第八章-桩的水平承载力(6)

第八章 桩基础8-1 某一般民用建筑，已知由上部结构传至柱下端的荷载组合分别为：荷载标准组合：竖向荷载k F =3040kN ，弯矩k M =400kN.m ，水平力k H =80kN ；荷载准永久组合：竖向荷载F Q =2800kN ，弯矩M Q =250kN.m ，H Q =80kN ；荷载基本组合：竖向荷载F =3800kN ，弯矩M =500kN.m ，水平力H =100kN 。

工程地质资料见表8-37，地下稳定水位为4-m 。

试桩（直径φ500mm ，桩长15.5m ）极限的承载力标准值为1000kN 。

试按柱下桩基础进行桩基有关设计计算。

表8-37 [例8-2]工程地质资料序号 地层名称 深度(m) 重度γ kN/m 3 孔隙比e 液性指数I L 粘聚力 c (kPa) 内摩擦 角)(︒ϕ 压缩模量 E (N/mm 2) 承载力 f k (kPa) 1 杂填土 0～1 162 粉土 1～4 18 0.90 10 12 4.6 1203 淤泥质土 4～16 17 1.10 0.55 5 8 4.4 110 4粘土 16～26190.650.27152010.0280【解】 （1）选择桩型、桩材及桩长由试桩初步选择φ500的钻孔灌注桩，水下混凝土用25C ，钢筋采用HPB235，经查表得c f =11.9N/mm 2，t f =1.27N/mm 2； ='=y y f f 210N/mm 2。

初选第四层（粘土）为持力层，桩端进入持力层不得小于1m ；初选承台底面埋深1.5m 。

则最小桩长为：5.155.1116=-+=l m 。

（2）确定单桩竖向承载力特征值R①根据桩身材料确定，初选%45.0=ρ，0.1=ϕ，8.0c =ψ，计算得：)9.0(s y ps c c A f A f R ''+=ψφ=4/5000045.02109.04/5009.118.022⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯ππ=2035210N=2035kN②按土对桩的支承力确定，查表8-7，sk2q =42kPa ，sk3q =25kPa ，sk4q =60kPa ，查表8-8，q pk =1100kPa 则：∑+=+=P pk i sik pk sk uk A q l q u Q Q Q=+⨯+⨯⨯12255.242(5.0π4732/946/uk a ===K Q R kN③由单桩静载试5002/1000/uk a ===K Q R kN小者，则取473a =R kN 。

第八章墩基础第一节墩基础的类型与特点一、墩的类型墩的类型较多．可根据墩的受力情况、墩的体型与施工方法进行分类。

(一)按受力情况分类墩作为深基础，主要用于承受上部结构物传来的竖向压力及水平力、而较少用于抗拔情况。

按传递上部压力荷载的方式，墩可分为摩擦墩与端承墩两种基本类型，如图1 (a)(b)所示。

当墩以承受水平荷载为主时，称水平受力墩，如图1(c)所示。

(二)按墩体形状分类墩的截面形状多是圆形，而墩身轴向截面形状及墩底形式有许多类型。

1．墩轴向截面形状墩按轴向截面形状不同可分为柱形墩、锥形墩与齿形墩三种类型。

柱形墩的截面尺寸及形状不随深度变化，如图2(a)所小。

柱形墩因其形状简单、施工方便、设计计算较简单而得到广泛的应用。

锥形墩截面形状随深度不变而尺寸则随深度呈线性变化，因而墩的受力状态较好，但其成孔施工较柱形墩复杂(图2(b))。

图2(c)所示为齿形墩的两种形式。

齿形墩由于沿墩身没有倒置的台阶，故可以加大墩的侧壁阻力，主要适于墩侧面有较硬的黏土层的情况，但此种情况应用较少。

图1 按受力情况分类图2 墩按轴向截面形状分类2．墩底形式墩底形式主要取决于墩底岩土的承载能力及墩底荷载大小。

如图3(a)所示，直底墩墩端尺寸与上部墩身尺寸相同。

这种墩常见于墩底为坚硬土层或岩层、墩承载力较易满足要求的情况。

为了使墩端承担更大的荷载，常在墩底土较硬的情况下，将墩底部尺寸加大，形成扩底墩．如图3(b)所示。

当墩底支承于岩层上，为使墩底牢固、防止水平荷载导致墩底滑动而将墩端部嵌入岩层．形成嵌底墩．亦称嵌岩墩，如图3(c)所示。

图3 墩底形式(三)按施工方法分类墩的施工方法除用混凝土浇制墩体外，主要指墩的成孔方法与孔壁支护方法两个方面。

1．成孔方法墩由于其截面尺寸较大，故不能打入而只能通过在地基中成孔制作而成。

墩按成孔方法分类有钻孔墩、挖孔墩及冲孔墩三种。

钻孔墩是使用带有大型钻头的钻机在土、岩层中钻孔而成的墩．其应用较广泛。

单桩水平承载力设计值计算
1.桩的抗侧承载力：桩体在水平力作用下的抗侧承载力是通过桩的侧阻力来提供的。

单桩水平承载力设计值的计算需要根据桩的类型和侧阻力计算方法，确定桩体的抗侧承载力。

2.桩的弯矩承载力：桩体在水平力作用下会产生弯矩，因此桩的弯矩承载力也是计算单桩水平承载力设计值的重要因素之一、根据桩的截面形状和弯矩分布情况，可以计算出桩的弯矩承载力。

3.桩的面积承载力：桩体在水平力作用下还会产生竖向力，并通过桩的底部承受地基的荷载。

因此，桩的面积承载力也需要考虑在单桩水平承载力设计值的计算中。

4.桩的稳定性：桩体在水平力作用下需要保持稳定，桩的倾覆和滑移不应该发生。

因此，单桩水平承载力设计值的计算还需要考虑桩体的稳定性，确定桩的抗倾覆和抗滑移的能力。

在实际工程中，根据具体的桩体和工程条件，可以采用不同的计算方法来计算单桩水平承载力设计值。

常用的计算方法有单桩侧阻力计算法、单桩抗倾覆力计算法、桩的弯矩计算法等。

在计算过程中，还需要考虑桩的荷载组合、桩的形状尺寸、桩的材料特性等因素。

通过综合考虑这些因素，可以得出单桩水平承载力设计值，以保证桩体在水平力作用下的安全可靠性。

总之，单桩水平承载力设计值的计算是一个复杂而重要的工作。

只有通过科学合理的计算，才能保证桩体在水平力作用下的稳定和安全性。

桩基水平承载力分析孔繁力场地地勘成果场地地层上部主要由素填土组成，其下为粉质粘土、风化花岗岩。

推荐各层地基土的承载力特征值如下：①压实素填土，中密、密实。

f ak=200kPa；厚度1m①1压实素填土稍密。

f ak=120kPa；厚度0.50m①2压实素填土，松散。

f ak=80kPa；厚度0.50m②粉质粘土，可塑，f ak=160kPa；厚度3m③粉质粘土，硬塑f ak=200kPa；厚度5m④花岗岩，全风化，f ak=300kPa；厚度3m⑤花岗岩，强风化，f ak=500kPa；厚度5m⑥花岗岩，中风化，f ak=1500kPa；一、微型桩桩基水平承载力计算原则上需要进行桩基水平承载力工程桩实验，进行确定桩基水平承载力特征值。

但是，由于本课题需要进行普适性研究，所以采用规范计算法，计算确定单桩水平承载力特征值。

根据《建筑桩基技术规范》JGJ 94－2008第5.7.3条，群桩基础（不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况）的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可按下列公式确定：R h＝ηh R ha（5.7.3-1）考虑地震作用且 s a/d≤6 时：ηh＝ηiηr＋ηl（5.7.3-2）（5.7.3-3）其中，ηl——承台侧向土抗力效应系数ηr桩顶约束效应系数（桩顶嵌入承台长度 50～100mm 时），按表 5.7.3-1 取2.05表 5.7.3-1 桩顶约束效应系数ηr按9桩承台、桩距1m 考虑，n1=n2=3 沿水平荷载方向的距径比s a /d=3.333 代入后经计算，群桩效应综合系数ηh =2.089（5.7.2-1）α——桩的水平变形系数，按规范第 5.7.5 条确定（5.7.5）式中 m ——桩侧土水平抗力系数的比例系数；按100取值。

b 0——桩身的计算宽度(m)；圆形桩：当边宽 d ≤1m 时，b 0＝0.9*(1.5*d+0.5)=0.855x 0a ——桩顶（承台）的水平位移允许值，当以位移控制时，可取 x 0a ＝10mm （对水平位移敏感的结构物取 x 0a ＝6mm ）这里取10mm表 5.7.5 地基土水平抗力系数的比例系数 m 值注：1当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高（≥0.65%）时，m 值应适当降低；当预制桩的水平向位移小于 10mm 时，m 值可适当提高；2当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以 0.4 降低采用；3当地基为可液化土层时，应将表列数值乘以本规范表 5.3.12 中相应的系数ψl。

第八章：地基破坏形式和地基承载力地基破坏形式：一、地基变形三个阶段：1.弹性压密阶段，图中o-a 的段；2.塑性变形阶段，图中a-b 的段；3.破坏阶段二、地基的破坏形式1.整体剪切破坏——荷载作用下，荷载较小时，基础下形成一三角形压密区，随同基础压入土中，这时的p ～s 曲线呈直线关系，随荷载增加，压密区挤向两侧，基础边缘土中首先产生塑性区，随荷载增大，塑性区逐渐扩大、逐步形成连续的滑动面，最后滑动面贯通整个基底，并发展到地面，基底两侧土体隆起，基础下沉或倾斜而破坏。

整体剪切破坏常发生于浅埋基础下的密实砂土或密实粘土中。

2.刺入式剪切破坏——软土（松砂或软粘土）中，随荷载的增加，基础下土层发生压缩变形，基础随之下沉；荷载继续增加，基础周围的土体发生竖向剪切破坏，使基础沉入土中。

其p ～s 曲线没有明显的转折点。

3.局部剪切破坏——类似于整体剪切破坏，但土中塑性区仅发展到一定范围便停止，基础两侧的土体虽然隆起，但不如整体剪切破坏明显，常发生于中密土层中。

其p ～s 曲线也有一个转折点，但不如整体剪切破坏明显，过了转折点后，沉降较前一段明显增大，弹性阶段末期对应的基底压力记为pcr ，相当于材料力学的比例极限。

浅基础地基的临塑荷载、临界荷载一、临塑荷载、临界荷载地基中将要出现而尚未出现塑性区时的基底压力称为浅基础地基的临塑荷载，记为p cr 控制塑性区最大深度为某一定值时的基底压力。

如取塑性区的最大深度Zmax=b/4，则相对应的临界荷载记为p 1/4。

二、塑性区边界方程)2sin 2(13ααπσ⋅±⋅=o p )2sin 2(1ααπγσ⋅+⋅⋅-=d p m Zd m ⋅+⋅+γγ)2sin 2(3ααπγσ⋅-⋅⋅-=d p mp2Z b设M 点已经达到极限平衡状，则M 点处的大、小主应力应满足极限平衡关系式，将前述的大、小主应力计算式代即：求Z 的最大值 得驻点：cos2.α=sin ϕ 2α=π/2-ϕ, 令Z max =0p=p cr 。

第八章 地基承载力第一节 概述地基承受建筑物荷载的作用后，内部应力发生变化。

一方面附加应力引起地基内土体的变形，造成建筑物沉降。

另一方面，引起地基内土体的剪应力增加。

当某一点的剪应力达到土的抗剪强度时，这一点的土就处于极限平衡状态。

若土体中某一区域内各点都达到极限平衡状态，就形成极限平衡区，或称为塑性区；如荷载继续增大，地基内极限平衡区的发展范围随之不断增大，局部的塑性区发展成连续贯穿到地表的整体滑动面。

这时，基础下一部分土体将沿滑动面产生整体滑动，称为地基失去稳定。

如果这种情况发生，建筑物将发生严重的塌陷、倾倒等灾害性的破坏（图8-1）。

地基承受荷载的能力称为地基承载力。

地基承载力分为两种：一种称为极限承载力，它是指地基即将丧失稳定性时的承载力。

另一种称为容许承载力，它是指地基稳定有足够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力。

影响地基极限承载力的因素很多，它与地基土的性质以及基础的埋置深度、宽度、形状有关。

容许承载力则还与建筑物的结构特性等因素有关。

本章把地基土当成理想的弹塑性体。

当土体中应力小于破坏应力时，或者是应力状态达到极限平衡条件之前，土为线弹性体；而在达到破坏应力后，或达到极限平衡条件后，则当成理想的塑性体。

第二节 地基的变形和失稳一、临塑荷载P cr 和极限承载力P u地基从开始发生变形到失去稳定（即破坏）的发展过程，可用现场载荷试验进行研究。

由载荷试验测得的p-S 曲线可以分成顺序发生的三个阶段（图8-2a ）：即压密变形阶段（Oa ）、局部剪损阶段ab 和整体剪切破坏阶段（b 以后）。

三个阶段之间存在着两个界限荷载。

第一个界限荷载标志着地基土从压密阶段进入局部剪损阶段。

当荷载小于这一界限荷载时，地基内各点土体均未达到极限平衡状态。

当荷载大于这一界限荷载时，直接位于基础下的局部土体，通常是基础边缘下的土体，首先达到极限平衡状态，于是地基内开始出现弹性区和塑性区同时并存。

钢板桩水平承载力计算钢板桩是一种常用的基础施工工法，广泛应用于土木工程中。

在工程实践中，钢板桩的水平承载力计算是非常重要的一项内容。

本文将从理论基础、计算方法和影响因素等方面，详细介绍钢板桩水平承载力的计算。

一、理论基础钢板桩的水平承载力计算是基于土与钢板桩之间的相互作用力进行的。

土体对钢板桩的水平力主要是摩擦力和土体的抗剪强度。

根据土力学原理，钢板桩的水平承载力可以通过计算摩擦力和剪切强度来确定。

二、计算方法钢板桩的水平承载力计算可以采用经验公式或者理论计算方法。

常用的经验公式有霍布尔公式和斯卡内公式。

霍布尔公式适用于强风作用下的水平承载力计算，而斯卡内公式适用于一般情况下的水平承载力计算。

理论计算方法主要是基于土力学原理，采用弹性理论和塑性理论进行计算，可以得到较为精确的结果。

三、影响因素钢板桩的水平承载力计算受到多种因素的影响，包括桩身形状、土体性质、桩体材料等。

首先，钢板桩的形状对水平承载力有较大影响，常用的钢板桩形状有直型和Z型，其中Z型钢板桩的水平承载力较大。

其次，土体性质也是影响水平承载力的重要因素，包括土的密实度、含水量、土的剪切强度等。

最后，桩体材料的强度和刚度也会对水平承载力产生影响。

四、计算实例为了更好地理解钢板桩水平承载力的计算，我们以一个实际工程为例进行说明。

假设某工程中采用直型钢板桩，桩的宽度为600mm，长度为10m，土体的剪切强度为30kPa，摩擦系数为0.4。

根据斯卡内公式，可以计算得到该钢板桩的水平承载力为：水平承载力 = 摩擦力 + 剪切强度= 摩擦系数 × 桩周长 × 桩长度 + 土的剪切强度 × 桩宽度 × 桩长度= 0.4 × (2 × 600 + 2 × 10000) + 30 × 600 × 10000= 4800 + 18000000= 18004800 kN以上是一个简化的计算实例，实际工程中还需要考虑更多因素，并进行更为复杂的计算。