單樁承載力計(jì)算方法簡述
摘 要：按單樁受力狀態(tài)的不同對(duì)樁基進(jìn)行了分類，對(duì)不同受力狀態(tài)下的單樁進(jìn)行分析，總結(jié)了單樁在不同受力情況下的極限承載力計(jì)算方法，分析了各種計(jì)算方法的適用性，并指出了目前計(jì)算方法中存在的問題。
關(guān)鍵詞：樁基；荷載；承載力
0 引言
樁是深入土層的柱型構(gòu)件，其作用是將上部結(jié)構(gòu)的荷載通過樁身穿過較弱地層或水傳遞到深部較堅(jiān)硬的、壓縮性小的土層或巖層中，從而減少上部建筑物的沉降，確保建筑物的長久安全。
1 單樁極限承載力計(jì)算方法
單樁極限承載力是指單樁在荷載作用下，地基土和樁本身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能得到保證，變形也在容許范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)物的正常使用所能承受的最大荷載[1]。一般情況下，樁受到
豎向荷載、水平荷載及彎矩的作用，因此需要分別研究和確定單樁的豎向承載力和水平向承載力。
（一）承受豎向荷載的單樁豎向極限承載力的計(jì)算方法
單樁豎向極限承載力為樁土體系在豎向荷載作用下所能長期穩(wěn)定承受的最大荷載，即單樁靜載試驗(yàn)時(shí)樁頂能承受的最大試驗(yàn)荷載。它反映了樁身材料、樁側(cè)土與樁端土性狀、施工方法等綜合指標(biāo)。目前計(jì)算單樁豎向極限承載力的方法主要有以下幾種：
（1）靜載試驗(yàn)法：靜載試驗(yàn)是傳統(tǒng)的也是最可靠的確定承載力的方法。它不僅可以確定樁的極限承載力，而且可以通過埋設(shè)各類測試元件獲得荷載傳遞、樁側(cè)阻力、樁端阻力、荷載與沉降關(guān)系等諸多資料。靜載試驗(yàn)法通過在樁頂逐級(jí)施加豎向荷載，直至樁達(dá)到破壞狀態(tài)為止，并在試驗(yàn)過程中測量每級(jí)荷載下不同時(shí)間的樁頂沉降，根據(jù)沉降與荷載及時(shí)間的關(guān)系，分析確定單樁豎向極限承載力。但由于試驗(yàn)費(fèi)用、工期、設(shè)備等原因，往往只能對(duì)部分工程的少量樁進(jìn)行試驗(yàn)。
（2）經(jīng)驗(yàn)公式法：根據(jù)全國各地大量的靜載試驗(yàn)資料，經(jīng)過理論分析和統(tǒng)計(jì)整理，給出不
同類型的樁，按土的類別、密實(shí)度、稠度、埋置深度等條件下有關(guān)樁側(cè)摩阻力及樁底阻力的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、數(shù)據(jù)及相應(yīng)的公式。經(jīng)驗(yàn)公式法是計(jì)算單樁豎向極限承載力的一種簡化計(jì)算方法，計(jì)算方便，便于使用。
（二）承受水平荷載的主動(dòng)樁承載力計(jì)算方法：
承受水平力的樁稱為水平受荷樁。水平受荷樁在城市的高層建筑、橋梁工程、抗滑樁工程中有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)樁土之間的相互作用特點(diǎn)，水平受荷樁又分主動(dòng)樁和被動(dòng)樁。主動(dòng)樁指樁頂受到橫向荷載的作用，樁身軸線偏離初始位置，樁身所受土壓力因樁主動(dòng)變位而產(chǎn)生，如港口工程中承受船舶系纜力的樁基就為主動(dòng)樁。目前承受水平荷載的主動(dòng)樁承載力計(jì)算方法主要有以下三種[2]：
（1）單樁水平靜載試驗(yàn)法：靜載試驗(yàn)是直接在現(xiàn)場進(jìn)行，所確定的單樁水平承載力地基土的水平抗力系數(shù)最符合實(shí)際情況。它是確定樁的橫向承載力較可靠的方法，也是常用的研究分析試驗(yàn)法。
（2）極限地基反力法：它適合研究剛性短樁，假定樁為剛性，不考慮樁身變形，按照土的
極限靜力平衡來推求樁的水平承載力。作用于樁的外力同土的極限平衡可以有多種地基反力分布假定，如拋物線形、三角形等。
（3）彈性地基反力法：假定土為彈性體，用梁的彎曲理論來求樁的水平抗力。根據(jù)求解方法的不同，通常有半解析法、有限差分法和有限元解等方法。根據(jù)選定的參數(shù)不同，彈性地基梁法又分為常數(shù)法、m法、c法、k法。
（三）承受土體水平位的被動(dòng)樁承載力計(jì)算方法：
被動(dòng)樁是指由于樁周土體在自重或外荷載作用下發(fā)生變形或運(yùn)動(dòng)而受到影響的樁，如邊坡工程中的抗滑樁。在被動(dòng)樁中，樁周土體的運(yùn)動(dòng)是引起樁身荷載的原因。由于樁周土體的運(yùn)動(dòng)形式是多種多樣的，且不便于觀測與計(jì)算，這就造成被動(dòng)樁的承載性狀較復(fù)雜，給定量計(jì)算造成很大的困難。因此，在被動(dòng)樁的分析計(jì)算中，往往需要考慮樁土間的相互作用。迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究，針對(duì)受土體水平位移的被動(dòng)樁基承載力提出了以下幾種計(jì)算方法：
（1）壓力法：它在現(xiàn)場觀測資料的基礎(chǔ)上，對(duì)于土體側(cè)向運(yùn)動(dòng)下樁基所受擠壓力提出的計(jì)
算方法。由于這些方法是在現(xiàn)場觀測資料的基礎(chǔ)上提出的經(jīng)驗(yàn)性方法，有些假設(shè)不太合理，有時(shí)會(huì)造成計(jì)算值與實(shí)測值有較大的偏差。根據(jù)假設(shè)的不同，壓力法又分為Begemann和DeLeeuw法，DeBeer和Wallays法，Tschebotarff法，德國建議方法等。
（2）位移法：它是在已知無樁時(shí)土體自由側(cè)向位移分布的情況下，把土體位移疊加到樁上。樁土相互作用則用彈性理論或地基反力法計(jì)算。位移法能得出樁的彎矩和位移的分布情況，是分析被動(dòng)樁承載力較為合理的一種方法。位移法計(jì)算時(shí)需要知道實(shí)測的土體位移值，才能得到較為滿意的結(jié)果，不過這往往很難。
（3）有限單元法：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，用各種有限元軟件對(duì)樁基與土體進(jìn)行數(shù)值模擬分析，計(jì)算被動(dòng)樁承載力變得可行。有限元計(jì)算中，需要特別注意對(duì)樁身材料、土體參數(shù)的設(shè)定，并選擇一種恰當(dāng)?shù)臉锻两缑娼佑|方式，才能較為準(zhǔn)確地模擬出樁基的承載性狀。
2 結(jié)論
（1）樁基根據(jù)所受荷載的不同可分為不同的類型，不同類型的樁計(jì)算理論與計(jì)算方法也各不相同。因此樁基計(jì)算首先要確定樁基的類型。
（2）被動(dòng)樁的計(jì)算問題比主動(dòng)樁復(fù)雜，也是目前樁基研究中的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。
（3）在樁基承載性狀的分析中，樁與土的相互作用對(duì)樁基的承載性狀有著重要的影響，分析時(shí)應(yīng)特別注意。
參考文獻(xiàn)：
[1]張忠苗. 樁基工程[M]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2007.
[2]樁基工程手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.
