003水平荷载下桩基的承载力和变形

精选全文完整版（可编辑修改）8.5 桩的水平承载力与位移建筑工程中的桩基础大多以承受竖向荷载为主，但在风荷载，地震荷载，机械制动荷载或土压力、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之外，还必须对桩基的水平荷载进行验算。

8.5.1 水平荷载下基础的受力特性在水平荷载和弯矩的作用下，桩身产生挠曲变形，并挤压桩侧土体，土体对桩侧产生水平抗力，而桩周土体水平抗力的大小则控制着竖直桩的水平承载力，起大小和分布与桩的变形、土质条件以及桩的入土深度等因素有关。

在出现破坏以前，桩身的水平位移与土的变形是协调的，相应地，桩身产生内里。

随着内里与位移的增大，对于低配筋率的灌注桩而言，通常桩身首先出现裂缝，然后断裂破坏；对于抗弯性能好的混凝土预制桩，桩身虽未断裂，但桩侧土体明显的开裂与隆起，桩的水平位移将超出建筑物的容许变形值，使桩处于破坏状态。

影响桩水平承载力的因素很多，但桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入土深度、间距、桩顶嵌固程度以及土质条件以及上部结构的水平位移容许值等。

实践证明，桩的水平承载力远比竖向承载力要低。

桩的刚度与入土深度不同，其受力及破坏状态也不同。

根据桩的无量纲入土深度αh（α为桩的水平变形系数，见式（8.28）），通常可将桩分为刚性桩（αh ≤2.5）和柔性桩（αh≥2.5）。

刚性桩入土较浅，而表层土的性质一般较差，桩的刚度远大于土层强度，桩周土体的水平抗力较低，水平荷载作用下整个桩身易被推倒或发生倾斜（图8.15（a）），故桩的水平承载力主要由桩的水平位移和桩身倾斜控制。

桩的入土深度愈大，土的水平抗力也就愈大。

柔性桩为细长的杆件，在水平荷载作用下，将想成一段嵌固的地基梁，桩的变形如图8.15（b）所示。

如果水平荷载过大，桩身土中某处将产生较大的弯矩值而出现桩身屈服。

因此，桩的水平承载力将由桩身水平位移和最大弯矩值所控制。

确定单桩水平承载力的方法，以水平静载荷试验最能反映实际情况，所得到的承载力和地基土的水平抗力系数最符合实际情况，若预先埋设量测元件，还能放映出加荷过程中桩身截面的内里与位移。

桩基础水平承载力的概念及计算方法(二)群桩中基桩表现出与单桩承载特性明显不同，群桩水平承载力会受到更多因素影响。

现行的相关规范新规定，在进行群桩基础水平承载设计时应考虑群桩集合效应问题。

大量研究试验表明，桩径、桩数、桩距、桩的布置方式、地基土性质等都是都影响群桩发展水平承载力的主要原因，悬臂此外桩与承台连接的约束嵌固作用、承台底与地基土的摩擦作用以及承台侧面正向土抗力作用等也影响群桩水平承载力。

本节主要结合既往试验资料分析群桩效应问题，水平荷载下的群桩效应主要表现在以下几方面：1、桩与桩的相互影响效应（1）桩的相互影响导致地基管理水平反力系数降低由于群桩中桩与桩之间的相互影响，产生了土中的应力重叠现象，主要表现次要为地基水平反力系数降低，从而引起群桩的升高水平位移增大，水平承载力降低。

桩距越小，桩数越多，桩与桩的相互干涉影响越显著，群桩效应也越明显。

这种距的影响沿荷载方向远大于垂直于荷载方向。

在考虑桩的相互影响方式上才上，大部分国家主要通过对桩侧土水平反力系数的降低对数考虑桩与桩的相互影响，并且给出了产生群桩效应的临界桩距。

如日本铁道总合技术研究所（2000），铁道构造物等设计标准、同解说（基础结构物、抗土压结构物）（简称JNR，2000）中规定，考虑群桩效应，群桩之水平地基反力系数需进行折减。

《港口工程桩基完善》JTS167-4-2021中对按群桩设计的全直径桩基，在而非往复水平力作用下，可按水平地基反力系数折减后的单桩设计，其折减系数按下表取值。

kN为采用NL法的单桩水平地基反力系数，m为采用m法的单桩水平地基比率反力系数随深度线性增加的比例系数。

其单桩最小间距有关规定为6D~8D。

《公路桥涵地基基础设计规范》JTGD63-2007考虑在水平外力作用平面内有数排桩时，前后排桩将产生相互遮挡作用，各桩间的受力将会产生影响，因而更进一步提出了各桩间的相互影响k，即通过对桩计算宽度的修正来进一步考虑桩间相互影响系数，并新规定对单排桩或L1（平行于受力方向的桩间净距）＜0.6h1（桩的计算埋入深度h1=3（d+1））时，对其计算宽度的折减系数为加拿大方法论工程手册（CanadianGeotechnicalSociety，1978）及AASHTO（1996）公路铁路桥标准规范中均规定，水平力沿桩排列方向，桩中心距为8D时其群桩效应为1.0，即地基土水平反力系数不予折减，而桩中心距为3D时其群桩效应为0.25，即地基土水平反力系数折减为原来的0.25，水平力沿垂直两条道路排列方向时，桩中心距为2.5D时可不考虑群桩效应。

基桩水平承载力静载试验及变形分析探讨【摘要】在高耸建筑、设备基础或其他安全等级要求较高的工程中，基桩的水平承载力尤为重要，工程设计及验收时需要通过水平静载试验来确定其水平承载力，并分析桩基的受力和变形，本文通过结合珠海市某化工厂反应塔的工程实例详细分析桩身在水平静载的作用下的弯矩、挠度及变形，为该类型桩基础的设计和施工提出参考性建议。

【关键词】基桩水平承载力；桩身水平变形；基桩水平静载试验0引言基桩承载力分为竖向抗压承载力、竖向抗拔承载力及水平承载力，其中水平承载力受影响因素最多、桩—土受力分析模型尤为复杂。

近年来，工程技术人员对水平荷载作用下桩基受力特性进行了大量探索，从中总结出了水平承载桩的作用原理以及其受力特性，为桩基在工程中的应用奠定了基础。

目前，获取桩基水平承载力的方法主要有P-y 曲线法和弹性地基反力法。

弹性地基反力法是将桩基周边土作为弹性体，通过梁的弯曲理论求出土抗力，假设土抗力仅与深度和桩的挠度有关系。

P-y曲线法考虑了桩基土的非线性和塑性影响，适用于大小位移以及静、动荷载等情况，是目前应用最为广泛的一种方法。

本文通过分析了珠海市某化工厂反应塔的水平静载试验资料，介绍钢筋计测试桩身的弯矩、转角及挠度沿桩身深度分布的方法。

根据测试结果获得桩身弯矩分布，从而确定桩身的挠度和转角的分布。

1、工程概况该工程是约25米高的化学反应塔，考虑到是岩海地区可能遭受台风影响且化学反应塔属于高耸物体、反应塔自身危险性较大，所以基础采用钻孔灌注桩，桩长约为 16-22 m，直径800，钢筋笼主筋采用Φ25、HRB400的钢材，设计混凝土强度等级为C30。

初步设计总桩数约620根，在正式施工前制作9根试验桩分别用于抗压、抗拔和水平承载力试验。

工程建设方提供的地质资料显示场地内60m的勘探深度内土体是由黏土、粉土和砾土等冲积、沉积形成，详细参数见表1中。

2、试验加载方法试验以广东省地方标准《建筑地基基础检测技术规范》DBJ15-60-2008为标准进行测试，最大荷载为 150kN。

桩基础水平承载力的概念及计算方法(一)对于承受水平荷载显著的建（构）筑物，根据其受荷方式的不同大致方式分为几类：一类是以长期水平荷载为主九种的构筑物，例如挡土墙、拱结构、堆载场地等构筑物桩基受到年力的高度力；另一类是以周期荷载或循环荷载为主的建筑物，例如地震或风产生的建（构）筑物水平力、吊车等产生的制动力、海洋客户端平台工程或岸边工程等波浪产生的水平力。

对于一般建筑物，当水平荷载较大且桩基埋深此时较浅时，人体工学桩基的水平承载力设计应成为重点。

本文章主要考虑单桩水平承载力的问题。

单桩在水平荷载下的承载特性是指桩顶在水平荷载下产生水平位移和转角，桩身出现弯曲应力、桩前应力受侧向挤压，产生危急情况桩身结构和地基的破坏情况。

影响单桩水平承载力和位移的因素包括桩身截面抗弯刚度、材料强度、桩侧土质条件、桩身入土深度、桩顶约束条件等。

根据水平力作用下单桩的承载变形性状，可将桩分为刚性桩、半刚性桩、柔性桩。

1.1.1水平受荷单桩的破坏机理研究单桩在低水平荷载区域时基本表现为由线性到非线性区段的过渡过程，在达到极限荷载后，即使不继续增加主梁，水平位移也会急剧增加，会出现水平荷载下降经常出现的特征，即到达了极限状态。

这种单桩水平承载的非线性物理性质是随着水平位移化学成分的增大，不仅会和桩周边地基的非线性特性一起从地表面延伸到地基深部产生渐进性破坏，还会相继出现处于稳定性状态桩体向出现塑性铰转化的情况，见图1.1.1-1。

图1.1.1-1单桩桩顶水平荷载-水平位移关系（引自《大韩民国建筑基础结构设计建筑指南》）在桩身结构出现破坏到形成极限状态时，此种破坏情况一般包含条件两种情况：①地基土在桩长范围内产生破坏的情况；②桩头固定时，桩顶和桩身地下部分形成两个塑性铰（桩头自由而地下部分为铰）的状态，并且这两个断面间的地基土也有发生破坏的情况。

总的说来，单桩水平承载力主要是由桩身抗弯能力和桩侧土强度（稳定性）控制。

对于低配筋率灌注桩，通常是由桩身先出现裂缝，随后断裂破坏；此时，单桩水平气压承载力由桩身强度控制。