傅洋燕 吳瑞潛 呂蓓鳳 李 妙 裘錦瑜 葛柃岑 沈佳怡

（紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000）

0 引言

我國傳統(tǒng)樁基多由規(guī)則型樁（如圓樁、方樁等）組成，材料耗費大、經(jīng)濟效益低?；诮ㄖ?jié)能和建造可持續(xù)發(fā)展的綠色建造理念，近幾十年發(fā)展了異型樁，最大程度發(fā)揮樁本身優(yōu)勢，合理利用樁側(cè)摩阻力特性、增強樁身承載能力，同時降低了工程造價，增加經(jīng)濟效益。目前，一些大型工程都有異型樁的應(yīng)用，如浙江杭浦、申嘉湖等高速公路、江蘇南京長江四橋連接線等。異型樁作為新式樁型，其樁側(cè)摩阻力影響因素眾多且異形結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，僅套用一般類型樁樁側(cè)摩阻力均勻分布模型，未能綜合考慮工程實際側(cè)摩阻力異形效應(yīng)，因此無法得出確切計算公式。筆者結(jié)合異型樁自身性狀及其他因素，通過樁側(cè)摩阻力經(jīng)驗計算公式中各項影響系數(shù)，綜述不同影響條件下異型樁側(cè)摩阻力的分布特性。

1 異型樁及側(cè)摩阻力

異型樁，也稱為異形樁,是一種新型特殊種類樁，可分縱向截面異型樁和橫向截面異型樁?？v截面異型樁，即按照樁側(cè)土層的不同性質(zhì)，沿深度方向改變樁徑或樁型，增加樁側(cè)截面不平直度與粗糙度，以獲得所能達到最大側(cè)摩阻力的異型樁。如：H型樁、楔型樁、釘型樁等。橫截面異型樁，即通過改變樁橫向截面的幾何參數(shù)，受“異形”影響，增加表面積和慣性矩[1]，以獲得所能達到最大樁側(cè)摩阻力和水平承載力的異型樁。如：Y型樁、X型樁等。

對于樁側(cè)摩阻力的計算，根據(jù)文獻[2]：Tomlinson 提出了α法，利用經(jīng)驗粘性系數(shù)和樁側(cè)飽和粘性土的不排水抗剪強度，對粘性土的側(cè)摩阻力進行了定義計算；Chandler 提出了β法，利用有效應(yīng)力理論，對粘性土和非粘性土的側(cè)摩阻力進行了定義計算；Vijayvergiya 等綜合α法和β法特點，提出了λ法，假定樁側(cè)土位移產(chǎn)生了水平被動土壓力,對于粘性土側(cè)摩阻力重新進行了定義計算?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》[3]通過靜載試驗并綜合測試結(jié)果，確定了極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值與土原位測試指標(biāo)間的經(jīng)驗關(guān)系，得出樁側(cè)摩阻力經(jīng)驗參數(shù)公式。

2 異型樁側(cè)摩阻力影響因素

2.1 異形效應(yīng)

異型樁通過改變截面幾何特性，在基礎(chǔ)樁側(cè)影響因素下產(chǎn)生“異形效應(yīng)”，致使側(cè)摩阻力沿樁周不均勻分布，并且不同異形截面對樁側(cè)摩阻力影響也各不相同。

依據(jù)外包方形理論，將X 形截面假設(shè)成平行于軸的規(guī)則形狀。通過公式推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，外包方形的截面邊長、弧度數(shù)及開弧間距三個不同變量間相互影響、相互制約。X 形截面與相同截面面積規(guī)則截面的慣性矩之比隨外包方形截面邊長的增加而增加、隨弧度數(shù)的變大而變大、隨開弧間距的增加而減小，受樁側(cè)摩阻力影響，樁沉降降低，承載力提高。

將Y 形截面樁單位側(cè)摩阻力沿樁側(cè)周長積分，推導(dǎo)采用外包圓理論公式。對于在某一深度其他參數(shù)確定條件下，增加弧度數(shù)、外包圓半徑均能夠提高Y 形樁側(cè)摩阻力，其中，弧度數(shù)對樁側(cè)摩阻力的影響較小，因此外包圓半徑是影響Y 形樁側(cè)摩阻力的大小重要因素。

2.2 深度效應(yīng)

通過砂層極限端阻穩(wěn)值半經(jīng)驗公式，假設(shè)確定材料本身的應(yīng)力應(yīng)變特性決定砂土 “深度效應(yīng)”，且制約了樁側(cè)摩阻力在深層土體中發(fā)揮效應(yīng)，阻礙其沿著縱

向深度增加而無限制地增加。因此，增加樁長雖然能在一定程度上增加樁側(cè)摩阻

力，但由于“深度效應(yīng)”作用，超過臨界深度后，隨著入土樁長的增長，樁側(cè)摩阻力增大的幅度大大降低。

2.3 施工工藝及成樁效應(yīng)

2.3.1 施工工藝

不同的施工工藝構(gòu)造出不同的樁縱向截面形態(tài)，促使樁周土體應(yīng)力發(fā)生變化，從而致使樁側(cè)摩阻力相應(yīng)變化。樁按施工工藝可分為預(yù)制樁和灌注樁。對于各類型預(yù)制樁，制樁工藝決定了樁側(cè)表面粗糙度，一般較光滑，樁側(cè)摩阻力也較小。對各種類型的灌注樁，樁施工成孔時機、對孔壁擾動等因素決定了樁表面的粗糙程度，一般較粗糙且不規(guī)則。以泥漿護壁鉆孔灌注樁為例，施工時鉆進平穩(wěn)，則鉆孔灌注樁孔壁平直，樁側(cè)摩阻力較??；施工時鉆進搖晃，則鉆孔灌注樁孔壁粗糙不平，樁側(cè)摩阻力較大。

2.3.2 成樁效應(yīng)

不同成樁工藝使樁側(cè)土層的應(yīng)力、應(yīng)變場產(chǎn)生變化，從而致使樁側(cè)摩阻力相應(yīng)改變。尤其是擠土樁，成樁過程中，受樁周擠土效應(yīng)，樁側(cè)土體受到撓動而重塑，增加了樁側(cè)土壓應(yīng)力，從而提高側(cè)摩阻力。

2.4 樁周土的性狀

2.2.1 土的種類

不同種類土中樁側(cè)摩阻力所受影響不同。普通粘性土中，樁側(cè)摩阻力大小可由樁周土體不排水抗剪強度反應(yīng)，但當(dāng)粘性土體產(chǎn)生固結(jié)硬化時，樁側(cè)摩阻力隨著樁頂加荷而以特定增長方式增大。在砂質(zhì)土層中，增大土的初始應(yīng)力，提高其抗剪強度，則由樁周土體強度所決定的樁側(cè)極限摩阻力也相應(yīng)增大。

2.2.2 土體性質(zhì)

影響樁側(cè)摩阻力最重要因素是樁側(cè)土體的性質(zhì)。土的性質(zhì)主要由密實度、液限指數(shù)、孔隙比等各類土狀物理參數(shù)來表示。對于一般土層，土體的密實度越大、含水量越少、孔隙比越小則其壓縮模量越大，提高了樁周土強度，進而影響樁側(cè)摩阻力增大。樁側(cè)摩阻力試驗結(jié)果表明，軟弱土層中樁的側(cè)摩阻力主要受土層自身影響，而硬土、堅硬土層中樁同時受其自身效應(yīng)與土層性狀影響，阻礙了樁側(cè)摩阻力的傳遞，從而導(dǎo)致其分布異化。

2.5 樁端土的性狀

大量工程實踐表明，樁端持力層土的性狀對樁端附近樁側(cè)摩阻力有較大影響。通過現(xiàn)場靜載試驗，由不同樁端土下所產(chǎn)生的樁身沉降量反映樁側(cè)縱摩阻力變化。試驗得出，當(dāng)樁端持力層有軟弱土層時，樁端附近樁側(cè)土產(chǎn)生水平應(yīng)力，樁側(cè)摩阻力降低；當(dāng)樁端持力層較強時，樁側(cè)摩阻力發(fā)生強化效應(yīng)，樁側(cè)摩阻力整體提高。

2.6 其他因素

2.6.1 樁頂荷載

樁作為承擔(dān)并傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載的基礎(chǔ)形式，受不同樁頂荷載影響，樁側(cè)摩阻力必然發(fā)生變化。通過有限元計算分析，模擬發(fā)現(xiàn)隨著樁頂荷載增加，樁側(cè)摩阻力分布發(fā)生變化，負摩阻力段縮短，正摩阻力段擴大，且摩擦力數(shù)值也隨之減小。

2.6.2 時間效應(yīng)

通過不同條件下樁承載力時間效應(yīng)試驗提出，摩擦型樁入土后的一段時間內(nèi)其承載能力持續(xù)增大，樁側(cè)摩阻力隨之變化，極限承載力提高了40%—400%，且其在幾十或幾百天內(nèi)達到穩(wěn)定，與實際工程施工年限相差較大。

3 結(jié)論

異型樁樁側(cè)摩阻力影響因素眾多。樁受不同異形截面參數(shù)影響產(chǎn)生“異形效應(yīng)”和“深度效應(yīng)”，致使樁側(cè)摩阻力不均勻分布。樁周土及樁端土的土質(zhì)強度，對樁側(cè)摩阻力大小產(chǎn)生直接影響，土強度越高樁側(cè)摩阻力越大。另外時間效應(yīng)、樁頂荷載等其他因素也對樁側(cè)阻力產(chǎn)生了一定影響。由于各因素間相互聯(lián)系，不能確切得出異型樁樁側(cè)摩阻力計算公式，無法經(jīng)濟安全運用于工程實踐。因此，對于異型樁側(cè)摩阻力影響因素的深入分析，來優(yōu)化樁身設(shè)計提高經(jīng)濟效益，具有非常重要的理論和工程實際意義。