[最新]水平承載力與位移,群樁基算

1、 8.5 樁的水平承載力與位移樁的水平承載力與位移 土木工程中的樁基大多以承受豎向荷載為主，但在風荷載、地震荷載、機械振動荷載或土壓力、水壓力等作用下，也將承受一定的水平荷載，尤其是橋梁工程中的樁基，除了滿足樁基的豎向承載力要求外，還必須對樁基的水平承載力進行驗算。樁的水平承載力是指與樁軸方向垂直的承載力。作用在樁基上的水平荷載有長期作用的水平荷載和反復作用的水平荷載（如風荷載）。以承受水平荷載為主的樁基，可考慮采用斜樁。即使采用斜樁更有利，但常受施工條件的限制而難以實現(xiàn)，不得不采用豎直樁。 一般工業(yè)與民用建筑中的基礎(chǔ)，常以承受豎向荷載一般工業(yè)與民用建筑中的基礎(chǔ)，常以承受豎向荷載為主，但在樁基

2、上作用有較大水平荷載時還必須對樁的水為主，但在樁基上作用有較大水平荷載時還必須對樁的水平承載力進行驗算。平承載力進行驗算。 一般來說當水平荷載和豎向荷載合力與豎直線的夾角一般來說當水平荷載和豎向荷載合力與豎直線的夾角不超過不超過5度時，豎直樁的水平承載力不難滿足設(shè)計要求，度時，豎直樁的水平承載力不難滿足設(shè)計要求，更應采用豎直樁。因此下面的討論僅限于豎直樁的水平承更應采用豎直樁。因此下面的討論僅限于豎直樁的水平承載力。載力。實踐表明：樁的水平承載力遠比豎向承載力要低！實踐表明：樁的水平承載力遠比豎向承載力要低！ .單樁的水平承載力樁的水平荷載作用的特征樁在水平荷載作用下，樁身產(chǎn)生撓曲變形，變形的

3、形式與樁和地基的剛度有關(guān)。樁身變形擠壓側(cè)土體，而土體對樁側(cè)產(chǎn)生水平抗力，其大小和分布與樁的變形、地基條件和樁的入土深度有關(guān)。 樁在破壞之前，樁身與地基的變形是協(xié)調(diào)的，相應地樁身產(chǎn)生了內(nèi)力。隨著樁身變形和內(nèi)力的增大，對于低配筋率的灌注樁來說常是樁身首先出現(xiàn)裂縫，然后斷裂破壞； 對于抗彎性能好的對于抗彎性能好的鋼筋混凝土預制樁鋼筋混凝土預制樁，樁身雖然，樁身雖然未斷裂，但樁側(cè)土體已明顯未斷裂，但樁側(cè)土體已明顯開裂和隆起開裂和隆起，樁的水平位，樁的水平位移一般已超過建筑物的允許值，也應認為已破壞。移一般已超過建筑物的允許值，也應認為已破壞。影響樁水平承載力的因素影響樁水平承載力的因素較多，主要有以下

4、幾種：樁的截面尺寸和材料強度樁的截面尺寸越大，材料強度越高，樁的抗彎剛度越大；反之，樁的抗彎剛度就小。對于抗彎剛度較大的樁，在水平位移較大時仍不折斷，但已超過建筑物的允許位移值。所以，樁的水平承載力常常不是由樁的強度確定，而是由樁的允許水平位移值控制。地基土的強度地基土的強度越高，抵抗水平位移的能力就越大，樁的水平承載力也就越大。所以，地基強度高的比地基強度低的樁的水平承載力大。樁頭嵌固條件樁頭嵌固于承臺中的樁，其抗彎剛度大于樁頭自由的樁。所以，樁頭嵌固提高了樁抵抗橫向彎曲的能力，使樁的水平承載力增大。樁的入土深度 樁隨著入土濃度增加，水平承載力就逐漸提高，當達到某一深度后，繼續(xù)增加入土深度，

5、承載力將不起變化，樁抵抗水平荷載作用所需的入土深度，稱為有效長度。 在水平荷載作用下，有效長度以下部分，樁沒有顯著的水平變位。樁的入土深度小于有效長度時，則不能充分發(fā)揮地基的水平抗力，荷載達到一定值后，樁就會傾倒而被拔出；而當樁的入土深度大于有效長度時，樁嵌固在土中某一深度處，地基的水平抗力得不到充分發(fā)揮，樁不致傾倒或被拔出，而是產(chǎn)生彎曲變形。樁的間距 當樁距較?。ㄐ∮?d）時，樁前區(qū)土中應力將發(fā)生重迭,地基變形大，樁的水平承載力下降；當樁距較大時，應力重迭的影響小。但樁距大，承臺尺寸也隨之增大，因此，設(shè)計必須進行經(jīng)濟比較，全面加以考慮。確定水平承載力的方法單樁的水平承載力與豎向承載力一樣，不

6、僅取決于地基土的阻力而且也決定于樁身材料強度。設(shè)計時，仍然是先根據(jù)地基土的阻力確定單樁的水平承載力，再據(jù)此承載力考慮一定的安全度，按樁身材料驗算并選定其材料強度。根據(jù)地基土對樁的側(cè)向阻力確定單樁水平承載力的方法，通常有以下幾種： 水平靜載荷試驗法：樁的水平靜載荷試驗是在現(xiàn)場條件下進行的，影響樁的水平承載力的各種因素都得到比較真實的反映，因此試驗測得的承載力和地基水平抗力系數(shù)最符合實際情況。 如果預先在樁身埋設(shè)測試原件，則試驗資料還能反映出加載過程中樁身截面的內(nèi)力和位移。理論計算取值法：根據(jù)樁頂?shù)乃轿灰迫菰S值，用理論公式進行計算，從而確定單樁的水平承載力。經(jīng)驗取值法：根據(jù)當?shù)貥痘氖褂媒?jīng)驗取值

7、，確定單樁的水平承載力設(shè)計值，如北京地區(qū)400mm直徑灌注樁，水平承載力取40 kp 60kp。根據(jù)樁身材料確定單樁水平承載力，是從樁身材料 的強度、抗裂度驗算出發(fā)加以確定的。 按加荷方式的不同，試驗方法有多循環(huán)加卸載法和分級連續(xù)加載法兩種，前者用于承受反復作用水平荷載的樁基，后者用于承受長期水平荷載的樁基。詳見建筑樁基技術(shù)規(guī)范（jgj94-94）。.單樁在水平荷載作用下的計算方法單樁在水平荷載作用下的變形和內(nèi)力計算，通常采用按文克勒假定的彈性地基上梁的計算方法，即把承受水平荷載的單樁視為文克爾地基上的豎直梁，通過梁的撓曲微分方程解答，計算樁身的彎矩和剪力，并考慮由樁頂豎向荷載產(chǎn)生的軸力，進行

8、樁的強度計算?；炯俣▎螛妒芩胶奢d時，可把土體視為直線變形體，假定深度z處的水平抗力x等于該點的水平抗力系數(shù)kh與該點的水平位移的乘積。即此時忽略樁土之間的摩阻力對水平抗力的影響以及鄰樁的影響。 xkhx 地基水平抗力系數(shù) kh的分布和大小，將直接影響撓曲微分方程的求解和樁身截面內(nèi)力的變化。各種計算理論假定的 kh分布圖式不同。較為常用的有下列四種計算方法。 常數(shù)法：假定沿深度為均勻分布即kh=k。這是我國學者張有齡在三十年代提出的方法。 k法：假定在樁身第一撓曲零點以上按直線分布即kh=kz；以下段為常數(shù)，即kh=k。 m法：假定kh沿深度z成正比增加，即kh=mz。見p229表8.12

9、c值法：假定kh沿深度z按cz1/2的規(guī)律分布，即kh=cz1/2。 實測資料表明：m法（當樁的水平位移較大時）和c值法（當樁的水平位移較小時）比較接近實際。 8.6 8.6 群樁基礎(chǔ)計算群樁基礎(chǔ)計算 問題問題1.群樁的承載力是否等于單樁承載力之和？群樁的承載力是否等于單樁承載力之和？2.單樁的沉降與群樁的沉降是否相同？單樁的沉降與群樁的沉降是否相同？3.群樁承載力和沉降如何確定？群樁承載力和沉降如何確定？ 群樁效應系數(shù)：群樁效應系數(shù)： 和群樁中各單樁承載力之群樁的承載力概念如何？巖石土 6d1 群樁的工作特點1.1端承型群樁基礎(chǔ) 1.端承型群樁基礎(chǔ)樁頂荷栽基本上通過樁身直接傳遞到樁端處地基持

10、力層，各樁在樁端處的壓力分布無明顯的應力迭加現(xiàn)象，故群樁基礎(chǔ)中各基樁的工作性狀與單樁基本一致；群樁基礎(chǔ)承載力等于各單樁承載力之和；群樁的沉降量幾乎等于單樁的沉降量； 端承型群樁基礎(chǔ) 1當各樁的荷載相同、沉降相等、且樁距大于33.5倍樁徑時，群樁的沉降量幾乎等于單樁的沉降量。 2.摩擦型群樁基礎(chǔ)摩擦型群樁基礎(chǔ) 摩擦樁在豎向荷載作用下群樁的作用與孤立單摩擦樁在豎向荷載作用下群樁的作用與孤立單樁是有顯著差別的。作用在摩擦樁上的荷載是通過樁是有顯著差別的。作用在摩擦樁上的荷載是通過樁樁側(cè)阻力側(cè)阻力傳遞的。由于摩擦阻力的擴散作用，群樁中各傳遞的。由于摩擦阻力的擴散作用，群樁中各樁傳遞的應力互相重迭，以致

11、樁端平面處的附加應力樁傳遞的應力互相重迭，以致樁端平面處的附加應力大大超過孤立的單樁，且附加應力影響的深度和范圍大大超過孤立的單樁，且附加應力影響的深度和范圍也比孤立的單樁大得多，群樁的樁數(shù)越多，這種影響也比孤立的單樁大得多，群樁的樁數(shù)越多，這種影響越顯著。因此摩擦樁中各樁所受荷載與孤立單樁相同越顯著。因此摩擦樁中各樁所受荷載與孤立單樁相同時，群樁的沉降量比單樁要大。如果不允許群樁的沉時，群樁的沉降量比單樁要大。如果不允許群樁的沉降量大于單樁的沉降量，則群樁中的每一根樁的平均降量大于單樁的沉降量，則群樁中的每一根樁的平均承載力將小于單樁的承載力。承載力將小于單樁的承載力。這種基樁的承載力和沉這

12、種基樁的承載力和沉降性狀與相同地質(zhì)條件和設(shè)置方法同樣的單樁有明顯降性狀與相同地質(zhì)條件和設(shè)置方法同樣的單樁有明顯差別的現(xiàn)象稱為差別的現(xiàn)象稱為群樁效應群樁效應。由上述可見，群樁效應主由上述可見，群樁效應主要針對摩擦樁而言。要針對摩擦樁而言。 端承型群樁基礎(chǔ)端承型群樁基礎(chǔ): 群樁基礎(chǔ)承載力等于群樁基礎(chǔ)承載力等于 各單樁承載力之和；各單樁承載力之和； 樁的沉降量幾乎等于樁的沉降量幾乎等于 單樁的沉降量；單樁的沉降量；群樁效應系數(shù)：群樁效應系數(shù)： 端承型群樁基礎(chǔ) 1巖石土壓力擴散深度 6d1.2摩擦型群樁基礎(chǔ) 摩擦樁在豎向荷載作用下群樁的作用與摩擦樁在豎向荷載作用下群樁的作用與孤立單樁是有顯著差別的。作

13、用在摩擦樁上孤立單樁是有顯著差別的。作用在摩擦樁上的荷載是通過樁側(cè)阻力傳遞的。的荷載是通過樁側(cè)阻力傳遞的。 由于摩擦阻力的擴散作用，群樁中各樁由于摩擦阻力的擴散作用，群樁中各樁傳遞的應力互相重迭，以致樁端平面處的附傳遞的應力互相重迭，以致樁端平面處的附加應力大大超過孤立的單樁，且附加應力影加應力大大超過孤立的單樁，且附加應力影響的深度和范圍也比孤立的單樁大得多。響的深度和范圍也比孤立的單樁大得多。 群樁的樁數(shù)越多，這種影響越顯著。群樁的樁數(shù)越多，這種影響越顯著。 因此摩擦樁中各樁所受荷載與孤立單樁因此摩擦樁中各樁所受荷載與孤立單樁相同時，相同時，群樁的沉降量比單樁要大群樁的沉降量比單樁要大。如

14、果。如果不允許群樁的沉降量大于單樁的沉降量則不允許群樁的沉降量大于單樁的沉降量則群樁中的每一根樁的平均承載力將小于單群樁中的每一根樁的平均承載力將小于單樁的承載力。樁的承載力。 這種基樁的承載力和沉降性狀與相同地這種基樁的承載力和沉降性狀與相同地質(zhì)條件和設(shè)置方法的同樣單樁有明顯差別質(zhì)條件和設(shè)置方法的同樣單樁有明顯差別的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為群樁效應群樁效應。即：群樁效應主要針對摩擦樁而言即：群樁效應主要針對摩擦樁而言。 摩擦型群樁基礎(chǔ)摩擦型群樁基礎(chǔ) 當樁數(shù)少，樁中心距較大當樁數(shù)少，樁中心距較大 時，樁端平面處各樁時，樁端平面處各樁傳來傳來 的壓力互不重疊，群樁的壓力互不重疊，群樁中每個單樁的工作狀

15、態(tài)與單中每個單樁的工作狀態(tài)與單 樁一致。樁一致。 群樁的承載力各單樁群樁的承載力各單樁 承載力之和承載力之和ds6 摩擦型群樁樁端平面上的壓力分布 （）單樁 摩擦群樁基礎(chǔ)應力疊加 、樁底應力增加,使承載力不足;總的沉降增加1對于砂土 sp 1.0, 粘性土sp 1.0 2.承臺下土對荷載的分擔作用承臺下土對荷載的分擔作用 考慮樁和承臺下土的共同工作，使承臺兼有淺基礎(chǔ)的考慮樁和承臺下土的共同工作，使承臺兼有淺基礎(chǔ)的 作用，組成復合樁基。作用，組成復合樁基。 承臺底分擔荷載的作用是隨著承臺底分擔荷載的作用是隨著 樁群相對于樁基土向下位移幅度樁群相對于樁基土向下位移幅度 的加大而增強的。的加大而增強

16、的。 設(shè)計復合樁基時應注意：設(shè)計復合樁基時應注意： 在樁基沉降不會危及建筑物的安在樁基沉降不會危及建筑物的安 全和正常使用、且臺底不與軟土全和正常使用、且臺底不與軟土 直接接觸時，才宜于開發(fā)利用直接接觸時，才宜于開發(fā)利用 承臺底土的反力的潛力。承臺底土的反力的潛力。 1-臺底土反力；2-上層土位移； 3-樁端位移（樁基整體下沉）關(guān)于承臺承載力問題承臺下土的承載力低于淺基礎(chǔ)，承臺內(nèi)反力小于外圍承臺下土的承載力低于淺基礎(chǔ)，承臺內(nèi)反力小于外圍,雙曲線分布雙曲線分布1.承受經(jīng)常出現(xiàn)的動力作用，如鐵路橋梁樁基；承受經(jīng)常出現(xiàn)的動力作用，如鐵路橋梁樁基；2.承臺下存在可能產(chǎn)生負摩阻力的土層；承臺下存在可能產(chǎn)

17、生負摩阻力的土層；3.在飽和軟土中沉入密集樁群，引起超靜孔隙水壓力和土體隆在飽和軟土中沉入密集樁群，引起超靜孔隙水壓力和土體隆起，隨時間推移，樁間土逐漸固結(jié)下沉而承臺脫離；起，隨時間推移，樁間土逐漸固結(jié)下沉而承臺脫離；4.端承樁情況下不考慮承臺承載力。端承樁情況下不考慮承臺承載力。ecaicanaqqcckck3. 群樁的豎向承載力設(shè)計值 樁基的群樁效應難以通過承臺樁基的群樁效應難以通過承臺樁樁土相土相互作用分析的理論方法求解，為了實用的目的，互作用分析的理論方法求解，為了實用的目的，樁基規(guī)范樁基規(guī)范jgj94jgj949494規(guī)范引用構(gòu)成規(guī)范引用構(gòu)成 基樁極限承載力諸分量的平均值與基樁極限承

18、載力諸分量的平均值與其相應單樁諸分量的平均值之比作為該其相應單樁諸分量的平均值之比作為該分量的群樁效應系數(shù)。分量的群樁效應系數(shù)。(1).(1).對于樁數(shù)超過對于樁數(shù)超過3 3根的非端承樁復合根的非端承樁復合 樁基，宜考慮樁群、土、承臺的相樁基，宜考慮樁群、土、承臺的相 互作用效應，其復合基樁豎向承載互作用效應，其復合基樁豎向承載 力設(shè)計值為：力設(shè)計值為：cckqcppkqpsskqsrcckcspukspqqrnaqqcckck r單樁總極限側(cè)阻力和總極限端阻力標準值；單樁總極限側(cè)阻力和總極限端阻力標準值； qck相應于任意一基樁的承臺底地基土相應于任意一基樁的承臺底地基土 的總極限阻力的總極

19、限阻力 標準值；標準值； qck承臺承臺 底下等于承臺半寬的深度（底下等于承臺半寬的深度（5m）范圍內(nèi)地）范圍內(nèi)地 基的極限阻力標基的極限阻力標 準值；準值； ac承臺底地基土的凈面積；承臺底地基土的凈面積；s 、p 、sp 、 c 樁側(cè)樁側(cè) 阻、樁端阻阻、樁端阻 、樁側(cè)阻端阻綜合抗力及、樁側(cè)阻端阻綜合抗力及 承承臺臺 底地基土的抗力分項系數(shù)，表底地基土的抗力分項系數(shù)，表8-16值；值；s 、 p 、 sp樁側(cè)阻、樁端阻、樁側(cè)阻端阻綜合群樁效樁側(cè)阻、樁端阻、樁側(cè)阻端阻綜合群樁效 應系數(shù)。應系數(shù)。 kckfq2承臺寬度的深度內(nèi)(6d 樁距大于6倍樁徑 n9 獨立基礎(chǔ) m2 條基礎(chǔ) 某些單層工業(yè)廠

20、房樁基 沉降量沉降量、沉降差沉降差、傾斜、局部傾斜傾斜、局部傾斜 ss 砌體承重結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)和單層排架結(jié)構(gòu)多層或高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)傾斜：建筑物樁基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值。局部傾斜: 墻下條形承臺沿縱向某一長度范圍內(nèi)樁基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離的比值。1） 計算簡圖如圖，樁基內(nèi)任意點的計算簡圖如圖，樁基內(nèi)任意點的最終沉降量可用角點法按下式計最終沉降量可用角點法按下式計算：算： 樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)；樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)； 非軟土地區(qū)和軟土地區(qū)樁端有良非軟土地區(qū)和軟土地區(qū)樁端有良好持力層時好持力層時取取1； 軟土地區(qū)且樁端無良好持力層軟土地區(qū)且樁端無良好持力層時，當樁長時，當樁長25

21、m時，時，取取1.7,樁長樁長25m時，時，取取(5.9-20)l(7-100)l。e 樁基等效沉降系數(shù)。樁基等效沉降系數(shù)。ssesse 對于矩形布置的樁基，在對于矩形布置的樁基，在計算變形時可以簡化：計算變形時可以簡化：矩形基礎(chǔ)中點沉降：矩形基礎(chǔ)中點沉降：矩形基礎(chǔ)角點沉降：矩形基礎(chǔ)角點沉降： mjnisijijiijijjezzps11)1()1(0nisiiiiiezzps11104nisiiiiiezzps11102）確定地基沉降計算深度）確定地基沉降計算深度zn 確定地基沉降計算深度，有應力比法和應變比法確定地基沉降計算深度，有應力比法和應變比法兩種。而應力比法是我國工程設(shè)計人員十分熟

22、悉的計算兩種。而應力比法是我國工程設(shè)計人員十分熟悉的計算方法，因此方法，因此建筑樁基技術(shù)規(guī)范建筑樁基技術(shù)規(guī)范jgj94-94規(guī)定按應規(guī)定按應力比法確定，即力比法確定，即zn 處的附加應處的附加應 力力z與土的自重應力與土的自重應力c應符合下式要求：應符合下式要求： 附加應力系數(shù)根據(jù)角點法劃分的矩形長寬比及深寬比查附加應力系數(shù)根據(jù)角點法劃分的矩形長寬比及深寬比查規(guī)范規(guī)范附錄附錄5。說明：在計算樁基沉降時，應考慮相鄰基礎(chǔ)的影響，。說明：在計算樁基沉降時，應考慮相鄰基礎(chǔ)的影響，采用疊加原理計算；采用疊加原理計算； cz2.0mjjjzp10規(guī)范對于zn的確定與實際情況相比，偏大還是偏??？說明：在計算

23、樁基沉降時，應考慮相鄰基礎(chǔ)的影響，采用疊加原理計算；樁基等效沉降系數(shù)可按獨立基礎(chǔ)計算。當樁基形狀不規(guī)則時，可采用等代矩形面積計算樁基 ，等效矩形的長寬比可根據(jù)承臺實際形狀確定。等效沉降系數(shù)按規(guī)范中等效作用法計算出的樁端沉降和按照彈性理論法確定的樁端附加應力采用分層總和法計算的樁端沉降的比值，和樁長徑比、距徑比、樁數(shù)、承臺長寬比有關(guān)。廣東省鶴山市某糧食倉庫樁基礎(chǔ)不均勻沉降的分析與處理工程地質(zhì)條件及樁基施工情況 為了確定建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻下沉的原因，技術(shù)人員查閱了工程地質(zhì)報告及其樁基施工記錄，發(fā)現(xiàn)4鉆孔(緊鄰西端墻)顯示20.0-22.4m為全風化花崗巖層,5鉆孔(緊鄰東端墻)顯示14.6-29

24、.0m為中細砂淤泥層，軟流塑，說明其西面的地質(zhì)情況較好，480錘擊灌注樁能直接支承于全風化花崗巖上，如靠近4鉆孔的試1樁施工時樁管深入土層22.3m;而東面地質(zhì)情況就較差，480錘擊灌注樁樁端支承于深達20m的軟流塑、含中細砂的淤泥層上，如靠近5鉆孔的162樁施工時樁管深入土層達24.7m ,樁端僅能支承于軟流塑淤泥層上，最后3陣錘擊貫入度分別為13,12,12cm，遠遠超出試1樁最后3陣錘擊貫入度2cm的要求，東部、軸樁端持力層均出現(xiàn)這種情況。從施工設(shè)備看來，480錘擊灌注樁機樁管總長為25.5 m ,是該市當時最長的樁管了，但由于樁管長度仍不足，故無法使樁穿越該軟土層而支承在全風化花崗巖土

25、層上。雖然設(shè)計人員在現(xiàn)場對、軸及b軸樁基礎(chǔ)進行了補樁處理，希望通過提高基礎(chǔ)承載力來滿足樁承臺承受上部結(jié)構(gòu)荷載的要求，但因受洪水襲擊而使松軟欠固結(jié)的填土受水浸泡，水位回落后，厚達6.6m的回填砂土對樁本身產(chǎn)生負摩擦力又加大了樁的負荷，使得樁基礎(chǔ)不均勻沉降仍得不到有效控制。 綜上所述，深厚軟弱的樁基礎(chǔ)持力層和松散的未經(jīng)固結(jié)的回填砂土產(chǎn)生的負摩擦力是造成建筑物樁基不均勻下沉的主要原因，為確保安全，必須對樁基礎(chǔ)進行加固處理。壓力灌槳法地基加固 根據(jù)本工程地質(zhì)條件和樁基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻下沉的原因分析，經(jīng)研究決定采用壓力灌漿法進行處理，對、軸及b軸樁基軟土層進行加固，以增大土層摩擦力和樁尖土層承載力，達到提高樁基承載力和控制地基不均勻沉降的目的。 施工單位進場后首先進行地質(zhì)鉆探和灌漿試驗，證明土層可灌性良好，取灌漿半徑為0.5-1.0m,對各樁承臺灌漿分淺部和深部兩次進行，先以5-