桩基水平承载力
桩基水平承载力分析
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。
桩的水平承载力作用机理分析
桩的水平承载力作用机理分析桩的水平承载力是指桩在水平力作用下所能承受的最大力。
在进行桩基础设计时，必须对桩的水平承载力进行合理的分析和计算。
桩的水平承载力主要受到以下几个因素的影响：桩身的摩擦阻力、桩底锚固阻力、桩身附加阻力、土体的侧阻力以及桩体的变形等。
一、桩身的摩擦阻力桩身的摩擦阻力是指由于土体对桩身产生的摩擦力，使得桩能够通过摩擦力来承受水平载荷。
桩身的摩擦阻力与桩身表面积、土体性质、土体与桩身接触面积、土体固结程度等因素相关。
积极利用土体与桩身之间的摩擦力是提高桩的水平承载力的有效途径。
二、桩底锚固阻力桩底锚固阻力是指桩底部分的锚固效应所产生的阻力。
当桩底部位于坚固土层或者利用人工锚固等方式固定桩底时，可通过桩底锚固阻力来增大桩的水平承载力。
桩底锚固阻力的大小受到桩底面积、土体性质、锚固方式等因素的影响。
三、桩身附加阻力桩身附加阻力是指由于桩身相对土体的相互作用形成的附加阻力。
当桩身与土体之间存在着相对滑移或者相对位移时，土体与桩身之间会产生附加阻力。
桩身附加阻力的大小与土体性质、土体与桩身之间的相对位移或滑移程度有关。
四、土体的侧阻力土体的侧阻力是指土体对桩身的侧向约束产生的阻力。
当水平荷载作用在桩身上时，土体对桩身会产生侧向约束，从而形成土体的侧阻力。
土体的侧阻力与土体的性质、土体与桩身之间的摩擦力、桩身直径等因素有关。
五、桩体的变形桩体的变形也会影响桩的水平承载力。
当桩受到水平荷载作用时，桩会产生一定的变形，其变形程度受到桩身材料的性质、桩身形状、土体性质等因素的影响。
桩体的变形会引起桩与土体之间的附加阻力，从而增加桩的水平承载力。
总结起来，桩的水平承载力主要受到桩身的摩擦阻力、桩底锚固阻力、桩身附加阻力、土体的侧阻力以及桩体的变形等因素的影响。
需要综合考虑这些因素，并通过合理的计算方法对桩的水平承载力进行分析，以确保桩在水平载荷下的稳定性和安全性。
桩基础水平承载力的概念及计算方法
桩基础水平承载力的概念及计算方法
计算桩基础水平承载力的方法有很多种，其中常用的有动力触探法和
静载试验法。
动力触探法是通过在地面上利用锤击力和桩周土体的反应力来获取桩
基础水平承载力。
具体步骤如下：
1.在距离桩基础位置一定距离的地面上，设立一个与桩平行的触探点。
2.用一根标准试验杆在触探点上进行锤击，测量锤击时试验杆的侵入
深度，并记录锤击杆的质量、锤头的质量以及锤击时的下落高度。
3.通过试验杆侵入深度和试验杆的土壤类别（根据试验杆在不同土层
中的侵入速度判断）来确定土壤的力学特性。
4.根据土壤的力学特性和地面反应力，计算桩基础水平承载力。
静载试验法是通过在已经完成的桩基础上施加水平荷载，并进行荷载
与位移的测量来计算桩基础水平承载力。
具体步骤如下：
1.安装测量设备，包括荷载计和位移计。
2.施加水平荷载，并记录荷载与位移的变化。
3.根据施加的荷载和位移数据，绘制荷载-位移曲线。
4.通过荷载-位移曲线的形状和荷载的变化，计算桩基础水平承载力。
无论是动力触探法还是静载试验法，计算桩基础水平承载力都需要考
虑土壤的力学参数和桩的几何尺寸。
土壤的力学参数可以通过室内试验或
者现场试验来测定，如剪切强度和压缩模量等。
桩的几何尺寸包括桩的形状、直径和长度等。
需要注意的是，动力触探法和静载试验法只能计算桩的垂直承载力，对于水平承载力的计算只能提供参考值。
因此，在实际工程中，还需要根据具体情况综合考虑各种因素，如土壤的力学特性、桩的类型和设计要求等，进行合理的安全系数选取，以保证桩基础的安全可靠。
管桩水平承载力计算
管桩水平承载力计算桩水平承载力是指桩的抗侧力能力，是桩基础设计和施工中需要重点考虑的一个指标。
桩水平承载力的计算方法有很多种，常见的有静力分析法、动力分析法、试验法等。
下面主要介绍静力分析法和动力分析法两种计算方法。
一、静力分析法：静力分析法是通过土力学原理，根据土体的力学性质，计算桩在侧向荷载作用下的水平承载力。
主要包括刚度方法和土压力分布法两种计算方法。
1.刚度方法：刚度方法是根据桩与土体之间的刚度差异来计算桩的水平承载力，常用的有极限平衡法、有限差分法、有限元法等。
其中，基于极限平衡法的计算比较常见，步骤如下：(1)假设桩的侧向土壁是铰接的，即桩与土壁之间无摩擦力，土壁不发生变形；(2)假设土体的应力及变形分布满足柯西弹性体的假设；(3)根据桩与土体之间的刚度差异，可以得出桩的水平承载力。
2.土压力分布法：土压力分布法是根据土的压力与位移的关系，计算桩的水平承载力。
常用的计算方法有半解析法和数值方法等。
步骤如下：(1)假设桩的侧向土壁满足弹性理论；(2)根据桩与土体之间的弹性特性，建立土压力与位移的关系；(3)通过求解土压力与位移的方程，可以得出桩的水平承载力。
二、动力分析法：动力分析法是通过桩的震动响应来计算桩的水平承载力，主要包括共振振动法和波动等分析法两种计算方法。
1.共振振动法：共振振动法利用地震波或振动源作用下，桩在共振状态下的位移与力的关系，计算桩的水平承载力。
常用的计算方法有共振理论和能量耗散法等。
步骤如下：(1)假设桩在共振状态下，即地震波或振动源与桩的共振频率相等；(2)根据桩的动力响应，计算桩的位移与力的关系；(3)通过求解共振频率与位移的方程，可以得出桩的水平承载力。
2.波动等分析法：波动等分析法是通过桩在地震波或振动源作用下的波动等传播过程，计算桩的水平承载力。
常用的计算方法有单桩法和双桩法等。
步骤如下：(1)假设桩与土体之间的相互作用满足弹性理论，桩与土体之间的刚度满足一定的关系；(2)根据桩与土体之间的动力特性，建立桩的动力方程；(3)通过求解动力方程，可以得出桩的水平承载力。
桩基水平承载力计算方法
等一 ｌ ｙ
＝
ｙ ｌ 。 ＝ 。
桩一 土 交 界 处 的转 角 为 式 （ ６ ）：
式 中， 土 反力模 量利 用 下式 （ ２ ）
ｃ法 、 Ｋ法 和 张 有龄 法 等 ， 但 是这 些方 进行计 算 ：
法 都 是 利 用 某 一 个 参 数 来 反 应 桩 基 与
适 用 范 围广 泛 。高 桩 码 头 的 桩 基 通 常 １ ． 方 法 简介
不 仅 需 要 承 受 自重 、 货 物 堆载 等 垂直
双参数 法是 一种利用两个 待定参 选 ， 可以确定合理值 ， 从而使得上述计
荷载 ， 还 需 要 承 受 波 浪 、潮 汐 等 海 岸 数 计 算 桩 基 荷 载 的 方 法 ， 它能够相 对 算结果与实测值较 好吻合。 水 文 动 力 因素 的 荷 载 影 响 ， 从 而 受 到 单 参 数 法 更 为 全 面 地 考 虑 桩 基 与 土 体
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桩 基 收 到 重 复荷 载 或 者循 环 荷 载 的作 两 个 参 数 的取 值 由桩 基 自身 的 材 质 、 用， 对 桩 基 的水 平 承 载 力进 行 分 析 ， 讨 所受荷载 的类型 及 大小 、 桩 身 的 形 状
水平 方 向的荷 载影 响 。 甚 至 在 水 平 荷
假 设 桩 土相 对 柔 度 系 数 根 据 下 式 （ ４ ） 进行确定 ：
桩基础水平承载力的概念及计算方法(五)
桩基础水平承载力的概念及计算方法(五)澳门特别行政区某住宅公屋项目，由1栋34层高塔楼、4层裙房及塔楼局部地下空间组成，局部地下空间为深埋主缆，埋深为6.0m；其余为浅埋承台及地梁，其埋深为1.6m~2.6m。
塔楼为带梁式转换层剪力墙结构，裙楼为框架剪力墙结构中，勘察报告将地层从上而下划分为5层，分别是填土层、上层海相沉积层、冲积层、下层海相沉积层及基岩三层，主要由淤泥（mud）、砂土（Sand）、黏土（Clay）、完全风化花岗岩（C.D.G）以及中会风化花岗岩（M.D.G）、微风化花岗岩（S.D.G）等岩土层组成。
建筑物不设整体地下室，设计采用在塔楼中部设置平面尺寸为31.7m×27.6m的地下室，其承台埋深为6.0m；五桩沉箱及基桩数大于5的承台埋深为2.4m；其余承台埋深为1.9m；承台间设置基础梁及地面结构层，地梁埋深1.6m，地面层板厚度为250mm。
桩基设计为直径Φ610mm进度表预钻孔工字钢水泥浆灌注桩，桩隔墙端进入中风化或微风化花岗岩层，单桩竖向沃尔穆特征值为4900kN，单桩水平承载力特征值为100kN，桩基平面布置见图1。
该工程水平很大风荷载关键作用较大，由于东西两侧高层柱廊下无东西地下室，设计采用粉喷水泥土桩对周围地基土进行加固，并在场地四周设置永久钢板桩，地基修复深度拟定为6m，以满足基桩水平承载力要求。
为可以有效传递结构劳动生产率力，基础梁与地面层结构应有足够的厚度及刚度，使得建筑物各承台短期内可想像成整体，以有效递送水平作用，降低基底应力和建筑物的建筑物水平位移。
另外，为保证蒙孔图填土对基础的埋置约束作用，承台施工完毕后，应及时进行回填工作，承台周围回填土应均匀自上而下夯实，以保证回填土与外围土体紧密基础，能有效传递水平力。
根据以上条件，对该工程在水平风荷载下的基础水平承载力进行验算，验算按照《建筑桩基技术规范》JGJ94-2021中5.7节相关新规定进行计算，并在考虑承台（含地下墙体）-桩-土共同作用下进行分析，计算其在水平风载作用下桩基承台位移、桩身内力等。
桩基水平承载力分析
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。
桩基础水平承载力的概念及计算方法(一)
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。
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1.0 设计条件 :
2 )2 )-1)桩身混凝土抗拉强度设计值, f t :桩身最大弯矩系数, νM :桩顶水平位移系数, νx :
沿水平荷载方向每排桩中的桩数, n 1:垂直水平荷载方向每排桩中的桩数, n 2:总桩数, n :
4 )承台宽度, B c :
承台受侧向土压力一边之计算宽度, B 'c :承台高度, h c :承台总面积, A :
2)桩身截面面积, A ps :
2)地基承载力特征值之加权平均值(<0.5B c ), f ak :2.0 设计规范 :
A. 建筑地基基础设计规范, GB 50007-2002
B. 建筑抗震设计规范, GB 50011-2001
C. 建筑桩基技术规范, JGJ 94-2008
3.0 荷重资料 :
桩顶之竖向力, N :
承台底地基土分担的竖向总荷载标准值, P c :
单桩水平极限承载力
钢筋弹性模量, E s :
桩直径, d :
扣除保护层厚度之桩直径, d 0:桩身配筋率, ρg :混凝土弹性模量, E c :地基水平抗力系数之比例系数, m :钢筋与混凝土弹性模量比值,αE :桩之水平变形系数,α:
桩身之计算宽度, b 0:
桩顶允许水平位移, x 0a :桩顶竖向力影响系数,ζN :承台底与基础间之摩擦系数,μ:樁頂約束效應係數, ηr :
4.0 单桩基础桩基水平承载力 :
4.1 桩身换算截面受拉边缘之截面模量:
0.0546 (m 3)
4.2 桩身抗弯刚度, EI :
EI ＝0.85×E c ×I 0＝0.85×E c ×(W 0×d 0/2)＝487569.41(kN-m 2)
4.3 桩身换算截面积, A n :
A n ＝π × d 2 × [1＋(αE －1) × ρg ]/4＝
0.531(m 2)
4.4 单桩水平承载力特征值, R ha : (桩身配筋率<0.0065) 压力取正值拉力取负值
8.21(kN)
R ha ＝0.75 × (α3 × E × I /νx ) × x 0a ＝142.27
(kN)5.0 群桩基础桩基水平承载力 :
5.1 桩之相互影响效应系数, ηi :
1.03
5.2 承台侧向土压力效应系数, ηl :
0.000164
5.3 承台底摩阻效应系数, ηb :
5.3.1 桩身配筋率 < 0.0065
5.745
5.3.2 桩身配筋率 > 0.0065
0.331
5.4 群桩效应综何系数, ηh :
ηh ＝ηi ×ηr ＋ηl ＋ηb ＝ 2.45
5.5 群桩基础之基桩水平承载力特征值, R h :
W 0＝π × d ×[d 2 ＋ 2 × (αE －1) × ρg × d 02] / 32＝4.5 单桩水平承载力特征值, R ha : (桩身配筋率>0.0065)
=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛±+=
n t m N g M
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W f R γζρναγ1)2225.1(75.00
=++=+9
.110.015.0)(2145
.0015.02n n d S n a i η=⨯⨯⨯⨯⨯=ha
c
c a l R n n h B x m 212
'02η=⨯⨯⨯=
ha
c
b R n n P 21μη=⨯⨯⨯=
ha
c
b R n n P 21μη
5.5.1 群桩基础之基桩水平承载力特征值, R h:
R h＝ηh ×R ha＝348.46(kN)
5.5.2 群桩基础之基桩水平承载力特征值, R h: (考虑地震作用且s a/d ≦ 6)
ηh＝ηi×ηr＋ηl＝ 2.12
R h＝ηh ×R ha＝301.31(kN)。