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【摘要】：对桩筏基础桩土共同作用的认识不同，则会导致桩筏基础设计的差异，故对其进行研究具有非常重要的意义，本文以下内容将对桩筏基础桩土共同作用机理进行研究和探讨，仅供参考。
【关键词】：桩筏基础；共同作用；机理
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
改革开放以来，随着经济的不断发展及人口的膨胀，越来越多的高层建筑不断出现，而桩筏基础具有巨大的承载力及广泛的适用性，使得其成为常用的基础形式。桩筏基础中桩土的共同作用，提高了桩筏基础的整体承载力，但这并不是说所有的桩筏基础中桩土均能共同作用而提高整体承载力，需要满足一定的条件，而且在实际工程中，桩、桩间土、筏板承担着上部结构传下来的荷载，但是桩土起到多大的作用以及如何才能让桩土共同作用更好的发挥效用等均是设计人员关心的问题，因为这直接影响到工程的成本，若考虑不周，甚至给整个结构的安全埋下了隐患，故对桩筏基础桩土共同作用机理进行研究具有非常重要的意义。本文以下内容，将根据作者多年的实践经验，对桩筏基础中桩土共同作用机理进行研究和探讨，仅供参考。
2、桩筏基础中桩周土位移分析
根据作者多年的实践经验，认为桩筏基础中桩周土位移不仅与桩基础之间的距离有关，还与上部的荷载大小有关，下面将分别进行介绍。
2.1、三倍桩径桩距桩筏基础桩周土体位移分析
在加载初期，承台板下、桩间及桩外侧土体的位移方向均为竖直向下，位移数值较小；随着荷载的进一步增加，位移数值不断增大，方向亦基本保持竖直向下，当荷载达到一定数值时，在桩端外侧及板角处出现了数值不大的水平位移分量。随着荷载的继续增大，在桩间土体仍然保持竖直向下位移，这是由于桩对土体的遮拦作用阻碍了桩间土体的侧向位移的原因；靠近桩顶外侧的板下土体位移也基本保持竖直向下，这是由于承台对板下土体的摩擦力阻止了侧向位移的开展，从而在群桩体系的承台下也出现与单独承台板下相似的锲形压缩区，这个锲形的压缩区有不断增加的趋势，另外，在桩端外侧及板角下出现了明显的水平位移分量，塑性区开展的比较明显，这是由于群桩在加载过程中，桩首先分担大部分的荷载，当桩达到极限状态后，后续的荷载增量由承台板下土体来承担。桩外侧土体由于桩侧摩阻力拖拽作用出现了斜向下的位移。当荷载达到一定数值时，桩间土体及桩端内侧仍然保持竖直向下位移，桩端及板角处的塑性区不断扩大，土表面出现了竖直向上的位移，说明有隆起产生。
2.2、六倍桩径桩距桩筏基础桩周土体位移分析
在加载初期，桩周及承台板下土体的位移基本保持竖直向下，呈线性变形状态，桩间土体位移有较小的水平位移分量出现，这可能是由砂土局部不均匀引起的。当荷载继续增大时，由于桩侧摩阻力的作用，桩侧土体出现了斜向下的位移，说明此时桩侧摩阻力已经得到了一定的发挥，但当总荷载达到一定数值时，桩侧土体斜向下的位移进一步加大，桩端土体也开始出现了明显的位移，这里从桩周变形场的角度证明桩侧摩阻力要先于桩端摩阻力发挥。当荷载继续增大时，基桩已经达到承载能力极限状态，桩侧及桩端土体的位移模式与单桩类似；由于该群桩桩距已经达到6倍桩径，桩桩相互作用较小，各基桩呈单独的破坏模式，这与3倍桩径群桩中基桩的实体深基础破坏模式有明显的区别。
3、桩筏基础桩土共同作用机理分析
在桩基的设计研究及施工中，由于筏板下土的固结导致基础沉降和差异沉降较大，施工后孔隙水压力逐渐消散，土层产生固结沉降，由于桩的支撑，筏板可能与桩间土发生隆起现象，造成桩土不能共同工作。在筏板和桩之间设置褥垫层就能很好的解决这个问题。
桩基和筏板之间设置了褥垫层的复合桩基，桩土荷载的分担规律与桩基截然不同。由于褥垫层的存在，可以调整桩与土的变形。通常桩的刚度大，底面积小，受到的力大但变形较小，而桩间土虽然承受上部结构传来的作用力较小，但由于其刚度相对于桩来说相差很多，因而变形较大。褥垫层对桩和桩间土的变形起到了调节作用，避免了桩和桩间土直接和筏板底面接触，使筏板产生较大的应力集中。但是褥垫层厚度要合理，过大时，会导致桩间土承担的荷载过大，桩土应力比接近于1，复合桩基中桩的作用不能充分发挥，桩失去了存在的意义。因此，褥垫层的合理厚度既应保证水平荷载作用下桩不会发生断裂，又要充分发挥桩和桩间土的承载能力。经过大量的工程实践和实验研究表明，褥垫层的合理厚度10～30cm为宜。
经过以上论述可以知道，要分析桩筏基础桩土共同作用必须在无褥垫层和有褥垫层两种情况，下面将分别进行介绍。
3.1、无褥垫层的桩筏基础桩土共同作用
在上部荷载作用下，桩首先发挥作用，随着荷载的逐渐加大，桩向下变形，桩间土逐渐分担荷载，但是比例较小，由于一般刚性桩置于较好土层，桩承担荷载迅速增加，甚至达到极限状态，桩端土进入塑形状态。此时，桩继续下沉，新增荷载由不断被压缩的桩间土承担，并阻止桩下沉，直至荷载达到桩的极限荷载与桩间土的极限荷载为止。因此，由以上分析可以指導，桩间土在承载过程中其变现明显滞后于桩基，所以对桩而言，桩的实际发挥的承载力可能已超过设计分配量，对于桩间土而言，实际承载量又明显小于设计分配量，而余下的承载能力则作为基础设计的安全储备及桩基承载力安全的补充，在复合地基中，由于桩间土的存在，桩达到极限承载力状态并不意味着整个复合地基的破坏。
3.2、有褥垫层的桩筏基础桩土共同作用
加载初期，垫层为桩提供一向上刺入量，在桩上部存在负摩阻力，但反过来说，该负摩阻力同时对土产生向上的反作用力，因而将提高桩间土的承载力。当荷载达到一定数值，桩向上刺入量基本完成，再继续加载，由于桩无法再向上刺入，其上部负摩阻力区也逐步减少，实际上，此时整个复合地基工作状态与不设垫层时基本相同，桩承担荷载迅速增加。因此，对同一刚性桩复合地基，设置褥垫层与不设褥垫层，在承载能力上并无根本区别，而仅仅在于桩土应力分配及进入工作状态先后的不同。设置褥垫层，只是认为使土提前进入工作状态，比不设垫层时承担更大的上部荷载，而桩相对承担较小的荷载。基础安全储备相对更多地放在桩里。但更大的土反力务必要求基础有更大的刚度，从而可能是基础造价提高，而刚性桩往往桩身刚度富余较大，即使承载力达到极限状态亦可承担。
所以，当桩端位于可压缩层，即桩为摩擦桩或者端承摩擦桩的时候，不设褥垫层，不仅免去了垫层的施工困难及由于垫层施工不到位或厚度不合理导致沉降不均或刚度不足隐患，而且总沉降更小，基础造价可能更低。而当桩端置于不可压缩层或压缩量极小的土层上时，由于桩端无法刺入土层或刺入量很小，可能无法使土进入工作状态而达不到共同作用效果，即不能形成复合桩基，此时，应设置一定厚度的褥垫层，为桩顶提供一向上刺入量，使桩间土进入工作状态，从而形成复合桩基。
4、结尾
以上内容首先论述了不同桩距不同荷载作用下桩周土的位移，随后根据工作经验，对桩筏基础桩土共同作用进行了研究和探讨，表达了自己的观点，提出了自己的见解。但是作者深知，作为一名技术人员，应在实践中不断总结和学习，只有这样才能为综合利用桩土共同作用做出更大的贡献。
【参考文献】
[1] 《桩基工程手册》史佩栋等，人民交通出版社
[2] 《高层建筑与群桩基础非线性共同作用》宰金岷等，同济大学出版社
[3] 《桥梁桩基桩土共同作用性状仿真与试验研究》李晋等，中国矿业大学出版社
【关键词】：桩筏基础；共同作用；机理
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
改革开放以来，随着经济的不断发展及人口的膨胀，越来越多的高层建筑不断出现，而桩筏基础具有巨大的承载力及广泛的适用性，使得其成为常用的基础形式。桩筏基础中桩土的共同作用，提高了桩筏基础的整体承载力，但这并不是说所有的桩筏基础中桩土均能共同作用而提高整体承载力，需要满足一定的条件，而且在实际工程中，桩、桩间土、筏板承担着上部结构传下来的荷载，但是桩土起到多大的作用以及如何才能让桩土共同作用更好的发挥效用等均是设计人员关心的问题，因为这直接影响到工程的成本，若考虑不周，甚至给整个结构的安全埋下了隐患，故对桩筏基础桩土共同作用机理进行研究具有非常重要的意义。本文以下内容，将根据作者多年的实践经验，对桩筏基础中桩土共同作用机理进行研究和探讨，仅供参考。
2、桩筏基础中桩周土位移分析
根据作者多年的实践经验，认为桩筏基础中桩周土位移不仅与桩基础之间的距离有关，还与上部的荷载大小有关，下面将分别进行介绍。
2.1、三倍桩径桩距桩筏基础桩周土体位移分析
在加载初期，承台板下、桩间及桩外侧土体的位移方向均为竖直向下，位移数值较小；随着荷载的进一步增加，位移数值不断增大，方向亦基本保持竖直向下，当荷载达到一定数值时，在桩端外侧及板角处出现了数值不大的水平位移分量。随着荷载的继续增大，在桩间土体仍然保持竖直向下位移，这是由于桩对土体的遮拦作用阻碍了桩间土体的侧向位移的原因；靠近桩顶外侧的板下土体位移也基本保持竖直向下，这是由于承台对板下土体的摩擦力阻止了侧向位移的开展，从而在群桩体系的承台下也出现与单独承台板下相似的锲形压缩区，这个锲形的压缩区有不断增加的趋势，另外，在桩端外侧及板角下出现了明显的水平位移分量，塑性区开展的比较明显，这是由于群桩在加载过程中，桩首先分担大部分的荷载，当桩达到极限状态后，后续的荷载增量由承台板下土体来承担。桩外侧土体由于桩侧摩阻力拖拽作用出现了斜向下的位移。当荷载达到一定数值时，桩间土体及桩端内侧仍然保持竖直向下位移，桩端及板角处的塑性区不断扩大，土表面出现了竖直向上的位移，说明有隆起产生。
2.2、六倍桩径桩距桩筏基础桩周土体位移分析
在加载初期，桩周及承台板下土体的位移基本保持竖直向下，呈线性变形状态，桩间土体位移有较小的水平位移分量出现，这可能是由砂土局部不均匀引起的。当荷载继续增大时，由于桩侧摩阻力的作用，桩侧土体出现了斜向下的位移，说明此时桩侧摩阻力已经得到了一定的发挥，但当总荷载达到一定数值时，桩侧土体斜向下的位移进一步加大，桩端土体也开始出现了明显的位移，这里从桩周变形场的角度证明桩侧摩阻力要先于桩端摩阻力发挥。当荷载继续增大时，基桩已经达到承载能力极限状态，桩侧及桩端土体的位移模式与单桩类似；由于该群桩桩距已经达到6倍桩径，桩桩相互作用较小，各基桩呈单独的破坏模式，这与3倍桩径群桩中基桩的实体深基础破坏模式有明显的区别。
3、桩筏基础桩土共同作用机理分析
在桩基的设计研究及施工中，由于筏板下土的固结导致基础沉降和差异沉降较大，施工后孔隙水压力逐渐消散，土层产生固结沉降，由于桩的支撑，筏板可能与桩间土发生隆起现象，造成桩土不能共同工作。在筏板和桩之间设置褥垫层就能很好的解决这个问题。
桩基和筏板之间设置了褥垫层的复合桩基，桩土荷载的分担规律与桩基截然不同。由于褥垫层的存在，可以调整桩与土的变形。通常桩的刚度大，底面积小，受到的力大但变形较小，而桩间土虽然承受上部结构传来的作用力较小，但由于其刚度相对于桩来说相差很多，因而变形较大。褥垫层对桩和桩间土的变形起到了调节作用，避免了桩和桩间土直接和筏板底面接触，使筏板产生较大的应力集中。但是褥垫层厚度要合理，过大时，会导致桩间土承担的荷载过大，桩土应力比接近于1，复合桩基中桩的作用不能充分发挥，桩失去了存在的意义。因此，褥垫层的合理厚度既应保证水平荷载作用下桩不会发生断裂，又要充分发挥桩和桩间土的承载能力。经过大量的工程实践和实验研究表明，褥垫层的合理厚度10～30cm为宜。
经过以上论述可以知道，要分析桩筏基础桩土共同作用必须在无褥垫层和有褥垫层两种情况，下面将分别进行介绍。
3.1、无褥垫层的桩筏基础桩土共同作用
在上部荷载作用下，桩首先发挥作用，随着荷载的逐渐加大，桩向下变形，桩间土逐渐分担荷载，但是比例较小，由于一般刚性桩置于较好土层，桩承担荷载迅速增加，甚至达到极限状态，桩端土进入塑形状态。此时，桩继续下沉，新增荷载由不断被压缩的桩间土承担，并阻止桩下沉，直至荷载达到桩的极限荷载与桩间土的极限荷载为止。因此，由以上分析可以指導，桩间土在承载过程中其变现明显滞后于桩基，所以对桩而言，桩的实际发挥的承载力可能已超过设计分配量，对于桩间土而言，实际承载量又明显小于设计分配量，而余下的承载能力则作为基础设计的安全储备及桩基承载力安全的补充，在复合地基中，由于桩间土的存在，桩达到极限承载力状态并不意味着整个复合地基的破坏。
3.2、有褥垫层的桩筏基础桩土共同作用
加载初期，垫层为桩提供一向上刺入量，在桩上部存在负摩阻力，但反过来说，该负摩阻力同时对土产生向上的反作用力，因而将提高桩间土的承载力。当荷载达到一定数值，桩向上刺入量基本完成，再继续加载，由于桩无法再向上刺入，其上部负摩阻力区也逐步减少，实际上，此时整个复合地基工作状态与不设垫层时基本相同，桩承担荷载迅速增加。因此，对同一刚性桩复合地基，设置褥垫层与不设褥垫层，在承载能力上并无根本区别，而仅仅在于桩土应力分配及进入工作状态先后的不同。设置褥垫层，只是认为使土提前进入工作状态，比不设垫层时承担更大的上部荷载，而桩相对承担较小的荷载。基础安全储备相对更多地放在桩里。但更大的土反力务必要求基础有更大的刚度，从而可能是基础造价提高，而刚性桩往往桩身刚度富余较大，即使承载力达到极限状态亦可承担。
所以，当桩端位于可压缩层，即桩为摩擦桩或者端承摩擦桩的时候，不设褥垫层，不仅免去了垫层的施工困难及由于垫层施工不到位或厚度不合理导致沉降不均或刚度不足隐患，而且总沉降更小，基础造价可能更低。而当桩端置于不可压缩层或压缩量极小的土层上时，由于桩端无法刺入土层或刺入量很小，可能无法使土进入工作状态而达不到共同作用效果，即不能形成复合桩基，此时，应设置一定厚度的褥垫层，为桩顶提供一向上刺入量，使桩间土进入工作状态，从而形成复合桩基。
4、结尾
以上内容首先论述了不同桩距不同荷载作用下桩周土的位移，随后根据工作经验，对桩筏基础桩土共同作用进行了研究和探讨，表达了自己的观点，提出了自己的见解。但是作者深知，作为一名技术人员，应在实践中不断总结和学习，只有这样才能为综合利用桩土共同作用做出更大的贡献。
【参考文献】
[1] 《桩基工程手册》史佩栋等，人民交通出版社
[2] 《高层建筑与群桩基础非线性共同作用》宰金岷等，同济大学出版社
[3] 《桥梁桩基桩土共同作用性状仿真与试验研究》李晋等，中国矿业大学出版社