基桩自平衡法与传统静载试验荷载传递机理区别的研究

胡 伦

(贵州交通职业技术学院，贵州 贵阳 550008)

0 引言

基桩自平衡法最早是由日本学者Nakayama0在1969年提出，直到80年代才由美国J.0sterberg教授推广开来，应用在总多重大工程项目中。史佩栋教授0等在90年代将基桩自平衡法引进并推广，同时做了大量的土工试验模型进行研究。

桩基础具有隐蔽性，在桩基础的施工过程中容易受到地质环境中各种不可预测因素的影响而导致桩基础承载力不足。传统的堆载法和锚桩法常常受到现场环境和技术的限制，试验荷载越高相应的试验难度也就越大，故传统的堆载法和锚桩法的试验荷载值受到限制，一般不超过50MN。而基桩自平衡法是一种在桩身内部预先埋置荷载箱，通过荷载箱对桩体施加反作用力的载荷试验方法。具有试验方便简单、经济省力、快速省时、适用于各类型桩和不受场地条件限制等优点。目前，基桩自平衡法缺乏与传统堆载法和锚桩法的对比研究。本文通过对基桩自平衡法和传统静载试验方法荷载传递传递机理分别进行研究，得出了这三种基桩载荷试验的荷载传递机理的特点和区别

1 基桩受力性状

1.1 抗压桩受力性状

抗压桩的承载力主要是由基桩的桩端阻力和基桩的桩侧摩阻力构成。在不同类型的土壤中，抗压桩桩侧阻力分布情况各不相同，在沙土中为均匀分布，在黏土中则为抛物线型。在进行堆载法荷载试验时，基桩受到荷载作用桩上部的侧阻力最开始产生，随着外部作用力的逐渐增加，基桩从上到下的桩侧阻力也渐渐产生。在此期间，桩端阻力也在慢慢增加。桩身所收到的外部荷载除了由桩侧阻力承担外，桩端部摩阻力也发挥着作用。基桩的桩侧摩阻力受到桩身与岩土体截面、桩身几何尺寸和桩周岩土体的物理力学性质影响而变得较为复杂。桩侧阻力会随着桩周岩土体抗剪强度、桩与土体接触界面上擦力和桩身尺寸的增大而增强。基桩埋深的越大，桩身上某一位置处的桩侧摩阻力是逐渐减小的，但是在桩端处的桩侧摩阻力却会相反的出现增强现象，两者之间的减弱与增强没有一定的线性关系，这使得桩侧摩阻力的变化较为复杂。

1.2 受拔桩受力性状

在高层建筑及一些特殊的建筑中，基桩因受到地震和浮力等因素的影响会受到拉拔力，故将这些基桩称为受拔桩。

图1 抗压桩受力图

图2 受拔桩受力图

受拔桩受到的外部荷载由只由桩侧阻力承担，同时桩身的自重会抵消掉一部分的外部荷载作用。基桩在外部拉拔力的作用下会产生相对于土体的向上运动的趋势，而桩身与桩周岩土体接触面上的桩侧阻力会阻碍这样的运动趋势。基桩桩侧摩阻力随着外部拉拔力的增大会自上而下逐步发挥作用。当基桩在外部拉拔力的作用下产生位移时，桩侧的岩土体会出现软化现象，桩身与桩周岩土体只剩下残余的强度。

1.3 自平衡法基桩受力性状

基桩自平衡法由于荷载箱的作用，将桩身分为上下两个部分。下段桩身受荷载作用和抗压桩一样，在外部荷载压力作用下产生桩端阻力和桩侧摩阻力，只不过受到外部压力是荷载箱的反作用力，这个反作用力是上段桩身的摩阻力；上段桩身和受拔桩一样，但是荷载作用位置不同，在外部荷载作用下受拔桩的桩侧摩阻力是由上至下而产生，但是自平衡法的荷载箱是在上段桩的下部，故其荷载是由下至上而产生0。

图3 自平衡法基桩受力图

2 荷载传递机理区别

2.1 受力状态不同

受压桩在外部荷载作用下，桩身变粗，桩侧的岩土体受到挤压，桩侧岩土体变得密实，这样会使得受压桩在外力作用下其桩侧阻力增大，基桩承载能力增强；而受拉桩正好相反，其桩身在外部拉拔力的作用下会被拉细，桩身与桩周岩土体的接触变得松弛不紧密，这样会使得桩侧摩阻力减小，基桩的承载力变小。自平衡法与传统的基桩承载力测试方法由于荷载作用的位置不一样，其桩侧摩阻力的分布也就不同。自平衡法上段桩的底部受压，桩身变粗，桩周岩土体受挤压使得桩侧摩阻力较大，桩侧摩阻力至下而上逐渐减小，其上端为负摩阻力。岩土体在原始状态下，其应力处在平衡状态，传统的基桩承载力试验时，桩侧岩土体受力状态发生改变，其垂直方向的主应力增大，从而其平均应力也在增大；自平衡法的上段桩身底部受压，但是其上部任然松弛，在实验过程中，桩侧岩土体垂直方向上的主应力减小，平均应力也随之减小0。

2.2 破坏形式

在静载试验时，抗压桩在外部荷载作用下桩侧阻力逐步发挥，当桩侧阻力增大到极限值时，桩端阻力也慢慢发挥作用，一直到桩端阻力超过岩土体的极限值时才破坏；受拔桩则只有桩侧阻力来承担外部荷载。基桩自平衡法加载过程中破坏时，只能是上段桩身与桩周岩土体的剪切破坏，桩周岩土体被向上推挤而变得松散，桩周岩土体的强度降低，上段桩身受到的桩侧阻力要比传统的基桩试验要低。

3 结论

本文对受压桩、受拔桩和自平衡法基桩的受力性状进行了分析，对自平衡法和传统基桩承载力测试方法对比进行研究，得出自平衡法基桩受力状态与破坏形式与传统的基桩承载力试验的区别。

参考文献(References)

[1]Nakayama J,Fujiseki Y.A pile load testing method.Japanese Patent No 1973-2007(in Japanese).

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