桩的水平承载力

第六节桩的水平荷载力第八章桩基础设计

作用在桩基础上的水平荷载包括长期作用的水平荷载（如地下室外墙上的土和水的侧压力以及拱的推力等）、反复作用的水平荷载（如风荷载和机械制动荷载）以及地震产生的水平力。一般地说，当水平荷载和竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过５°时，竖直桩的水平承载力不难满足设计要求，应采用直桩。第六节桩的水平荷载力水平荷载作用下桩的破坏形状第六节桩的水平荷载力一、水平受荷桩的分类依据桩、土相对刚度的不同，水平荷载作用下的桩可分为：刚性桩、半刚性桩和柔性桩。其划分界限不同的计算方法中有所不同，半刚性桩和柔性桩统称为弹性桩。第六节桩的水平荷载力当桩很短或桩周土很软弱时，桩、土的相对刚度很大，属刚性桩。刚性桩的破坏一般只发生于桩周土中，桩体本身不发生破坏。半刚性桩(中长桩)和柔性桩(长桩)的桩、土相对刚度较低，在水平荷载作用下桩身发生挠曲变形，桩的下段可视为嵌固于土中而不能转动，随着水平荷载的增大，当桩周土失去稳定、或桩身最大弯矩处(桩顶嵌固时可在嵌固处和桩身最大弯矩处)出现塑性屈服、或桩的水平位移过大时，弹性桩便趋于破坏。一、水平受荷桩的分类对于水平受荷桩除应进行水平承载力验算，还应满足桩身受弯承载力和受剪承载力的验算。因此，需要对水平受荷桩进行内力及变形的计算。水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系数法、弹性理论法和有限元法等．只介绍国内目前常用的地基反力系数法。地基反力系数法是应用文克尔(E.Winlder，1867)地基模型.二、水平荷载作用下弹性桩的计算1．基本假设忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。地基水平抗力系数的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。

二、水平荷载作用下弹性桩的计算(1)常数法：假定地基水平抗力系数沿深度为均匀分布，即是kx=kh。

(2)“k”法：假定在桩身第一挠曲零点(深度t处)以上按抛物线变化,以下为常数；

(3)“m”法：假定kx随深度成正比地增加，即是kx=mz。我国铁道部门首先采用这一方法，近年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计中逐渐推广。

(4)“c值”法：假定kx随深度按cz0.5的规律分布，即是kx=cz0.5(c为比例常数，随土类不同而异)。这是我国交通部门在试验研究的基础上提出的方法。

2、水平抗力系数kx序号地基土类别预制桩、钢桩灌注桩m(MN/m4)相应单桩在地面处水平位移(mm)m(MN/m4)相应单桩在地面处水平位移(mm)1淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄土2～4.5102.5～66～122流塑(IL＞1)、软塑(0.75＜IL≤1)状粘性土，e＞0.9粉土，松散粉细砂，松散填土4.5～6.0106～144～83可塑(0.25＜IL≤0.75)状粘性土，e=0.75-0.9粉土，湿陷性黄土，稍密、中密填土，稍密细土6.0～101014～353～64硬塑(0＜IL≤0.25)、坚硬(IL≤0)状粘性土，湿陷性黄土，e<0.75粉土，中密中粗砂，密实老填土10～221035～1002～55中密、密实的砾砂，碎石类土100～3001.5～3地基土水平抗力系数的比例常数m

二、水平荷载作用下弹性桩的计算地基水平抗力系数的分布图式（a）常数法；（b）“k”法；（c）“m”法；（c）“c值”法二、水平荷载作用下弹性桩的计算实测资料表明，m法(当桩的水平位移较大时)和c值法(当桩的水平位移较小时)比较接近实际。本节只简单介绍m法。3．单桩内力计算（1）确定桩顶荷载N0k、H0k、M0k单桩的桩顶荷载可分别按下列各式确定：二、水平荷载作用下弹性桩的计算(2)桩的挠曲微分方程单桩在H0k、M0k和地基水平抗力作用下产生挠曲:在上列方程中，如采用不同的kx图式求解，就得到不同的计算方法。m法假定kx=mz,代入上式得到：二、水平荷载作用下弹性桩的计算挠度x与转角ф、弯矩M和剪力V的微分关系，利用幂级数积分后可得到微分方程式的解答:

二、水平荷载作用下弹性桩的计算二、水平荷载作用下弹性桩的计算(3)桩身最大弯矩及其位置设计承受水平荷载的单桩时，为了计算截面配筋，设计者最关心桩身的最大弯矩值和最大弯矩截面的位置:由系数CⅠ从表查得相应的换算深度，则桩身最大弯矩的深度zmax为：二、水平荷载作用下弹性桩的计算由系数CⅠ或换算深度h从表4-11查得相应的系数CⅡ,则桩身最大弯矩Mmax为：桩顶刚接于承台的桩，其桩身所产生的弯矩和剪力的有效深度为z＝4.0/α(对桩周为中等强度的土，直径为400mm左右的桩来说，此值约为4.5～5m)，在这个深度以下，桩身的内力M、V实际上可忽略不计，只需要按构造配筋或不配筋。二、水平荷载作用下弹性桩的计算CⅠCⅡCⅠCⅡ0.0∝1.000001.4-0.14479-4.596370.1131.252341.000501.5-0.29866-1.875850.234.186401.003821.6-0.43385-1.128380.315.544331.012481.7-0.55497-0.739960.48.781451.029141.8-0.66546-0.530300.55.539031.057181.9-0.76797-0.396000.63.708961.101302.0-0.86474-0.303610.72.565621.169022.0-1.04845-0.186780.81.791341.273652.4-1.22954-0.117950.91.238251.440712.6-1.42038-0.074181.00.824351.728002.8-1.63525-0.045301.10.503032.299393.0-1.89298-0.026031.20.245633.875723.5-2.99386-0.003431.30.0338123.437694.0-0.044500.01134计算桩身最大弯距位置和最大弯距的系数CⅠ和CⅡ影响桩的水平承载力的因素较多，如桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等。确定单桩水平承载力的方法，以水平静载荷试验最能反映实际情况。此外，也可根据理论计算，从桩顶水平位移限值、材料强度或抗裂验算出发加以确定。有可能时还应参考当地经验。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力桩的水平静载荷试验是在现场条件下进行的:三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力单桩Ho-△uo/△Ho曲线单桩Ho-σg曲线三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力终止加载条件

当出现下列情况之一时，即可终止试验：

１）桩身折断；

２）水平位移超过３０～４０ｍｍ（软土取４０ｍｍ）。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力水平临界荷载Hcr是相当于桩身开裂、受拉区混凝土不参加工作时的桩顶水平力，其数值可按下列方法综合确定：（1）Ho-t-uo曲线出现突变点（相同荷载增量的条件下出现比前一级明显增大的位移量）的前一级荷载；（2）Ho-△uo/△Ho曲线的第一直线段或lgH0-lgx0曲线拐点所对应的荷载；（3）Ho-σg曲线第一突变点对应的荷载。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力水平极限荷载Hu是相当于桩身应力达到强度极限时的桩顶水平力，可根据下列方法，并取其中的较小值。（1）取单向多循环加载法Ho-t-uo曲线产生明显陡降的前一级或慢速维持荷载法时的Ho-uo曲线发生明显陡降的起始点对应的水平荷载值；（2）取慢速维持荷载法时的Ho-lgt曲线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值；（3）取Ho-△uo/△Ho曲线或lgHo-lguo曲线上第二拐点对应的水平荷载值；（4）取桩身折断或受拉钢筋屈服时的前一级水平荷载值。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力确定单桩水平承载力设计值（１）对于受水平荷载较大的一级建筑桩基，单桩的水平承载力设计值应通过单桩静力水平荷载试验确定。（２）对于钢筋混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于０.６５％的灌注桩，可根据静载试验结果取地面处水平位移为１０ｍｍ（对于水平位移敏感的建筑物取水平位移６ｍｍ）所对应的荷载的75%为单桩水平承载力设计值。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力（３）对于桩身配筋率小于０.６５％的灌注桩，可取单桩水平静载试验的临界荷载的75%为单桩水平承载力设计值。（４）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于０.６５％的灌注桩的单桩水平承载力设计值：三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力５）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于０.６５％的灌注桩单桩水平承载力设计值：三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力四、群桩水平荷载力与位移计算群桩基础的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、群桩、土相互作用产生的群桩效应，可按下式确定：四、群桩水平荷载力与位移计算考虑地震作用且sa/d≤6时：四、群桩水平荷载力与位移计算其他情况：四、群桩水平荷载力与位移计算桩的水平变形系数和地基土水平抗力系数的比例系数m可按下式确定：（1）桩的水平变形系数b0---桩身的计算宽度对于圆形桩，当d≤1m时，当d＞1m时，四、群桩水平荷载力与位移计算（2）地基土水平抗力系数的比例系数m，宜通过单桩水平静荷载试验确定，当无静荷载试验资料时，可按下表确定：b0---桩身的计算宽度对于方形桩，当d≤1m时，当d＞1m时，序号地基土类别预制桩、钢桩灌注桩m(MN/m4)相应单桩在地面处水平位移(mm)m(MN/m4)相应单桩在地面处水平位移(mm)1淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄土2～4.5102.5～66～122流塑(IL＞1)、软塑(0.75＜IL≤1)状粘性土，e＞0.9粉土，松散粉细砂，松散填土4.5～6.0106～144～83可塑