第四章桩基础(三).

1桩在水平荷载作用下的工作情况较轴向受力时要复杂些，但仍然是从保证桩身材料和地基强度与稳定性以及桩顶水平位移满足使用要求来分析和确定桩的水平承载力。桩在水平荷载作用下，桩身产生横向位移或挠曲，并与桩侧土协调变形。桩身对土产生侧向压应力，同时桩侧土反作用于桩，产生侧向土抗力。桩土共同作用，互相影响。一、单桩在水平荷载作用下的破坏机理和特点4.4单桩水平承载力2第1种情况(a):基桩的水平承载力可能由桩侧土的强度及稳定性决定；第2种情况(b):基桩的水平承载力将由桩身材料的抗弯强度（低配筋率灌注桩）或侧向变形条件决定。31、对于受水平荷载较大的设计等级为甲级、乙级的建筑桩基，单桩水平承载力特征值应通过单桩水平静载试验确定；试验方法可按现行行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003执行。2、对于钢筋砼预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率不小于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）所对应荷载的75%为单桩水平承载力特征值。二、单桩水平承载力的确定单桩水平承载力特征值应按下列规定确定：43、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%为单桩水平承载力特征值。4、当缺少单桩水平静载试验资料时，可按经验公式估算单桩水平承载力特征值。crH5桩的水平静载试验是确定桩的横向承载力的较可靠的方法，也是常用的研究分析试验方法。试验是在现场条件下进行，所确定的单桩水平承载力和地基土的水平抗力系数最符合实际情况。如果预先已在桩身埋有量测元件，则可测定出桩身应力变化，并由此求得桩身弯矩分布。1、试验装置见图6-11。试验是采用千斤顶施加水平荷载，其施力点位置宜放在实际受力点位置。在千斤顶与试桩接触处宜安置一球形铰座，以保证千斤顶作用力能水平通过桩身轴线。桩的水平位移宜采用大量程百分表测量。(一)单桩水平静载试验62.试验加载方法单向多循环加卸载法荷载分级：取小于预估水平极限承载力或最大试验荷载的1/10作为每级荷载的加载增量。加载程序与位移观测：每级加荷后，恒载4min测读水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。试验不得中途停歇。终止试验的条件：当桩身折断或水平位移超过30～40mm(软土取40mm)或水平位移达到设计要求的水平位移允许值时，可终止试验。73.单桩水平临界荷载和极限荷载的确定根据试验数据可绘制荷载一时间一位移曲线(图6-12)和荷载一位移梯度曲线(图6-13)，据此可综合确定单桩水平临界荷载与极限荷载。单桩水平临界荷载：系指桩身受拉区混凝土开裂退出工作前的荷载，会使桩的横向位移增大。相应地可取曲线出现突变点的前一级荷载为水平临界荷载(图6-12)，或取曲线第一拐点对应的水平荷载值为水平临界荷载，当有钢筋应力测试数据时，取曲线第一拐点对应的水平荷载值值。综合考虑。0HtY0HYH0HtY0HYHgHcrHuH8可取曲线明显陡降的前一级荷载作为极限荷载(图6-12)；或取曲线第二直线段终点相对应的荷载为水平极限荷载(图6-13)；取桩身折断或钢筋应力达到流限的前一级荷载为极限荷载。综合考虑。单桩水平临界荷载统计值与水平极限荷载统计值的确定方法同单桩竖向抗压极限承载力统计值。单位工程同一条件下的单桩水平承载力特征值的确定应符合下列规定：1、当水平承载力按桩身强度控制时，取水平临界荷载统计值；2、当桩受长期水平荷载作用且不允许开裂时，取水平临界荷载统计值的0.8倍作为单桩水平承载力特征值。单桩水平极限荷载：0HtY0HYH91.桩身配筋率小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力特征值计算公式:式中±号根据桩顶竖向力性质确定,压力取“+”,拉力取“-”;--单桩水平承载力特征值;--桩的水平变形系数;（计算方法见后）(二)规范推荐经验公式00.75.(1.2522)1mtNhagmmtnfWNRfAhaR(4.4.2-1)10--桩截面模量塑性系数,圆形截面取2.0,矩形截面取1.75;--桩身砼抗拉强度设计值;--桩身换算截面受拉边缘的截面模量,圆形截面为:；方形截面为:其中为桩直径，为扣除保护层的桩直径;为方桩边长，为扣除保护层的方桩边长;为钢筋弹性模量与砼弹性模量的比值;mtf0W2200[2(1)]32EgdWdd0dEb0bd2200216EgbWbb11--桩身最大弯矩系数,按表4.4-1取值,单桩基础和单排桩基纵向轴线与水平力相垂直的情况,按桩顶铰接考虑;--桩身配筋率;--桩身换算截面积,圆形截面为:方形截面为：--桩顶竖向力影响系数,竖向压力取0.5,竖向拉力取1.0;N—在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力。mgnAN2[1(1)]4nEgdA211nEgAb12表4.4-1桩顶（身）最大弯矩系数和桩顶水平位移系数注：1铰接（自由）的系桩身的最大弯矩系数，固接的系桩顶的最大弯矩系数；2当时取。mx桩顶约束情况桩的换算埋深hMx铰接、自由4.03.53.02.82.62.40.7680.7500.7030.6750.6390.6012.4412.5022.7272.9053.1633.526固接4.03.53.02.82.62.40.9260.9340.9670.9901.0181.0450.9400.9701.0281.0551.0791.095mm4h0.4h13对于砼护壁的挖孔桩,计算单桩水平承载力时,其设计桩径取护壁内直径。桩的水平变形系数(1/m):m--桩侧土水平抗力系数的比例系数(MN/),该系数为地面以下2(d+1)m深度内各土层的综合值;宜通过单桩水平静载试验确定,当桩顶自由且水平力作用位置位于地面处,计算公式为:50mbEI4m(4.4.2-2)14--单桩水平临界荷载;--单桩水平临界荷载对应的位移;--桩身计算宽度；圆形桩:当直径不大于1m时,当直径大于1m时,方形桩:当边宽不大于1m时,当边宽大于1m时,--桩顶水平位移系数,按表4.4-1取值。53230()()crxcrHxmbEIcrH0b00.9(1.50.5)bd00.9(1)bd01.50.5bb01bbxcrx(4.4.2-3)15当无水平静载试验资料时，按表4.4-2取值。表4.4-2桩侧土水平抗力系数的比例系数m序号地基土类别预制桩、钢桩灌注桩m4/mMN相应单桩在地面处水平位移(mm)m4/mMN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(LI1)、软塑(0.75LI≤1)状黏性土；e0.9粉土；松散粉细砂；松散、稍密填土4.5～6.0106～144～83可塑(0.25LI≤0.75)状黏性土、湿陷性黄土；e=0.75～0.9粉土；中密填土；稍密细砂6.0～101014～353～64硬塑(0LI≤0.25)、坚硬(LI≤0)状黏性土、湿陷性黄土；e0.75粉土；中密的中粗砂；密实老填土10～221035～1002～55中密、密实的砾砂、碎石类土100～3001.5～316注：1当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高（≥0.65%）时，值应适当降低；当预制桩的水平向位移小于10mm时，值可适当提高；2当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以0.4降低采用；3当地基为可液化土层时，应将表列数值乘以表4.3.3-5中相应的土层液化折减系数。2.对于混凝土护壁的挖孔桩，计算单桩水平承载力时，其设计桩径取护壁内直径。mml173.当桩的水平承载力由水平位移控制，且缺少单桩水平静载试验资料时，预制桩、钢桩、桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力设计值计算公式:EI—桩身抗弯刚度,对于钢筋混凝土桩,式中为桩身换算截面惯性矩,圆形截面,；矩形截面,--桩顶容许水平位移。300.75haaxEIR00.85cEIEI0I000/2IWd0a000/2IWb(4.4.2-4)184.验算永久荷载控制的桩基的水平承载力时，应将上述方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数0.80；验算地震作用桩基的水平承载力时,应将上述方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数1.25。195.群桩基础（不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况）的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可按下列公式确定：考虑地震作用且时：hahhRR6asdlrih9.110.015.02145.0015.02nndsnai(4.4.2-5)(4.4.2-6)(4.4.2-7)20其它情况：haccalRnnhBxm21202EIRxxhaa30blrihhcbRnnP21mBBcc1')(psakccnAAfP(4.4.2-8)(4.4.2-9)(4.4.2-10)(4.4.2-11)(4.4.2-12)(4.4.2-13)21式中：—群桩效应综合系数；—桩的相互影响效应系数；—桩顶约束效应系数（桩顶嵌入承台长度50～100mm时），按表4.4-3取值；—承台侧向土抗力效应系数（承台侧面回填土为松散状态时取）；—承台底摩阻效应系数；—沿水平荷载方向的距径比；，—分别为沿水平荷载方向与垂直水平荷载方向每排桩中的桩数；—承台侧面土水平抗力系数的比例系数，当无试验资料时可按表4.4-2取值；hirl0lbdsa/1n2nm22—桩顶（承台）的水平位移允许值，当以位移控制时，可取=10mm（对水平位移敏感的结构物取=6mm）；当以桩身强度控制（低配筋率灌注桩）时，可近似按前述式（4.4.2-9）确定；—承台受侧向土抗力一边的计算宽度；—承台宽度；—承台高度；—承台底与基土间的摩擦系数，可按表4.4-4取值；—承台底地基土分担的竖向总荷载标准值；—承台效应系数，可按表表4.3-6取值；A—承台总面积；—桩身截面面积。ax0'cBcBchcPcpsA23表4.4-3桩顶约束效应系数表4.4-4承台底与地基土间的摩擦系数r换算深度h2.42.62.83.03.5≥4.0位移控制2.582.342.202.132.072.05强度控制1.441.571.711.822.002.07土的类别摩擦系数黏性土可塑0.25～0.30硬塑0.30～0.35坚硬0.35～0.45粉土密实、中密（稍湿）0.30～0.40中砂、粗砂、砾砂0.40～0.50碎石土0.40～0.60软岩、软质岩0.40～0.60表面粗糙的较硬岩、坚硬岩0.65～0.75246.计算水平荷载较大和水平地震作用、风载作用的带地下室的高大建筑物桩基的水平位移时，可考虑地下室侧墙、承台、桩群、土共同作用，按附录C方法计算基桩内力和变位，与水平外力作用平面相垂直的单排桩基础可按规范附录C中表C-2计算。25内力和位移的计算方法:弹性地基梁法。将桩作为弹性地基上的梁，按Winkler假定(梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比)的解法。从土力学的观点认为是不够严密的，基本概念明确，方法较简单，所得结果一般较安全。弹性地基梁的弹性挠曲微分方程的求解方法可用数值解法、差分法及有限元法。(一)桩侧土的水平抗力及其分布规律外荷载→桩→位移竖向荷载竖向位移→桩侧摩阻力、桩底抗力水平荷载和力矩水平位移和转角→桩侧土对桩产生水平抗力p(x,z)三、单桩及单排桩中基桩的内力和位移计算26p(z,x)--深度z处桩侧土的水平抗力，kN/m；作用：抵抗外力和稳定桩基础取决于：土体性质、桩身刚度、桩的入土深度、桩的截面形状、桩距及荷载等。假定桩侧土的水平抗力符合Winkler假定，可表示为：式中：