水平承载力与位移群桩基础计算.ppt

8.5桩的水平承载力与位移

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。

一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
桩在水平荷载作用下，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、地基条件和桩的入土深度有关。

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。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桩头嵌固条件
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。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。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。２.单桩在水平荷载作用下的计算方法
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算方法，即把承受水平荷载的单桩视为文克尔地基上的竖直梁，通过梁的挠曲微分方程解答，计算桩身的弯矩和剪力，并考虑由桩顶竖向荷载产生的轴力，进行桩的强度计算。

基本假定
单桩受水平荷载时，可把土体视为直线变形体，假定深度z处的水平抗力σx等于该点的水平抗力系数kh与该点的水平位移的乘积。即此时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kh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。各种计算理论假定的kh分布图式不同。较为常用的有下列四种计算方法。

①常数法：假定沿深度为均匀分布即kh=k。这是我国学者张有龄在三十年代提出的方法。

②k法：假定在桩身第一挠曲零点以上按直线分布即kh=kz；以下段为常数，即kh=k。

③m法：假定kh沿深度z成正比增加，即kh=mz。见P229—表8.12

④c值法：假定kh沿深度z按cz1/2的规律分布，即kh=cz1/2。
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。8.6群桩基础计算岩石
1.端承型群桩基础
桩顶荷栽基本上通过桩身直接传递到桩端处地基持力层，各桩在桩端处的压力分布无明显的应力迭加现象，故
①群桩基础中各基桩的工作性状与单桩基本一致；
②群桩基础承载力等于各单桩承载力之和；
③群桩的沉降量几乎等于单桩的沉降量；2.摩擦型群桩基础
摩擦桩在竖向荷载作用下群桩的作用与孤立单桩是有显著差别的。作用在摩擦桩上的荷载是通过桩侧阻力传递的。由于摩擦阻力的扩散作用，群桩中各桩传递的应力互相重迭，以致桩端平面处的附加应力大大超过孤立的单桩，且附加应力影响的深度和范围也比孤立的单桩大得多，群桩的桩数越多，这种影响