單樁承載力計算方法簡述
摘 要：按單樁受力狀態(tài)的不同對樁基進行了分類，對不同受力狀態(tài)下的單樁進行分析，總結了單樁在不同受力情況下的極限承載力計算方法，分析了各種計算方法的適用性，并指出了目前計算方法中存在的問題。
關鍵詞：樁基；荷載；承載力
0 引言
樁是深入土層的柱型構件，其作用是將上部結構的荷載通過樁身穿過較弱地層或水傳遞到深部較堅硬的、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度和穩(wěn)定性均能得到保證，變形也在容許范圍內，以保證結構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，即單樁靜載試驗時樁頂能承受的最大試驗荷載。它反映了樁身材料、樁側土與樁端土性狀、施工方法等綜合指標。目前計算單樁豎向極限承載力的方法主要有以下幾種：
（1）靜載試驗法：靜載試驗是傳統(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，而且可以通過埋設各類測試元件獲得荷載傳遞、樁側阻力、樁端阻力、荷載與沉降關系等諸多資料。靜載試驗法通過在樁頂逐級施加豎向荷載，直至樁達到破壞狀態(tài)為止，并在試驗過程中測量每級荷載下不同時間的樁頂沉降，根據沉降與荷載及時間的關系，分析確定單樁豎向極限承載力。但由于試驗費用、工期、設備等原因，往往只能對部分工程的少量樁進行試驗。
（2）經驗公式法：根據全國各地大量的靜載試驗資料，經過理論分析和統(tǒng)計整理，給出不
同類型的樁，按土的類別、密實度、稠度、埋置深度等條件下有關樁側摩阻力及樁底阻力的經驗系數(shù)、數(shù)據及相應的公式。經驗公式法是計算單樁豎向極限承載力的一種簡化計算方法，計算方便，便于使用。
（二）承受水平荷載的主動樁承載力計算方法：
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用。根據樁土之間的相互作用特點，水平受荷樁又分主動樁和被動樁。主動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變位而產生，如港口工程中承受船舶系纜力的樁基就為主動樁。目前承受水平荷載的主動樁承載力計算方法主要有以下三種[2]：
（1）單樁水平靜載試驗法：靜載試驗是直接在現(xiàn)場進行，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樁承載力計算方法：
被動樁是指由于樁周土體在自重或外荷載作用下發(fā)生變形或運動而受到影響的樁，如邊坡工程中的抗滑樁。在被動樁中，樁周土體的運動是引起樁身荷載的原因。由于樁周土體的運動形式是多種多樣的，且不便于觀測與計算，這就造成被動樁的承載性狀較復雜，給定量計算造成很大的困難。因此，在被動樁的分析計算中，往往需要考慮樁土間的相互作用。迄今為止，國內外學者做了大量的研究，針對受土體水平位移的被動樁基承載力提出了以下幾種計算方法：
（1）壓力法：它在現(xiàn)場觀測資料的基礎上，對于土體側向運動下樁基所受擠壓力提出的計
算方法。由于這些方法是在現(xiàn)場觀測資料的基礎上提出的經驗性方法，有些假設不太合理，有時會造成計算值與實測值有較大的偏差。根據假設的不同，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：它是在已知無樁時土體自由側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算。位移法能得出樁的彎矩和位移的分布情況，是分析被動樁承載力較為合理的一種方法。位移法計算時需要知道實測的土體位移值，才能得到較為滿意的結果，不過這往往很難。
（3）有限單元法：隨著計算機技術的不斷發(fā)展，用各種有限元軟件對樁基與土體進行數(shù)值模擬分析，計算被動樁承載力變得可行。有限元計算中，需要特別注意對樁身材料、土體參數(shù)的設定，并選擇一種恰當?shù)臉锻两缑娼佑|方式，才能較為準確地模擬出樁基的承載性狀。
2 結論
（1）樁基根據所受荷載的不同可分為不同的類型，不同類型的樁計算理論與計算方法也各不相同。因此樁基計算首先要確定樁基的類型。
（2）被動樁的計算問題比主動樁復雜，也是目前樁基研究中的熱點與難點。
（3）在樁基承載性狀的分析中，樁與土的相互作用對樁基的承載性狀有著重要的影響，分析時應特別注意。
參考文獻：
[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[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.
