灌注樁單樁豎向承載性狀的方法主要有荷載傳遞 法、彈性理論法、剪切位移法、有限元法以及其它方法簡化、灰色系統(tǒng)理論法、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和最優(yōu)化理論法、試驗方法等。 荷載傳遞法概念明確、精度高、適應(yīng)性強，一旦確定荷載傳遞函數(shù)后，只 要進行一些簡單的數(shù)據(jù)運算便可得到 樁的荷載～沉降曲線。而位移協(xié)調(diào)法是由 Seed和 Reese(1955)、 Coyle和 Reese (1966)提出的。陳龍珠 (1994)提出雙折線硬化模型，房衛(wèi)民 (1999)提出了三折線模型?？傊瑢⒑奢d傳遞法應(yīng)用于樁基礎(chǔ)沉降分析時，如果具備標(biāo)準(zhǔn)化的地區(qū)性樁荷載試驗資料和現(xiàn)成的計算機專用程序，則分析工作就變得較為簡單。 國內(nèi)學(xué)者在彈性理論法的改進和發(fā)展研究方面也取得了一定成果。分析時假定樁側(cè)上、下土層之間沒有相互作用，此外，認(rèn)為摩擦樁一般在工作荷載作用時，樁端承擔(dān)荷載較小，計算中可略去，即假定樁沉降主要由樁側(cè)荷載傳遞引起。另外 該方法假定樁～土之間位移協(xié)調(diào)，即樁～土之間不產(chǎn)生滑動，這與樁的實際工 作性狀也不相符，僅在荷載較小時能得出較準(zhǔn)確的解，荷載較大時，則會產(chǎn)生 較大的偏差。它很適于處理非線性、非均質(zhì)和復(fù)雜邊界等問題，而土體 的應(yīng)力變形分析恰好就存在這些困難問題。 有限元法也有缺點，如計算參數(shù)不易確定、計算結(jié)果及其影響因素間的關(guān) 系不直觀等，而且其結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上依 賴于所選擇的土和樁土界面 的本構(gòu)關(guān)系模型參數(shù)是否能夠準(zhǔn)確地反映真實情況。 邊界元法計算工作量比有限元法要小，只需要對樁土界面進行離散，在接 觸面用荷載傳遞函數(shù)或彈性理論模擬土的性狀，建立樁土之間的平衡和位移協(xié) 調(diào)關(guān)系。 1． 3． 5 灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和最優(yōu)化理論 灰色預(yù)測理論是一種新型預(yù)測理論，它利用連續(xù)的灰色微分方程模型，對系 統(tǒng)進行觀察分析，并做出長期預(yù)測。目前灰 色系統(tǒng)理論在樁基工程中 的應(yīng)用主要包括對單樁承載力、沉降的預(yù)測以及用灰 色關(guān)聯(lián)分析研究單樁的承載性能，所采用的模型大多為 GM(1， 1)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)性強、非線性、容錯性強 等特點，特別適用于處理各種非線性問題。不少專家學(xué)者己經(jīng)在這方面展開了 積極的探索并取 得了階段性成果。 Coyle和 Reese在三軸剪力儀中測 定粘土與鋼管樁 間的荷載傳遞函數(shù)； Kezdi用直剪儀測定砂土的荷載傳遞函數(shù)。 1989年由加拿大伯明翰公司 (Berming Hammer) 和荷蘭皇家科學(xué)院建工研究所 (TNO)聯(lián)合研制成功的靜動法 (Statnamic)，是目前國際上一種嶄新的樁基荷載測試方法，它利用一個類似于火箭的裝置，攜帶一定量的反力作用于樁頭，點火后在樁頭產(chǎn)生一個相對平緩持續(xù)的推力，從而獲得安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 11 可分解的荷載試驗曲線，最終通過解析處理獲得靜荷載曲線。 提高豎向承載力措施 影響灌注樁承載力 的因素較多，離散性較大，缺乏合理的評價指標(biāo)。 樁底沉渣對承載力的影響比較突出。影響也比較大，過長的成孔時間會導(dǎo)致樁側(cè)阻、端阻損失，從而直接損失樁豎向承成孔時間對樁承載力正常發(fā)揮使單樁承載力損失可達 5080%以上。大量工程實踐證明，采用合理工藝的樁底注漿效果很不錯，不但可提高單樁承載力，還可以減小單樁沉降量以及群樁的不均勻沉降。 盡管大直徑深長鉆孔灌注樁己被大量使用，但這類樁的荷載傳遞機理目前 還不是 很清楚，樁的設(shè)計仍按普通樁的計算理論進行，迄今還沒有符合實際的 計算方法，設(shè)計單位很難做到經(jīng)濟又合理。大量的這方面的現(xiàn)場試驗，為我們研究樁的承載性 狀提供了寶貴的數(shù)據(jù)，本文則 試圖利用現(xiàn)場試驗的成果并結(jié)合理論研究方法對 大直徑深長鉆孔灌注樁的承載性狀作較為系統(tǒng)的研究。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 13 (2)具體介紹荷載傳遞法在分析單樁豎向承載力問題中的應(yīng)用，通過現(xiàn)場大直徑深長鉆孔灌注樁的現(xiàn)場靜載荷試驗數(shù)據(jù)，繪出實測荷載傳遞曲線圖，并按一定方法推求直徑 。在樁基理 論中，單樁的承載力是核心問題，又由于本文主要探討橋梁等高重結(jié)構(gòu)中的大直 徑深長灌注樁，故本文將集中討論豎向荷載下單樁的承載性能。由于樁周介質(zhì)的復(fù)雜性 ,由外部強度準(zhǔn)則和功能性準(zhǔn)則確定樁基的承載力比較復(fù)雜。 現(xiàn)在樁基一般是根據(jù)樁的承載能力進行設(shè)計。采用靜力計算法計算樁基承載力，樁側(cè)摩阻力的計算類似于直剪試驗安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 14 中土的庫 倫準(zhǔn)則，而樁端承載力的計算類似于地基承載力的極限平衡理論。 0 /2p u c q rq N c N B N??? ? ? () 式中 cN 、 rN 、 qN — 承載力因數(shù)，為土的內(nèi)摩擦角 ? 的函數(shù)，無因次 c — 地基土的內(nèi)聚力 0? — 樁端處的豎向應(yīng)力 B — 樁端直徑 γ — 土的容重 若樁端土為飽和粘土（ ? =0），式（ ）可進一步簡化： 0pu c uq N c ??? () uc — 土的不排水剪切強度 很多學(xué)者都探討過 Nc 的取值，根據(jù)大量的研究表明 Nc 的取值一般間于 6 到 9 之間，且隨樁的入土深度的增長趨于上限值。 樁側(cè)摩阻力的計算 樁的總極限側(cè)阻力的計算通常取樁身范圍內(nèi)各土層的極限側(cè)阻力 suiq 與對應(yīng)樁側(cè)表面積 Uili 的乘積之和，即 sui suiQ Uiliq? ? （ ） suiq 的計算分總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法，前者適用于飽和粘土中側(cè)阻力的計 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 15 算，而后者適用于砂性土中側(cè)阻力的計算。suq vK v? ? ? ??? () 對正常固結(jié)粘性土， 0 1 sinK ???? ， ???? ? — 系數(shù)，對正常固結(jié)粘性土， (1 sin ) ta n? ? ????? 0K — 土的靜止土壓力系數(shù) ? — 樁土間外摩擦角 v?? — 樁側(cè)計算分層土的平均豎向有效應(yīng)力 ?? — 樁側(cè)土的有效內(nèi)摩擦角 ? 法考慮了樁身與樁周粘性土邊界上的摩擦作用和邊界上的法向應(yīng)力，該方 法又稱為“排水法”或“有效應(yīng)力法”。 （ 3） ? 法 Vijaywergiya amp。 直接試驗法 雖然有很多單樁承載力的計算方法，但只有直接試驗法能夠比較準(zhǔn)確地確定 樁基的承載力，尤其是樁基的靜載荷試驗，一般只需簡單的統(tǒng)計處理就能用于樁 基的設(shè)計中。但在橋梁工程中靜載荷試驗應(yīng)用較少。自平衡 法由美國西北大學(xué)教授 Jorj Osterberg 于 80 年代中期研制成功，是近年應(yīng)用較廣泛的一種方法，特別是在橋梁工程中。但自平衡法測樁時，荷載箱以下部分樁與 樁的實際受荷狀態(tài)是基本相似的，而荷載箱以上部分樁與樁實際的受力方式顯然是不同的，這也是自平衡法受到質(zhì)疑的原因，雖然很多試驗證明了自平衡法得到的極限承載力的結(jié)果與靜載試驗得到的結(jié)果很相似，但如何從理論上解決這一問題，還有待于進一步的研究?，F(xiàn)在國內(nèi)用的較多的是慢 速維持荷載法。 （ 2）根據(jù) P— S 曲線下沉增量或下沉增量與荷載增量的比值確定 很多國家以△ S/△ P 或 S/P 的某一定量指標(biāo)確定極限承載力，比較簡便，但各種規(guī)定的定量指標(biāo)相差很大。各國關(guān)于極限荷載下的樁頂絕對下沉量很不相同。Jamiolkowskietal 1998）推薦 S=— 時的荷載為極限荷載。 我國《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（ JGJ 94— 94）按下列方法 綜合確定單樁豎向極限承載力。 極限承載力外推法 以上方法確定極限承載力都是試驗靜荷載已經(jīng)達到極限荷載，很多情況下試 驗荷載并不能達到極限荷載，如極限 荷載超過錨樁的最大抗拔力或壓重平臺的最 大重量時。 （ 2）斜率倒數(shù)法 此法假設(shè) P— S 曲線為雙曲線關(guān)系： sQ a bs? ? () 當(dāng) S→∞時， Q=Qu 11l i m l i mu sssQaa bs bbs? ? ? ?? ? ?? ? () （ 3） 拋物線法 Mazurkiewicz 假設(shè) PS 曲線在破壞荷載前呈拋物線，提出用外插法求破壞荷載。自 82 年灰色理論建立以來，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟、醫(yī)療、生態(tài)、水利、氣象、地質(zhì)、軍事、 文化、教育、交通、管理、工業(yè)控制等幾十個領(lǐng)域。對等 增量荷載 序列 P={P1,P2，?， Pn}有沉降序列△ s=｛△ s(1)， △ s(2)，?， △s(n)｝，對原始沉降序列做一次累加生成運算，得到新序列 s={s(1)， s(2)，?，s(n)}，其中 s(n)為第 n 級時的累積沉降量， 1( ) ( )nis n s i???? () 按灰色系統(tǒng)建模方法，可得序列 s={s(1)， s(2)，?， s(n)}白化形式的一階微分方程，記為 GM(1,1)： ds as udn ?? () 其離散響應(yīng)為： ( 1 ) ( (1 ) ) aiuus i s eaa?? ? ? ? ? () 還原模型值（沉降預(yù)測值）為： ( 1) ( )s s i s i? ? ? ? () 式中， a,u待辨識的灰參數(shù)，設(shè) A = [a,u]T ,則 1()TTnA B B B Y?? () 其中 ? ?? ?? ?1( 1 ) ( 2) 12 ( 2)1( 3 )( 2) ( 3 ) 1,2.............................()1( 1 ) ( ) 12nsss