【正文】 阻力的計(jì)算，可以采取簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)辦法處理。 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(jìn)一步簡(jiǎn)化： 0pu c uq N c ??? () uc — 土的不排水剪切強(qiáng)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(zhǎng)趨于上限值。代表性的樁端阻力極限平衡理論有太沙基（ Terzaghi,1943）、 梅耶霍夫（ Meyerhof,1951）、別列贊策夫（ 1961）和魏西克（ Vesic,1963）公式。采用靜力計(jì)算法計(jì)算樁基承載力，樁側(cè)摩阻力的計(jì)算類似于直剪試驗(yàn)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(jì)算類似于地基承載力的極限平衡理論。確定單樁承載力的方法主要有近似理論法、原位測(cè) 試法、經(jīng)驗(yàn)法和直接實(shí)驗(yàn)法。 現(xiàn)在樁基一般是根據(jù)樁的承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。眾多學(xué)者已經(jīng)在這方面做了很多研究，提出了很多計(jì)算方法。由于樁周介質(zhì)的復(fù)雜性 ,由外部強(qiáng)度準(zhǔn)則和功能性準(zhǔn)則確定樁基的承載力比較復(fù)雜。 由于樁是結(jié)構(gòu)力學(xué)中最為簡(jiǎn)單的受力桿件，所以由樁的內(nèi)部強(qiáng)度穩(wěn)定準(zhǔn)則分析確定單樁承載力比較簡(jiǎn)單。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(zhǎng)灌注樁，故本文將集中討論豎向荷載下單樁的承載性能。 第二章 單樁豎向承載力 樁基可由單根樁構(gòu)成，如一柱一樁的情況，也可以是有多根樁組成的群樁， 荷載通過承臺(tái)傳遞給樁頂。 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(chǎng)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁的現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出實(shí)測(cè)荷載傳遞曲線圖，并按一定方法推求直徑 。之后，對(duì)該工程 1， 2號(hào)根試樁的函數(shù)曲線進(jìn)行分析，得出該地區(qū)有關(guān)樁頂荷載與沉降關(guān)系的一些結(jié)論，通過分析表明規(guī)范在本地區(qū)的應(yīng)用有待進(jìn)一步的研究，并提出按一定的樁頂沉降量來預(yù)測(cè)未加載至破壞的試樁的極限承載力，并通過對(duì) QS曲線得出對(duì)應(yīng)的極限承載力。大量的這方面的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，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(chǎng)試驗(yàn)的成果并結(jié)合理論研究方法對(duì) 大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁的承載性狀作較為系統(tǒng)的研究。因此，研究大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁荷載傳遞機(jī)理不僅是樁基理論自身發(fā) 展的需要，同時(shí)也是工程界的迫切要求。 盡管大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁己被大量使用，但這類樁的荷載傳遞機(jī)理目前 還不是 很清楚，樁的設(shè)計(jì)仍按普通樁的計(jì)算理論進(jìn)行，迄今還沒有符合實(shí)際的 計(jì)算方法，設(shè)計(jì)單位很難做到經(jīng)濟(jì)又合理。大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁具有與一般樁有著不同的 承載特點(diǎn)，影響其單樁極限承載力的因素很多且不穩(wěn)定，合理地確定其極限承 載力，充分提高樁基的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，是工程設(shè)計(jì)人員和施工人員十分 關(guān)心的 問題。大量工程實(shí)踐證明，采用合理工藝的樁底注漿效果很不錯(cuò)，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。 綜合上述因素，在計(jì)算單樁豎向承載力時(shí)應(yīng)考慮除場(chǎng)地因素以外的其它因素對(duì)承載力降低的影響。影響也比較大，過長(zhǎng)的成孔時(shí)間會(huì)導(dǎo)致樁側(cè)阻、端阻損失，從而直接損失樁豎向承成孔時(shí)間對(duì)樁承載力正常發(fā)揮使單樁承載力損失可達(dá) 5080%以上。當(dāng)有較厚沉渣時(shí)，極限狀態(tài)下樁端阻損失達(dá) 90%以上，樁側(cè)阻損失也很大， 從而直接損失樁豎向承 載力。 樁底沉渣對(duì)承載力的影響比較突出。其次是樁身混凝土質(zhì)量，也可在成樁后通過超聲波或各種動(dòng)測(cè)設(shè)備測(cè)定和評(píng)價(jià)。 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(píng)價(jià)指標(biāo)。目前已在荷蘭、加拿大、美國、 德國、日本、韓國和新加坡等國得到認(rèn)可和應(yīng)用，我國建設(shè)部的質(zhì)檢中心于 1995 年 6月 ，首次運(yùn)用靜動(dòng)法成功地進(jìn)行了灌注樁承載力的測(cè)試表演，但至今未能 得到全面推廣。 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(dòng)法 (Statnamic)，是目前國際上一種嶄新的樁基荷載測(cè)試方法，它利用一個(gè)類似于火箭的裝置，攜帶一定量的反力作用于樁頭，點(diǎn)火后在樁頭產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)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(yàn)曲線，最終通過解析處理獲得靜荷載曲線?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要包括單樁靜載試 驗(yàn)及樁身應(yīng)力測(cè)試，靜載試驗(yàn)是目前研究單樁的承載性能及單樁荷載一沉降特性 最常用的手段。 Coyle和 Reese在三軸剪力儀中測(cè) 定粘土與鋼管樁 間的荷載傳遞函數(shù)； Kezdi用直剪儀測(cè)定砂土的荷載傳遞函數(shù)。如有些規(guī)范中根據(jù)土類、土的狀態(tài)及樁基類型與成樁工藝確定樁側(cè)阻力，采用原位測(cè)試 (如：靜力觸探 )估算單樁承載力等近年來，大量的工程技術(shù)人員還從理論與實(shí)踐相結(jié)合的角度出發(fā)，又探索出各種單樁承載性能的簡(jiǎn)便估算方法。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。所謂最優(yōu)化， 就是研究在一定限制條件下，如何尋找并選取某種方案以達(dá)到最優(yōu)目的的一門 科學(xué)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)性強(qiáng)、非線性、容錯(cuò)性強(qiáng) 等特點(diǎn)，特別適用于處理各種非線性問題。用灰色系統(tǒng)理論預(yù)測(cè)單 樁承載力和沉降還有不受樣本數(shù)量限制的優(yōu)點(diǎn)。目前灰 色系統(tǒng)理論在樁基工程中 的應(yīng)用主要包括對(duì)單樁承載力、沉降的預(yù)測(cè)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。根據(jù)灰色預(yù)測(cè)理論，把那些有限的、不確切的、包含系統(tǒng)行為特征的原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行變換后，通過建立灰色微分方程，可對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展變化進(jìn)行全面地分析、預(yù)測(cè)，從而尋找到數(shù)據(jù)內(nèi)在的規(guī)律性。 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(cè)理論是一種新型預(yù)測(cè)理論，它利用連續(xù)的灰色微分方程模型，對(duì)系 統(tǒng)進(jìn)行觀察分析，并做出長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。 Poulous(1969年 )提出了單樁沉降計(jì)算的邊界元法， Butcrficld和 Bancrjee在 1971年對(duì)邊界元法加以深入。 邊界元法計(jì)算工作量比有限元法要小，只需要對(duì)樁土界面進(jìn)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。三維有限元法計(jì)算精度很高，較為符合實(shí)際情況，但計(jì)算過程復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)。 有限元法也有缺點(diǎn)，如計(jì)算參數(shù)不易確定、計(jì)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(shí)情況。自 1966年美國 Clough和 Woodward首先用有限元法分析土壩以來，有 限元法在巖土工程中的應(yīng)用發(fā)展迅速。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。 1． 3． 4 有限元法以及其它方法簡(jiǎn)化 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 9 隨著計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展和計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，有限單元法 (FEM)、邊界元法 (BEM)等數(shù)值計(jì)算方法也被引入樁基的計(jì)算分析之中，它以模擬功能較強(qiáng)而具有 較強(qiáng)的理論分析價(jià)值。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(dòng)，這與樁的實(shí)際工 作性狀也不相符，僅在荷載較小時(shí)能得出較準(zhǔn)確的解，荷載較大時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生 較大的偏差。 Randolph和 Wroth（ 1978)對(duì)剪切變形傳遞法作了補(bǔ)充和修正，提出樁的影 響半徑與樁長(zhǎng)及土層性質(zhì)有關(guān)，并按彈性力學(xué)方法補(bǔ)充了樁端沉降量的計(jì)算式。分析時(shí)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(shí)，樁端承擔(dān)荷載較小，計(jì)算中可略去，即假定樁沉降主要由樁側(cè)荷載傳遞引起。 1． 3． 3 剪切位移法 Cook(1974年 )提出摩擦樁荷載傳遞物理模型，假定當(dāng)荷載水平較小時(shí)，樁在軸向荷載作用下沉降較小，樁與土之間不產(chǎn)生相對(duì)位移，因此樁沉降時(shí)，周圍土體也隨之發(fā)生剪切變形。 國內(nèi)學(xué)者在彈性理論法的改進(jìn)和發(fā)展研究方面也取得了一定成果。這些方法的共同特點(diǎn)都以彈性連續(xù)介質(zhì)理論模擬樁周土體的響應(yīng)，并都使用了在半無限體內(nèi)施加荷載的 Mindlin方程求解?？傊瑢⒑奢d傳遞法應(yīng)用于樁基礎(chǔ)沉降分析時(shí)，如果具備標(biāo)準(zhǔn)化的地區(qū)性樁荷載試驗(yàn)資料和現(xiàn)成的計(jì)算機(jī)專用程序，則分析工作就變得較為簡(jiǎn)單。 目前，荷載傳遞分析法己被廣泛地推廣應(yīng)用到樁基礎(chǔ)的各個(gè)方面。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。我國學(xué)者何思明、陳竹昌與徐和、陳龍珠、房衛(wèi)民等人在荷載傳遞法研究中也獲得了一定進(jìn)展。而位移協(xié)調(diào)法是由 Seed和 Reese(1955)、 Coyle和 Reese (1966)提出的。荷載傳遞解析法是由 Kezdi(1957)和佐滕悟 (1965)先后提出。 荷載傳遞法概念明確、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)，一旦確定荷載傳遞函數(shù)后，只 要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)運(yùn)算便可得到 樁的荷載～沉降曲線。這種方法的基本概念是把樁劃分為許多彈性單元，每一單元與土體之間用非線性彈簧聯(lián)系，以模擬樁～土間的荷載傳遞關(guān)系；樁端處土也用非線性彈簧與樁端聯(lián)系。 1． 3 大直徑深長(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)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(yàn)方法等。安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 7 (10)大直徑灌注樁通常布樁間距大，群樁效應(yīng)微小，設(shè)計(jì)中毋需為此而進(jìn)行煩瑣的計(jì)算。 (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(qiáng)建筑物抗震能力；它能有效地充當(dāng)坡地抗滑樁、堤岸支護(hù) 樁以及地鐵或建筑物地下室基坑開挖的支護(hù)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。 (8)大直徑深長(zhǎng)灌注樁單樁承載力高，隨地質(zhì)條件、樁身尺寸和混凝土強(qiáng)度 等級(jí)不同，往往可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬 kN。 (7)大直徑深長(zhǎng)灌注樁可采取擴(kuò)大底部的形式，更好地發(fā)揮樁端土的作用。 (6)大直徑深長(zhǎng)灌注樁直徑大、入土深，現(xiàn)有機(jī)具和人工挖掘都能進(jìn)入各類 地基。 (4)鉆孔灌注樁最大的特點(diǎn)是可以穿過各種復(fù)雜地層，并可將樁端置于堅(jiān)實(shí)土層或嵌入基巖，如南京長(zhǎng)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。 (2)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁屬于非擠土樁，施工基本無噪音、無振動(dòng)、無地面隆起或側(cè)移，也無濃煙排放，因而對(duì)環(huán)境影響小，對(duì)周圍建筑物、路面或地下設(shè)施等危害小。本文將樁徑 d? 800mm的鉆孔樁視為大直徑鉆孔樁，將長(zhǎng)徑比 /LD? 40或L40m的鉆孔樁定義為深長(zhǎng)鉆孔樁，將 L? 50m的鉆孔樁定義為超長(zhǎng)鉆孔樁，當(dāng)然，超長(zhǎng)樁屬于深長(zhǎng)樁的范疇。對(duì)樁按長(zhǎng)度進(jìn)行分類還缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)深 (超 )長(zhǎng)樁的概念并不明確。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。 單樁豎向承載力取決于兩方面：樁身的材料強(qiáng)度、地基土的支承能力 （ 1）按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（ JGJ9494） 方法確定 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值確定方法： ? 按靜載荷試驗(yàn)確定 ? 按經(jīng)驗(yàn)公式確定 （ 2） 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 靜載荷試驗(yàn) ? 試樁數(shù)不小于總樁數(shù)的 1%，且不小于 3根； ? 按 Ps曲線特征或按沉降確定極限承載力實(shí)測(cè)值 Qui； ? 確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 Quk 經(jīng)驗(yàn)公式（物理指標(biāo)法） 單樁極限承載力 Quk由總極限側(cè)阻 力 Qsk和總極限端阻力 Qpk組成，若忽略二者間的相互影響，可表示為 u k s k p k i s k i p p kQ Q Q u l q A q? ? ? ?? （ ） （ 3） 單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值 單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值的確定 按靜載荷試驗(yàn)確定 ukspQR ?? （ ） 按經(jīng)驗(yàn)公式確定 pkskspR???? （ ） 1． 2 大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁 1． 2． 1 大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁的定義 研究表明，樁的承載性狀在很多方面與其幾何尺寸 (樁直徑、樁長(zhǎng) )有關(guān)。 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