根据桩的承载机理,桩是埋入土中的柱形杆件,其作用是将上部结构的荷载传递到深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层上。总体上可考虑按竖向受荷与水平受荷两种工况来分析。
单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。它取决于对桩的支承阻力和桩身材料强度,一般由土对桩的支承阻力控制,对于端承桩、超长桩和桩身质量有缺陷的桩,可能由桩身材料强度控制。即单桩竖向极限承载力包含两层涵义:一是桩身结构极限承载力,二是支承桩侧桩端地基土的极限承载力。
单桩容许承载力是指单桩允许使用的最大承载力,一般为Q-s曲线上的第一个拐点、即弹性阶段的最大值,由极限承载力除以安全系数得到,与设计值对应。
当桩顶受竖向荷载时,桩顶荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承担。但侧阻和端阻的发挥是不同步的,首先是桩身上部侧阻力先发挥,然后是下部侧阻力和端阻力发挥。一般情况下,侧阻力先达到极限,端阻力后达到极限,二者的发挥过程反映了桩土体系荷载的传递过程。在初始受荷阶段,首先是桩身上部受到压缩,使桩土产生相对位移,桩侧受到土层向上的摩阻力,桩此时荷载由桩上侧表面的土摩阻力承担,并以剪应力形式传递给桩周土体,桩身应力和应变随深度递减;随着荷载的增大,桩顶位移加大,桩侧摩阻力由上至下逐步被发挥出来,在达到极限值后,继续增加的荷载则全部由桩端土阻力承担。随着桩端持力层的压缩和塑性挤出,桩顶位移增长速度加大,在桩端阻力达到极限值后,位移迅速增大而破坏,此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。
发挥极限侧阻力所需要的位移,对于黏性土一般约为5~10mm,对于砂类土一般约为10~20mm,但并非定值。
发挥极限桩端阻力所需的位移,对于黏性土一般为桩端直径的10%~25%,硬黏性土中取小值。对于砂性土其位移一般为桩端直径为8%~10%。对于钻孔灌注桩由于受到孔底虚土、沉渣等影响,发挥极限端阻力所需的位移更大。
1、侧阻力影响分析
桩身受荷载向下位移时,由于桩土间的摩阻力带动桩周土位移,在桩周环形土体中产生剪应变和剪应力。从桩的承载机理来看,桩土间的相对位移是侧摩阻力发挥的必要条件,但对于不同类型的土,发挥其最大摩阻力所需位移是不一样的。大量实验结果表明,侧摩阻力与桩径大小、桩长、桩的施工工艺、土层性质与分布位置、成桩质量等有关。
不同