樁的水平承載力

第六節(jié)樁的水平荷載力第八章樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

作用在樁基礎(chǔ)上的水平荷載包括長(zhǎng)期作用的水平荷載（如地下室外墻上的土和水的側(cè)壓力以及拱的推力等）、反復(fù)作用的水平荷載（如風(fēng)荷載和機(jī)械制動(dòng)荷載）以及地震產(chǎn)生的水平力。一般地說，當(dāng)水平荷載和豎向荷載的合力與豎直線的夾角不超過５°時(shí)，豎直樁的水平承載力不難滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采用直樁。第六節(jié)樁的水平荷載力水平荷載作用下樁的破壞形狀第六節(jié)樁的水平荷載力一、水平受荷樁的分類依據(jù)樁、土相對(duì)剛度的不同，水平荷載作用下的樁可分為：剛性樁、半剛性樁和柔性樁。其劃分界限不同的計(jì)算方法中有所不同，半剛性樁和柔性樁統(tǒng)稱為彈性樁。第六節(jié)樁的水平荷載力當(dāng)樁很短或樁周土很軟弱時(shí)，樁、土的相對(duì)剛度很大，屬剛性樁。剛性樁的破壞一般只發(fā)生于樁周土中，樁體本身不發(fā)生破壞。半剛性樁(中長(zhǎng)樁)和柔性樁(長(zhǎng)樁)的樁、土相對(duì)剛度較低，在水平荷載作用下樁身發(fā)生撓曲變形，樁的下段可視為嵌固于土中而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著水平荷載的增大，當(dāng)樁周土失去穩(wěn)定、或樁身最大彎矩處(樁頂嵌固時(shí)可在嵌固處和樁身最大彎矩處)出現(xiàn)塑性屈服、或樁的水平位移過大時(shí)，彈性樁便趨于破壞。一、水平受荷樁的分類對(duì)于水平受荷樁除應(yīng)進(jìn)行水平承載力驗(yàn)算，還應(yīng)滿足樁身受彎承載力和受剪承載力的驗(yàn)算。因此，需要對(duì)水平受荷樁進(jìn)行內(nèi)力及變形的計(jì)算。水平荷載作用下彈性樁的分析計(jì)算方法主要有地基反力系數(shù)法、彈性理論法和有限元法等．只介紹國(guó)內(nèi)目前常用的地基反力系數(shù)法。地基反力系數(shù)法是應(yīng)用文克爾(E.Winlder，1867)地基模型.二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算1．基本假設(shè)忽略樁土之間的摩阻力對(duì)水平抗力的影響以及鄰樁的影響。地基水平抗力系數(shù)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。

二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算(1)常數(shù)法：假定地基水平抗力系數(shù)沿深度為均勻分布，即是kx=kh。

(2)“k”法：假定在樁身第一撓曲零點(diǎn)(深度t處)以上按拋物線變化,以下為常數(shù)；

(3)“m”法：假定kx隨深度成正比地增加，即是kx=mz。我國(guó)鐵道部門首先采用這一方法，近年來也在建筑工程和公路橋涵的樁基設(shè)計(jì)中逐漸推廣。

(4)“c值”法：假定kx隨深度按cz0.5的規(guī)律分布，即是kx=cz0.5(c為比例常數(shù)，隨土類不同而異)。這是我國(guó)交通部門在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出的方法。

2、水平抗力系數(shù)kx序號(hào)地基土類別預(yù)制樁、鋼樁灌注樁m(MN/m4)相應(yīng)單樁在地面處水平位移(mm)m(MN/m4)相應(yīng)單樁在地面處水平位移(mm)1淤泥、淤泥質(zhì)土，飽和濕陷性黃土2～4.5102.5～66～122流塑(IL＞1)、軟塑(0.75＜IL≤1)狀粘性土，e＞0.9粉土，松散粉細(xì)砂，松散填土4.5～6.0106～144～83可塑(0.25＜IL≤0.75)狀粘性土，e=0.75-0.9粉土，濕陷性黃土，稍密、中密填土，稍密細(xì)土6.0～101014～353～64硬塑(0＜IL≤0.25)、堅(jiān)硬(IL≤0)狀粘性土，濕陷性黃土，e<0.75粉土，中密中粗砂，密實(shí)老填土10～221035～1002～55中密、密實(shí)的礫砂，碎石類土100～3001.5～3地基土水平抗力系數(shù)的比例常數(shù)m

二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算地基水平抗力系數(shù)的分布圖式（a）常數(shù)法；（b）“k”法；（c）“m”法；（c）“c值”法二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算實(shí)測(cè)資料表明，m法(當(dāng)樁的水平位移較大時(shí))和c值法(當(dāng)樁的水平位移較小時(shí))比較接近實(shí)際。本節(jié)只簡(jiǎn)單介紹m法。3．單樁內(nèi)力計(jì)算（1）確定樁頂荷載N0k、H0k、M0k單樁的樁頂荷載可分別按下列各式確定：二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算(2)樁的撓曲微分方程單樁在H0k、M0k和地基水平抗力作用下產(chǎn)生撓曲:在上列方程中，如采用不同的kx圖式求解，就得到不同的計(jì)算方法。m法假定kx=mz,代入上式得到：二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算撓度x與轉(zhuǎn)角ф、彎矩M和剪力V的微分關(guān)系，利用冪級(jí)數(shù)積分后可得到微分方程式的解答:

二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算(3)樁身最大彎矩及其位置設(shè)計(jì)承受水平荷載的單樁時(shí)，為了計(jì)算截面配筋，設(shè)計(jì)者最關(guān)心樁身的最大彎矩值和最大彎矩截面的位置:由系數(shù)CⅠ從表查得相應(yīng)的換算深度，則樁身最大彎矩的深度zmax為：二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)算由系數(shù)CⅠ或換算深度h從表4-11查得相應(yīng)的系數(shù)CⅡ,則樁身最大彎矩Mmax為：樁頂剛接于承臺(tái)的樁，其樁身所產(chǎn)生的彎矩和剪力的有效深度為z＝4.0/α(對(duì)樁周為中等強(qiáng)度的土，直徑為400mm左右的樁來說，此值約為4.5～5m)，在這個(gè)深度以下，樁身的內(nèi)力M、V實(shí)際上可忽略不計(jì)，只需要按構(gòu)造配筋或不配筋。二、水平荷載作用下彈性樁的計(jì)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計(jì)算樁身最大彎距位置和最大彎距的系數(shù)CⅠ和CⅡ影響樁的水平承載力的因素較多，如樁的材料強(qiáng)度、截面剛度、入土深度、土質(zhì)條件、樁頂水平位移允許值和樁頂嵌固情況等。確定單樁水平承載力的方法，以水平靜載荷試驗(yàn)最能反映實(shí)際情況。此外，也可根據(jù)理論計(jì)算，從樁頂水平位移限值、材料強(qiáng)度或抗裂驗(yàn)算出發(fā)加以確定。有可能時(shí)還應(yīng)參考當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)。三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力樁的水平靜載荷試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行的:三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力單樁Ho-△uo/△Ho曲線單樁Ho-σg曲線三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力終止加載條件

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止試驗(yàn)：

１）樁身折斷；

２）水平位移超過３０～４０ｍｍ（軟土取４０ｍｍ）。三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力水平臨界荷載Hcr是相當(dāng)于樁身開裂、受拉區(qū)混凝土不參加工作時(shí)的樁頂水平力，其數(shù)值可按下列方法綜合確定：（1）Ho-t-uo曲線出現(xiàn)突變點(diǎn)（相同荷載增量的條件下出現(xiàn)比前一級(jí)明顯增大的位移量）的前一級(jí)荷載；（2）Ho-△uo/△Ho曲線的第一直線段或lgH0-lgx0曲線拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷載；（3）Ho-σg曲線第一突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載。三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力水平極限荷載Hu是相當(dāng)于樁身應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)的樁頂水平力，可根據(jù)下列方法，并取其中的較小值。（1）取單向多循環(huán)加載法Ho-t-uo曲線產(chǎn)生明顯陡降的前一級(jí)或慢速維持荷載法時(shí)的Ho-uo曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平荷載值；（2）取慢速維持荷載法時(shí)的Ho-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯彎曲的前一級(jí)水平荷載值；（3）取Ho-△uo/△Ho曲線或lgHo-lguo曲線上第二拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平荷載值；（4）取樁身折斷或受拉鋼筋屈服時(shí)的前一級(jí)水平荷載值。三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力確定單樁水平承載力設(shè)計(jì)值（１）對(duì)于受水平荷載較大的一級(jí)建筑樁基，單樁的水平承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)通過單樁靜力水平荷載試驗(yàn)確定。（２）對(duì)于鋼筋混凝土預(yù)制樁、鋼樁、樁身全截面配筋率大于０.６５％的灌注樁，可根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果取地面處水平位移為１０ｍｍ（對(duì)于水平位移敏感的建筑物取水平位移６ｍｍ）所對(duì)應(yīng)的荷載的75%為單樁水平承載力設(shè)計(jì)值。三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力（３）對(duì)于樁身配筋率小于０.６５％的灌注樁，可取單樁水平靜載試驗(yàn)的臨界荷載的75%為單樁水平承載力設(shè)計(jì)值。（４）當(dāng)缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，可按下列公式估算樁身配筋率小于０.６５％的灌注樁的單樁水平承載力設(shè)計(jì)值：三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力５）當(dāng)缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，可按下式估算預(yù)制樁、鋼樁、樁身配筋率大于０.６５％的灌注樁單樁水平承載力設(shè)計(jì)值：三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力三、水平靜載荷試驗(yàn)確定單樁水平承載力四、群樁水平荷載力與位移計(jì)算群樁基礎(chǔ)的基樁水平承載力特征值應(yīng)考慮由承臺(tái)、群樁、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng)，可按下式確定：四、群樁水平荷載力與位移計(jì)算考慮地震作用且sa/d≤6時(shí)：四、群樁水平荷載力與位移計(jì)算其他情況：四、群樁水平荷載力與位移計(jì)算樁的水平變形系數(shù)和地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m可按下式確定：（1）樁的水平變形系數(shù)b0---樁身的計(jì)算寬度對(duì)于圓形樁，當(dāng)d≤1m時(shí)，當(dāng)d＞1m時(shí)，四、群樁水平荷載力與位移計(jì)算（2）地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m，宜通過單樁水平靜荷載試驗(yàn)確定，當(dāng)無靜荷載試驗(yàn)資料時(shí)，可按下表確定：b0---樁身的計(jì)算寬度對(duì)于方形樁，當(dāng)d≤1m時(shí)，當(dāng)d＞1m時(shí)，序號(hào)地基土類別預(yù)制樁、鋼樁灌注樁m(MN/m4)相應(yīng)單樁在地面處水平位移(mm)m(MN/m4)相應(yīng)單樁在地面處水平位移(mm)1淤泥、淤泥質(zhì)土，飽和濕陷性黃土2～4.5102.5～66～122流塑(IL＞1)、軟塑(0.75＜IL≤1)狀粘性土，e＞0.9粉土，松散粉細(xì)砂，松散填土4.5～6.0106～144～83可塑