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1、桩端阻侧阻协同工作研究摘要:本文首次提出了“桩侧阻端阻协调工作”的概念,并对桩侧阻力和端阻力协同工作问题进行了探讨,指出桩侧阻端阻协同工作的研究不仅具有重要的理论意义,同时也具有重要的社会经济效益和广泛的应用前景。 关键词:桩侧阻力端阻力协同工作 :TU473:A:1672-3791(2011)01(c)-0046-01 1“桩侧阻端阻协调工作”概念的提出 较长时期从事桩基础的研究工作[1～9],如大直径桩(含扩底桩)的承载性状、超长桩的有效桩长、桩端岩土差异对桩承载性能的影响、桩身压缩、桩的承载潜力、桩承载力效益(即桩单位体积承载力)、桩的数值模
2、拟、桩的施工技术、桩侧阻端阻的相互作用等。 到目前为止,在桩侧阻力和端阻力关系方面的已有一定的研究,且主要是在国内。刘利民等(1998)认为无论是预制桩还是灌注桩,桩侧阻力在桩端附近存在增强效应,且桩侧阻力增强的程度随桩端土强度的提高而提高。席宁中(2000)发现,桩侧阻力与桩端阻力之间存在相互作用,桩侧阻力在桩端附近局部的增强效应是普遍存在的。肖宏彬等(2006)通过模型试验和现场测试,对桩侧土和桩端土在荷载传递过程中的相互强化作用进行了研究,发现不但桩端土的强度对桩侧土的极限摩阻力的发挥具有强化作用,同样,桩侧土的强度对桩端的极限端阻力的发挥也具有强化作
3、用。蒋建平等(2009)研究了超长桩端阻对桩身总侧阻力的强化效应。 经过进一步的研究后认为,仅研究桩侧阻力和端阻力的相互作用还不够,应研究桩侧阻力和端阻力关系中的一个更关键、更高层次的问题,即桩侧阻力和端阻力的协同工作问题。最后,又进一步补充认为,桩侧阻力和端阻力之间的协调应该是在尽可能充分发挥两者承载力潜力和满足上部结构要求的基础上的协调;桩侧阻力和端阻力是相互联系的一个系统,它们之间的协同问题是桩承载机理中的最关键的基础性问题;桩侧阻力和端阻力之间的协同工作问题既是桩承载机理中的一个深层次的理论问题,也是一个充分发挥桩承载力、提高桩经济效益的重要实际问题
4、。 从上可看出,“桩侧阻力和端阻力的协同工作”即“桩侧阻端阻协同工作”指的是,如何使桩侧阻力和端阻力协调起来,在尽可能充分发挥两者承载潜力的基础上和在满足上部结构要求和安全的前提下,以尽可能大的承载能力共同承担上部结构荷载。 2桩侧阻端阻协调工作的探讨 桩基础是最古老的基础型式之一。目前它在各类工业与民用建筑工程、桥梁工程、公路工程、铁路工程中得到了越来越广泛的应用(如,就单指大直径灌注桩来说,近年来我国应用的数量约达60万根/年,堪称世界各国之最,起步虽晚却发展迅猛)。特别是在高层和超高层建筑工程(如在建的世界第一高楼上海环球金融中心、台北国际金融中心
5、、上海金茂大厦等)、大型跨江跨海桥梁工程(如东海大桥、杭州湾跨海大桥、浙江金塘跨海大桥、湛江跨海大桥、八尺门跨海大桥,等等)中,桩已成为这类重要工程首选的基础型式。 研究桩侧阻端阻协同工作的意义主要表现在以下几个方面。 (1)一根单桩是很简单的一根杆件,在置于地基中之前它的受力和变形较为简单。但一旦这根桩置于地基中被岩土体所包围,由于桩周围岩土的复杂性、不确定性、区域性等特性,这根单桩的承载性状就变得非常复杂。在桩基础方面,目前是理论落后于实践,对桩基础承载性状的研究与实际工程的要求还有较大差距。所以,很有必要加强桩承载机理的理论研究,特别是深层次的基础理
6、论研究。研究桩侧阻端阻协同工作就抓住了桩承载机理中最关键的问题。 (2)目前对一根普通单桩的承载力计算,还没有找到一种较为精确的方法。现行设计规范中桩基础承载力公式只是桩侧阻力和端阻力简单的相加,不能反映荷载是如何传递的,更不能反映侧阻力和端阻力的关系,因此,研究桩侧阻力和端阻力的协同工作机理能为桩基础设计中桩承载力的合理取值提供理论依据。 (3)一般桩基础施工费用占整个建(构)筑物施工费用的30％左右。实际工程中的桩基础存在很大的浪费现象,即桩侧阻力和端阻力没有得到有效利用,侧阻力和端阻力不能协调工作,它们的承载力潜力没得到充分发挥或不能同时得到充分发挥
7、。这种现象比较普遍,如:①较为均质的土层中桩太长,桩下部有一段未得到利用,即有效桩长小于实际桩长,此时桩端阻力几乎为0,桩侧阻力与端阻力之间显然没有协同工作;②对一些短桩,桩直径和刚度过大,有时还没必要地进行扩底,此时桩侧阻力得不到有效发挥,桩侧阻力与端阻力之间也显然没有协同工作;③持力层选择不当,如桩穿过上部的持力层或硬壳层而进入下面相对较弱的地层,这样桩的承载力反而降低;④桩的现场荷载试验只是为了验证设计荷载,有时这种设计荷载远小于桩极限承载力的一半;⑤长径比选择不当;⑥桩表面太光滑;等等。同时,在实际工程中又存在另外一种现象,即桩基础承载力不能满足上部结
8、构对荷载和沉降的要求而存在安全隐患,最
