李学民，等：开121钢管桩竖向承载力计算探讨·17·开口钢管桩竖向承载力计算探讨李学民伍军(中铁四局集团有限公司安徽合肥李国亮230023)(东南大学土木工程学院)摘要结合工程探讨开口钢管桩在竖向荷载下的承载机理，推导了考虑闭塞效应的桩端阻力理论公式，并与建筑桩基规范中的经验公式以及静载试验结果进行比较，提出相关建议。关键词开口钢管桩竖向承载力静载试验1概述杭州湾跨海大桥全长36km，建成后将是世界第一跨海大桥，其南岸的施工栈桥全长9．78km，建成后也将是世界最长的栈桥。栈桥所处地区土质差、冲刷严重、环境恶劣。由于开口钢管桩具有承载力大、打人容易、回收方便等优点，故栈桥的基础均采用打人式开口钢管桩。打人式开口钢管桩在竖向荷载作用下的承载机理复杂，其挤土效应不同于闭口桩，管内土芯的闭塞效应程度也难以确定，因而桩侧阻力、桩端阻力目前均没有很好的计算办法。如果再考虑在海洋环境中打桩时受水的影响，情况将更为复杂。为此，本文从开口钢管桩的承载机理出发，推导考虑闭塞效应的桩端阻力计算公式。在竖向荷载作用下，由于桩底土和桩本身的压缩，桩与土体将发生相对位移，从而导致桩侧阻力的产生。荷载在向下传递的过程中，必须不断克服桩侧阻力，因而荷载随着深度是递减的，其传至桩底的分量由桩端阻力承担。桩侧阻力在相对位移不大时便产生，且一般在相对位移较大时(如10mm左右)便可得到充分发挥；桩端阻力充分发挥所需的相对位移与土质密切相关，但其发挥常常滞后于桩侧阻力。与闭口桩的桩倾摩阻力相比，开口桩在打人过程中，一部分土体涌人管内形成土芯，另一部分土体被挤向桩的四周。在桩向四周挤土的过程中，土与桩的外壁接触更为紧密，其法向应力更大，因而桩侧阻力也更大，这种效应称之为“挤土效应”。由于开口桩中存在土芯，因而其排土量小于闭口桩，其挤土效应不如闭口桩。在计算时，必须考虑2开口钢管桩竖向荷载下的承载机理挤土效应降低对桩侧阻力的折减。土对开口钢管桩的支承作用主要由两部分组开口桩的桩端阻力，近似等于土芯与桩内壁之成，即桩的外侧摩擦力以及桩的内侧摩擦力。为了间的粘聚力和摩阻力。当其大于或等于按闭VI桩计与闭口桩一致，习惯上常将桩外侧摩擦力称为桩侧算时的桩端阻力时，认为土芯所起的作用等同于闭阻力，而桩内侧摩擦力的发挥程度与桩芯土的闭塞口桩，称之为“完全闭塞”，反之为“不完全闭效应有关，与闭口桩一样，也表现为桩端阻力。塞”。7-7。o一△7-=(1一)otg(。一△)+(co一△c)很明显，由于地下水的作用，岩土的抗剪强度、内摩擦角及内聚力会有明显地降低。从以上水对岩土体的作用可以知道，水对滑坡的影响是很大的，因此在滑坡整治中，应倍加重视水的作用。收稿ljJ9】：2005—04—06维普资讯http://www.cqvip.com全国中文核心期刊路基工程2005年第4期(总第121期)3开口钢管桩考虑闭塞效应的桩端阻力计算公式3．1假设(1)土芯与桩内壁之间完全接触；(2)土芯在竖直方向可以有分层，但每层内部为均质的，即其力学参数处处相等。3．2计算公式在第i+1层土中，距该层上端处取一厚度为的微元体，其受力如图1所示。I／，I_7第1层土“第f层土刀越王第i+1层土聪一<筵i第，l层土(P+dP)An：土芯中的分层总数图1开口钢管桩内的土芯内力平衡图根据平衡关系，有：(P+dP)A=PA+i+1l，⋯PUdx+c⋯Udx+⋯Adx(1)式中：P——计算深度处的垂直压应力；￡／-_一钢管内径周长；A——钢管内径横截面积；c——第i+1层土的粘聚力；i+。——第+1层土的容重；⋯——第+1层土与钢管内壁的摩擦系数；l，⋯——第i+1层土的侧压力系数。对式(1)积分，并考虑边界条件，经整理得：。=c+杀e2／J-i+一lPi+Ih一．+!r．(2)i+ll，i¨2／xi+ll，i+式中：P㈩、P。——第i+l、i层土下端的垂直压应力，当大于时，取；钢管桩内半径；——土的极限承载力。h⋯——第i+1层土的厚度，按式(3)计算J：Ih⋯’=kD~-L⋯(3)其中：——土芯高度系数，一般取0．86；⋯——钢管桩进人第+1层土的深度；D——钢管桩内直径。根据式(2)、式(3)，可以由上至下计算出各层土下端的垂直压应力P；，直至最下层土的P。当P大于桩端极限承载力时，取P=。钢管桩的桩端阻力Q...
