影响单桩水平承载力的主要因素
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静载一、填空题1.建筑物地基中作用有自重应力、附加应力两种应力。
2.采用工程桩作锚桩进行竖向抗压静载试验时,锚桩数量不应少于 4 根,并监测上拔量。
3.采用锚桩横梁反力平台时,锚桩的抗拔力应对地基土、抗拔钢筋、桩的接头验算。
4.基桩静压法施工有液压式、两种型式。
5.混凝土的标准养护龄期为;水泥土的标准养护龄期为。
6.复合地基面积置换率m是指复合地基中面积与面积之比。
7.水平承载力试验,当需要测量桩顶转角时,尚应在平面以上的受检桩两侧对称安装两个位移计。
8.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)划分建筑物地基基础设计等级时考虑了、规模、高度和体型;对的要求;的复杂程度;以及由于地基问题对建筑物的和正常使用可能造成影响的严重程度等因素。
9.在竖向荷载作用下地基土的变形可划分、、三个阶段。
10.采用锚桩横梁反力平台时,锚桩的抗拔力应对、、验算。
11.试验用压力表、油泵、油管在最大加载时的压力不应超过规定工作压力的。
12.深层平板载荷试验可适用于确定,及在承压板下的承载力。
13.单桩竖向抗压静载试验中,当每小时的桩顶沉降量不超过,并连续出现二次,即可判定该级荷载相对稳定。
14.单桩竖向抗压静载试验中,沉降测定平面宜在桩顶以下位置,测点应牢固地固定于桩身。
15.当采用两台及两台以上千斤顶加载时,应同步工作,且应符合下列规定:采用的千斤顶、应相同;千斤顶的应与重合。
16.压重平台反力装置,压重施加于地基的压应力不宜大于地基承载力特征值的倍,有条件时宜利用作为堆载支点。
17.单桩竖向抗压试验中,用慢速维持荷载法确定的单桩竖向抗压极限承载力比快速维持荷载法确定的值,幅度大约为。
18.单桩竖向抗压极限承载力是由、二个因素决定的。
19.单桩水平承载力试验时,位移测量的基准点设置不应受试验和其他因素的影响,基准点应设置在与作用力方向且与位移方向的试桩侧面,基准点与试桩净距不应小于倍桩径。
20.静载试验仪器设备由、、三部分组成。
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。
单桩水平承载力极限值和特征值的关系哎呀,这可是个大问题啊!单桩水平承载力极限值和特征值的关系,你说说,这俩货到底有啥关系呢?别急,听我慢慢道来。
咱们得明白什么是单桩水平承载力极限值。
简单来说,就是一根桩子能承受的最大重量。
而特征值呢,就是这个桩子的性质,比如它的长度、直径、材料等等。
那这两个家伙之间有啥关系呢?其实啊,单桩水平承载力极限值和特征值之间的关系就像是两个人的关系一样。
一个人的体重越大,他能承受的最大重量就越大;而这个人的身体特征,比如身高、体型、肌肉发达程度等等,也会影响他能承受的最大重量。
同样地,一个桩子的长度越长、直径越大、材料越好,它能承受的最大重量就越大;而这个桩子的特征,比如它是实心的还是空心的、是钢筋混凝土的还是木质的等等,也会影响它能承受的最大重量。
所以说,单桩水平承载力极限值和特征值之间的关系就像是两个人的关系一样,它们互相影响、相互作用。
如果我们想要让一个桩子承受更大的重量,就得让它变得更强壮;而如果我们想要让一个桩子变得更强壮,就得让它变得更长、更粗、更好。
当然啦,这里面还有一个重要的因素,那就是荷载。
荷载就是作用在桩子上的外力,比如地面上的压力、风的阻力等等。
如果我们想要让一个桩子承受更大的重量,就得让它能够承受更大的荷载。
而要让一个桩子能够承受更大的荷载,就得让它变得更坚固、更稳定。
总之呢,单桩水平承载力极限值和特征值之间的关系就像是两个人的关系一样,它们互相影响、相互作用。
如果我们想要让一个桩子承受更大的重量,就得让它变得更强壮;而如果我们想要让一个桩子变得更强壮,就得让它变得更长、更粗、更好。
同时呢,我们还得考虑荷载这个因素,让它能够承受更大的荷载。
好了好了,说了这么多,相信你已经对单桩水平承载力极限值和特征值之间的关系有了一个比较清晰的认识了吧?希望这篇文章能够帮助你更好地理解这个问题。
下次再见啦!。
KANGZHENYANJ IU934㊀«工程与建设»㊀2020年第34卷第5期收稿日期:2020G05G22;修改日期:2020G06G03作者简介:马㊀乾(1988-),男,安徽太和人,硕士,工程师.单桩水平承载力确定方法及抗震计算调整分析马㊀乾(中冶华天南京工程技术有限公司,江苏南京㊀210019)摘㊀要:单桩水平承载力的主要确定方法有静载荷试验和计算分析两大类.针对«建筑桩基技术规范»(J G J 94-2008)所采用的单桩水平承载力特征值的R h a 计算方法,本文重点分析了预制桩㊁钢桩㊁桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩,计算由水平位移控制并缺少水平静载试验资料情况下单桩水平承载力特征值,并提出地震作用下的单桩水平承载力特征值调整方法.关键词:单桩水平承载力;桩基水平抗震验算;抗震承载力调整系数中图分类号:T U 473.1+1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1673G5781(2020)05G0934G030㊀引㊀㊀言随着社会发展越来越快,高铁站㊁体育场馆㊁会展中心等大型公共建筑工程越建越多,由于建筑空间和建筑外观造型的需要,这类建筑的部分基础结构经常会出现较大的水平推力.同时,在一些外部环境较为苛刻的地区建设多层㊁高层以及复杂体系的建筑,例如丘陵地区,有不少建筑建于高坡上,有的建筑物的桩基会穿越高差较大的挡土墙后背的填土,对这类桩基在进行边坡稳定性分析时,还需进行桩的水平抗力计算,甚至需要考虑边坡失稳后对基桩产生的水平力,在诸如地震㊁飓风㊁边坡土压力甚至水压力等外力作用下,许多建筑的基础会因此承受较大的水平荷载,这给设计带来不少困难.当前由于场地外部环境㊁施工条件及工期要求等因素的限制,各方优先推荐使用桩基础来解决水平荷载.影响单桩水平承载力及其位移的因素很多,包括桩身截面抗弯刚度㊁结构材料强度㊁桩侧土质性质㊁桩身的入土深度㊁桩顶约束条件等.对于低配筋率(指配筋率小于0.65%)的灌注桩,通常是桩身先出现裂缝,而后断裂破坏;此时,单桩的水平承载力由桩身强度控制.对于抗弯性能较强的桩,如高配筋率(指配筋率不小于0.65%)的混凝土预制桩㊁钢桩,桩身虽没有断裂,但由于桩侧土体出现塑性隆起,或桩顶水平位移较大超过使用允许值,此时也认为桩基水平承载力达到极限状态.常见单桩水平承载力的方法主要为水平静载荷试验和计算分析2大类,国家规范以及各地方规范都首先推荐静载荷试验,当试验条件不满足时,可以通过计算分析估算基桩水平承载力.本文重点阐述二者分析方法的优缺点,并针对预制桩㊁钢桩㊁桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩,结合2019年勘察类考试案例试题计算分析单桩水平承载力特征值,以及地震作用下的单桩水平承载力特征值调整方法.1㊀单桩水平承载力的主要确定方法优缺点分析1.1㊀水平静载荷试验法优点:静载荷试验能比较真实地反映出单桩水平承载力的各项影响因素,是确定单桩水平承载力比较可靠的手段,其试验结果可以直接作为设计依据.缺点:由于试验条件和技术水平有限等因素,当前大多的试桩情况是在桩顶自由状态下进行的,桩顶没有承台嵌固也缺少竖向荷载的作用,这与建筑基桩实际使用时的状态有较大差异;而且大多数情况下,单桩水平静载荷试验时标高位置与实际桩顶标高位置有一定差距,尤其当基桩埋置较深的情况.所以单桩水平承载力试验时的状态难以反映实际使用时的工程情况.同时该方法相对耗时久㊁成本高.1.2㊀水平承载力计算分析法对于桩基水平承载力计算和设计,«建筑桩基技术规范»[1](J G J 94-2008)(以下简称桩基规范)中有较详细的规定㊁说明和计算方法.优点:在勘察报告数据充分前提下,快速计算分析确定桩基水平承载力是一般建筑桩基工程的重要手段.现行桩基规范[1]中,计算分析方法有2种.一是单桩基础,这里又分为低配筋率基桩和高配筋率基桩;二是群桩基础,计算的公式中考虑了由承台㊁桩群㊁土相互作用产生的群桩效应.这比静载荷试验的应用场景更丰富.缺点:桩基水平受荷的复杂性,决定了其水平承载力的计算公式也比较复杂,计算公式选择和应用起来也有较多限制,同时公式中各个参数的取值对计算结果都有一定影响.因此面对不同的设计场景,各参数如何合理取值成为了主要难点.桩身强度控制和桩顶水平位移控制两种工况均会受桩周土水平抗力系数的比例系数m 的影响,但是,前者呈1/5m 倍的关系,受影响较小;后者呈3/5m 倍的关系,受影响较大.与此同439KANGZHENYANJ IU㊀«工程与建设»㊀2020年第34卷第6期935㊀时,在单桩水平承载力的估算中,桩顶嵌固状态对计算结果影响很大,同1种桩型在相同的土层条件下,按规范法进行计算时,桩顶嵌固情况如由铰接改成固接,单桩水平承载力可以增加超过1倍甚至更多.实际上承台与桩顶的嵌固关系介于固接与铰接之间,使得m 值的计算范围较广,进而水平承载力计算结果不够精确,主观影响较大.1.3㊀小结按照规范要求,受水平荷载较大的设计等级为甲级㊁乙级的建筑桩基,应通过现场单桩水平承载力试验确定单桩水平承载力特征值.对于初设阶段和设计等级非甲级㊁乙级建筑桩基可通过规范所列的按桩身承载力强度控制的规范[1]式(5.7.2-1)和按桩顶水平位移控制的规范[1]式(5.7.2-2)进行计算.最后对工程桩进行静载荷试验检测.2㊀勘察类考试案例试题计算分析2.1㊀全国注册岩土案例试题一例ʌ2019年全国注册岩土工程师专业考试试题 专业案例(上午卷)ɔ24题:某高层建筑采用钢筋混凝土桩基础,桩径0.4m ,桩长12m ,桩身配筋率大于0.65%,桩周土层为黏性土,桩端持力层为粗砂,水平抗力系数的比例系数为25MN /m3,试估算单桩抗震水平承载力特征值最接近下列哪个选项?(假设桩顶自由,E I =32MN m 2,桩顶允许水平位移取10m m )A.85k N㊀㊀㊀B .105k NC .110k N㊀㊀㊀D.117k Nʌ答案ɔAʌ解析及提示ɔ根据«建筑桩基技术规范»(J G J 94-2008),5.7.6节第6条,注意配筋大于0.65%,按位移控制,公式计算是否调整1.25倍?根据第7条 应将按上述2~5款方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数1.25.计算公式是第6条,按照规范要求无需乘1.25,但最终官方答案是按照乘1.25来计算.解:d =0.4<1m ,b 0=0.9(1.5ˑd +0.5)=0.99m α=5m b 0E I=525ˑ103ˑ0.9932ˑ103=0.95m -1αh =0.95ˑ12=11.4>4,表7.2.4v x =2.441式采用独立R h a =0.75α3E I v xχo a =0.75ˑ0.953ˑ32ˑ1032.441ˑ0.01=84.3k N ,1.25R h a =105.4k N ,故选B .2.2㊀全国一级注册结构案例试题二例ʌ2019全国一级注册结构工程师专业考试试题 (下午卷)ɔ10~11题:某8度设防地震建筑,未设地下水,采用水下成孔混凝土灌注桩,如图1所示,桩径800m m ,混凝土强度等级C 40,桩长30m ,桩底端进入强风化片麻岩,桩基按位于腐蚀环境设计.基础形式采用独立桩承台,承台间设连系梁.图1㊀10.假定桩顶固结,桩身配筋率ρ=0.7%,桩身抗弯刚度4.33ˑ105k N m2,桩侧土水平抗力系数的比例系数m =4MN /m 4桩水平承载力由水平位移控制,允许位移为10m m ,试问初步设计时,按«建筑桩基技术规范»(J G J 94-2008)考虑地震作用组合的桩基单桩水平承载力特征值(k N )与下列何项数值最为接近A.161k N㊀㊀㊀B .201k NC .270k N㊀㊀㊀D.330k Nʌ答案ɔDʌ解析及提示ɔ本题重点考察规范[1]中,5.7.2第7条验算永久荷载控制的桩基的水平承载力时,应将上述2~5款方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数0.80;验算地震作用桩基的水平承载力时,宜将按上述2~5款方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数1.25. 桩规5.7.5:d =0.8<1m ,b =0.9(1.5ˑd +0.5)=1.53mαh =0.4266ˑ30=12.8>4,α=5m b 0E I=54ˑ103ˑ1.534.33ˑ105=0.4266m -1表7.2.4㊀v x =0.94R h a =0.75α3E I v xχo a =0.75ˑ0.42663ˑ4.33ˑ1050.94ˑ0.01=268.21k N ,R h a E =268.21ˑ1.25=335.26k N ,故选D .2.3㊀小结以上两题中均属于配筋率不小于0.65%的灌注桩情况,故采用5.7.2第6条计算公式:R h a =0.75α3E I v xχo a ,其地震作用桩基的水平承载力原本按照规范第7条无须乘以调整系数1.25,但是查阅上版«建筑桩基技术规范»(J G J 94-94)并对比现行规范[1]得知,新版规范中5.7.2第5条为新增,导致第6条为原规范第5条的递延,规范中 应将上述2~5款方法 内容539KANGZHENYANJ IU936㊀«工程与建设»㊀2020年第34卷第5期未更新,故采用第6条计算地震作用的桩基水平承载力后仍需乘以1.25.同时,这样的调整做法与«建筑抗震设计规范»[2](G B50011-2010)处理结果也是吻合的.延伸分析,如果题目中条件 允许水平位移为10m m 改为 地震作用下允许水平位移为10m m,此时按照现行规范[1]中5.7.2第6条计算得出的结果不需要乘1.25.考虑地震作用下的结果放大,我们不光可以认为是承载力的放大,是否可以认为是因为位移的放大进而使得计算结果的放大,3㊀总㊀㊀结(1)实际工程中在桩顶嵌固状态不明前提下,从可靠度㊁安全性的角度考虑,单桩水平承载力特征值计算建议按铰接考虑,但仍需进一步积累工程经验后明确.(2)结合规范[1]和规范[2]中有关规定,单桩水平向抗震承载力特征值,无论是低配筋率基桩还是高配筋率㊁钢制等基桩,均比非抗震设计时提高25%.(3)当依据竖向载荷完成布桩,水平承载力不满足要求时,可以采用增加基础埋深㊁增大桩径或增加桩数等措施来满足桩基水平承载要求.(4)桩基水平承载力的确定是一个非常复杂的问题,将实际工程计算分析与水平静载荷试验结合起来研究可以对规范[1]公式中各参数的取值进行修正调整,进而较准确验算出其他位置桩基水平力承载力.(5)不少国家规范标准㊁地方规范条例对桩基的水平抗震验算均有涉及,但计算方法和使用范围缺少统一明确的规定,设计时建议结合设计主体的类别选择相应的国家规范及地方规范.参考文献[1]㊀中华人民共和国建设部.建筑桩基技术规范:J G J 94-2008[S ].北京:中国建筑工业出版社,2008.[2]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑抗震设计规范:G B50011-2010[S ].北京:中国建筑工业出版社,2010.[3]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基桩检测技术规范:J G J 106-2014[S ].北京:中国建筑工业出版社,2014.[4]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范:G B50007-2011[S ].北京:中国计划出版社,2012.[5]㊀方云飞,孙宏伟,闫莹.单桩水平承载力计算方法研究与工程实例分析[J ].建筑结构,2013,43(1):95-99.[6]㊀徐枫.基于原型试验的单桩水平承载力分析[J ].岩土工程学报,2011,33(S 2):291-294.(上接第931页)㊀㊀通过以上计算分析,滑坡整体现状条件下自重工况下K 值为1.138,处于基本稳定状态;自重+暴雨工况下K 值为1.007,处于欠稳定状态[4],滑坡在这2种工况下均可能发生轻微蠕动变形.取安全系数为1.2时[2],在暴雨工况下6号块剩余下滑力为2458k N /m ,滑坡深度约11m ,设计以剩余下滑力2458k N /m 控制.建议在坡脚进行填土3~5m 反压,再设置抗滑桩,抗滑桩采用方形截面,截面尺寸3mˑ4m (沿滑坡推力方向长度为4m ),桩间距6m ,共设置24根桩,最长桩长26m ,最短桩长18m .5㊀结㊀㊀论根据以上滑坡稳定性分析可以得出以下结论:(1)该滑坡为沉降G推移式滑坡,高填路堤位于滑坡后缘,会发生沉降变形,对滑坡后缘有加载作用,将进一步加大滑坡后缘的下滑推力,对滑坡稳定性不利.(2)通过计算分析,滑坡自重工况下K 值为1.138,处于基本稳定状态,自重+暴雨工况下K 值为1.007,处于欠稳定状态在,滑坡在这2种工况下均可能发生轻微蠕动变形.稳定性计算结果与现场调查的结论基本一致,说明参数取值是基本合理的.(3)原地基处理采用碎石冲击桩,可提高地基承载力不足,但对斜坡路段的路基稳定性提高有限.(4)在拟建公路左侧,滑坡中下部部采用填土反压+抗滑桩进行支护,对滑坡起到良好的支护作用下,滑坡将逐渐稳定.参考文献[1]㊀«工程地质手册»编委会.工程地质手册[M ].4版.北京:中国建筑工业出版社,2007.[2]㊀中华人民共和国交通运输部.公路路基设计规范:J T G D 30-2015[S ].北京:人民交通出版社,2015.[3]㊀中华人民共和国国土资源部.滑坡防治工程设计与施工技术规范:D Z /T0219-2006[S ].北京:中国标准出版社,2006.[4]㊀中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.滑坡防治工程勘查规范:G B /T32864-2016[S ].北京:中国标准出版社,2017.[5]㊀尹刚.贵州省三凯高速公路南约沟滑坡处治设计[J ].西部探矿工程,2007,19(12):186-189.[6]㊀朱晓禹.贵州省都新公路改扩建工程某滑坡处治设计[J ].交通科技,2010(5):45-47.639。
第1题挤土群桩,单位工程在同一条件下,静载试验验收抽检数量不应少于总桩数的(),且不少于3根A.1%B.5%C.10%D.30%答案:A您的答案:A题目分数:4此题得分:4.0批注:第2题沉降测量所用位移传感器或百分表的分辨率应优于或等于A.0.001mmB.0.01mmC.0.1mmD.1mm答案:B您的答案:B题目分数:4此题得分:4.0批注:第3题单桩竖向抗拔静载试验,在桩身埋设应变式传感器,目的是确定桩身开裂荷载,如出现下列何种情况,则证明开始开裂?A.某一测试断面应变突然增大,相邻测试断面应变也随之增大B.某一测试断面应变突然增大,相邻测试断面应变可能变小C.??某一测试断面应变不变,相邻测试断面应变突然增大D.某一测试断面应变不变,相邻测试断面应变突然减小答案:B您的答案:B题目分数:4此题得分:4.0批注:第4题当桩受长期水平荷载作用且桩不允许开裂时,应取下列哪项作为单桩水平承载力特征值A.水平临界荷载统计值B.水平临界荷载统计值的0.75倍C.水平临界荷载统计值除以安全系数2D.?单桩的水平极限承载力除以安全系数2答案:B您的答案:B题目分数:4此题得分:4.0批注:第5题软土地区的单桩水平静载试验,当桩身折断或水平位移超过()时可终止试验A.10mmB.30mmC.40mmD.50mm答案:C您的答案:C题目分数:4此题得分:4.0批注:第6题加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击,每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的A.?5%B.?10%C.?15%D.?20%答案:B您的答案:B题目分数:4此题得分:4.0批注:第7题单桩竖向抗压静载荷试验中,按照JGJ106-2014规范进行试验,在某级荷载作用下,桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍。
但是桩顶沉降能相对稳定且总沉降量为35mm,宜加载至桩顶总沉降量超过A.0.05D(D为桩径)B.40mmC.50mmD.100mm答案:A您的答案:A题目分数:4此题得分:4.0批注:第8题单桩竖向抗压静载荷试验中,一组5根试桩,单桩极限承载力极差超过平均值的30%,经查明低值承载力并非偶然施工质量造成,则单桩竖向抗压极限承载力统计值应取A.将最高值去掉,后面4个值取平均B.?最高和最低值都去掉,取中间3个值的平均C.依次去掉高值后取平均,直至满足极差不超过30%的条件D.无法确定,应增加试桩数量答案:C您的答案:B题目分数:4此题得分:0.0批注:第9题单桩水平静载试验,单向多循环加载法,每一级恒、零载的累计持续时间为A.10minB.20minC.30minD.40min答案:C您的答案:A题目分数:4此题得分:0.0批注:第10题单桩竖向抗拔静载试验,出现下列情况时可终止加载,说法错误的是A.累计桩顶上拔量超过10mm;B.桩顶上拔荷载达到钢筋强度设计值或某根钢筋拉断;C.桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下上拔量的5倍;D.工程桩验收时,达到设计要求的最大上拔荷载值。
桩顶反力与单桩承载力关系要了解桩顶反力与单桩承载力之间的关系,我们首先得从基础说起。
桩顶反力,顾名思义,就是桩的顶端所承受的反作用力,这就像你在沙滩上挖坑,坑边的沙子会对你的手产生反作用力。
而单桩承载力,就是一个桩能承受的最大重量,这就像一个木桩能顶住多大的重量而不折断。
理解这两者的关系,就像知道了你能搬起多重的箱子后,也就明白了你得用多大的力气去搬它。
1. 桩顶反力的基本概念1.1 什么是桩顶反力?桩顶反力其实是桩基础上承受的力量的一部分。
当我们在地基上安装桩时,桩会将上方建筑物的重量传递到地基,而桩顶反力就是这股力量反向作用在桩顶的结果。
可以想象成你把一根棒子插在沙土里,然后用力往下压,这样棒子就会感受到来自沙土的反作用力,这就是桩顶反力。
总之,它是桩顶在支撑建筑物时必须抵抗的“力的回敬”。
1.2 桩顶反力与建筑物重量的关系这就像你买的冰箱越大,放在地上的压力也会变大。
建筑物的重量越重,桩顶反力也就越大。
桩顶反力和建筑物重量直接相关,换句话说,重的东西需要更强的桩顶反力来支撑。
这里的道理很简单:重的东西自然要找更结实的地基来托底。
这样一来,桩就需要承受更大的反作用力,就好比你的腰得更加用劲才能撑起那个大家伙。
2. 单桩承载力的基本概念2.1 单桩承载力是什么?单桩承载力就是单个桩可以承受的最大负荷,也就是它的极限承载能力。
这好比你搬东西时,能搬多少就是多少。
如果超出了这个承载力,桩就可能会“打退堂鼓”,出现沉降或者破坏。
简单来说,单桩承载力就像是桩的“极限耐受值”,它告诉我们桩能顶住多重的压力。
2.2 影响单桩承载力的因素影响单桩承载力的因素有很多,就像做菜时,调料的种类和量都会影响最终的味道。
桩的承载力受多种因素影响,比如土壤的性质、桩的材质以及施工质量等。
土壤的坚硬程度就像是地基的“底子”,它决定了桩能承受多大的力。
如果土壤很软,桩的承载力自然会下降;如果土壤坚硬,那么桩就可以承受更大的重量。
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。
单桩水平承载力计算1.侧向承载力计算:侧向承载力是指单桩在水平方向受到的外力作用下的抵抗能力,主要取决于桩身侧向土体的强度和桩身变形能力。
侧向承载力可以通过静载试验或者动态试验来获得。
静载试验法中常用的方法有高斯法和禧方法。
其中,高斯法是国际上普遍采用的一种方法。
该方法首先根据静载试验的数据绘制荷载和沉降曲线,然后根据岩土力学理论对试验数据进行分析,计算出桩的侧向承载力。
计算桩侧向承载力的基本公式可用以下公式表示:Qs = γzd · Ws + ξ · Qu其中,Qs表示桩的侧向承载力,γzd表示地面垂直应力,Ws表示桩侧面积,ξ表示桩侧摩擦力的折减系数,Qu表示桩顶部的抗拔力。
2.摩擦阻力计算:摩擦阻力是指单桩与土体之间的摩擦力,它主要由桩侧面土与桩基之间的相互作用所引起。
桩身的变形不会明显改变桩底土的水平应力分布,因此,侧摩擦力的分布可认为是均匀的。
摩擦阻力的计算可采用以下公式:Qr = π · L · D · γzr其中,Qr表示摩擦阻力,L表示桩的长度,D表示桩的直径,γzr表示桩基周边土的垂直应力。
通过以上的公式可以计算出单桩的侧向承载力和摩擦阻力,并将两者相加得到单桩的水平承载力。
需要注意的是,以上的公式只是一种基本的计算方法,实际工程中还需要考虑其他因素,如土体性质的变化、荷载的作用方式等。
因此,在实际应用中,还需要根据具体情况进行修正。
此外,为了提高单桩水平承载力的计算精度,可以采用数值模拟的方法,如有限元方法等。
这种方法可以将桩的具体形状和土体的力学性质进行建模,并考虑复杂的荷载条件和土体的非线性特性,从而得到更准确的计算结果。
桩基一般都承受有竖向荷载、水平荷载和力矩的作用,因此在设计中除了要考虑
其竖向承载力之外,还必须考虑其承受水平荷载的能力。与单桩竖向承载力相比,
单桩水平承载力问题显得更为复杂。影响单桩水平承载力的因素很多,包括桩的
截面刚度、材料强度、桩侧土质条件、桩的入土深度以及桩顶约束情况等。
(一)桩身强度和刚度桩的直径愈大,桩身材料强度愈高(如桩身为高强度混凝
土或钢材等),桩身的抗弯刚度则愈高其抵抗水平荷载的能力就愈强。对于抗弯
性能差的桩,其水平承载能力由桩身强度控制,如低配筋率的灌注桩通常是桩身
首先出现裂缝,然后断裂破坏;而对于抗弯性能好的桩,如钢筋混凝土预制桩和
钢桩,在水平荷载作用下,桩身虽然未断裂,但当桩侧土体显著隆起,或桩顶水
平位移大大超过上部结构的允许值时,也应该认为桩已达到水平承载力的极限状
态。
(二)桩侧土质条件桩侧土质愈好,其水平抗力愈大,或地基上水平抗力系数愈
大,桩的水平承载能力就愈高,尤其是桩侧表层土(3~4倍桩径范围内)的承载
能力极大地影响桩身的水平承载力。因此,当表层土较差时,一般应采取回填碎
石潘实等改良加固表层土的方案进行处理,可较大地提高桩身的水平承载力。
(三)桩顶约束条件地基土的水平抗力系数随桩身水平位移的增大呈指数衰减。
因此,对桩顶水平位移的约束愈好,则桩侧土的水平抗力愈大。建筑桩基桩顶与
承台连接的实际工作状态介于刚接与铰接之间,这是由于桩顶嵌入承台长度较短
(5~10cm),承台混凝土为二次浇注,桩顶主筋锚入承台为30dg,在较小水平
力作用下桩顶周边混凝土出现塑变,形成传递剪力和部分弯矩的非完全嵌固状
态,其既能减少桩顶位移(相对于桩顶自由情况),又能降低桩顶约束弯矩(相
对于完全嵌固情况),重新分配桩身弯矩。
(四)桩的入土深度随着桩的入土深度增大,桩侧土将获得足够的嵌固作用,使
地面位移趋于最小。当桩的入土深的较小时,桩侧土嵌固作用不足,地面位移很
可能大到为上部结构所不容许,同时桩底也有相当大的力矩和位移,而要求桩底
土对其有足够的嵌固能力。但当桩的入土深度达到一定值(无量钢深度为4.0/a),
再增加桩的入土深度,对桩的水平承载力不再起作用。因此,在工程中无限地利
用增加桩的入土深度来提高基桩的水平承载力是步可取的。由于桩与桩之间的相
互影响,或动荷载和循环荷载的作用,也将导致地基的水平抗力系数减小,使桩
的水平承载力降低。此外,通过设置连系梁(或地梁),采用刚度较大的承台,
设置斜桩,保证桩接头的刚度等构造措施,亦可使桩的水平承载力得以较大地改
善。