樁穿過不同性質(zhì)的土層將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞給樁周和樁底土層,形成復(fù)雜的樁土共同作用系統(tǒng)。目前,研究荷載傳遞的方法有彈性理論法、有限元法和傳遞函數(shù)法等。一般認為,傳遞函數(shù)法較能反映樁土共同作用,較為實用。
樁的側(cè)阻和端阻與它們所在位置處樁土問的相對位移密切相關(guān),并隨位移的增長而逐漸發(fā)揮。60 年代以來,在樁基的研究和分析中曾采用過常值模式、線性模式、彈塑性模式和非線性三階段模式。試驗資料和分析表明,后一模式比較符合樁土作用性狀。
單樁承載力的深度效應(yīng)也已引起工程界的十分重視,并已反映在某些設(shè)計規(guī)范中。樁端阻力隨進入持力層深度的變化特征值一臨界深度與土的種類、樁徑及土本身的極限壓力值等有關(guān)。已積累了的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明,樁端阻力的影響范圍,一般為樁徑的3 - 10倍。同時,對于考慮上覆土層影響、軟下臥層影響等不同條件下的樁端阻力計算方法也已得到不斷地完善。
地基系數(shù)法仍然是目前國內(nèi)外橫向受荷樁分析計算中流行的方法。我國橋梁樁基設(shè)計計算推薦使用m法或c法,其分析理論及計算圖表等已極為成熟和完善。然而,由于分析時假定地基系數(shù)隨深度而變,沒有考慮到其隨位移增大而逐漸減小的特點。80 年代以來,國內(nèi)已做了不少試驗研究和分析工作,指出了抗力的非線性發(fā)揮特性,目前尚需進一步提高和完善以達到工程應(yīng)用的水平。
群樁的工作性狀是同樁群、土、承臺相互作用聯(lián)系在一起的,承載力計算已形成了一些傳統(tǒng)模式,但是否考慮或如何考慮承臺分擔荷載仍是我國樁基工程研究工作的“熱點”。充分利用承臺底地基土體的承載能力‘,減少樁數(shù),無疑將有利于提高經(jīng)濟效益,加速樁基工程的發(fā)展,但也必須重視試驗、工程試點和實測,以及考慮共同作用機理、基樁性狀變化等進行綜合分析計算,以確保樁基工程的安全可靠。
群樁基礎(chǔ)的沉降計算大體可分為三大類,一類是基于布辛奈斯克(Boussinesq)課題的“等代墩基分層總和”法,其實質(zhì)是淺基沉降計算的延伸;第二類是基于明特林( Mindlin)課題的彈性理論法,包括疊加法、相互影響系數(shù)法、沉降比法等;第三類是以原位測試確定土性參數(shù)的經(jīng)驗估算法,適于難以采取原狀土樣的粉土、砂土。我國工程界常用的是等代墩基分層總和法,其計算值往往大于實測值。
60 年代以來,許多國家已逐步建立起以可靠性方法為理論基礎(chǔ)的規(guī)范體系。樁基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)體和巖土體相結(jié)合的共同作用體系,同時具有結(jié)構(gòu)體和巖土體的特點。因此,利用可靠度理論研究樁基問題,既對利用結(jié)構(gòu)體的已有成果有利,又能較好地體現(xiàn)上下部結(jié)構(gòu)之間的連續(xù)性。關(guān)于樁基的可靠性分析,國際上報導不多,國內(nèi)自80 年代中期以來,研究十分活躍,從定值設(shè)計法向可靠度方法轉(zhuǎn)軌已成目前樁基工程設(shè)計的發(fā)展趨勢。
此外,橋梁工程中的樁基往往在承受較大的垂直荷載的同時,尚受有汽車制動力、風力、船舶撞擊力等水平外力的作用。目前,此類樁的計算尚采用簡化的軸向和橫向荷載分別計算然后疊加的方法,而在截面檢算時再將彎矩乘一擴大系數(shù)來修正。顯然,由于計算對沒有考慮抗力的發(fā)揮特性,以及軸向和橫向荷載(或傾斜荷載)共同作用對樁位移和內(nèi)力所產(chǎn)生的影響,只適用于小變形的情況,具有一定的局限性。尤其是高樁承臺,當水平荷載較大且土質(zhì)較軟弱時,上述矛盾尤為突出。有關(guān)該類問題的研究,國內(nèi)外已有不少報導,但尚需進一步試驗和工程實踐的驗證。
隨著樁的使用數(shù)量增多,特別是灌注樁的增多,樁的承載力和樁身完整性的檢測愈顯重要。樁的靜載試驗、鉆孔取芯、超聲檢測等方法由于費用高、時間長往往難以大量進行,因此,發(fā)展快速動力檢測勢在必行。近20 年來,有關(guān)樁檢技術(shù)的學術(shù)活動相當活躍,在我國無論是高應(yīng)變法還是低應(yīng)變法都積累了大量的資料與經(jīng)驗,取得了可觀的發(fā)展和進步,某些高、低應(yīng)變法的軟、硬件已達到或接近國際先進水平。
高應(yīng)變法由 70 年代的錘擊法到80年代引進的PDA和PID法,近年來又自行研制成各種試樁分析儀,軟件和硬件的功能都有很大的提高。今后宜有步驟地發(fā)展這種動力測試儀器,加強動力模型和機理的研究工作,提高軟硬件的質(zhì)量、適用性和可靠性。目前,國際上普遍采用高應(yīng)變法測定樁的極限承載力,而用低應(yīng)變法檢測樁的質(zhì)量和完整性。
低應(yīng)變法在我國應(yīng)用極為廣泛,約有90%的檢測單位采用低應(yīng)變法,每年檢測的樁數(shù)在4 萬根以上。由于低應(yīng)變法具有軟硬件價格便宜,設(shè)備輕巧,測試過程簡單等優(yōu)點,在目前高應(yīng)變設(shè)備還比較少,不能滿足用戶要求的情況下,低應(yīng)變法作為評價樁承載力的一種補充手段,似可繼續(xù)加以利用。