水平承载力和位的移群桩基础计算.ppt

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。  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