摘要：现如今桩基础在高层建筑、桥梁及港口工程中应用十分广泛。通过桩土共同作用理论的分析，探究如何充分发挥出地基土的承载能力，从而实现桩土相互作用以达到提高桩基础的经济性、安全性、耐久性是一个十分有意义的课题。本文对近年来国内外桩土共同作用理论研究的发展进行了归纳总结。
关键词：桩基础；桩土共同作用；地基承载力；研究现状
引言
桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小，便于机械化施工等优点，所以与其他深基础相比，桩基础的应用最为广泛。而在传统桩基础设计中通常只考虑桩来承担上部传来的所有荷载，而地基土的承载力不能得到发挥造成了较大的浪费。在竖向荷载作用下，桩体发生弹性压缩变形，桩与桩侧土体产生相对位移形成向上的桩侧摩阻力，另一部分荷载通过桩身传至桩底使桩底土层产生压缩变形，桩端土对桩体产生桩端阻力，地基土在保证地基稳定性中起到了至关重要的作用，所以说，土与桩体之间的相互作用关系是研究桩基承载力设计时极为重要的一个环节。
国内外研究现状
1988年，杨克己[1]等人通过模型试验研究提出桩间土在受荷过程中有迟后作用，若要使桩间土能够承担上部传来的荷载需满足的条件有：基础下的土体不产生自重固结沉降、湿陷等情况造成基础脱空；基础的荷载需大于其极限荷载，桩距需大于3.5桩径或边长，入土深度需大于1.5倍基础宽度；桩尖土的刺入变形大于桩间土的压缩变形。
1991年，杨军[2]等人通过自编的有限元软件FHDJ程序，对水泥粉煤灰碎石桩复合地基受荷进行分析，提出在基础与桩之间铺设褥垫层能够有效协调桩土之间的变形，为桩土共同作用提供了保证。
1991年，Y.K.Chow[3]采用线性弹性模型，考虑各桩周围土体的杨氏模量的径向变化，对荷载作用下群桩的沉降进行了分析。并通粘土群桩现场试验实例的分析，论证了土的弱化区对桩-土相互作用的影响。
1995年，宰金珉[4]提出影响桩土荷载分担的主要因素有桩距、名义单桩平均荷载等。其中桩距是影响桩间土发挥作用的重要因素，当桩距大于5倍桩径时，土体承担的荷载才有明显的增加。
1999年，罗晓辉[5]通过原位试验实测与桩土共同作用理论分析方法中的传递函数法相结合土体天然抗剪强度随深度线性增长的规律，，将桩土共同工作的荷载传递线弹性—塑性模型分析机理讨论，可应用到实际工程当中，但理论分析的计算是将实际不均质的土层假设为均质的，所以理论分析的结果应于实测结果相校核。
2000年，刘金砺[6]等人通过大量的实际建筑物观测、大型室内模型试验的测试、理论分析以及编制程序提供出了一个可用于实际工程计算的软件SFS，并运用此完成了多个工程的设计计算并取得了显著的效益。提出对桩土之间相互作用影响进行修正，形成变形计算模型，将 Mindin 解-有限压缩层修正模型用于天然地基，对桩采用有限压缩层修正模型，再进行桩土之间相互作用计算，便可得到与工程实测接近的结果。
2004年，S KüÇÜKarslan [7]采用一种混合型数值方法对非弹性桩土相互作用进行了分析，桩的模型为线性有限元，通过对桩侧非线性界面弹性连续体的合理近似，引入了土介质的非弹性模型。修正的Özdemir非线性模型是在相互作用的节点上，实现了桩与群桩耦合的方程组。桩土界面处的非线弹性可以解释桩土和土材料的非线性行为，该算法充分利用了连续体和p-y、t-z模型的优点.，该公式中连续体的存在使得在分析中能够捕捉到桩群的几何效应，得出的分析结果不仅可以预测群桩性状的总体趋势，而且还可以预测桩的沉降总趋势。并通过在竖向荷载和侧向荷载作用下桩基试验结果与数值模拟结果相比较验证了该方法的有效性。
2005年，齐良峰[8]在桩与桩周土界面处引入接触单元模型，并采用参变量变分原理及基于此原理的参变量二次规划法，对接触单元刚度矩阵进行了推导。通过实际工程测量结果与模型结果比较得出接触单元能较好地模拟桩与土之间的剪力传递和相对位移。
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2013年，梅国雄[9]等人通过多年努力为实现桩土共同作用，解决桩与土受荷变形不协调问题做了大量的试验、数值分析与理论分析，成功研制出了桩顶变形调节装置、提出了预应变支护桩的概念、提出塑性支承桩的概念、提出利用沉渣的可压缩变硬特性实现桩土共同作用的方法。
2017年，周峰[10]等人通过在桩顶设置专门研制的刚度调节装置来精确控制与优化桩土支承体系竖向支承刚度大小与分布，充分发挥了地基土承载力有效解决了大刚度桩基桩土共同作用、变刚度调平、复杂地质条件建造高层建筑等一系列工程难题，并取得了显著的经济效益和社会效益。
桩土共同作用今后的发展方向
1.数值分析在桩土共同作用理论中的应用
计算机的快速发展使得数值分析在应力力学领域中对于一些具有复杂性、非均质、非线性及复杂加荷条件和边界条件的问题得到有效的精确解，而桩土作用中复杂的接触条件设置、土体的本构模型选取、以及有关桩土之间的摩擦系数，土的摩擦角，粘聚力等参数的选取会对计算结果产生很大的影响，所以对于建模时会遇到的这些问题的研究将是今后研究的重点。
2.模型试验与数值分析相的结合
将模型试验与数值分析相结合是桩土共同作用理论分析的重要手段也是发展方向之一，通过模型的加载测试得出的结果与数值模拟建模分析得到的结果相比较，验证数值分析结果的合理性，从而将数值模拟应用到更广泛的实际工程中桩土共同作用的分析。
3.桩土共同作用的实现方法
如何实现桩土共同作用，协调桩与土之间的变形问题，充分发挥出地基土的承载力，在保证地基稳定性的同时大幅度减少桩基的造价，提高工程的经济效益，提出切实可行的技术方法。
结论
桩土共同作用理论发展至今已愈来愈完善，其理论分析方法有弹性理论法、传递函数法、剪切位移法、有限元法等；其研究方法有原位测试、室内模型试验、数值分析软件。通过何种方法将桩土共同作用理论应用到实际工程当中，使桩土之间优势互补共同作用承受外部荷载，最大程度的发挥出土承载能力，在保证地基稳定性、安全性条件下达到最经济性的要求是今后此方向值得关注的重点。
参考文献：
[1]杨克己，李启新，王福元.基础-桩-土共同作用的性状与承载力研究[J].岩土工程学报，1988，10（1）：30-38.
[2]杨军，阎明礼，唐建中，等.褥垫层在复合地基中的作用[J].建筑科学，1991（2）：45-50.
[3]Chow Y K.Pile-soil-pile interaction considering weakened zone of soil around piles[J].Computers & Geotechnics，1991，12（2）：163-174.
[4]宰金珉.桩土明确分担荷载的复合桩基及其设计方法[J].建筑结构学报，1995，16（4）：66-74.
[5]罗晓辉.桩的荷载传递机理分析[J].岩土工程技术，1999（3）：16-20.
[6]刘金砺，迟铃泉.桩土变形计算模型和变刚度调平设计[J].岩土工程学报，2000，22（2）：151-157.
[7]KüÇÜKarslan S，Banerjee P K.Inelastic Analysis of Pile–Soil Interaction[J].Journal of Geotechnical & Geoenvironmental Engineering，2004，130（11）：1152-1157.
论文作者:朱潇钰,张言
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/2
标签：荷载论文; 作用论文; 模型论文; 地基论文; 数值论文; 理论论文; 承载力论文; 《基层建设》2018年第29期论文;