摩擦桩与端承桩深度解析承载机理、设计差异与工程选型指南 2026-02-27
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  在建筑工程基础施工中,桩基作为连接上部结构与深层地层的纽带,其性能优劣直接决定建筑物的安全储备与长期稳定性。根据荷载传递路径的力学本质差异,桩基可划分为摩擦桩与端承桩两大基本类型。两种桩型在受力机理、构造设计、施工控制、检测验证乃至经济指标等方面存在系统性差异,错误选型不仅可能导致承载力不足引发结构沉降,亦可能因过度设计造成不必要的成本浪费。因此,深入理解两者的核心区别,并建立科学的选型逻辑,是岩土工程师与结构工程师必须掌握的基础能力。本文从承载机理、构造特征、施工工艺、检测重点及工程应用五个维度展开深度解析,为桩基工程实践提供系统性参考。

  ▲承载机理:力的传递路径完全不同

  〔1〕摩擦桩的受力本质——“表面摩擦力主导”

  摩擦桩的承载力主要来源于桩身与周围土体之间的侧摩阻力。当竖向荷载施加于桩顶时,荷载通过桩身逐步向下传递,在此过程中,桩身侧面与桩周土产生相对位移趋势,从而激发土体抗剪强度,形成与位移方向相反的侧摩阻力。荷载沿深度累积传递,直至桩端时剩余荷载已大幅衰减,通常桩端阻力占总承载力的比例不足20%。从力学本质上讲,摩擦桩类似于一根插入黏性介质中的细长杆件,依靠界面黏附与摩擦效应承担荷载。

  适用条件:当桩端无法抵达坚硬持力层,且桩周土层具备一定抗剪强度(如黏土、粉质黏土、密实砂土)时,摩擦桩可通过增加桩长来扩大侧摩阻力作用面积,从而经济地实现设计承载力。在深厚软土地区,摩擦桩往往是唯一可行的基础形式。

  〔2〕端承桩的受力核心——“桩端硬支撑”

  端承桩的承载力几乎全部由桩端阻力提供,桩侧摩阻力占比极小(通常可忽略不计)。荷载通过桩身直接传递至桩端持力层,该持力层须为坚硬密实的地层,如中密以上的砂卵石层、全风化岩层、中风化或微风化基岩。端承桩的力学机制犹如将钢柱直接搁置于刚性支座上,依靠持力层的抗压强度抵抗上部结构荷载,桩身仅起传力柱的作用。

  适用条件:当坚硬持力层埋深适中,且上覆软弱土层较厚时,端承桩可通过桩端嵌入持力层实现高效承载。尤其在高压缩性土层广泛分布的地区,端承桩能够有效控制沉降,保障高层建筑与重要构筑物的变形要求。

  ▲构造设计:桩长、桩径、桩端形式差异显著

  〔1〕桩长设计

  摩擦桩的桩长是承载力的决定性因素。由于侧摩阻力沿桩身分布,桩长越长,可发挥的侧摩阻力总值越大。因此,摩擦桩通常设计为细长型,其长度需穿越软弱土层,进入承载力相对较高的持力层,但在软土地区,桩长往往取决于沉降控制要求,而非单纯承载力计算。一般情况下,摩擦桩长度大于15米,在深厚软土中可达50米以上。

  端承桩的桩长则以抵达坚硬持力层为原则,无需过度增加长度。设计核心在于准确查明持力层顶面埋深,确保桩端有效嵌入持力层一定深度(嵌岩桩通常要求入岩深度不小于0.5米或1倍桩径)。端承桩长度一般在5-20米范围内,过长反而增加施工难度与成本。

  〔2〕桩径选择

  摩擦桩直径多为400-800毫米,设计追求细长比优化,以较小的混凝土用量获取尽可能大的侧摩表面积。在相同体积下,细长桩比粗短桩具有更高的经济性,因此摩擦桩往往呈现“细而长”的形态。

  端承桩直径通常为600-1200毫米,甚至更大。桩径的选取需满足桩端持力层抗压强度的要求,较粗的桩径可减小桩端接触应力,避免持力层因应力集中发生局部冲切破坏。此外,大直径端承桩还能提供较高的水平承载力,适用于承受风荷载或地震作用的建筑。

  〔3〕桩端构造

  摩擦桩桩端多采用平底或简单锥底构造,无需特殊加固。因桩端阻力占比较小,桩端形态对承载力影响有限,施工中只需保证桩底无沉渣或虚土即可。

  端承桩桩端常设置扩大头或嵌岩凹槽,以增强桩端与持力层的咬合作用。对于嵌岩桩,通过在桩端开凿凹槽,使混凝土嵌入岩体形成键齿,可有效抵抗水平荷载与弯矩,防止桩端滑移。在预制端承桩中,桩靴或十字刃的设计则有助于穿透硬夹层,确保桩端顺利到达持力层。

  〔4〕配筋特点

  摩擦桩主筋配置较细,配筋设计主要考虑抗拔力与水平力作用。因侧摩阻力分布均匀,桩身主要承受轴拉力与水平剪切力,较细的钢筋即可满足受力需求,配筋率通常较低。

  端承桩主筋粗且密集,需承受桩端集中荷载带来的压应力。尤其是嵌岩桩,桩身需通过高强度配筋将上部荷载高效传递至桩端,避免桩身因受压产生混凝土开裂。配筋率较摩擦桩显著提高,且需加密箍筋以增强桩身抗压稳定性。

  5、关键差异点:摩擦桩靠“长度换承载力”,端承桩靠“刚度换承载力”。前者设计需重点计算侧摩阻力沿深度的分布规律,后者需精确勘察持力层强度和埋深,确保桩端可靠嵌入。

  ▲施工工艺:成孔、入土、质量控制各有侧重

  〔1〕成孔方式与设备

  摩擦桩:常用泥浆护壁钻孔灌注桩(适用于软土地层,防止缩径)、长螺旋钻孔压灌桩(适用于黏土、粉土)、振动沉管灌注桩(适用于松散填土)。成孔深度依赖土层均匀性,对垂直度要求相对宽松,允许偏差一般控制在1%以内。

  端承桩:需采用冲击钻、旋挖钻(嵌岩桩)或锤击沉桩(预制桩)。成孔时需穿透软弱层直至坚硬持力层,对垂直度要求严格(通常≤0.5%)。嵌岩桩还需控制入岩深度,确保桩端全截面嵌入完整岩体。

  〔2〕入土控制标准

  摩擦桩:以设计桩长控制为主,贯入度(每10击入土深度)为辅。因侧摩阻力随桩长增加而累积,达到设计长度即可认为承载力基本达标。但在复杂地层中,需结合电流值、返渣情况综合判断。

  端承桩:以贯入度控制为主,桩长为辅。需通过打桩记录或岩芯取样,确保桩端进入持力层设计深度,并验证持力层岩土性质与勘察报告一致。对嵌岩桩,应进行超前钻探,查明岩面起伏,避免“悬桩”现象。

  〔3〕地质适应性

  摩擦桩在软土地基、回填土层、可液化土层中应用广泛,但需注意含水率变化对侧摩阻力的影响。例如,饱和砂土在动力作用下可能发生液化,导致侧摩阻力骤降,此时摩擦桩需考虑负摩阻力问题。

  端承桩适合岩溶地区、山前冲积层、硬黏土等复杂地质,但需提前勘察持力层完整性,防止桩端落在破碎岩层或溶洞顶板上。在岩溶发育区,端承桩往往需要逐桩钻探,以规避隐伏岩溶风险。

  ▲检测重点:承载力验证方法不同

  〔1〕摩擦桩检测

  静载试验:重点测试桩顶沉降与荷载关系,观察侧摩阻力逐步发挥的过程。由于摩擦桩沉降相对较大,允许沉降量通常控制在40毫米以内,通过沉降曲线判断极限承载力。

  低应变检测:检测桩身完整性,防止缩颈、夹泥、断桩等缺陷,这些缺陷会中断侧摩阻力传递路径,严重影响承载力。

  〔2〕端承桩检测

  静载试验:严格控制桩端沉降,因持力层压缩性低,允许沉降量更小(通常≤10-20毫米),需重点验证桩端阻力是否达到设计值,加载至极限状态时应密切监测沉降突变。

  声波透射法/钻芯法:嵌岩桩必须检测桩端沉渣厚度(≤50毫米)和入岩深度。沉渣过厚会导致桩端悬空,承载力大幅降低。钻芯法可直观检验桩身混凝土质量及桩底持力层性状。

  ▲工程应用:经济性与安全性平衡策略

  摩擦桩优势:造价低,同等承载力条件下成本比端承桩低20%-30%;施工速度快,适合大规模软基处理。广泛应用于多层住宅、高速公路、堆场、仓储等对沉降要求相对宽松的工程。

  端承桩优势:承载力高、沉降小、可靠性强,是高层建筑、超高层建筑、大跨度桥梁、重型工业厂房的首选基础形式。在地震区,端承桩可有效减少桩基水平位移,提升整体抗震性能。

  选用原则:应遵循“因地制宜、技术经济比选”的原则。首先依据详细勘察报告查明地层分布,判断坚硬持力层埋深。若持力层埋藏较浅,优先考虑端承桩;若软土层深厚,则采用摩擦桩。当存在液化土层或厚层软土时,可考虑“摩擦+端承”组合桩,即桩端进入承载力较高的持力层,同时利用部分侧摩阻力,实现双重安全保障。

  ▲结语:把握机理,科学选型

  摩擦桩与端承桩的核心区别,归根结底是荷载传递路径的差异——前者依赖桩土接触面的摩擦力,后者依靠桩端坚硬持力层的抵抗力。这一机理分野,衍生出两者在桩长、桩径、配筋、施工控制、检测标准等全流程的显著不同。工程实践中,只有深入理解两种桩型的力学本质,结合地质条件、荷载特征、施工能力与成本预算进行综合比选,才能选出既安全又经济的基础方案。掌握这两种桩型的技术特征,是每一位岩土与结构工程师必备的基本功,也是保障桩基工程质量与效益的关键所在。


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