大直徑樁承載特性的研究進(jìn)展評(píng)述

應(yīng)亦凡，熊良宵

（1.臺(tái)灣中原大學(xué)土木工程系，中壢 32023；2.寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院，寧波 315211）

1 引言

大直徑樁一般是指直徑等于或大于800 mm的樁，它的使用可以顯著提高樁的承載力，在樁長(zhǎng)不變的情況下，增大樁徑可使樁側(cè)面積、底面積增大，從而使得單樁的極限承載力得以提高［1]。大直徑樁底下的土體以豎向變形為主，伴隨有側(cè)向擠壓，而不出現(xiàn)隆起，樁端土不發(fā)生整體剪切破壞，此時(shí)土的壓縮機(jī)理起主要作用，即隨著荷載增加，樁底以下土體產(chǎn)生體積壓縮和向下輻射剪切，由此排出的土體足以容納樁端的下沉體積，而不會(huì)導(dǎo)致土體側(cè)向擠出形成樁端平面以上的連續(xù)剪切滑動(dòng)面［2－4]。

目前，已有很多學(xué)者針對(duì)大直徑樁的荷載傳遞機(jī)理、在豎向荷載作用下的試驗(yàn)和理論、在水平向荷載作用下的試驗(yàn)和理論的研究進(jìn)行了研究，為大直徑樁在工程得以廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本文針對(duì)目前大直徑樁基承載特性研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，總結(jié)分析相關(guān)的理論方法及其特點(diǎn)。

2 荷載傳遞機(jī)理

從廣義的意義上說(shuō)，樁的荷載傳遞機(jī)理指的是樁在外荷載作用下樁－土系統(tǒng)的各個(gè)部分的反應(yīng)的總體表現(xiàn)，它包括荷載的分配、傳遞方式、地基土和樁身以及樁端共同承擔(dān)外荷載的相互關(guān)系、構(gòu)成樁－土承載力的各個(gè)分量的形成、發(fā)展過(guò)程和分配規(guī)律［5－6]。目前，國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者針對(duì)大直徑等截面樁的荷載傳遞機(jī)理做了很多試驗(yàn)和理論研究。

肖宏彬等（2003）［7]采用室內(nèi)摩擦試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)測(cè)定樁在不同深度土層及樁端土層的荷載傳遞參數(shù)，根據(jù)樁－土共同作用理論分析樁的荷載－沉降關(guān)系及樁的荷載傳遞規(guī)律；黃興波（2004）［8]采用有限元法對(duì)大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁荷載的傳遞機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值模擬研究；肖宏彬（2005）［9]借助數(shù)值模擬與試驗(yàn)分析，對(duì)多層地基中大直徑樁的荷載傳遞全過(guò)程進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的解析計(jì)算方法；閆靜雅等（2007）［10]以蘇通大橋一期試樁資料為背景，分別考慮三個(gè)不同土層以及注漿影響，對(duì)大直徑超長(zhǎng)樁的側(cè)摩阻力及樁端阻力的荷載傳遞規(guī)律進(jìn)行了擬合分析；杜芳等（2008）［11]通過(guò)在大直徑灌注樁端及樁身各主要土層的分界面埋設(shè)應(yīng)力計(jì)和應(yīng)變計(jì)的靜荷載試驗(yàn)，研究了大直徑灌注樁的荷載傳遞機(jī)理，分析了軸力和樁側(cè)摩阻力的變化規(guī)律；Hamre L等（2011）［12]對(duì)承受側(cè)向荷載的大直徑樁利用計(jì)算機(jī)程序SPLICE和FLAC3D，研究API模型和更先進(jìn)的有限差分法之間的關(guān)系，分析表明，基于相同的巖土特性，傳統(tǒng)的API方法比使用軟化硬化土模型的有限差分法有較大的變形；Wei Jihong等（2011）［13]根據(jù)樁沉降過(guò)程的變形規(guī)律，提出了非線性荷載傳遞函數(shù)來(lái)分析樁側(cè)面的剪切變形。軟化模型符合土的基本變形規(guī)律。根據(jù)非線性軟化模型側(cè)面和非線性硬化模型樁頂?shù)幕緱l件，推導(dǎo)出荷載沉降方程，分析荷載傳遞規(guī)律，得到了一系列的結(jié)果；Raongjant W等（2013）［14]對(duì)三個(gè)大直徑鉆孔樁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，研究樁土之間荷載傳遞機(jī)制。綜上所述，荷載傳遞機(jī)理的研究方法及內(nèi)容詳見表1。

表1 荷載傳遞機(jī)理研究Table 1 Load transfer mechanism

3 豎向荷載作用下樁承載性狀的試驗(yàn)研究

要深入研究大直徑樁的荷載傳遞機(jī)制，總體上需要從其承載性狀及樁土相互作用兩方面入手，前者是在豎向荷載作用下樁體所表現(xiàn)出來(lái)的宏觀力學(xué)響應(yīng)，后者是產(chǎn)生這一響應(yīng)根源的機(jī)制。目前，研究樁承載性狀主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或模型試驗(yàn)，建立土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)與樁承載性狀的關(guān)系?，F(xiàn)在常用的載荷試驗(yàn)方法有常規(guī)靜載荷試驗(yàn)、高應(yīng)變動(dòng)力試樁法和自平衡法等。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是判斷大直徑樁承載力，分析其承載性狀最直接、最可靠的方法，它不僅可確定樁的極限承載力，而且通過(guò)埋設(shè)各類測(cè)試原件可獲得荷載傳遞、樁側(cè)阻力、樁端阻力、荷載－沉降關(guān)系等諸多信息。

Mey在研究粉質(zhì)砂土中打入預(yù)應(yīng)力混凝土樁的樁－土臨界位移時(shí)，對(duì)直徑為1.37～1.68 m的大直徑樁進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，并得出其臨界位移值為8.0～15.0 mm［15]；Masam 在研究砂土中鉆孔樁的樁－土臨界位移時(shí)，對(duì)直徑為2.0 m的鉆孔灌注樁也進(jìn)行了同樣的試驗(yàn)，并得出其臨界位移值為45.0～200.0 mm［15]。

Paolo Carr ubba（1997）［16]為了研究用反分析法得到樁的荷載傳遞參數(shù)，對(duì)直徑為1.2 m、樁長(zhǎng)分別為18.5 m和19 m的兩根嵌巖樁進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)取得了成功；

池躍君等（2000）［17]基于3根大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的靜載試驗(yàn)研究，分析了天津地區(qū)大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的承載力及荷載傳遞特征。

管延華等（2003）［18]通過(guò)對(duì)2根大直徑長(zhǎng)鉆孔灌注樁的靜載荷試驗(yàn)研究，揭示了黃河流域大直徑長(zhǎng)灌注樁承載力特性及樁的荷載傳遞特征，并分析影響其極限承載力的因素。

顧培英等（2004）［19]根據(jù)蘇州地區(qū)4根大直徑橋梁灌注樁樁側(cè)阻力試驗(yàn)結(jié)果，給出該地區(qū)主要土層的側(cè)阻力和極限阻力建議值。

趙明華等（2004）［20]以洞庭湖軟土地區(qū)某特大拱橋主墩樁基礎(chǔ)為工程依托，進(jìn)行了試樁豎向靜載荷試驗(yàn)，并基于所獲得的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)探討了軟土地區(qū)大直徑超長(zhǎng)灌注樁的荷載傳遞機(jī)理和豎向承載特性。

胡慶紅等（2007）［21]通過(guò)對(duì)深厚軟土地基中大直徑深長(zhǎng)灌注樁及擴(kuò)底樁的樁孔孔徑的實(shí)測(cè)及靜載荷試驗(yàn)下樁身埋設(shè)鋼筋計(jì)的測(cè)量，得到了樁身軸力實(shí)測(cè)資料和靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并基于實(shí)測(cè)資料研究了軟土中持力層為粉質(zhì)黏土、粉砂的大直徑深長(zhǎng)灌注樁及擴(kuò)底樁的承載特性和荷載傳遞機(jī)理。

趙春風(fēng)等（2009）［22]基于常州高架一期工程現(xiàn)場(chǎng)靜載荷實(shí)測(cè)結(jié)果，分析豎向荷載下大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁在分層土中的荷載傳遞規(guī)律，由于試樁加載至破壞，分析結(jié)論為深入研究大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁的承載性狀提供有價(jià)值的工程參考。

楊果林等（2009）［23]通過(guò)對(duì)同一場(chǎng)地的同一直徑不同樁型的鉆孔灌注樁進(jìn)行豎向靜載荷試驗(yàn)，對(duì)大直徑擴(kuò)徑樁與等截面樁的豎向承載力、樁身軸力、樁側(cè)摩阻力進(jìn)行對(duì)比分析研究。

鄧友生等（2007）［24]針對(duì)超長(zhǎng)大直徑灌注樁，通過(guò)蘇通長(zhǎng)江公路大橋現(xiàn)場(chǎng)靜載測(cè)試和模型試驗(yàn)，對(duì)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的荷載傳遞機(jī)理、承擔(dān)荷載的比例及其影響因素、荷載－沉降關(guān)系等進(jìn)行了研究，得出超長(zhǎng)大直徑灌注單樁的荷載傳遞特性。

Bradshaw A S等（2012）［25]通過(guò)在粉質(zhì)土中進(jìn)行大直徑管樁的靜載試驗(yàn)，解釋了荷載傳遞曲線。結(jié)果表明，在粉土中利用細(xì)長(zhǎng)樁的t－z曲線分析大直徑樁可能會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確的荷載傳遞。

靜載荷試驗(yàn)匯總見表2。當(dāng)前，基于加載的極度困難及經(jīng)濟(jì)效益考慮，一般對(duì)大直徑樁的靜載試驗(yàn)往往都未做到破壞，故真正有價(jià)值的破壞性試樁資料極少。按我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，大直徑鉆孔灌注樁的極限承載力取值應(yīng)由變形控制來(lái)確定。這些有限的大直徑樁試驗(yàn)資料也并非完整，因此很難通過(guò)常規(guī)的靜載試驗(yàn)得到大直徑樁的完整Q－S曲線和樁基極限承載力，這也是當(dāng)前條件下大直徑樁的研究理論遠(yuǎn)落后于其實(shí)際的根本原因。

表2 靜載荷試驗(yàn)匯總Table 2 Su mmar y of static load tests

20世紀(jì)80年代，美國(guó)西北大學(xué)的Osterberg［26]教授率先研究出單樁自平衡測(cè)試法（Osterberg試樁法），近年來(lái)成為世界上廣泛采用的一種較好的靜載試樁新技術(shù)，自平衡法試驗(yàn)匯總見表3。

趙志蒙等（2009）［27]以包頭－樹林召高速公路黃河特大橋工程為依托，采用自平衡靜載測(cè)試技術(shù)對(duì)2根大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單樁破壞性試驗(yàn)，評(píng)價(jià)和分析了大直徑超長(zhǎng)樁的承載能力和承載特性。

朱瑤宏等（2004）［28]采用自平衡試樁法對(duì)杭州灣大橋試樁工程中某鉆孔灌注樁承載力進(jìn)行測(cè)試，探討了灌注樁的承載性狀。

黃生根等（2004）［29]采用自平衡載荷法，結(jié)合樁身設(shè)計(jì)對(duì)蘇通大橋一期超長(zhǎng)大直徑試樁進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

馬曄等（2005）［30]利用自平衡法進(jìn)行了超長(zhǎng)樁的靜載試驗(yàn)并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)向傳統(tǒng)靜載試樁結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化和對(duì)比。

穆保崗（2006）［31]在天津?yàn)I海新區(qū)采用自平衡測(cè)試技術(shù)對(duì)90 m超長(zhǎng)鉆孔灌注樁進(jìn)行原位測(cè)試，對(duì)大直徑超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的承載性能和荷載傳遞特征進(jìn)行了分析。

張帆等（2006）［32]結(jié)合杭州灣跨海大橋自平衡靜載試驗(yàn)，對(duì)試樁樁端壓漿前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，揭示了該類大直徑超長(zhǎng)灌注樁的荷載傳遞機(jī)理的某些特征。

Nie等（2013）［33]用自平衡測(cè)樁法測(cè)試大直徑樁承載力的可靠性分析。利用無(wú)量綱隨機(jī)變量的極限狀態(tài)方程，反向測(cè)樁法對(duì)大直徑樁豎向承載力進(jìn)行可靠性分析。結(jié)果表明：大直徑樁的可靠性指標(biāo)與荷載效應(yīng)比有關(guān)，而且比普通樁小。

表3 自平衡法試驗(yàn)匯總Table 3 Summary of self－balance load test

3.2 模型試驗(yàn)

室內(nèi)模型試驗(yàn)具有省時(shí)、省力、經(jīng)濟(jì)、易操作、針對(duì)性強(qiáng)、主要指標(biāo)可控性好、邊界條件易控制、測(cè)試準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，為樁基礎(chǔ)的理論研究提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)論證，并且為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。樁室內(nèi)模型試驗(yàn)主要有普通模型試驗(yàn)和離心模型試驗(yàn)。

徐和等（1996）［34]在室內(nèi)鋼桶中模擬了不同密實(shí)度砂土中單樁的抗拔試驗(yàn)，并建立了樁的抗拔系數(shù)與土內(nèi)摩擦角的關(guān)系。

趙明華（1997）［35]在砂箱內(nèi)采用鋁管作為模型樁，進(jìn)行了不同傾角的傾斜荷載作用下的室內(nèi)模型樁的破壞試驗(yàn)，建立了傾斜荷載下確定極限承載力的經(jīng)驗(yàn)公式。

劉利民等（2002）［36]根據(jù)在50g離心加速度場(chǎng)中所作的一系列荷載試驗(yàn)結(jié)果，分析了單樁和排樁在遞增荷載和循環(huán)荷載條件下的荷載位移特性，荷載傳遞特性及樁周土體反應(yīng)。

劉春波（2005）［37]通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)超長(zhǎng)單樁在豎向荷載作用下的荷載傳遞機(jī)理進(jìn)行分析，研究了超長(zhǎng)樁的一些承載性能問(wèn)題。

朱小軍（2007）［38]基于室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)長(zhǎng)短樁組合樁基礎(chǔ)的荷載與沉降的關(guān)系、樁身側(cè)摩阻力。

Ach mus等（2011）［39]開發(fā)了用于在單向加載下估計(jì)樁的永久變形的方法。該過(guò)程稱為剛度退化方法（SDM），是基于循環(huán)排水三軸試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬的結(jié)合。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，證明了剛度退化方法的適用性。

4 豎向荷載作用下樁承載性狀的理論研究

單樁承載性狀的理論研究方法主要有數(shù)學(xué)擬合法、荷載傳遞法、彈性理論法、剪切位移法、數(shù)值分析法及其他方法，單樁承載性狀的理論研究方法見表4。每種方法都有其相應(yīng)的假定，適用于一定的工程情況。數(shù)學(xué)擬合法是建立在大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，由于大直徑樁可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)很難得到，因此，這種數(shù)學(xué)擬合方法也就很難有效。

Seed ＆ Reese（1955）［40]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出，以此分析單樁的荷載傳遞規(guī)律及其沉降計(jì)算方法。在使用正確的荷載傳遞函數(shù)時(shí)，荷載傳遞法可獲得較滿意的結(jié)果。目前，該法己被廣泛推廣應(yīng)用到樁基研究的各個(gè)方面。荷載傳遞法的關(guān)鍵在于如何確定真實(shí)反映樁土界面的荷載傳遞函數(shù)，而具有廣泛適用性的理論傳遞函數(shù)的建立一般需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量擬合或基于一定的經(jīng)驗(yàn)機(jī)理分析推求。常用的具有代表性的傳遞函數(shù)模型有：Kezdi［41]的指數(shù)曲線模型和Kraft［42]提出的理想荷載傳遞曲線等等。我國(guó)學(xué)者何思明［43]、陳龍珠等［44]在荷載傳遞法研究中也獲得了一定進(jìn)展。龔維明等（1997）［45]將荷載傳遞法與剪切位移法巧妙結(jié)合起來(lái)，提出廣義荷載傳遞法，既考慮單樁非線性特征又考慮群樁共同作用；劉杰（2003）［46]針對(duì)土體出現(xiàn)的應(yīng)力－應(yīng)變軟化關(guān)系提出荷載傳遞函數(shù)的三折線軟化模型；趙明華（2003）［47]采用樁端阻三折線、樁側(cè)阻雙折線的荷載傳遞模型，對(duì)基礎(chǔ)豎向承載力進(jìn)行了深入分析，提出了按樁頂沉降量控制大直徑超長(zhǎng)灌注樁基樁豎向承載力的設(shè)想。

彈性理論法認(rèn)為土體是理想均質(zhì)、各向同性的彈性半空間體，并假定土體特性不因樁體的存在而發(fā)生變化。該法考慮了土體的連續(xù)性，至今已發(fā)展成一種可用于工程實(shí)踐、較完整的理論體系，但其無(wú)法精確考慮土的成層性和非線性特性。Butterfield（1977）［48]等基于均質(zhì)彈性半空間無(wú)限體的 Mindlin解，分別提出了計(jì)算單樁和群樁的荷載－沉降曲線法，并指出其沉降計(jì)算結(jié)果對(duì)均質(zhì)土中的樁基礎(chǔ)能滿足一般的要求；劉金礪（1995）［49]對(duì)彈性理論法中的相互影響系數(shù)和沉降比的理論值提出了修正方案；楊敏（1997）［50]采用邊界積分法分析層狀地基中的樁基沉降問(wèn)題，并基于Mindlin解引入沉降調(diào)整系數(shù)進(jìn)行修正；呂凡任（2004）［51]提出了考慮樁土相對(duì)位移的“廣義彈性理論法”，可以考慮樁周土的塑性，并將其應(yīng)用于斜樁分析。

Cooke（1974）［52]在試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上提出了剪切位移法，用于分析均質(zhì)地基中的純摩擦樁問(wèn)題，由此假定受軸向荷載后，摩擦樁的沉降主要和樁周土的剪切變形有關(guān)，剪切力在樁側(cè)表面沿徑向四周擴(kuò)散到周圍土中。Randol ph和 Wroth（1978）［53]從理論上對(duì)剪切位移法作了補(bǔ)充和修正，推導(dǎo)了基于Cooke假設(shè)的可壓縮性樁的單樁和群樁的解析解，考慮了樁端應(yīng)力和樁體壓縮所引起的樁頂沉降；Lee（1991）［54]和 Xiao（2002）［55]在考慮樁周土體非線性情況下，推導(dǎo)出樁土滑移的單樁荷載沉降解析解；宰金珉（2000）［56]將剪切位移法推廣至塑性階段，提出了廣義剪切位移法，建立了非線性反應(yīng)的解析表達(dá)式，以此描述樁周土體的非線性豎向位移場(chǎng)。此法概念清楚，原理簡(jiǎn)單，基本假定較合理，但其忽略因素較多，例如地基的三向應(yīng)力狀態(tài)、地基的成層性，土參數(shù)隨深度的變化等。而其假定樁土間不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，僅在荷載較小時(shí)能得到較準(zhǔn)確的解，荷載較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大偏差，這也和樁基的實(shí)際工作性狀不符。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，有限單元法（FEM）、邊界元法（BEM）等數(shù)值計(jì)算方法也被越來(lái)越多應(yīng)用于樁基承載特性的應(yīng)用分析，它因模擬功能較強(qiáng)而具有較強(qiáng)的理論分析價(jià)值。楊敏（1989）［57]以 Mindlin應(yīng)力解為基本解，在考慮各種非均質(zhì)情況時(shí)采用以邊界積分法基本解進(jìn)行修正，使樁的分析結(jié)果適用于各種實(shí)際地基情況；方鵬飛（2003）［58]采用有限元程序?qū)|(zhì)土和成層土中超長(zhǎng)樁的承載性狀進(jìn)行了數(shù)值分析；蔣建平（2004）［59]在基于試驗(yàn)資料和數(shù)值模擬，對(duì)大直徑超長(zhǎng)樁的有效樁長(zhǎng)進(jìn)行了探討；丁建文（2005）［60]結(jié)合大量實(shí)測(cè)資料，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合、理論計(jì)算和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁的承載性狀進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究；程曄（2005）［61]結(jié)合蘇通大橋主5＃墩設(shè)計(jì)施工，采用三維數(shù)值模擬研究了超長(zhǎng)大直徑鉆孔灌注樁承載性能；尤夢(mèng)姍（2005）［62]采用Ansys對(duì)大直徑嵌巖灌注樁的傳力機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)影響大直徑嵌巖灌注樁承載性能的各種因素進(jìn)行了研究分析；趙志蒙（2008）［63]在原位試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用大型有限元計(jì)算程序，對(duì)黃河特殊地質(zhì)長(zhǎng)大直徑鉆孔樁進(jìn)行了數(shù)值分析，分析了樁徑、樁長(zhǎng)、樁身彈性模量、樁端土體參數(shù)變化對(duì)長(zhǎng)大直徑樁承載性能的影響。

Zhang Ming Yuan等（2012）［64]基于三維連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日法（FLAC3D），進(jìn)行了土剛度對(duì)大直徑超長(zhǎng)鋼管樁豎向承載力和沉降特性影響的研究。結(jié)果表明，樁周土的剛度對(duì)樁沉降特性和承載特性有直接的影響。

表4 單樁豎向荷載下承載性狀的理論研究方法Table 4 Method for the theoretical research of bearing behavior of single piles with vertical load

5 水平荷載下樁承載特性的試驗(yàn)和理論研究

樁的水平承載力是樁在水平荷載作用下所反映的抗水平荷載的能力及其特性，樁承受的水平荷載有多種形式，如風(fēng)荷載、地震荷載、波浪荷載、吊車制動(dòng)力和浮水、船舶的撞擊力等?；鶚妒艿絺?cè)向載荷的分析，與土壤有很大的密切關(guān)系，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)等直徑單樁及群樁承受側(cè)向載荷后的變形特性，已經(jīng)有很豐富的試驗(yàn)和理論研究成果。

謝濤等（2005）［65]按照1∶30的比例對(duì)群樁基礎(chǔ)進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)，對(duì)水平荷載作用下樁－土－承臺(tái)共同體系作用機(jī)理及樁基間相互作用關(guān)系進(jìn)行了研究；江學(xué)良等（2006）［66]結(jié)合四川電廠的樁基水平靜載試驗(yàn)，分析了水平荷載作用下大直徑嵌巖樁樁土共同作用的工作性狀；趙曉強(qiáng)（2007）［67]通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)得到縱橫向同時(shí)受荷樁的樁身彎矩、剪力、樁頂位移、極限荷載等基本工作性狀；王建華等（2007）［68]通過(guò)某大型碼頭樁基工程的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合數(shù)值分析研究了水平荷載作用下大直徑嵌巖鋼管混凝土樁的工作機(jī)理；徐雪源等（2008）［69]以南通一船塢工程為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析水平荷載樁的受力特性，得出了在各級(jí)荷載作用下，樁頂水平位移與水平荷載之間的關(guān)系和樁身的位移、轉(zhuǎn)角及彎矩分布規(guī)律，研究水平荷載樁的應(yīng)力分布規(guī)律；蘇棟等（2008）［70]利用香港科技大學(xué)離心機(jī)雙向振動(dòng)臺(tái)，進(jìn)行了群樁基礎(chǔ)模型的水平單向和雙向振動(dòng)試驗(yàn)。

水平荷載作用下樁基承載特性的理論分析方法主要包括：Poulos彈性理論法、地基反力系數(shù)法、py曲線法和數(shù)值分析法。Poulos彈性理論法假設(shè)土體為均質(zhì)、各向同性的半無(wú)限彈性體，采用彈性力學(xué)的原理求解基樁在土壤中承受側(cè)向載重后的情形?；鶚妒艿絺?cè)向載荷時(shí)，樁周土體變形明顯進(jìn)入塑性狀態(tài)，而Poul os彈性理論假設(shè)顯然與實(shí)際相差較大，因此應(yīng)用不多。地基反力系數(shù)法應(yīng)用 Winkler地基模型，把樁周土離散為一個(gè)個(gè)單獨(dú)作用的彈簧。某一彈簧受力時(shí)，僅該彈簧發(fā)生與作用力成正比例的壓縮而和其他彈簧無(wú)關(guān)。地基反力法又可分為極限地基反力法和彈性地基反力法。根據(jù)地基反力系數(shù)K的不同假設(shè)，線彈性地基反力法又可以分為常數(shù)法、c法、K法和m 法等。

戴自航等（2007）［71]針對(duì)現(xiàn)行多層地基中水平荷載樁計(jì)算m法存在的問(wèn)題，提出了按實(shí)際成層地基抗力系數(shù)采用有限差分法和彈性地基桿系有限單元法計(jì)算樁身位移和內(nèi)力的方法；吳峰等（2009）［72]采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法建立了不同土質(zhì)條件下土體的m值與樁身泥面位移的相互關(guān)系公式，用來(lái)計(jì)算水平推力樁在大位移情況下的m值；趙明華等（2009）［73]基于樁土共同工作機(jī)理及彈性理論，利用m法假設(shè)樁身?yè)锨匠痰膬缂?jí)數(shù)解，建立了橫向荷載作用下基樁豎向承載力的計(jì)算公式。

p－y曲線法最早由美國(guó)的Matlock提出，由于其考慮了樁土作用的非線性和土的塑性影響，對(duì)大小位移的情況以及靜、動(dòng)荷載均適用，是目前國(guó)內(nèi)外比較流行的一種方法［74]。p－y曲線法考慮了土的非線性反應(yīng)，既可用于小位移，也可用于大位移情況的求解，能如實(shí)地把地基土的非彈性性質(zhì)及由地表面開始往下部的進(jìn)行性破壞現(xiàn)象反映到樁的計(jì)算中去，因而計(jì)算結(jié)果較地基系數(shù)法更符合樁身受力的實(shí)際情況［75]。周洪波等（2005）［76]在p－y 曲線法和Poulos彈性理論法的基礎(chǔ)上，提出了一種能考慮兩者優(yōu)點(diǎn)的耦合算法；朱克強(qiáng)等（2008）［77]以p－y 曲線法為理論基礎(chǔ)，提出了一種新的用于計(jì)算單樁橫向受載的半解析方法。

周洪波等（2003）［78]利用三維彈塑性有限元法對(duì)水平荷載作用下群樁基礎(chǔ)特性進(jìn)行了分析，討論了群樁基礎(chǔ)水平荷載作用下的承載性狀和破壞機(jī)理，并探討了樁距、樁數(shù)、樁長(zhǎng)、樁徑和土質(zhì)各種因素對(duì)群樁效應(yīng)的影響；孫冬梅（2004）［79]采用三維有限元、接觸面單元和無(wú)限元耦合的數(shù)值分析方法研究大直徑單樁和群樁的p－y 曲線；周月慧等（2007）［80]采用有限元程序ANSYS對(duì)樁土相互作用體系中單樁的橫向靜力響應(yīng)進(jìn)行了三維有限元數(shù)值模擬；趙明華等（2007）［81]采用無(wú)網(wǎng)格法對(duì)水平荷載下基樁的受力特性進(jìn)行非線性分析；張華華（2007）［82]結(jié)合某工程樁基進(jìn)行了水平承載力的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上應(yīng)用現(xiàn)有現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的計(jì)算方法（m法）和有限元軟件ADINA計(jì)算水平荷載樁的受力特性；鄭剛等（2008）［83]采用 Abaqus模擬了不同豎向及水平荷載加載水平、順序情況下單樁的承載特性；尹武先等（2009）［84]對(duì)成層地基中超長(zhǎng)樁在軸－橫向耦合荷載作用下展開數(shù)值模擬研究和試驗(yàn)對(duì)比。賀嘉（2006）［85]對(duì)均質(zhì)土、一般成層土及嵌巖情況下的大直徑樁承載性能進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。

綜上所述，單樁水平荷載下承載性狀的理論研究方法見表5。

6 結(jié)論

從大直徑樁的荷載傳遞特性、在豎向荷載作用下的試驗(yàn)和理論、在水平向荷載作用下的試驗(yàn)和理論等幾方面來(lái)評(píng)述大直徑樁承載特性的研究進(jìn)展。雖然目前國(guó)內(nèi)外已有很多有關(guān)大直徑樁承載特性的理論和計(jì)算方法，但都各自存在不足。因此，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，大直徑樁的承載特性以及原有理論的適用性等都是有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

（1）對(duì)大直徑樁的靜載試驗(yàn)往往都未做到破壞，故真正有價(jià)值的破壞性試樁資料極少。因此很難通過(guò)常規(guī)的靜載試驗(yàn)得到大直徑樁的完整Q－S曲線和樁基極限承載力。

表5 單樁水平荷載下承載性狀的理論研究方法Table 5 Method for the theoretical research of bearing behavior of single piles with horizontal load

（2）自平衡法測(cè)樁技術(shù)雖然有很多的優(yōu)點(diǎn)，為解決大直徑樁的靜載試驗(yàn)提供了新的途徑。但是，實(shí)際上用自平衡法測(cè)得的樁身上段摩阻力是負(fù)摩阻力，與樁身在荷載作用下受到的正摩阻力是完全不同的。

（3）有限元模擬是研究大直徑樁承載特性的一種有效手段，獲取大直徑樁破壞時(shí)的完整Q－S曲線和樁基極限承載力，以此來(lái)指導(dǎo)工程實(shí)踐。

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