大直径扩底桩承载力的沉降变形控制设计法初探 (2001年)

鉴于现有承载力确定方法存在的不足之处，通过对大直径扩底桩承载力确定原则的探讨，给出了按沉降变形控制确定承载力的方法，并推导出了确定无静载试验桩承载力的计算公式。工程实例验证表明，按作者提出方法得到的结果与工程实测值符合较好，能充分发挥大直径扩底桩的潜力，可以供工程设计时参考使用。 ### 大直径扩底桩承载力的沉降变形控制设计法初探 #### 一、研究背景与目的 在建筑工程领域，大直径扩底桩（桩身直径d，桩端直径D，d≥800mm）作为一种重要的基础形式被广泛应用。在设计过程中，首要任务之一就是准确确定这类桩的竖向承载力。传统方法通常是基于静载试验来确定承载力，即当桩顶沉降S达到10～15mm时对应的荷载作为单桩竖向承载力的设计值。然而，在实际工程中，由于试验设备的限制或成本问题，很多时候无法对所有桩型进行静载试验，这就导致设计人员不得不依赖经验来估算承载力，这种方法往往较为保守，未能充分利用大直径扩底桩的承载潜力。 #### 二、理论探讨 ##### 2.1 沉降量取值的探讨 根据大量的静载试验数据和大直径扩底桩的受力机理，这种类型的桩主要依靠桩端承载，表现出缓变形特性，即随着荷载的增加，沉降也会逐渐增加，但不会出现突然的失稳现象。理论上，只要基础不失去稳定性，相同的沉降量不会对上部结构造成不利影响。根据《建筑地基基础设计规范》的规定，不同类型的上部结构具有不同的允许沉降差，例如对于常见的框架结构，规范规定的允许沉降差为0.002l（l为相邻柱的中心距）。这一规定实际上大于传统的确定单桩承载力时采用的桩顶沉降值10～15mm。这意味着，现有的承载力取值方法相对保守，未能充分发挥大直径扩底桩的承载能力。 因此，在满足沉降变形控制要求的前提下，采取更大的承载力设计值是可行的。文章提出了将沉降控制值设定为S0.01D的建议。 ##### 2.2 桩侧摩阻力发挥程度的探讨 现场测试研究表明，大直径桩桩侧摩阻力在桩土间相对位移较小时就能得到充分的发挥，无论是在粘性土还是无粘性土中，这一位移通常小于10mm。实际上，在正常使用荷载作用下，支承在硬土层上的大直径扩底桩桩底沉降一般都能达到7mm以上，此时桩侧摩阻力几乎可以充分发挥。因此，在确定承载力时，应考虑到这一点。 ##### 2.3 群桩效应的探讨 大直径扩底桩在桩顶外荷载作用下的竖向应力和平面位移的有效范围较小，一般不超过1.5D。因此，当桩距Sa≥1.5D时，群桩效应可以忽略不计。在实际工程中，大直径扩底桩的桩距通常不小于1.5D，因此群桩效应对承载力的影响不大。 #### 三、沉降量和承载力的确定方法 在大直径扩底桩顶部施加荷载P时，桩顶沉降S可以分为两部分：桩底以下土的压缩变形Sb以及桩身本身的压缩变形Sc。其中，桩底以下土的压缩变形Sb又可以进一步细分为两个部分：一是由扩大头桩端压力引起的桩底土的压缩Sb1；另一部分则是桩底以下土体因荷载传递而产生的压缩变形Sb2。通过这些细分，可以更加精确地计算出沉降量S，并据此确定合理的承载力设计值。 #### 四、结论 通过对大直径扩底桩承载力确定方法的研究，提出了一种新的沉降变形控制设计法。这种方法不仅能够更准确地反映大直径扩底桩的实际承载特性，而且还能在确保安全的前提下充分发挥其承载潜力，为工程设计提供了有力的支持。通过实际工程案例的验证，该方法得到了较好的应用效果，为后续的大直径扩底桩设计提供了有益的参考。 这项研究不仅填补了现有承载力确定方法的一些不足，也为大直径扩底桩的设计提供了一种更为科学合理的方法，有助于提高工程效率和经济效益。