作者：王星华,汪优,王建
出版社：中国铁道出版社有限公司
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复杂条件下长大直径桥梁桩基计算理论与试验研究试读：
前言
我国地域辽阔，各类软土、软岩等不良地层分布甚广，为跨越不良地层和特殊的地理环境，在公路和铁路建设中大跨度桥梁结构被广泛应用，如若不能很好地控制桩基的施工质量和工后沉降，将会影响施工安全和工程成本，以及之后的安全运营。在国家自然科学基金（No.51308552）、湖南省科技厅重点项目基金（No.04SK2008）、中交股份有限公司重点科技项目（No.2008-ZJKJ-02-E）与中铁一局（集团）桥梁工程有限公司科技计划等研究基金的资助下，研究团队历时近10年，从考察深厚软土地区和西部软岩地区的特殊地基条件入手，对超长、大直径桩基竖向承载机理、桩土共同工作特性和施工控制技术展开了深入研究。理论研究成果目前已在京沪高速铁路和宜万铁路工程中得到了成功的应用，取得了良好的社会和经济效益。
多年的科研生涯，一边感受着工程技术和理论发展的日新月异，一边体会到工程技术人员的求学若渴，特组织撰写本书，回顾总结多年研究成果与工程实践。本书在撰写过程中，以承载机理和计算方法为主线，结合模型试验、原位测试和数值仿真，循序渐进、深入浅出的反映了科学研究的脉络和技术路线，便于读者学习和理解，力求突出桩基工程研究和发展的最新成果，进一步推动桩基计算基本理论和施工实践的进步，以期展现土木工程发展的最新态势和成就，为桥梁工程、岩土工程和工程测试等学科的发展贡献绵薄之力。
国内外有关复杂地基条件下长大直径桩基和高桥墩桩基竖向承载机理与计算方法研究方面虽已有相关文献或图书，但比较系统的针对红层软岩、硬土软岩、软岩地区等特殊地基条件下长大直径桩基和高桥墩桩基承载机理及计算方法，既结合理论分析、数值模拟，又结合室内模型试验和大型现场试验的书籍还未见报道；同时，本书以京沪高速铁路和宜万铁路桥梁桩基设计和施工中遇到的技术问题为主要线索，其研究成果直接应用于京沪高速铁路土建六标段、沪宁城际铁路工程站前Ⅶ标段和宜万铁路渡口河特大桥建设工程的设计、施工和运维，在同类书籍中也不多见，本书内容丰富了桥梁工程、桩基工程和岩土工程的相关技术理论体系。本书的研究成果对我国复杂地基条件下长大直径桩基的设计理论及施工控制技术具有重要指导意义，极大地推动了桩基计算基本理论和施工实践的进步，促进了桥梁工程、岩土工程和工程测试等学科的发展，社会效益、经济效益和国防建设的意义巨大。
在本书撰写过程中，得到了各方面的关心和指导，赵明华教授为本书撰写提供了许多宝贵的资料和建议，使得本书的内容更为翔实，更能反映当今桩基工程领域的成就和最新进展，在此表示诚挚的谢意。同时，在撰写本书过程中，引用了诸多公开发表的文献资料，无法向作者一一致谢，这些宝贵的文献资料反映了桩基工程的发展历程、知识体系和先进水平，是本书赖以存在的基础，本书能将蕴含丰富内容的相关文献资料呈现给读者，是撰写者的荣幸。
本书梳理了作者多年来的科研过程及成果，以其指导的多名研究生的博士学位论文、硕士学位论文为基础，再次总结归纳而成。王星华教授、汪优副教授和王建教授级高工共同确定撰写大纲，王星华教授最后统稿审定。各章节分工如下：第一章由王星华教授撰写，第二章由汪优副教授、印长俊副教授、章敏博士、廖文华高工撰写，第三、四章由王星华教授、印长俊副教授撰写，第五章由王星华教授撰写，第六章由章敏博士、王振宇博士撰写，第七章由汪优副教授撰写，第八、九章由崔科宇教授级高工、王建教授级高工、汪优副教授、印长俊副教授、章敏博士、王振宇博士撰写，第十章由汪优副教授、印长俊副教授、章敏博士撰写，第十一章由王星华、章敏、汪优、王振宇编写。学生刘圆圆、方晓慧也为本书的撰写付出了辛勤劳动，在他们的帮助下才得以将多年积累的科研成果与工程资料撰写成文。
最后，本书的出版得到了铁路科技图书出版基金的资助，感谢中国铁道出版社工程编辑部有关工作人员为本书的出版所付出的辛勤劳动和努力。
当然，在本书的撰写过程中虽力求内容的准确，但鉴于笔者水平有限及各种学术观点的碰撞，错讹之处实难避免，恳请广大读者和同行共同探究、不吝赐教。著者2016年12月1绪论1.1桩基础的起源
桩基础在中国起源于距今六七千年以前的新石器时代。
中国的考古学家于1973年和1978年相继在长江下游以南浙江省东部余姚市的河姆渡村发掘了新石器时代的文化遗址，出土了占地约24万m 的木桩和木结构遗存。经放射性碳14测定，该遗址的浅层第二、第三文化层大约距今6000年，深层第四文化层大约距今7000年。河姆渡遗址是太平洋西岸迄今发现的时间最早的一处文化遗址，也是环太平洋地区迄今发现的规模最大、最具有典型意义的一处文化遗址和木桩遗存，如图1-1和图1-2所示。图1-1 河姆渡文化遗址位置图图1-2 河姆渡出土木桩现场
据报道，美国肯塔基大学的考古学家曾于1981年在太平洋东南沿岸智利的蒙特维尔德附近的森林里发现了一间支承于木桩上的木屋经放射性碳测定据称是距今约14000年前的文化遗存。它可能比中国的河姆渡遗址大约还早6000～7000年。但是该木屋遗存迄今未闻有任何后续报道。
中国的考古学家自1996年10月至1997年1月，又在浙江余姚市的鲻山（东距河姆渡约10km）等地发掘了木桩遗迹，其时代与河姆渡遗址相同。
河姆渡出土文物表明，人类在新石器时代，已具备了制桩和打桩的成套工具，其中包括使今人十分惊奇的带有木柄且用榫卯结合的石斧、石凿、石槌、木槌，以及用动物骨骼制成的锐利的刀具等。
河姆渡现今海拔高程平均约3～4m。所发掘的第四文化层位于今自然地面以下约-3.25～-3.80m。其所出土的数百根木桩或直立，或微斜，大多高出当时地面约0.8～1m。如图1-2所示木桩，其截面有圆形、方形和板状三种。圆桩直径约60～180mm不等；方桩尺寸约60mm×100mm～150mm×180mm不等；板桩厚度约14～40mm，宽度约100～500mm不等。桩的入土深度一般为400～500mm，承重桩的入土深度约1m多；桩的下端均被削尖。
考古研究认为，根据这些木桩的排列规律及其附近所出现的众多的带有榫头、卯口或互相绑扎（当时已用绳绑扎）的大小梁、龙骨和地板等木构件推测，这些木桩应是3栋高架木屋的桩基础。木屋的纵长×进深大致分别是26.4m×6.9m，21.6m×7.5m和11.6m×6.9m。研究认为，该处古地貌应是背山面水的一片沼泽。木屋采用高架，主要是为了临空避水防潮；木屋较长，乃是氏族共居之所需。
河姆渡高架木屋的上部形态在发掘时已荡无痕迹。但据史料记载此类建筑物在古代曾流行于我国长江中下游、东南沿海、云贵高地及海南岛等地，亦流行于环太平洋沿岸的其他地区。它在中国建筑史上被称为“干阑式建筑”。这种高架木屋，先民不仅用来居住，而且也作仓储和豢养牲畜之用。经研究认为，其形成过程和典型的外貌可追溯如图1-3所示。它表明，“干阑式建筑”乃起源于人类的“巢居”生活。图1-4是今人在河姆渡遗址仿建的“干阑式建筑”一角。图1-5为河姆渡遗址博物馆外景。图1-3 “干阑式建筑”的形成过程图1-4 河姆渡遗址仿建的“干阑式建筑”一角图1-5 河姆渡遗址博物馆外景
河姆渡第二文化层处于今自然地面以下约-1.20～-1.80m处。此处还发掘了一口2m×2m的方形水井遗址。井孔四壁有紧密排列的直径约60mm的木桩挡土，其顶端有4根水平木呈直角相交构成井圈，水平木与水平木相交处用榫卯结合，直至出土时仍未松动。考古研究认为，这是我国迄今所知最早的人工水井，如图1-6所示。图1-6 河姆渡第二文化层出土水井遗址——用桩作为挡土结构物的起源
在现场还可看到该水井系处于一直径约6m的锅底形土坑的底部，土坑周边又有木桩排列呈栅状围护。以上说明了采用桩作为挡土围护结构，至少也可以上溯至新石器时代。
中国考古学家又于2002年底在浙江杭州市西部的余杭良渚文化遗址群南侧，发现了木桩遗存。良渚文化期晚于河姆渡文化期约1000年。由于木桩遗存具有一定的布列规律，乃于2003年予以正式2发掘，揭露面积855m ，发掘了木桩140余根，其中部分木桩往水域伸展，宽约1m，长达10m。木桩直径多在50～150mm之间，最粗者达215mm。木桩尖部皆经削劈，加工痕迹明显。称为卞家山文化遗址，如图1-7～图1-9所示。图1-7 卞家山文化遗址木桩出土现场图1-8 木桩与地层的关系图1-9 往水中延伸的木桩
四川成都处于长江中游，在我国历史上有“古蜀文化”的记载。1985～1986年，我国的考古学家在成都十二桥发现了商代晚期（距2今约3000年）的大型木结构建筑遗存，总面积达15000m 以上，其中有支承于桩的小型“干阑式建筑”的遗迹，如图1-10～图1-11所示。图1-10 成都十二桥商代晚期的“干阑式建筑”遗存图1-11 成都十二桥商代“干阑式建筑”
桩基础用于桥梁，历史也极为悠久。据《水经注》记载，公元前532年在今山西汾水上建成的三十墩柱木柱梁桥，即为桩柱式桥墩。我国秦代的渭桥、隋朝的郑州超化寺、五代的杭州湾大海堤、南京的石头城和上海的龙华塔等，都是我国古代桩基础的应用典范。英国现存罗马时代修建的桥梁工程及河滨住宅中的木桩基础等均是桩基础在桥梁工程早期应用的成功范例。19世纪20年代开始使用钢板桩修筑围堰和码头，到20世纪初，美国出现了各种形式的型钢，在密西西比河上的钢桥开始大量采用钢桩基础，随后在世界各地逐渐推广。20世纪初钢筋混凝土预制构件问世后，出现了钢筋混凝土预制桩，以后又广泛采用抗裂能力高的预应力钢筋混凝土桩。1949年，美国雷蒙德混凝土桩公司最早用离心机生产预应力钢筋混凝土管桩，并将其应用于桥梁、港口工程中。随着大型钻孔机械的发展，出现了钻孔灌注桩，20世纪50～60年代，我国的铁路和公路桥梁开始大量采用钻孔灌注桩和挖孔灌注桩。目前，我国桥梁工程中最大桩径已超过5m，基桩入土深度已达100m以上。
我国桩基础的快速发展是在20世纪的50年代，当时多采用木桩基础，虽然钢筋混凝土和钢桩也有应用，但数量较少，桩的制造工艺和施工质量均不高，如20世纪30年代建造的钱塘江大桥就曾采用木桩和钢筋混凝土桩基础。20世纪50年代以后，木桩逐渐被钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩所代替，工程中开始普遍采用普通钢筋混凝土预制管桩和方桩基础，如武汉长江大桥、余姚江大桥、奉化江大桥、南京长江大桥及潼关黄河大桥等。由于普通钢筋混凝土管桩的抗裂能力不强，尤其在沉桩过程中，桩身防止横向裂缝的能力较差，1966年丰台桥梁厂开始研制先张法预应力离心混凝土管桩，并于1966年正式投入成批生产。
我国自1955年在武汉长江大桥和南京长江大桥先后以管桩钻桩下到基岩持力层后再浇筑混凝土。60年代初，在河南省安阳冯宿河大桥两座桥台的修建中首先成功地应用了人工冲击钻和回转钻成孔的钻孔灌注桩基础，接着在河南竹竿河和白河两座大桥扩大应用，并在国内其他一些省、市相继推广。1965年交通部在河南省南阳市召开了钻孔桩技术鉴定会，认为它是一项重大的技术革新，是在当时我国客观条件下的一种多快好省的桥梁基础施工方法，决定在全国推广。因钻孔灌注桩施工技术具有工艺简单、承载力大、适用性强等突出的优越性，很快被公路工程技术人员认同并接受，成为公路桥梁基础的首选形式。1.2桩基础概况与分类
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008），桩基是由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同组成的基础或与柱直接联结的单桩基础；复合桩基是由基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基础；复合基桩是单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩。《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D 63—2007）中定义桩基础是由桩以及联结桩顶的承台或系梁所组成的基础；它没有复合桩基的概念，只有群桩基础的概念，其定义为由两根及以上的基桩组成的桩基础。《铁路桥涵地基与基础设计规范》（TB 10093—2017）中定义桩基础是由基桩和承台板构成的基础。《港口工程桩基规范》（JTS 167-4—2012）对桩基础没有明确的定义。
桩基础作为一种常用的基础形式，具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工及适用性强等特点，不仅能有效地承受竖向压力，还能承受水平荷载和上拔力，并能作为抗震地区的减震措施。所以，根据工程实践经验，在下列情况下可考虑选用桩基础方案：（1）荷载较大，地基的上部土层软弱，持力层埋深较大，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准确计算，若采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时；（3）当上部结构对不均匀沉降敏感或沉降量过大时；（4）当施工水位或地下水位较高时；（5）在地震区，需加强结构物的抗震能力时，可用桩基础穿过可液化土层，以消除或减轻震害。1.2.1 按承载性质分类
桩基础按其承载性质可以分为摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩四种，摩擦桩是在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载由桩侧阻力承受；端承桩是在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载由桩端阻力承受；端承摩擦桩是在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，部分由桩端阻力承受；摩擦端承桩是在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载主要由桩端阻力承受，部分由桩侧阻力承受。竖直桩是常用于承受垂直力，斜桩是为了承受较大水平力，一般用于拱桥桥台。端承桩和摩擦桩如图1-12所示。图1-12 端承桩和摩擦桩示意图1.2.2 按桩径大小分类
按桩径大小分，可分为如下几种：（1）小桩，d≤250mm
由于桩径小，施工机械、施工场地、施工方法较为简单，多用于基础加固和复合桩基础（如：树根桩）。（2）中桩，250mm 成桩方法和施工工艺繁多，工业与民用建筑物中大量使用，是目前使用最多的一类桩。（3）大桩，d≥800mm 桩径大且桩端不可扩大，单桩承载力高，近20年发展快，多用于重型建筑物、构筑物、港口码头、公路铁路桥涵等工程。1.2.3 按施工方法分类 按施工方法可分为沉桩、钻孔桩、挖孔桩，其中沉桩又分为锤击沉桩法、振动沉桩法、射水沉桩法、静力压桩法、钻孔埋置桩法。（1）沉桩 锤击沉桩法一般适用于松散、中密砂土、黏土，桩锤有坠锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油机锤、液压锤等，可根据土质情况选用适用的桩锤；振动沉桩法一般适用于砂土，硬塑及软塑的黏土和中密及较松的碎石土；射水沉桩法适用在密实砂土、碎石土的土层中，用锤击法或振动法沉桩有困难时，可用射水法配合进行；静力压桩法在标准贯入度N<20的软黏土中，可用特制的液压机或机力千斤顶或卷扬机等设备沉入各种类型的桩；钻孔埋置桩法为钻孔后，将预制的钢筋混凝土圆形有底空心桩埋入，并在桩周压注水泥砂浆固结而成，适用于在黏土、砂土、碎石土中埋置大量的大直径圆桩。滑轮组压桩法及打入桩施工如图1-13、图1-14所示。图1-13 滑轮组压桩法示意图1—桩身；2—锚梁；3—压桩架底梁；4—定滑轮；5—压梁；6—压力表；7—测力计；8—动滑轮；9—接绞车钢丝绳图1-14 打入桩施工图片（2）钻孔灌注桩 适用于黏土、砂土、砾卵石、碎石、岩石等各类土层；挖孔灌注桩适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层，若空气污染物超标，必须采取通风措施。具体适用条件如下： 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，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时。 ③当地基计算沉降过大或结构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，减少结构物沉降并使沉降较均匀。另外桩基础还能增强结构物的抗震能力。 ④当施工水位或地下水位较高时。1.2.4 按桩身的材料分类（1）钢筋混凝土桩 可以预制也可以现浇。根据设计，桩的长度和截面尺寸可任意选择。（2）钢桩 常用的有直径250～1200mm的钢管桩和宽翼工字形钢桩。钢桩的承载力较大，起吊、运输、沉桩、接桩都较方便，但消耗钢材多，造价高。我国目前只在少数重点工程中使用。如上海宝山钢铁总厂工程中，重要的和高速运转的设备基础和柱基础使用了大量的直径914.4mm和600mm，长60mm左右的钢管桩。（3）木桩 目前已很少使用，只在某些加固工程或能就地取材的临时工程中使用。在地下水位以下时，木材有很好的耐久性，而在干湿交替的环境下，极易腐蚀。（4）砂石桩 主要用于地基加固，挤密土壤。（5）灰土桩 主要用于地基加固与消除湿陷性。1.2.5 按承台位置的高低分类（1）高承台桩基础 承台底面高于地面，它的受力和变形不同于低承台桩基础。一般应用在桥梁、码头工程中。（2）低承台桩基础 承台底面低于地面，一般用于房屋建筑工程中。1.2.6 按截面形状分类（1）方形截面桩 制作、运输和堆放比较方便，截面边长一般为250～550mm。（2）圆形空心桩 用离心旋转法在工厂中预制，它具有用料省、自重轻、表面积大等特点。国内铁路行业已有定型产品，其直径有300mm、450mm和550mm，管壁厚80mm，每节长度2～12m不等。1.2.7 按成孔方式分类（1）非挤土桩 钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩，因设置过程中清除孔中土体，桩周土不受排挤作用，并可能向桩孔内移动，使土的抗剪强度降低，桩侧摩阻力有所减小。常见的非挤土桩有泥浆护壁灌注桩、人工挖孔灌注桩，应用较广。（2）部分挤土桩 冲击成孔灌注桩、H型钢桩、开口钢管桩和开口预应力混凝土管桩等。在桩的设置过程中对桩周土体稍有排挤作用，但土的强度荷变形性质变化不大。（3）挤土桩 实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等在锤击和振动贯入过程中都要将桩位处的土体大量排挤开，使土体结构严重扰动破坏，对土的强度及变形性质影响较大。2复杂条件下长大直径桥梁桩基荷载传递机理2.1长大直径桩基基本理论与计算方法介绍2.1.1 桩基础竖向承载力的设计理论 承受竖向荷载的桩基础的应用范围十分广泛，包括建筑物的桩基、桥梁桩基础、港口与海洋构筑物的桩基础。竖向承载桩基可由单根桩或多根桩构成，但在工程实际中大多数是多根桩构成的群桩，群桩桩顶与承台相连，承台将荷载传递于各基桩桩顶，形成协调承受上部荷载的承台—桩—土体系。 单桩桩顶竖向荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承受。以剪应力形式传递给桩周土体的荷载最终也将扩散分布于桩端持力层。持力层受桩端荷载和桩侧荷载而压缩（含部分剪切变形），桩基因此产生沉降。单桩的承载力的影响因素有：桩的几何尺寸和外形、桩周与桩端介质的性质、成桩工艺等。群桩基础的竖向承载力由三部分组成：各基桩的桩侧阻力、桩端阻力和承台竖向土阻力。由于群桩的承台—桩群—土的共同作用，群桩的承载力并不等于各单桩的承载力之和，在设计时还要考虑“群桩效应”。2.1.1.1 桩基的设计原则 根据《桩基工程手册》，当建筑场地的天然地基或经过地基处理方法加固，仍不能满足上部结构物的稳定性与沉降及沉降差异的要求时，就常常使用桩基，其中的桩就其支承荷载的性能来说可以是端承桩或者是摩擦桩。这得由上部结构的载荷情况以及地层的分布与各层的土性而定。 任何建筑物的桩基设计都必须满足两个方面的要求，其一是桩与地基土相互之间的作用是稳定的，其二是桩本身的结构强度是足够的，前者就是埋入地基中的桩，受到建筑物传来的各种荷载作用时，桩与土的相互作用是否保证桩有足够的承载力，又同时是否使桩不产生过量的沉降或桩基产生过大的沉降差以及在桩受到水平向荷载作用时对桩产生的弯矩与挠曲是否在容许范围之内，在受到上拔荷载时是否使桩不致产生过大的上拔量。2.1.1.2 桩基规范中嵌岩桩单桩竖向承载力的确定方法 由于桩基的类型很多而且因行业和地区而异，所以各个行业和某些地区对其运用成熟的桩型制定了相应的规范，高大钊（1997）对各种规范的适用桩型范围已有很好的总结，在此不再赘述。由于建筑、公路、铁路和港工的桩基规范涵盖的范围较广，所以本文选其作为研究对象进行承载力确定方法的比较。 1.原型试验法 目前的原型试验法包括常规静载荷试验（static loading test）、O-Cell试验（Osterberg Cell Load Test）、自平衡静载荷试验和高应变法（high strain dynamic testing）。（1）静载荷试验 常规静载荷试验被认为是最可靠的方法，现在各行业都有各自成熟的静载荷试验规程[《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041—2000），《客货共线铁路桥涵工程施工技术规程》（Q/CR 9652—2017），《港口工程基桩静载荷试验规程》（JTJ 255—2002），《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2003）]，具体的测试方法略有不同。静载试验由反力系统、加载系统、量测系统等组成。按提供反力的方式不同，静载试验又可分为堆载法和锚桩法，有时也采用堆载锚桩法。加载系统由千斤顶、油泵、油压表等构成。测量系统的内容较多，简单的有用地面基准梁上的百分表测量桩顶沉降，复杂的还包括测量桩身应力和桩身分段沉降，多使用钢筋应力计（或混凝土应变计）和分层沉降标。（2）O-Cell试验 马海龙于2005年在其论文中提出：“随着承载能力很高的大直径桩基的出现，传统的静载荷试验方式变得不安全不经济，为弥补它的不足，O-Cell试验被引进并广泛使用。O-Cell试验最早萌芽于1969年，由日本的中山（Nakayama）和藤关（Fujiseki）提出。1973年他们取得了对于钻孔桩的测试专利；1978年Sumi获得了对于预制桩的测试专利。在日本这种测桩法被称为‘相反载荷试验’。Gibson与Devenny在1973年用类似的技术方法测定在钻孔中混凝土与岩石的胶结应力。基于同样的思路，相似的技术也为Cenak等人（1988）所开发。1989年，美国西北大学教授Osterberg将这一研究思路付诸实践并发扬光大，开发出了被人熟知的Osterberg荷载箱（O-Cell）。O-Cell试验的原理是通过设置在桩底或桩身荷载箱的内腔施加压力，使其顶盖顶着上段桩身向上移动，从而调动桩侧土向下的阻力与桩底土向上的阻力，二者互为反力，若其中某一方面有所不足时，则另采取补充的措施提供补充反力。O-Cell试验将桩侧土向下的摩阻力与桩底土向上的端阻力叠加，得到单桩的极限承载力。” 在国内，史佩栋（1996、1997、1998、1999）首先系统地介绍了Osterberg试桩法（亦称“桩底加载法”），目前已广泛应用于各种类型的桩基，特别是大直径桩基。朱利明等（2003）利用Osterberg法分别对某桥梁直径1.2m、长69.9m的桩基和某直径1.2m、长65m的桩基进行静载荷试验，得到的极限承载力约20MN和12.8MN，试验结果与设计的极限承载力很接近；孔凡林等（2004）、黄兴怀等（2004）分别对重庆某地的三根直径1m的大直径嵌岩桩和合肥某地的三根直径1.35m的大直径嵌岩桩进行了桩底加载的静载荷试验研究，前者实测的最大的桩基承载力达约14MN，后者是3.7MN。 需要指出的是，在进行O-Cell试验时，确定荷载箱的位置是至关重要的。应力荷载箱以上的桩侧摩阻力与其下的摩阻力和桩尖反力基本相等，此时，无需进行额外的补载工作，这就是所谓的“自平衡试桩法”。所以对不同类型的桩（钻孔灌注桩、人工挖孔桩和嵌岩灌注桩等），荷载箱除了可以放置于桩身底部，还可以放置于桩身中部的若干不同位置，也可以埋设两个荷载箱进行分段测试桩的摩阻力。（3）自平衡静载荷试验 自平衡静载荷试验最早是龚维明（1999）提出的，其原理与O-Cell试验相同，只是在加载方式上有些区别，也可以说是O-Cell试验引进中国后的名称。自平衡静载荷试验在中国发展很快，1999年，东南大学土木工程学院与江苏省建设厅、南京市建筑质监站制定了《桩承载力自平衡测试技术规程》（DB32/T 291—1999），目前该法不仅在江苏省广泛应用，在其他地区也开始使用。该法曾应用于润扬长江公路大桥南汊桥南塔的直径2.8m的大直径灌注桩的静载荷试验，试验分15级加载，最终加载值为120MN。（4）高应变法 高应变法能检测桩身的缺陷和判断单桩竖向抗压承载力，但取代静载荷试验还存在一定问题。 高应变法的主要功能是判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。这里所说的承载力是指在桩身强度满足桩身结构承载力的前提下，得到的桩周岩土对桩的抗力（静阻力）。所以要得到极限承载力，应使桩侧和桩端岩土阻力充分发挥作用，否则不能得到承载力的极限值，只能得到承载力检测值。与低应变法检测的快捷、廉价相比，高应变法检测桩身完整性虽然是附带性的，但由于其激励能量和检测有效深度大的优点，特别是在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够在查明这些“缺陷”是否影响竖向抗压承载力的基础上，合理判定缺陷程度。 当然，带有普查性的完整性检测，采用低应变法更为恰当。高应变检测技术是从打入式预制桩发展起来的，试打桩和打桩监控属于其特有的功能，是静载试验无法做到的。 2.经验法 Omer，Robinson&Delpak，etal.（2003）利用10种桩的侧阻和端阻计算公式，对Mercia泥岩（Wales，UK）中6根大直径钻孔桩的静载荷试验结果进行了比较分析，发现这些公式对桩端阻力的预测结果缺少一致性。J.R.OMER把这些公式分为四个基本类型：（1）不排水分析（Undrained analysis）；（2）排水分析（Drained analysis）；（3）混合方法（Mixed approach）；（4）经验相关方法（Empirical correlation）。 目前国内各行业规范中对嵌岩桩的单桩竖向极限承载力的计算公式大致有以下三类。（1）第一类公式《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）中嵌岩桩的单桩竖向极限承载力标准值由桩周土总侧阻、嵌岩段总侧阻和总端阻三部分组成。根据室内试验结果确定单桩竖向极限承载力标准值的公式如下：ukskrkpk式中 Q 、Q 、Q 、Q ——分别为单桩竖向极限承载力标准值、土的总极限侧阻力、前沿段的总极限侧阻力、总极限端阻力标准值； u——桩身周长； n——覆盖层土的分层数；si ζ ——覆盖层第i层土的侧阻力发挥系数；sik q ——桩周第i层土的极限侧阻力标准值；i l ——桩身穿越第i层土的厚度；rc f ——岩石饱和单轴抗压强度标准值，对于黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；p A ——桩端面积；r h ——桩身嵌岩（中等风化、微风化、新鲜基岩）深度，超过r5d时，取h =5d，d为桩嵌岩段的直径；spr ζ 、ζ ——嵌岩段侧阻力和端阻力系数，与嵌岩深径比h /d、岩石软硬程度有关，可按表2-1采用，表中数值适用于泥浆护壁成桩，sp对于干作业成桩（清底干净），ζ 、ζ 应按表列数值的1.2倍。表2-1 嵌岩段侧阻系数和端阻系数rkrk注：表中极软岩、软岩指f ≤15MPa，较硬岩、坚硬岩指f >30MPa，介于二者之间可内插取值。《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ 285—2000）给出的是单桩竖向极限承载力设计值计算公式，其公式的组成形式与式（2-1）大致相同，只是具体参数的取值有差异。（2）第二类公式《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D 63—2007）对支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩和管柱的单桩轴向受压容许承载力的计算公式如下：a式中 [R ]——单桩轴向受压承载力容许值（kN）；i h ——桩嵌入各岩层深度（m），不包括强风化层和全风化层； u——各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；2p A ——桩端截面面积（m ），对于扩底桩，取扩底截面面积； m——岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；i l ——各土层的厚度（m）； n——土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑；rk f ——桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土质岩取rk天然湿度单轴抗压强度标准值，当f 小于2MPa时按摩擦桩计算；rkirk f ——第i层的f 值；ik q ——桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力试验值；12i c 、c ——根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的桩端和桩侧发挥系数，按表2-2采用。12表2-2 系数c 、c 值12注：1.当h≤0.5m时，c 采用表列数值的0.75倍，c =0；122.对于钻孔桩，系数c 、c 值可降低20％采用。桩端沉渣厚度t应满足以下要求：d≤1.5m时，t≤50rnm；d>1.5m时，t≤100mm。123.对于中风化层作为持力层的情况，c 、c 应分别乘以0.75的折减系数。《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10093—2017）中的相关内容与JTG D 63—2007一致，只是参数的取值更加谨慎。 综上所述，我们可以看到上述规范对嵌岩段承载力的表达形式都是一样的，而且为了有一定的安全储备，对嵌岩段的侧阻和端阻都采用了一定程度近似的折减处理。但是公路、铁路的嵌岩桩承载力计算公式相对建筑、港工的相应公式来说也有一些不同：（1）JTG D 63—2007和TB 10093—2017认为嵌岩桩是柱桩，没有考虑嵌岩段上覆sp12土层甚至风化岩的承载作用；（2）ζ 、ζ 和c 、c 的具体意义不sp一样，ζ 考虑的是嵌岩段侧阻力的非均匀性，ζ 考虑的是桩端应力r12随嵌岩深度h 增加而递减，而c 、c 的选择主要由孔中泥浆的清除2情况及钻孔有无破碎等因素决定，同时，摩阻力系数c 要适当考虑孔壁粗糙度的影响；（3）岩石强度的取值不一样，JTG D 63—2007和TB 10093—2017认为桩孔在填充混凝土后，岩石不再与水接触，所以只取天然湿度下岩石的单轴极限抗压强度，而JGJ 94—2008取的是饱和单轴抗压强度的标准值，对黏土质岩取天然湿度下单轴抗压si强度的标准值；（4）JGJ 94—2008是通过参数ζ 来考虑桩端沉渣影si响的，同时ζ 还与桩的长径比（l/d，l为桩的长度）和土性有关，而12JTG D 63—2007和TB 10093—2017是通过c 、c 的取值来表示的，显然与桩的长径比无关。（3）第三类公式《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）对桩端嵌入完整及较完整的硬质岩石中的竖向承载力特征值计算公式如下：apapR =q A （2-3）a式中 R ——单桩竖向承载力特征值；pa q ——桩端岩石承载力特征值（桩端无沉渣时，按岩石饱和单轴抗压强度标准值或岩基载荷试验确定）。 综上所述，目前的嵌岩桩承载力计算公式考虑的问题还不完备。因为随着桩基技术的发展，很多时候嵌岩桩同时又是灌注桩和大直径桩，而各行业规范灌注桩和大直径桩不仅是分开考虑的，而且还有很大的差异，所以对于嵌岩桩还需要考虑以下情况：（1）灌注桩桩底沉渣的影响 需要指出的是，对于灌注桩桩端沉渣影响的问题，各行业的规范实际都有考虑，只是表达的形式不一样。JGJ 94—2008虽然在式（2-1）中体现了桩端沉渣的影响，但在其他非嵌岩桩的灌注桩的设计公式中却没有明确表达，甚至在大直径桩（d≥800mm）的竖向承载力计算公式中对于极限端阻力的标准值也只给出了清底干净的情况，其他情况下参照深层载荷板试验或当地经验。JTG D 63—2007和《港口工程灌注桩设计与施工规程》（JTJ 248—2001）对于桩端沉渣0的影响程度是用清孔系数m （清孔系数或柱底支撑力折减系数）和修正系数λ（根据桩端土的情况）来表示的。TB 10093—2017的处理00方式与前者一样，它把前者的m 和λ用柱底支撑力折减系数m 综合0考虑，m 的取值要综合考虑桩的入土深度、土质的好坏、清孔情况0及桩底沉淤厚度。一般来说，系数m 对于挖孔灌注桩取1，对钻孔灌注桩要根据具体情况进行折减。（2）大直径桩的尺寸效应 现行规范中，只有JGJ 94—2008有大直径桩单桩竖向承载力标准值的计算公式：pk式中 q ——桩径为800mm的极限端阻力的标准值；sip ψ 、ψ ——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按表2-3采用。sip表2-3 系数ψ 、ψ 的取值注：表中D为桩端直径。 桩单位极限端阻力的尺寸效应由Meyerhof和Vesic于20世纪60年代提出（刘金砺，2000）。由表2-3可见，在直径一致的条件下，无黏性土比黏性土的折减快。Meyerhof（1988）还给出了砂土中极限端阻的折减系数，折减系数随着桩径的增大呈双曲线减小，砂的密实度愈大折减愈大。非黏性土中的侧阻尺寸效应是源于钻挖孔时侧壁的应力松弛，当桩径愈大和土的黏聚强度愈低，侧阻降幅愈大。 随着构筑物向高、大、重方向发展，嵌岩桩的使用越来越广泛且其直径也越来越大，但是其大直径的尺寸效应却没有得到充分的研究。比如岩石比密实的砂具有更大的黏聚力和内摩擦角，并且浸水后松弛也比较显著，尺寸效应是否也更加显著。（3）嵌岩深度的确定 首先不同的规范对嵌岩深度的判断条件不一致，JTG D 63—2007和TB 10093—2017不考虑风化岩石的嵌岩深度，JGJ 94—2008考虑中等风化岩的嵌岩深度，所以在中等风化基岩中，前者认为是柱桩时，后者却认为是嵌岩桩。上述规范中对岩石风化程度的分级大致相同，分别可见TB 10093—2017的附录和GB 50021—2001。其次，JGJ 94—2008认为嵌岩深度超过5d后端阻力为零，这并非对于所有性质的基岩都适用。 3.原位测试法 根据式（2-1）、式（2-2）和式（2-3），要确定嵌岩桩的竖向承ircasik载力需要的岩（土）的物理指标有qs k和f （或R ）。对于q 的rc确定各行业的规范都有明确的分类或其他成熟的经验方法。f （或aR ）可通过传统的岩石室内试验得到，具体可参照《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266—2013）和《铁路工程岩石试验规程》（TB 10115—2014）。除了室内试验，还可以用原位测试手段推算岩石强度。 目前确定岩石强度的原位测试法主要有：动力触探试验（dynamic penetration test）、旁压试验（PMT，pressuremeter test）、平板载荷试验（plate loading test）、现场直接剪切试验和点载荷试验（point loading test）等。 动力触探试验是通过贯入一定深度所需要的锤击数（动力触探试验指标N）来判断岩（土）的强度、地基承载力和桩基承载力学等性质，超重型圆锥动力触探可适用于软岩和极软岩。Vipulanandan&Kaulgud（2005）介绍了一种Texas Cone Pentrometer（TCP）试验，并通过在Dallas（Texas，USA）的页岩中的218组数据得到了岩石无侧限抗压强度与TCP值的经验公式：-0.4uq =7500[TCP] （2-5）u式中 q ——岩石无侧限抗压强度（kPa）； TCP——每100击的贯入深度（mm）。2.1.1.3 桩基规范中群桩竖向承载力的确定方法 JGJ 94—2008中对桩数超过3根的非端承桩复合桩基的竖向承载力在设计时，建议考虑桩群、土、承台的相互作用效应，其复合基桩的竖向承载力设计值为：ssksppkpcckcR=η Q /γ +η Q /γ +η Q /γ （2-6） 当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，其复合基桩的竖向承载力设计值为：spukspcckcR=η Q /γ +η Q /γ （2-7）ckckcQ =q ·A /n （2-8）skpk式中 Q 、Q ——分别为单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值；ck Q ——相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值；ck q ——承台底1/2承台宽度深度范围（≤5m）内地基土极限阻力标准值；c A ——承台底地基土净面积；uk Q ——单桩竖向极限承载力标准值；spspc η 、η 、η 、η ——分别为桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数、桩侧阻端阻群桩效应系数、承台底土阻力群桩效应系数；spspc γ 、γ 、γ 、γ ——分别为桩侧阻抗力分项系数、桩端阻抗力分项系数、桩侧阻端阻抗力分项系数、承台底土阻力抗力分项系数； n——复合桩基的基桩总数。《港口工程桩基规范》（JTS167-4—2012）认为港口工程中的群桩，一般为高桩台，桩的间距较大，一般大于3d（d为桩的直径或边长），所以推荐承载力设计时采用单桩垂直极限承载力乘以群桩折减系数的方法。 JTG D 63—2007规定桩心距小于6d的摩擦型群桩应作整体基础验算桩尖水平面处的承载力；对于柱桩和桩中距大于6d的摩擦型群桩，用单桩静载荷试验所得的沉降量代替群桩的沉降量，但对于摩擦型群桩还要考虑试桩的短期荷载产生的沉降与使用期间荷载产生的沉降量的差别。 TB 10093—2017规定摩擦桩应将桩群视为实体基础检算其底面处土的承载力，并认为当摩擦桩的中心距大于6d时，桩基底面土的沉降量接近单桩的沉降量，其具体情况还与桩的长度和土的性质有关。TB 10093—2017不考虑承台底土承受的竖向荷载，因为根据既有桩基的调查结果，说明桩间土的自重作用、地下水位的下降、含水率的改变以及受桩侧向下摩阻力的作用，致使桩间土与承台底板脱离，因此考虑承台板上的竖向荷载全部由基桩承受，以策安全。 综上所述可见各规范考虑的侧重点不同导致其规范规定的差异。JGJ 94—2008对于群桩效应的影响因素以及群桩的沉降量计算比其他规范详细，其他规范则在这方面进行了不同程度的简化。2.1.2 不同种类桩的竖向荷载传递 基桩作为桩基础的重要组成部分，其竖向荷载的传递机理直接影响其承载力和沉降的确定。基桩的竖向荷载传递性状主要受桩自身性质、桩周介质的性质、桩与桩周介质接触面的性质、桩与周围介质所受荷载状况以及相互作用（相邻桩的相互作用、承台的影响、上下部共同作用）等因素的影响。 大直径嵌岩灌注桩兼有“大直径”、“嵌岩”和“灌注”三个主要特征点，下面分别阐述大直径灌注桩和嵌岩灌注桩的研究概况。2.1.2.1 大直径灌注桩 桩按其直径或截面尺寸分，有大直径、中等直径和小直径之分，此分类常用于灌注桩。目前对大直径桩的定义主要依据是桩径，比如《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）中规定桩径大于800mm的桩为大直径桩，并考虑了大直径桩的尺寸效应而对桩侧阻力和桩端阻力进行折减。而《港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程》（JTJ 261—97）则对桩径大于1200mm，入土深度大于20m的管桩，桩端计算面积取全面积乘以0.80～0.85的折减系数。香港特别行政区则将桩径大于600mm的灌注桩视为大直径灌注桩。 以往的对于大直径桩的研究难点主要在于某些情况下大直径桩的静载荷试验加载困难，往往只能得到比较平缓的荷载—沉降曲线，而不能得到桩的极限承载力，比如早期的黄强（1994）通过对40根置于不同持力层、具有不同桩身及扩大端直径的人工开挖大直径扩底桩的试验结果分析，提出了砂性及碎石类土中大直径扩底桩的变形计算模式；并根据变形函数，以变形量为极限承载力控制标准，给出了临界桩径承载力参数及大直径桩承载力折减系数。黄金荣等（1994）通过五根桩身内埋设测量元件的试桩资料，分析了桩的荷载传递机理与承载性状，以及施工工艺对其的影响和作用。随着O-Cell试验的引进，极限加载条件已逐渐不是问题，如前所述的润扬长江公路大桥自平衡静载荷试验，最终加载值为120MN。 大直径桩也具有桩的共性，其竖向荷载也是由侧阻和端阻承受。近年来，不少学者利用常用研究手段对大直径桩进行研究。胡庆立等（2002）将小直径桩的静载荷试验参数通过理论分析和逐步调整并经过尺寸效应而应用于大直径桩的理论分析，得到了满意的结果。肖宏彬等（2002）以荷载传递函数为依据，经理论推导得到桩顶的P-S曲线，并用于确定桩的承载力。石名磊等（2003）根据试桩静载荷试验及桩身应力测试结果对桩侧极限摩阻力预测的分析，研究了黏性土中大直径钻孔灌注桩（LDBPs）的桩侧极限摩阻力的预测方法和指标确定，同时还对SPT锤击数N预测黏性土中LDBPs的桩侧摩阻力进行了统计分析，对黏土和亚黏土侧摩阻力与N的关系提出了相应的回归公式。 随着大直径桩的广泛应用，特别是随着我国改革开放的深入，土木建设也随之迅速发展，随之出现的如上海等深厚软土地区（厚150～400m）超高层建筑和目前长江下游（第四纪松散覆盖层100～300m）大型桥梁的建设，使大直径超长桩的使用成为必然，并给桩基理论和实践提出挑战。蒋建平（2002）第一次系统地分析了大直径超长桩不同桩型（直径0.8～6m，桩长50～100m）在不同土层中（主要是黏性土和砂土）的承载机理和承载性状，为大直径超长桩的实际应用提供了理论依据。顾培英等（2004）根据苏州地区4根大直径桥梁钻孔灌注桩（直径1.2～1.5m，长度51.5～72.5m）桩侧摩阻力的试验结果认为：相当一部分桩侧土层未能达到极限状态；桩底沉渣直接影响桩顶沉降和极限承载力；随着长径比的加大，桩侧摩阻力发挥效率降低。钱锐等（2004）对南京河西地区3根超长（65.1m、72.9m、69.2m）嵌岩钻孔灌注桩进行的静载荷试验，得到了与顾培英等（2004）类似的结论。蒋建平等（2006）以苏通大桥大型灌注桩为例，利用点面接触单元对大直径超长灌注桩进行了弹塑性有限元分析。 程晔（2005）对超长大直径钻孔灌注桩的承载性能进行了研究：研究了超长大直径钻孔灌注桩的几何尺寸、桩土的物理参数变化对其极限承载力、刚度、端阻比等承载性能的影响；针对超长大直径钻孔灌注桩桩端沉渣问题进行了桩端后注浆新工艺的研究；采用多种静载试验对苏通大桥超长大直径钻孔灌注桩进行测试研究，并与离心试验结果对比；针对桩端极限承载力、桩身自重、承载力分项系数及极限承载力沉降判断标准等问题进行规范适应性讨论，对公路桥梁规范提出了相应的建议。辛公峰（2006）对软土地基中大直径超长桩侧阻力软化进行了试验和理论研究，指出影响桩侧阻力软化的主要因素有桩周土体性状、桩土界面性状、桩的荷载水平（加载过程中桩周土体应力状态）和桩自身特性（几何特性和压缩变形特性）；对超长桩，桩径对承载力影响较大；对于特定土层，存在一个最优桩长；增大桩身弹性模量有利于荷载向下传递，但也存在一个最优值；桩轴向割线刚度不是固定值，但与桩顶沉降有较好的相关性。 综上所述可见：利用O-Cell法进行桩基静载荷试验是可行的；桩端持力层对超长桩的承载性状有很大的影响；大直径桩存在有效桩长问题；对大直径短桩要尽可能清除桩端沉渣；大直径桩存在侧阻力软化，而且超长桩侧阻力对桩底沉降影响显著。2.1.2.2 嵌岩灌注桩 史佩栋等（1994）综合研究了国内外20余年来对嵌岩桩的研究所取得的进展，破除了通常认为嵌岩桩均属端承桩的传统观念。Seidel和Haberfield（1995）认为用以前的桩基设计方法设计大型的软岩和硬土中的桩基时会导致相当大的不确定性，并认为桩身刚度和嵌岩直径是主要的影响因素。O’Neill（1998）在第34届太沙基讲座上（The Thirty-Fourth Karl Terzaghi Lecture）撰文指出钻孔嵌岩桩的侧阻力依赖于以下几点：（1）岩石的黏聚力和摩擦的剪切强度；（2）钻孔的刚度；（3）岩石界面是否出现高度退化和模糊化；（4）岩石的裂缝和不连续性的影响。刘兴远等（1998）对嵌岩桩的定义、嵌岩段剪应力分布模式、最优嵌岩比、承载力和桩周岩石性质的问题进行了探讨。刘树亚等（1999）认为嵌岩桩的设计中要经济有效地获得分析所需的基础性资料，要重视试验和理论的结合，并指出嵌岩桩在时间效应和动荷载效应方面还需要进一步研究。张建新等（2003）从实际问题出发，指出了现行设计规范存在的不足，并对设计方法、设计标准、参数的取值及桩的载荷试验标准进行了深入探讨，提出按桩的承载方式进行设计，从承载力和变形双向进行控制，参数取值应符合桩的荷载传递规律。 自从嵌岩桩并非纯粹的端承桩观念被广泛认同后，有关桩的侧阻力的研究便成为热点，对于端阻力以及侧阻端阻相互关系的研究也是方兴未艾。传统的研究方法被充分利用，比如静载荷试验、荷载传递法、数值方法等；其他类型桩的研究成果也被用在嵌岩桩上进行验证，比如侧阻与端阻并非同时发挥作用，嵌岩桩桩底沉渣的影响等。下面将就几个主要的研究方向分别阐述。（1）静载荷试验 静载荷试验是研究桩基的传统方法，它具有大家公认的可靠性。刘建刚等（1995）讨论了影响嵌固效应和端承力发挥作用的重要因素：桩身混凝土、桩周岩体的强度以及嵌岩比的大小。在这里“岩体”概念的提出用来考虑嵌岩桩的承载力，不同风化程度岩体的P-S曲线被用来比较分析。他还提出桩底沉渣的厚度会影响端阻力的发挥作用。王国民（1996）利用软质岩中2根埋设了钢筋计的钻孔灌注桩（桩径1m）的静载荷试验，分析了这种桩的荷载传递机理，证明了桩侧摩阻力随岩石强度增大，桩侧摩阻力沿桩身的分布是“上小中大下小”，并认为软岩中的嵌岩深度可达到长径比为10，这已大大超过了JGJ 94—2008的规定。吕福庆等（1996）根据19个工程71根嵌岩桩静载荷试验的资料，对P-S曲线进行了分区，提出了嵌岩桩质量分类体系的概念，并认为持力层中的岩性和混凝土与岩石壁面的胶结程度对嵌固力的大小有决定性影响，可见他认为桩岩界面是胶结的。刘松玉等（1998）总结了我国东部，主要是南京地区的11个工程20根试桩的静载荷试验资料，其结论是：泥质软岩嵌岩桩主要表现为摩擦桩的性状；软岩地区嵌岩桩深度可增加至7倍桩径；嵌岩段总阻力主要是侧阻力；嵌岩桩端阻力发挥作用一般要求桩顶位移≥15mm，人工挖孔桩所需桩顶位移较小；泥质软岩嵌岩桩的荷载传递性状与施工工艺、施工质量、荷载水平等密切相关。陈竹昌等（1998）认为嵌岩长桩的突然破坏是由嵌岩段侧阻的脆性破坏造成的。此后部分学者在不同地区和不同的地质情况下进行了一系列的静载荷试验，得到大量有用的实测数据，并且O-Cell试验也被广泛应用，为承载力高的嵌岩桩提供了有力的研究手段。蒋治和等（2002）考虑到软岩的实际三轴受力状态的强度远大于无侧限强度，建议对软岩嵌岩桩的侧阻和端阻设计值适当增大。 综上所述，嵌岩桩的承载力受桩身混凝土强度、桩周岩石强度、桩侧与岩石接触情况、桩底沉渣和桩的长径比等因素的影响。软岩的嵌岩长径比可适当增加，而且软岩还有很大的承载潜力，建议通过改进施工工艺、提高施工质量来提升其潜力。（2）荷载传递法 除了静载荷试验，桩基的理论研究也有很大的进展。传统的荷载传递法被用来进行单桩荷载传递机理的分析，现统计见表2-4。表2-4 嵌岩桩中荷载传递法应用方式统计 荷载传递法具有简单灵活的特点，它适用于各种土层情况，所以适合于分层土的计算。荷载传递法在嵌岩桩中的应用与在分层土中的应用一样，只是岩石的荷载传递函数参数不同而已，其参数可以通过静载荷试验或室内试验得到剪切—位移曲线（τ-s曲线）拟合取得，所以荷载传递函数的选取是荷载传递法的核心。实际的荷载传递函数不仅随着土层的深度改变，而且还受到桩自身压缩、相邻桩和承台作用的影响，所以在应用这种方法时还需要耦合其他因素才能够提高计算精度。（3）数值方法 数值方法能够对实际情况进行定性分析，并用之指导实践，可以起到节约成本的作用。目前嵌岩桩的数值研究方法主要是有限元法，它避免了荷载传递法不能精确考虑桩土共同作用的缺点，具有详细考虑桩土界面单元的参数、界面的几何形式、桩身材料和岩体的本构关系（包括三轴状态和流变状态）、桩周介质的分层和各种荷载工况的组合等优点。目前嵌岩桩应用有限元方法的统计见表2-5。表2-5 嵌岩桩中有限元法应用方式统计 由表2-5可见，有限元模型中还存在如下问题：桩体和岩（土）体的本构关系大多数还是选用的线弹性或非线性弹性，而桩身材料在高荷载水平下会进入塑性状态，岩（土）本来就是塑性体，所以对材料本构关系的选择与实际情况不符；对桩侧接触面的处理很少考虑桩岩接触面的粗糙度，或只是用接触单元的参数调节来近似的模拟粗糙度的影响；另外考虑桩侧接触面由于破坏引起的滑移情况也不多见，然而侧阻力分布形式是与桩的渐近破坏密切相关的。
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