鄧冰杰

（重慶交通大學(xué) 重慶 400074）

開口鋼管樁單樁承載力研究現(xiàn)狀分析

鄧冰杰

（重慶交通大學(xué) 重慶 400074）

總結(jié)了常用的計(jì)算開口鋼管樁單樁承載力計(jì)算方法，分別是的建筑樁基規(guī)范法、港口工程樁基規(guī)范法和ICP法、UWA法、ZSTU法、海利公式法，分析了各種方法的特點(diǎn)。最后總結(jié)了從土塞對鋼管樁內(nèi)摩阻力出發(fā)來計(jì)算開口鋼管樁單樁承力的研究現(xiàn)狀。

開口鋼管樁；單樁承載力；土塞

引言

開口鋼管樁由于具有承載力高、設(shè)計(jì)靈活性大、對周圍土層擾動(dòng)小、質(zhì)量易保證、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來越廣。小直徑的鋼管樁現(xiàn)在已經(jīng)被用在深基坑支護(hù)，邊坡支護(hù)等支護(hù)工程上，一般情況下會與其他的支護(hù)方式結(jié)合使用，與錨桿結(jié)合使用的比較多[6]。在古舊建筑基礎(chǔ)的修復(fù)上也常常采用開口鋼管樁，如開封的玉皇閣和西安的萬壽寺塔都是用小直徑的鋼管樁成功實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的托換以起到保護(hù)古建筑的作用。直徑較大的開口鋼管樁則常被用在碼頭、港口、橋梁、海上工作平臺、高層與超高層建筑等的基礎(chǔ)工程中。

開口鋼管樁在沉樁的過程中，由于樁底為開口的，大量的土體會涌入管內(nèi)，我們稱管內(nèi)的土柱為“土塞”或者“土芯”。由于存在土塞與樁管內(nèi)壁復(fù)雜的相互作用，使得開口管樁的沉樁性狀比閉口樁沉樁性狀更為復(fù)雜，對打樁以及樁的承載力的影響更吸引人的關(guān)注。

2 國內(nèi)外比較常用的開口鋼管樁計(jì)算方法

2.1在閉口樁的基礎(chǔ)上進(jìn)行折減

我國現(xiàn)行《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》和 《港口工程樁基規(guī)范》給出的計(jì)算方法都是在閉口樁的基礎(chǔ)上進(jìn)行折減。計(jì)算模式為“側(cè)摩阻+樁端阻”，側(cè)摩阻在計(jì)算時(shí)與閉口樁一樣，折減的部分主要是樁端阻。折減系數(shù)在 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》稱為“土塞效應(yīng)系數(shù) ”，它的取值主要與樁端進(jìn)入持力層的相對深度hb/d（其中l(wèi)b為樁端進(jìn)入持力層的深度，d為鋼管樁外徑）有關(guān)。在 《港口工程樁基規(guī)范》中稱為“承載力折減系數(shù)η”，其取值與樁外徑、樁的入土深度、樁的入土深度以及樁端進(jìn)入持力層的深度先關(guān)。

由于確定標(biāo)準(zhǔn)的不同，對折減系數(shù)的取值有較大的區(qū)別。這與它們所面對的工程對象的不同有關(guān)?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》主要適用于建筑工程中土質(zhì)比較好、可以達(dá)到持力層，樁徑相對比較小的開口鋼管樁?！陡劭诠こ虡痘?guī)范》可能更適用于港口工程中土質(zhì)較差、直徑比較大的，難于達(dá)到持力層，直徑相對較大的開口鋼管樁。

2.2考慮土塞指標(biāo)的計(jì)算方法

（1）ICP法

（2）UWA法

UWA方法由西澳大學(xué)Lehane研究團(tuán)隊(duì)在ICP方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的比較適用于砂土中開口鋼管樁單樁承載力計(jì)算的方法,也是基于靜力觸探（CPT）。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于在計(jì)算時(shí)引入了表示土塞的指標(biāo)IFR(土塞高度增長率)和PLR（土塞高度比）。在計(jì)算端阻時(shí)用的是全截面。

（3）ZSTU法

2.3海利公式法

海利公式(heily)基于動(dòng)能守恒定律和撞擊原理。該方法的缺點(diǎn)只能使用在動(dòng)力沉樁上，計(jì)算時(shí)需要詳細(xì)的動(dòng)力沉樁的工程數(shù)據(jù)。計(jì)算公式為：

3 考慮土塞對鋼管內(nèi)壁的摩阻力的計(jì)算方法

當(dāng)土塞處于未閉塞狀態(tài)時(shí)，鋼管在承受上部荷載時(shí)，土塞有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，鋼管有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢。此時(shí)，“單轉(zhuǎn)承載力=樁外側(cè)摩阻力+樁內(nèi)側(cè)摩阻力+鋼管樁環(huán)形截面的端阻”。當(dāng)土塞處于閉塞狀態(tài)時(shí)，土塞高度不會再增高，鋼管在承受上部荷載時(shí)，土塞與鋼管一起有向下運(yùn)動(dòng)。因此，單樁豎向承載力=樁外側(cè)摩阻力+樁環(huán)形截面的端阻+土塞提供的端阻。

這里設(shè)計(jì)到“土塞對鋼管樁的內(nèi)摩阻力如何確定”的問題。目前主要有兩種思路。第一種，通過建立土塞微元體的平衡方程推導(dǎo)出土塞的總內(nèi)摩阻力，其中比較出名的山原法。第二種，通過研究內(nèi)摩阻力與外摩阻力的關(guān)系來確定內(nèi)摩阻力。李樂銘等的研究表明：對于大直徑的開口鋼管樁，只有在接近樁端的區(qū)域土塞內(nèi)摩阻力與外摩阻力大致相當(dāng)，在土塞的大部分區(qū)段內(nèi)，內(nèi)摩阻力一般僅相當(dāng)與相同深度外摩阻力的30%-50%。陸昭球通過對大量實(shí)際工程中的打樁記錄進(jìn)行分析，提出來他的“10倍樁徑有效長度理論”，即認(rèn)為在打樁過程中只有距樁底10倍樁徑范圍內(nèi)的土塞發(fā)揮作用。隨著有限元分析方法的出現(xiàn)，很多研究者通過有限元對土塞內(nèi)摩阻力進(jìn)行研究。得出結(jié)論：內(nèi)摩阻力從土塞頂?shù)酵寥状笾鲁手笖?shù)函數(shù)分布。

目前，這種計(jì)算方案還沒有給出比較明確的計(jì)算公式，主要原因是國內(nèi)外學(xué)者基本都是從宏觀的角度對土塞進(jìn)行定性或半定量的研究，對開口鋼管樁土塞效應(yīng)的細(xì)觀力學(xué)本質(zhì)的研究還很欠缺。因此，從土塞形成的細(xì)觀機(jī)理出發(fā)來研究土塞對開口鋼管樁單樁承載力的貢獻(xiàn)可能是今后的一個(gè)研究方向。

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1007-6344（2017）05-0320-01