水平承载力与位移 群桩基础计算.ppt

水平承载力与位移_群桩基础计算85桩的水平承载力与位移
土木工程中的桩基大多以承受竖向荷载为主,但在风荷
载、地震荷载、机械振动荷载或土压力、水压力等作用下,
也将承受一定的水平荷载,尤其是桥梁工程中的桩基,除了
满足桩基的竖向承载力要求外,还必须对桩基的水平承载力
进行验算。
桩的水平承载力是指与桩轴方向垂直的承载力。作用在
桩基上的水平荷载有长期作用的水平荷载和反复作用的水平
荷载(如风荷载)。以承受水平荷载为主的桩基,可考虑采
用斜桩。即使采用斜桩更有利,但常受施工条件的限制而难
以实现,不得不采用竖直桩。
一般工业与民用建筑中的基础,常以承受竖向荷载
为主,但在桩基上作用有较大水平荷载时还必须对桩的水
平承载力进行验算。
般来说当水平荷载和竖向荷载合力与竖直线的夹角
不超过5度时,竖直桩的水平承载力不难满足设计要求,
更应采用竖直桩。因此下面的讨论仅限于竖直桩的水平承
载力
实践表明:桩的水平承载力远比竖向承载力要低!
1单桩的水平承载力
桩的水平荷载作用的特征
柱在水平荷载作用下,桩身产生挠曲变形,变
形的形式与桩和地基的刚度有关。桩身变形挤压侧
土体,而土体对桩侧产生水平抗力,其大小和分布
与桩的变形、地基条件和柱的入土深度有关。
桩在破坏之前,桩身与地基的变形是协调的,相
应地桩身产生了内力。随着桩身变形和内力的增大,
对于低配筋率的灌注桩来说常是桩身首先出现裂缝,
然后断裂破坏
对于抗弯性能好的钢筋混凝土预制桩,桩身虽然
未断裂,但桩侧土体已明显开裂和隆起,桩的水平位
移一般已超过建筑物的允许值,也应认为已破坏
影响桩水平承载力的因素
影响桩水平承载力的因素较多,主要有以下几种
①桩的截面尺寸和材料强度
桩的截面尺寸越大,材料强度越高,桩的抗弯刚
度越大;反之,桩的抗弯刚度就小。对于抗弯刚度较
大的桩,在水平位移较大时仍不折断,但已超过建筑
物的允许位移值。所以,桩的水平承载力常常不是由
桩的强度确定,而是由桩的允许水平位移值控制。
②地基土的强度
地基土的强度越高,抵抗水平位移的能力就越大,桩的
水平承载力也就越大。所以,地基强度高的比地基强度低的
桩的水平承载力大。
③柱头嵌固条件
桩头嵌固于承台中的桩,其抗弯刚度大于桩头自由的桩。
所以,桩头嵌固提高了桩抵抗横向弯曲的能力,使桩的水平
承载力增大。
④桩的入土深度
桩随着入土浓度增加,水平承载力就逐渐提高,当达到
某一深度后,继续增加入土深度,承载力将不起变化,桩抵
抗水平荷载作用所需的入土深度,称为有效长度。
在水平荷载作用下,有效长度以下部分,桩没有显著的水
平变位。桩的入土深度小于有效长度时,则不能充分发挥地
基的水平抗力,荷载达到一定值后,桩就会倾倒而被拔出
而当桩的入土深度大于有效长度时,桩嵌固在土中某一深度
处,地基的水平抗力得不到充分发挥,桩不致倾倒或被拔出,
而是产生弯曲变形
⑤桩的间距
当桩距较小(小于3d)时,桩前区土中应力将发生重迭,
地基变形大,桩的水平承载力下降;当桩距较大时,应力重
迭的影响小。但桩距大,承台尺寸也随之增大,因此,设计
必须进行经济比较,全面加以考虑
确定水平承载力的方法
单桩的水平承载力与竖向承载力一样,不仅取决于地基土
的阻力而且也决定于桩身材料强度。设计时,仍然是先根据地
基土的阻力确定单桩的水平承载力,再据此承载力考虑一定的
安全度,按桩身材料验算并选定其材料强度
根据地基土对桩的侧向阻力确定单桩水平承载力的方法,
通常有以下几种
①水平静载荷试验法:桩的水平静载荷试验是在现场条件下
进行的,影响桩的水平承载力的各种因素都得到比较真实的反
映,因此试验测得的承载力和地基水平抗力系数最符合实际情
况
如果预先在桩身埋设测试原件,则试验资料还能反映出加
载过程中桩身截面的内力和位移。
按加荷方式的不同,试验方法有多循环加卸载法和分
级连续加载法两种,前者用于承受反复作用水平荷载的桩
基,后者用于承受长期水平荷载的桩基。详见《建筑桩基
技术规范》(JGJ94-94)。
②理论计算取值法:根据桩顶的水平位移容许值,用
理论公式进行计算,从而确定单桩的水平承载力。
③经验取值法:根据当地桩基的使用经验取值,确定
单桩的水平承载力设计值,如北京地区400mm直径灌
注桩,水平承载力取40kPa~60kPa。
根据桩身材料确定单桩水平承载力,是从桩身材料
的强度、抗裂度验算出发加以确定的。

单桩在水平荷载作用下的变形和内力计算,通常采用按
文克勒假定的弹性地基上梁的计