62公路交通科技第31卷

在的应力称为残余应力。早在1963年Nordlund就指出从现场静载试验结果中得到桩荷载传递规律的重要性，并强调很难证明残余应力对测试数据的影响，更别说量化其效果

［1］

小，桩周土对桩侧表面摩阻力逐步减小。由于桩本

身在受力过程中一般处在弹性变形阶段，卸荷后其变形能够完全恢复；而桩周土体在桩顶极限荷载作用下已处于塑性阶段，随荷载的增加其变形增大，而应力不会增加，甚至可能降低。有研究表明，在竖向极限荷载作用下，桩周土体往往呈现加工软化型，桩端土体往往呈现加工硬化型。因此，在桩顶荷载完全卸除的情况下，桩周土体不会完全回弹。由于桩周土体与桩的变形恢复不一致，桩与土之间存在相对位移，即在桩上部产生向下的侧摩阻力（负摩阻力），来约束桩的回弹。与此同时，桩下部因桩周土体的约束而不能回弹，依然存在正侧摩阻力。于是，在桩身某位置出现力的平衡点。平衡点以上聚集的负摩阻力与平衡点以下聚集的正摩阻力及端阻力相当于在桩身施加了一对预应力。这和当前认识水平和应用现状是有差异的

。

。AltaeeA［2］和FelleniusBH［3－4］针

对残余应力对桩基承载性状的影响以及如何考虑残余应力和处理桩基测试数据等方面进行了详细的研究。也开展过类似方面的研究，印长俊

［7］

等通过构建灌注桩在加载前应变状态的自重、混凝国内一些学者

土收缩、温度和蠕变的多场耦合模型，得到了灌注桩残余应变的理论结果，并与现场嵌岩桩实测结果吻合；灌注桩加载前钢筋残余应变经历了受压、混凝土淹没时受拉到混凝土养护过程逐步转向受压，最终趋于稳定的过程。但总体来说，对桩基残余应力的实测及其相关的理论分析、数值模拟方面的研究相对较少，特别是钻孔灌注桩。

按照成因，残余应力可分为3种：

（1）施工过程中对桩周土体扰动使其结构和应力状态改变而引起。

（2）从沉桩结束到加载前这段时间内桩周土体固结引起。

（3）在荷载试验过程中加、卸荷循环引起。

对于前2种情况，已有文章报道。但对静载试验卸载引起的桩身残余应力的大小和分布至今很少见到相关报道，本文结合工程实践，分析一根工程试验桩在常规竖向压桩静载荷试验结束之后残余在桩中的应力分布。1

残余应力的产生

［5－6］

图1

Fig.1

桩在受荷和卸载时的力学模型

Mechanicalmodelofpileunderloadingandunloading

常规竖向压桩静载试验采用慢速维持荷载法，

包括加载和卸载2部分。如图1（a）所示，在加载过程中，当竖向荷载逐步施加时，上部桩身首先受到压缩，一部分荷载往下部桩身传递；另一部分，则在桩与桩周土之间形成侧摩阻力；当桩顶荷载逐渐加大时，桩身上部受到压缩产生相对于桩周土的向下位移，使得桩侧表面受到桩周土向上摩阻力作用，桩顶荷载通过桩侧摩阻力传递到周围土层；桩身荷载和桩身压缩变形随深度递减。随着桩顶荷载的加大，桩身压缩量增加，桩身下部的摩阻力也逐步发挥出来，当桩周摩阻力全部发挥达到极限时，若继续施加荷载，则桩端承担的荷载迅速增加，沉降量也随之增加，一直达到或超过极限变形而破坏。静载试验加载到预定荷载后，需要进行卸载。在卸载过程中，如图1（b）所示，当竖向荷载逐步卸去时，上部桩身首先回弹，桩土间的相对位移逐步减

卸载引起桩身残余应力与负摩阻力的形成机理是不同的。就发生主体而言，残余应力是由于桩本身受压缩，卸载回弹过程与桩周土体产生相对位移，从而在桩侧引起摩擦力，使桩身存在残余应力。很显然，桩体是主动体，桩周土体是被动体。对于承受负摩阻力的桩基而言，桩是被动体，桩周土体是主动体。对桩周土体而言，2种情况下桩周土体的应力状态也是不一样的。如图2（b）所示，桩体在回弹过程中，平衡点以上部分桩体对桩周土体产生方向向上的摩擦力，使桩周土体的上覆压力减小；同时，如果桩周土体为砂性土，会使土体松弛，内摩擦角减小。对于负摩阻力桩基而言，如图2（a）所示，桩周土体由于外界因素作用下压密下沉，土体中的有效应力会增加，产生对桩向下的拉拽力。虽然桩身残余应力与负摩阻力的形成机理不同，但在许多方面很相似：桩中轴力最大点的位置是桩土相对位移为零的位置；残余应力和负摩阻力相当于施