超长大直径桩因竖向承载力高而广泛应用于桥梁工程，但其发挥极限承载力所需的桩顶沉降量较大，且荷载沉降曲线通常为缓变型。因此，其竖向承载力宜按桩顶沉降量控制。该类桩入土深度大且桩周地质条件复杂，荷载传递机理与普通基桩差异较大，加之极限承载力极高，通常难以进行破坏性试验研究，而目前的规范设计方法采用侧阻端阻简单叠加，无法考虑荷载传递过程以及侧阻端阻的深度和尺寸效应等，故远远落后于施工技术的发展。为此，本研究拟从超长大直径桩室内模型试验入手，探讨其受力特性，并结合已有研究深入分析其承载破坏全过程的荷载传递机理、破坏模式及荷载沉降曲线特征等，从而建立出考虑大变形承载机理的数学模型，并引入摄动法中的尺度理论将其归一化，求解荷载沉降关系的高阶渐近解，从而提出按桩顶沉降确定承载力的新方法。此外，拟针对超长大直径桩的特点，结合现场足尺试验试验深入探讨相关计算参数的确定方法，为超长大直径桩设计计算提供参考。 2100433B

超长大直径桩因竖向承载力高而广泛应用于桥梁工程，其承载性状与地基土的状态密不可分。从能量角度来说，基桩从受荷到稳定的过程，即桩顶荷载做功将能量传递至桩身，再由桩身传递至桩周及桩端土层直至能量平衡的过程。因此，超长大直径桩的竖向承载力设计宜考虑桩-土体系的能量传递方式。由于目前国内外学者还较少关注桩-土体系的能量传递问题，为此，本研究拟从超长大直径桩室内模型试验入手，探讨桩土体系中土体的能量传递边界及位移模式，结合数值方法建立能量扩散边界及位移模式的样本参数数据库。在此基础上，深入研究体系内部各单元的变形能、势能、摩擦功相互之间的转换规律及土体位移模式对该转换规律的影响，以期通过确定各级荷载下桩-土体系内部最终能量状态来反映基桩受力、沉降、桩侧阻强化效应、深度效应等超长大直径桩特有的承载特征。此外，拟结合模型试验及现场试验资料深入探讨相关计算参数的确定方法，完善超长大直径桩设计计算理论。

针对基桩竖向荷载作用下的能量平衡问题，提出了基桩工作性状的能量法解答，给出了程序算法，并利用室内模型试验及工程实例对该解答进行了验证。首先，基于基桩工作的荷载传递机理及桩土之间能量传递方式，提出了考虑卸载的桩土荷载传递多折线模型，并给出描述桩土之间能量平衡的能量法差分方程。在此基础上编制了基桩工作性状计算程序，就程序收敛条件及收敛策略做了详细的分析和探讨，并通过结合工程实例的计算对各桩土模型及程序算法进行了验证。除此以外，深入分析了考虑桩周土沉降，基桩桩身产生负摩阻力时，基桩的工作性状等。最后，进行了室内模型试验，得到、整理了相关试验数据，并利用已开发程序对模型试验进行了分析计算，结果与试验数据相符合，证明了能量法基桩承载力设计计算理论的合理性与可靠性。 2100433B

桩的基本要素包括结构材料、设置方向和桩土相互作用三个方面。根据桩的基本要素分类，有利于发挥不同型式桩基的优势。此外，桩的性能与成桩工艺和设置效应等有关。工程实践中，按桩身材料可分为混凝土桩、钢桩、木桩及组合材料桩等。按桩径分为小直径桩（d≤250 mm）、普通桩）250 mm 50 m，L/D>40）。根据基桩桩顶荷载性质（作用方向），可以分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平承载桩和复合承载桩。

浮椿基础按承载特征分类

桩的竖向抗压承载力由桩端土的承载力和桩侧摩阻力承载力组成。基桩作为传递荷载的杆件，通过桩端持力层与桩侧桩土接触面，将上部结构荷载向地基中水平扩散或向深层良好岩土层传递。根据桩顶垂直荷载作用下桩侧阻力和桩端阻力的分担比例，可将桩分为摩擦型桩和端承型桩。

摩擦型桩，桩顶竖向压力荷载全部或主要由桩侧阻力承担。根据桩侧阻力分担荷载的比例，摩擦型桩又可以进一步分为：①摩擦桩：桩顶极限荷载的绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计；②端承摩擦桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩侧阻力分担的荷载较大。端承摩擦桩，工程实践中的端承摩擦桩所占比例很大。

端承型桩，桩顶竖向压力荷载全部或主要由桩端阻力承受根据桩端阻力与桩侧阻力分担桩顶荷载的比例，可进一步分为：①端承桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩端持力层承担，桩侧阻力可忽略不计；②摩擦端承桩：桩顶极限荷载大部分由桩端持力层承担，桩侧阻力仍提供一定的抗力，桩端阻力与桩侧阻力共同承担桩顶荷载。当桩端嵌入良好岩层一定深度（嵌入微风化或中等风化岩体的最小深度不小于0.5 m）时，称为嵌岩桩。嵌岩桩的嵌岩深度、孔底清孔质量与桩的相对长度。基桩长细比愈小（刚度愈高），清孔质量愈好．则为端承桩承载特征；反之，则接近摩擦端承型桩。

浮椿基础按施工方法分类

基桩施工机具和设置工艺的不同，直接影响到桩与桩周土接触边界处的状态。根据桩的施工方法，主要可分为预制桩和灌注桩两大类。

预制桩是将预先制备好的桩体，以锤击、振动或静压等不同的沉桩方式设置至预定深度，主要适用于一般细粒均质土层地基。预制桩成桩设置陕且施工环境友好，但需接桩与截桩，且设置排土效应显著，灌注桩是先在设计桩位处直接成孔。然后在孔内下放钢筋笼（也有直接插筋或省去钢筋的）再浇灌混凝土而成。灌注桩可选择适当的钻具设备和施工方法而适用于各种类型的地基土，可避免预制桩打桩时对周围土体的挤压影响和振动及噪声对周围环境的影响。在灌注桩成孔成桩过程中应采取相应的措施和方法，保证孔壁稳定和提高桩体质量。

灌注桩横截面一般呈圆形（也有采用异形截面，增加桩土侧壁接触面），可做成大直径和扩底桩。灌注桩承载变形特征与成孔质量、桩身成型与混凝土质量有关。灌注桩可分为钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和人工挖孔灌注桩等类型。

浮椿基础按设置效应分类

预制桩沉桩或沉管灌注桩沉管设置过程中排土作用，将改变天然沉积土的天然结构与应力状态，影响桩的承载力和变形性质，并产生环境效应，可称之为桩的设置效应。根据桩基施工排土效应强弱可以分为：非排土桩、部分排土桩和排土桩。

非排土桩包括钻（冲或挖）孔灌注桩、机挖井形灌注桩及机动洛阳铲成孔灌注桩等。非排土桩和部分排土桩对桩周土体影响较小，一般可用原状土的强度指标估算桩基承载力和沉降量。但成孔卸载与机械扰动，同样会使局部桩周土体抗剪强度降低，尤其是大直径钻孔灌注桩的桩侧摩阻力降低。排土沉桩设置对地基的排土效应，对于松散透水性砂性土地基，具有一定的挤密增强桩间土的作用；但对于饱和（软）黏性土地基，可产生严重扰动或破坏，且引起桩周饱和软黏土超孔压积聚，强度与刚度降低；同时排土效应引起水平位移和隆起变形，对相邻既有基桩、毗邻建筑基础或环境产生不利的附加作用。

浮椿基础按设置方式分类

根据桩顶荷载特点，桩基设置方式可按桩轴方向、承台位置、桩墩设置等方式进行分类。

按基桩设置方向（桩身轴线方向）可分为竖直桩、斜桩等。一般采用简单直桩设置方式。斜桩能承受较大的水平荷载和更高的抗侧刚度，轴线与竖直线所成倾斜角的正切不宜小于1/8．否则斜桩作用不大。打入桩倾斜度取决于打桩设备．目前国内一般不超过3：1（竖：横）。

桩基一般由基桩和承台两部分组成，根据承台与地面的相对位置，可分为高桩承台基础和低桩承台基础。高桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以上，可避免或减少水下作业。低桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以下。低承台桩基承载性能与稳定性能相对更好，实践中广泛采用。

桩墩是通过在地基中成孔后灌注混凝土形成的大口径断面柱形深基础．即以单个桩墩代替群桩及承台。桩墩基础底端可支于基岩之上，也可嵌入基岩或较坚硬土层之中．且类似于基桩承载性能分类，可分为端承桩墩和摩擦桩墩两种。

浮椿基础适用条件

在下列情况下可采用桩基础：

（1）荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；

（2）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如采用浅基础不能保证基础安全时；

（3）当地基计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀；

（4）当建筑物承受较大的水平荷载，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时；

（5）当施工水位或地下水位较高，采用其他深基础施工不便或经济上不合理时；

（6）地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。

以上情况也可以采用其他形式的深基础，但桩基础由于耗材少、施工快速简便，往往是优先考虑的深基础方案。 2100433B