《桩基础-桩的水平承载力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桩基础-桩的水平承载力（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基础工程基础工程第第3 3章章 桩基础桩基础1 桩的水平承载力桩的水平承载力，是指桩在与桩轴线垂直方向受力时的承载力。桩在横向力（包括弯矩）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。6 桩的水平承载力2一、在横向荷载作用下，桩的破坏机理和特点一、在横向荷载作用下，桩的破坏机理和特点 桩在横向力作用下变形示意图 a)刚性桩；b)弹性桩a)桩桩的的刚刚度度远远大大于于土土层层刚刚度度时时，桩桩身身挠挠曲曲变变形形不不明明显显，可可能能由由于于桩桩侧侧土土的的强强度度不不够够失失稳稳。因因此此，基基桩桩的的横
2、横向向承承载载力力容容许许值值可可由由桩桩侧土的强度及稳定性决定。侧土的强度及稳定性决定。b)桩桩的的相相对对刚刚度度较较小小时时，桩桩身身发发生生挠挠曲曲变变形形，侧侧向向位位移移随随入入土土深深度度逐逐渐渐减减小小，形形成成一一端端嵌嵌固固的的地地基基梁梁。基基桩桩的的横横向向承承载载力力容容许许值值由由桩桩身身材材料料的的抗抗剪剪强度或侧向变形条件决定强度或侧向变形条件决定3二、单桩横向容许承载力的确定方法二、单桩横向容许承载力的确定方法1 1、单桩水平静载试验、单桩水平静载试验 4荷载荷载- -时间时间- -位移曲线位移曲线5荷载荷载- -位移梯度曲线位移梯度曲线荷载荷载- -位移曲线
3、位移曲线6n上述方法极限荷载除以安全系数，即得桩的横向承载力的容许值，安全系数一般取2 用用水水平平静静载载试试验验确确定定单单桩桩横横向向容容许许承承载载时时，还还应应注注意意到到按按上上述述强强度度条条件件确确定定的的极极限限荷荷载载时时的的位位移移，是是否否超超过过结结构构使使用用要要求求的的水水平平位位移移，否否则则应应按按变变形形条条件件来来控控制制。水水平平位位移移容容许许值值可可根根据据桩桩身身材材料料强强度度、土土发发生生横横向向抗抗力力的的要要求求以以及及墩墩台台顶顶水水平平位位移移和和使使用用要要求求来来确确定定，目目前前在在水水平平静静载载试试验验中中根根据据公公桥桥基基
4、规规有有关关的的精精神神可可取取试试桩桩在在地地面面处处水水平平位位移移不不超超过过6mm6mm，定定为为确确定定单单桩桩横横向向承承载载力力判判断断标标准准，以以满满足足结结构构物物和和桩桩、土土变变形形安安全全度度要要求求，这这是是一一种种较较概概略略的的标标准。准。7三、水平受荷的理论分析三、水平受荷的理论分析 根据某些假定建立的理论（如弹性地基梁根据某些假定建立的理论（如弹性地基梁理论），计算桩在横向荷载作用下，桩身内力理论），计算桩在横向荷载作用下，桩身内力与位移及桩对土的作用力，验算桩身材料和桩与位移及桩对土的作用力，验算桩身材料和桩侧土的强度与稳定、以及桩顶或墩台顶位移，侧土的强
5、度与稳定、以及桩顶或墩台顶位移，从而可评定桩的横向承载力容许值从而可评定桩的横向承载力容许值 8（一）土的弹性抗力及其分布规律 1 1土的弹性抗力土的弹性抗力 桩基础在荷载（包括轴向荷载、横轴向荷载和力矩）作用下产生位移（包括竖向位移、水平位移和转角），桩的竖向位移引起桩侧土的摩阻力和桩底土的抵抗力。桩身的水平位移及转角使桩挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩产生一横向土抗力zx，它起抵抗外力和稳定桩基础的作用，土的这种作用力称为土的弹性抗力弹性抗力。zx即指深度为Z处的横向（X轴向）土抗力，其大小取决于土体性质、桩身刚度、桩的入土深度、桩的截面形状、桩距及荷载等因素。1 1、基本概念、基本概念9假定
6、土的横向土抗力符合文克尔假定，即 式中：zx横向土抗力（kN/m2）；C地基系数（kN/m3）xz深度Z处桩的横向位移（m）。桩身内力与位移计算方法很多，常用的有桩身内力与位移计算方法很多，常用的有：弹性地基梁法弹性地基梁法。弹性地基梁法：弹性地基梁法： 将将桩桩作作为为弹弹性性地地基基上上的的梁梁，按按文文克克尔尔假假定定( (梁梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比身任一点的土抗力和该点的位移成正比) )的解法。的解法。 基基本本概概念念明明确确，方方法法较较简简单单，所所得得结结果果一一般般较较安安全全。弹弹性性地地基基梁梁的的弹弹性性挠挠曲曲微微分分方方程程的的求求解解方方法可用数值解法
7、、差分法及有限元法。法可用数值解法、差分法及有限元法。102 2地基系数地基系数 基本概念基本概念：地基系数C表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需要的力。它的大小与地基土的类别、物理力学性质有关。如能测得xz并知道C 值，zx值即可解得。 地基系数C值是通过对试桩在不同类别土质及不同深度进行实测xz及zx后反算得到。 C值随深度的分布规律值随深度的分布规律：地基系数C值不仅与土的类别及其性质有关，而且也随深度而变化。由于实测的客观条件和分析方法不尽相同等原因，所采用的C值随深度的分布规律也各有不同。常用的几种地基系数分布规律如下所示 。11地基系数变化规律 12相应的基桩内力和位移计算
8、方法为：相应的基桩内力和位移计算方法为：1）“m”法：法：假定地基系数C随深度呈线性增长，即C=mZ，如上图a）所示。m称为地基系数随深度变化的比例系数（kN/m4）。2）“K”法：法：假定地基系数C随深度呈折线变化即在桩身第一挠曲变形零点（上图b）所示深度t处）以上地基系数C随深度呈凹形抛物线增加；该点以下，地基系数C=K（kN/m3）为常数。3）“c”法：法：假定地基系数C随深度呈抛物线增加，即=cZ0.5，当无量纲入土深度达4后为常数，如上图c）所示。c为地基系数的比例系数（kN/m3.5）。4）“常数常数”法，又称法，又称“张有龄法张有龄法”：假定地基系数C沿深度为均匀分布，不随深度而
9、变化，即C=K0（kN/m3）为常数，如上图d）所示。13 上述四种方法各自假定的地基系数随深度分布规律不同，其计算结果有所差异。本节介绍目前应用较广并列入公桥基规中的“m”法。按“m”法计算时，地基系数的比例系数m值可根据试验实测决定，无实测数据时可参考下表中的数值选用；非岩石类土的比例系数m值 序 号土 的 分 类m或m0（MN/m4）1流塑粘性土IL1、淤泥352软塑粘性土1IL0.5、粉砂5103硬塑粘性土0.5IL0、细砂、中砂10204坚硬、半坚硬粘性土IL2.5或支承桩且ah3.5时，Mh几乎为零，且此时Kh对、等影响极小，可以认为Kh=0，则上式 可简化为均为Z的函数，已根据Z
10、值制成表格，可参考公桥基规。(7)312.嵌岩桩嵌岩桩、的计算的计算 如果桩底嵌固于未风化岩层内有足够的深度，可根据桩底xh、h等于零这两个边界条件，解得 也都是Z的函数，根据Z值制成表格，可查阅有关规范。(8)32（二）计算桩身内力及位移的无量纲法 按上述方法，用基本公式（2）、（3）、（4 ）、（5）计算xz、z、Mz、Qz时，计算工作量相当繁重。若桩的支承条件及入土深度符合一定要求，可采用无量纲法进行计算，即直接由已知的M0、Q0求解。1的摩擦桩及的摩擦桩及的支承桩的支承桩将式（7）代入式（2）得 式中： （9a）33 同理，将式（ 7）分别代入式（3）、（4）、（4-5）再经整理归纳即
11、可得 （9b）（9c）（9d）342 h2.5的嵌岩桩的嵌岩桩将式(8)分别代入式(2)、(3)、(4)、(5)再经整理得（10a）（10b）（10c）（10d）35（三）桩身最大弯矩位置ZMmax和最大弯矩Mmax的确定 目的：目的：用于检验桩的截面强度和配筋计算（关于配筋的具体计算方法，见结构设计原理教材内容）。 一般方法一般方法：要找出弯矩最大的截面所在的位置及相应的最大弯矩Mmax值。一般可将各深度Z处的Mz值求出后绘制ZMz图，即可从图中求得。 数解法数解法： 在最大弯矩截面处，其剪力Q等于零，因此Qz=0处的截面即为最大弯矩所在的位置 。36（四）桩顶位移的计算公式 右右图图为为置
12、置于于非非岩岩石石地地基基中中的的桩桩，已已知知桩桩露露出出地地面面长长l0，若若桩桩顶顶为为自自由由，其其上上作作用用了了Q及及M，顶顶端端的的位位移移可可应应用用叠叠加加原原理理计计算算。设设桩桩顶顶的的水水平平位位移移为为x1，它它是是由由：桩桩在在地地面面处处的的水水平平位位移移x0 0、地地面面处处转转角角 0所所引引起起在在桩桩顶顶的的位位移移 0l0、桩桩露露出出地地面面段段作作为为悬悬臂臂梁梁桩桩顶顶在在水水平平力力Q作作用用下下产产生生的的水水平平位位移移xQ以以及及在在M M 作作用用下下产产生生的的水平位移水平位移xm组成，即组成，即桩顶位移计算桩顶位移计算37 桩顶转角
13、1则由：地面处的转角0，桩顶在水平力Q作用下引起的转角Q及弯矩作用下所引起的转角m组成即经计算和经整理归纳，可得到如下计算结果： 38（五）单桩、单排桩计算步聚及验算要求 综上所述，对单桩及单排桩基础的设计计算，首先应根据上部结构的类型，荷载性质与大小，地质与水文资料，施工条件等情况，初步拟定出桩的直径、承台位置、桩的根数及排列等，然后进行如下计算： 1计算各桩桩顶所承受的荷载Pi、Qi、Mi； 2确定桩在最大冲刷线下的入土深度（桩长的确定）；3验算单桩轴向承载力；4确定桩的计算宽度b1；5计算桩土变形系数值； 6计算地面处桩截面的作用力Q0、M0，并验算桩在地面或最大冲刷线处的横向位移x0不
14、大于6mm。然后求算桩身各截面的内力，进行桩身配筋及桩身截面强度和稳定性验算；397计算桩顶位移和墩台顶位移，并进行验算；8弹性桩桩侧最大土抗力是否验算，目前无一致意见，现行公桥基规对此也未作要求。40(六) 多排桩基桩内力与位移计算 如右图所示多排桩基础，其具有一个对称面的承台，且外力作用于此对称平面内，在外力作用面内由几根桩组成，并假定承台与桩头的联结为刚性的。由于各桩与荷载的相对位置不尽相同，桩顶在外荷载作用下其变位也就不同，外荷载分配到桩顶上的Pi、Qi、Mi也各异，因此，Pi、Qi、Mi的值就不能用简单的单排桩计算方法进行计算。此时，可将外力作用平面内的桩作为一平面框架，用结构位移法解出各桩顶上的作用力Pi、Qi、Mi后，再应用单桩的计算方法来进行桩的承载力与位移验算。计算过程从略。 41
