郭慕孫

[拼音]：zhuang de zhouxiang chengzaili

[英文]：bearing capacity of axially loaded pile

單樁在產生一定的樁頂變形條件下所能支承的最大軸向靜荷載。在保證樁身結構強度的前提下，樁的軸向承載力主要取決於樁周土的性狀。

由土的性狀確定的樁的承載力，是通過樁側土阻力及樁尖地基土承載力的發揮而獲得（圖1a）。荷載首先通過樁側阻力向土中傳遞。樁側阻力隨樁身與土間的相對剪下位移增大而逐漸發揮，其大小與樁側的有效法嚮應力有關。充分發揮土的側摩阻力所需的樁土相對位移量不大，一般為6～10毫米。發揮樁尖地基承載力需要較大的樁尖位移，此種位移與持力層性質、樁尖標高處的覆蓋壓力、樁的設定方法及樁徑有關，灌注樁中可高達樁徑的30％，打入樁約為樁徑的10％。

工程設計中常按承載力的組成性質，將樁劃分為以側摩阻力為主的摩擦樁及以端承力為主的端承樁（圖1a、b）。

目前確定單樁軸向承載力的方法，有靜荷載試驗、理論計算、經驗公式和動力公式等方法。

靜荷載試驗法

工程中直接評價單樁軸向承載力的方法。試驗時在樁頂分級載入，同時測定樁頂位移。每級荷載維持到滿足規定的相對穩定標準。然後加次級荷載，如此重複直到破壞或達到規定的樁頂總位移量為止，接著分級解除安裝並以同樣方法觀測樁頂回彈量。

樁頂荷載р與實測相對穩定位移S關係曲線常用來評定單樁承載特性。р－S曲線隨地層變化而有不同形狀。常見的р-S曲線有兩種情況:第一種情況是曲線上出現明顯的陡降段，即荷載不再增加而沉降不斷增加（圖2）曲線1;出現此現象的對應荷載可作為破壞荷載。第二種情況是曲線上無明顯的陡降段（圖2）曲線，這時只能用經驗方法確定極限承載力，如按給定的樁頂下沉量或解除安裝後的樁頂殘留下沉量Sr確定破壞荷載。工程設計中常取破壞荷載的前一級荷載作為樁的極限承載力。極限承載力除以適當的安全係數 K即為工程中在該土層條件下采用的單樁容許承載力[рa]。單樁的靜荷載試驗應採用和工程樁相同尺寸、材料、土層條件以及設定方法的樁，在不做破壞性試驗時可利用工程樁進行。試驗應在設樁過程對土的擾動影響基本消除後開始。

試驗載入相對於構築物荷載而言是短期的，且無群樁中鄰樁荷載的影響，不能直接得出樁基將會出現的下沉量概念，試樁下沉量只是衡量樁周土承載力發揮程度以及積累工程經驗的工具。因此，近年有采用等速率貫入法等快速方法進行試樁的趨向。

理論計演算法

靜荷載試驗常受具體條件限制而無法進行，可按土的特性指標按(1)式估算樁的軸向承載力。

рj＝рs+рb (1)

式中рj為樁的極限承載力；рs為樁側阻力;рb為樁底承載力。

一般情況下

рs＝ULk勎vtgδ′ (2)

在飽和粘性土中

рs＝ULαCu (3)

式中U、L為樁周長及在土層中的長度；勎v為有效覆蓋壓力；k為側壓力系數；α 為粘著係數，隨土質及荷載性質而定；Cu為土的無排水抗剪強度；δ′為土的有效強度引數。

樁尖下地基土受載後形成一個高密度的錐形土楔，將土推向四周並在近旁土體內形成塑性區。樁尖下地基土的極限承載力可由塑性理論或非線性彈塑性理論估算：

рb＝(KcCNc+Kq勎LNq)Ab(4)

式中Kc、Kq為樁底截面的形狀係數;Ab為樁尖處截面積；勎L為樁尖標高處的豎向有效應力;Nc和Nq為承載力系數，按不同假定計算所得樁尖地的Nc、Nq值有顯著的差別。

70年代提出的計算粘土中打入樁軸向承載力的有效應力理論，全面地考慮了從樁的打入、樁周土的重新固結直到樁支承荷載整個過程的應力變化。但是，打入樁的排土及重塑作用，上層土隨樁身帶入的影響，打樁振動、射水沉樁以及鑽孔樁對樁周土的擾動等因素難以準確測定，所以在工程中應用理論公式時，尚需憑經驗予以修正。

經驗公式法

將實測或經驗劃分的樁側阻力與樁底承載力，分別按土類及其他因素進行統計可得單位面積上樁側的極限摩擦力 fu及樁尖極限承載力 Ru值的範圍，故單樁的容許承載力рj為

(5)

式中Li為樁身在i層土中的長度;mi為不同施工方法對i層土的承載力的影響係數;fui為i層土的極限摩擦力;Ab為樁尖處截面積；U為樁周長。

式(5)中的fu及Ru值還可通過靜力觸探試驗的探頭側壁阻力與探頭端阻力（或比貫入阻力）求得；也可與動力觸探或標準貫入試驗擊數聯絡起來。觸探資料是在土層內連續測定的，對土性有較準確的反應，在適當考慮樁及探頭間的尺寸效應後預測樁的承載力，一般能符合工程要求。困難是現有觸探裝置能量常不足以達到長樁所要求的深度。

動力公式法

在理想的彈性體碰撞理論基礎上，以一次錘擊提供的能量與在樁身打入的距離(稱為貫入度)上克服樁周土阻力所作的功相等為條件，求得樁的極限承載力。它粗略假定樁周土阻力是在撞擊瞬時全部同時出現的，但忽略了打樁動阻力與靜載下樁的承載力間的差別。常用的美國《工程新聞》公式是1888年提出的這類早期公式之一，後經不斷修改，迄今公式已有數百個。動力公式法的特點是測定方法簡單，可在每根打入樁上應用，以砂土中較為適用，尤其在貫入度與承載力的關係為已知時（如通過試樁的靜荷載試驗確定），仍不失為現場控制打樁的有效手段。

單樁軸向承載力取決於許多因素，一般包括：容許沉降值、荷載型別、土質條件、設定方法、樁材等。結合現場地質條件和設樁能力，正確選定樁尖持力層及進入深度是提高軸向承載力的關鍵。也有在樁尖或樁身區域性用擴大斷面的辦法來提高樁的承載力。

參考書目

華南工學院等編：《地基及基礎》，中國建築工業出版社，北京，1981。