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岩土研究院

桩荷载的传递机理

441 2022-07-19 10:23:08

当地表或浅层土比较松软时,使用桩基可以发挥深部土层的作用,即把荷载传递到下部较坚实的土层或基岩上。桩的长度根据荷载的大小和土层的性状来决定。一般情况下,桩长为6~36m,在软弱土层较厚的情况下,桩长可达60m。桩所承受的荷载是如何传递给周围土体的呢?这正是桩土系统荷载传递理论所要解决的问题。


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下面分析桩荷载的传递过程。首先考察桩顶部的一个小单元体,如图2.1.1所示。当在桩顶施加一荷载Q,桩身压缩变形,产生向下的移动,与此同时桩土间发生相对位移,摩阻力呈现出来。这时,若这个小单元周围的摩阻力不能平衡桩顶荷载Q,则剩余的荷载将传递到下一个小单元体上。第一个小单元体周围总的摩阻力与它底截面上的反力之和将等于荷载Q。第二个小单元体情况与第一个相似。如此这样传递下去,直到桩身某处,它上面的整个桩周土阻力的总和与桩顶荷载平衡。若整个桩身摩阻力还不足以平衡桩顶荷载,则桩端阻力就要显现出来了。当然这种描述是个理想过程。因为荷载的施加都是瞬时完成的,所以开始都是应力波的传播过程,最后才达到平衡状态。由以上分析可知,桩顶荷载是逐渐转移到桩的下部的。只有当总侧摩阻力小于桩荷载时,桩端阻力才能发挥出来。这就是桩侧摩阻力和桩端阻力异步发挥的过程。

如上所述,摩阻力是当桩土间发生相对位移时才发挥出来的。它可以表示为桩土间相对位移s'的函数,即


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实际上,桩土间的摩擦力不仅是桩土间相对位移的函数,它还与许多其他因素相关,主要有两方面∶一是桩周土和桩土接触面的物理、力学性能,其中包括它们的与时间相关的特性;二是所处的应力状态及应力历史。其中主要是桩侧土压力。


曹汉志在我国华南地区进行了几次试桩试验,通过预埋在桩身内的应变片直接测量了桩身截面的应变,从而计算出桩侧摩阻力和桩尖阻力随位移变化的关系,即桩的荷载传递曲线。其中一些典型的试验数据显示在图2.1.2和图2.1.3中。


根据以上试验结果,曹汉志将华南滨海地区几种土的荷载传递函数归纳为两种类型∶对于桩侧摩阻力,荷载传递函数是弹性、理想塑性模型;对于桩尖端阻力,荷载传递函数是双线性模型。


李作勤在湖北荆州田关泵站和黄州电厂对桩身装有测量元件的混凝土灌注桩进行了静荷载试验,获得了桩侧摩阻力随深度的分布,如图2.1.4所示。


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