地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力

H0
x
Kx=cz0.5
（d）”c值” 法
.
水平荷载下桩内力及位移理论分析—m法
2.计算参数 （1）桩的截面计算宽度b0为：
b1 kfk 1fd .5 10d .5
d＞ 1m d1m
Kf—桩的形状系数，圆形桩Kf=0.9，方形桩Kf=1.0； d—桩的直径，方形截面时为桩的边长。
.
（2）钢筋混凝土桩的抗弯刚度EI=0.85EcI0 （3）抗力系数Kh =mz中的m值，宜采用试验值，无试验资料时，参考表4-6。桩 侧为多层土时，按hm=2(d+1)范围内m值得加权平均值。例如：两层土时：
图4-23 地基水平抗力系数的分布图式
.
①常数法：常数法假定地基系数Kx沿深度为均匀分布，不随深度而变化，即 Kx＝Kh，(kN／m3)为常数。
H0
x
t
Kx=kh （a）常数法
.
②“K”法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处以上地基系数Kh随深度增 加呈凹形抛物线变化；该点以下，地基系数Kh不再随深度变化而为常数Kh＝K 。
.
3. 终止加载条件 （1）桩身折断。 （2）桩顶水平位移超过30--40mm（软土取40mm）。 （3）桩侧地面出现明显裂缝或隆起。 （4）所加水平荷载已超过按下述方法确定的极限荷载。
.
4. 试验资料整理 根据试验可绘制出如下四种曲线 5. 确定水平临界荷载Hcr和极限荷 载Hu
图4-26 水平静载试验H0-t-x0曲线
.
（4）当缺少试验资料，可估算桩身配筋率小于0.65%的灌注桩单桩水平承载 力特征值。
R ha m fm tW 01.2 522 g 1m fN tN A n
W 0 3d2 d22E1gd0 2
.
（4）当缺少试验资料，可估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65%的灌注 桩等的单桩水平承载力特征值。
.
桩基变形容许值
变形特征
容许值
砌体承重结构基础的局部倾斜
0.002
工业与民用建筑相邻柱基的沉降差
（1）框架结构 （2）砖石墙填充的边排柱 （3）当基础不均匀沉降是不产生 附加应力的结构
0.002l0 0.007l0 0.005l0
单层排架结构（柱距为6m）柱基的
120
沉降量（mm）
.
4.4.1 单桩沉降的计算
在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成：
（1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；
（2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角，
致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降；
（3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。
.
目前单桩沉降计算方法主要有下述几种：
（1）荷载传递分析法；
（2）弹性理论法
（3）剪切变形传递法：
.
4.6 桩的水平承载力 桩基受水平荷载：风荷载地震作用、机械制动力、土压力、水压力、波浪 、撞击等。 桩型：斜桩、竖直桩。 当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5度时，竖直桩的水平 承载力可以满足要求。
.
4.6.1 水平荷载下桩的工作性状
H0
H0
桩在水平荷载下承载能力极限状态：
（1）桩身在水平荷载下破坏。
.
确定桩身最大弯矩截面系数CⅠ及最大弯矩系数CⅡ
表4-7
h z
CI
0.0
∞
CII 1.00
0.5
5.539
1.057
1.0
0.824
1.728
1.8
-0.665
-0.53
4.0
-0.045
-0.011
一般当桩的入土深度达到4.0/α时，桩身的内力及位移几乎为零，在此深度以下 ，桩身只需按构造配筋或不配筋。
（3）桩身最大弯矩及位置 根据最大弯矩截面剪力为零的条件得到。计算步骤如下： 1、计算CⅠ=αM/H0，查表4-7确定有关参数：
换 算 深 度 h 和 最 大 弯 矩 系 数 C M
2、计算最大弯度 矩为 截： 面 ０＝ｚ 深 h
3、计算桩身最： 大M弯 max矩 CⅡ 为 M0
表4-7时按l≥4.0/α编制，当l＜4.0/α时，可查有关设计手册。
N0 H0
M0
x
承台底面
EIdd4zx4 5zx0
z
其中： 5 mb1 为桩的水平变1形 /m ） 系。 数（
EI
.
EIdd4zx4 5zx0 其 中：5 mb1
EI
为 桩 的 水 平 变1形/m） 系。 数 （
采用幂级数对上式进行求解，得出桩身z处的内力与位移：
位移：
xz
H0 3 EI
A
x
M0 2 EI
（2）桩顶水平位移超过建筑物允许变形值。
(a)
(b)
桩水平受荷示意
.
影响桩基水平承载力因素： 桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入土深度、间距
H0
H0
、桩顶嵌固程度、土质条件、上部结构水平位移允
许值。
桩的刚度与换算深度的影响 h h
hh2.5称为刚性桩。
刚性桩：桩的水平承载力主要由桩的水平位移和倾斜控 制。（图（）） 水平变形系数，其单位是1/m。
.
4.5.2 负摩擦力的计算
l 负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一 部分
l 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻 力,
l 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相 对位移量和方向
.
Qn Qn-Qs Qs
Nl=Q+(Qn-Qs)
单桩产生负摩阻力时的荷载传递 O1—中性点 Qn—下拉荷载
.
（1）中性点的位置 影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水、浸水等）变化有关 。
各类桩的桩顶水平位移系数
αh
桩端置于土中 桩端嵌固在基岩中
Ax
Bx
Ax
Bx
2.4
3.526 2.327 2.240 1.586
2.6
3.163 2.048 2.330 1.596
2.8
2.905 1.869 2.371 1.593
3.0
2.727 1.758 2.385 1.586
3.5
2.502 1.64. 1 2.389 1.584
H0
H0
(a)
(b)
桩水平受荷示意
.
4.6.2 水平受荷弹性桩的计算
1.基本假定
H0
线弹性地基反力分析法：σx=Kxx
Kx—地基水平抗力系数，
根据Kx 的假定不同，可分为以下四种方法:
.
t t
H0
x
Kx=kh
Kx=k
Kx=mz
Kx=cz0.5
（a）常数法 （b）”k”法 （c）”m”法 （d）”c值” 法
.
4.6.3 单桩水平静载试验 1 试验装置
图8.16单桩水平静载试验装置
.
2 试验加载方法 单向多循环加载法
模拟风浪、地震力、制动力、波浪冲击力及机器扰力等循环性动力水平荷 载。
H
t
慢速连续加载法 模拟桥台、挡墙等长期静止水平荷载的连续荷载试验，类似于垂直静载试验慢 速法。 单向单循环恒速水平加载法
（4）有限单元分析法
（5）其他简化方法。
这些计算方法的详尽介绍参见有关书籍。
.
4.5桩的负摩问题
正摩阻
负摩阻
.
4.5.1 负摩擦的产生条件 (1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解
负摩阻
引起桩侧负摩阻力的条件是，桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。
(a)
(b)
桩水平受荷示意
.
hh2.5~4.0称为半刚性桩。
hh4.0称为柔性桩。
半刚性桩、柔性桩统称为柔性桩（ 图（b））
H0
H0
柔性桩：桩身在某处产生较大弯矩，可能出现屈服 。桩的水平承载力主要由桩的水平位移和桩的材料 强度控制。
(a)
(b)
桩水平受荷示意
.
单桩的水平承载力的确定方法有： 理论分析、静载试验。
H0
x
t t
Kx=k （b）”k”法
.
③ “m”法：假定地基系数Kx随深度成正比例地增长．目前我国应用较多， Kx =mz。
H0
x
t
Kx=mz
（c）”m”法
.
④ “c值”法：假定地基系数Kh随着深度成抛物线规律增加，即Kh =cz1/2 ，c为 常数，随土类不同而异。在我国多用于公路交通a
式中：EI—桩身抗弯刚度，对于混凝土桩，EI=0.85EcI0。
0a—桩顶允许水平位移。
x —桩顶水平位移系数，按表4-8取值。
.
.
4.4 桩基础沉降的计算 随着建筑物越来越高大，所遇到的地质条件日趋复杂，特别是考虑桩间土承 担一部分荷载后，沉降已成为一个控制条件，使得桩基沉降计算成为桩基设 计的一个重要内容。
.
桩基础沉降的计算范围 需要进行沉降计算 ：
地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级建筑物桩基。 对沉降有严格要求的建筑物桩基。 摩擦型桩基。
Bx
转角：
z
H0 2 EI
A
M0 EI
B
弯矩：
M
z
H0
AM
M
0B M
剪力 : V z H 0 A Q M 0 B Q
系数
A
、
X
B
、
x
A
、
B
、
A
、
M
B
、
M
A
、
Q
B
、可查表。
Q
.
.
桩顶水平位移 桩的无量纲深度不同，桩端约束条件不同，其水平荷载下桩的工作性状也不同。下 表给出了相应的位移系数x、Bx值，利用基本表达式即可求出桩顶位移，或桩顶允 许的水平荷载。
mm 1h1 2m h 2m 221h h2h2
.
地基土水平抗力系数的比例常数m 表4-6
.
3. 单桩计算
（1） 确定桩顶荷载：
N0
F
G n
H H0 n
M M0 n
N0 H0
M0
x
承台底面
z
.
（2） 桩的挠曲微分方程
Ed d I4x4zN0d d2x2zpz
N0影响很小可忽略不计， P（Z）= kxxb0 =mzxb0。上式变为：
.
水平静载试验H0-x0曲线
水平静载试验H0-Δx0/ΔH0曲线
.
水平静载试验H0-σg曲线
.
4.4.6 单桩水平承载力特征值 （1）应通过荷载试验确定，必要时采用带承台桩的荷载试验。宜采用慢速维持荷 载法。 （2）混凝土预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65%的灌注桩，可取x0=10mm(对于 水平变位敏感的建筑物取x0=6mm）所对应的荷载作为单桩水平承载力特征值。 （3）对于桩身配筋率小于0.65%的灌注桩，可取临界荷载Hcr。
.
不需要沉降计算的情况： 嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉降无特殊要求的条形基础下不
超过两排桩的桩基。吊车工作制级别5级5以下的单层工业厂房桩基（桩端 下为密实土层）。
.
变形特征值 桩基变形可用下列指标表示：沉降量、沉降差、倾斜。
计算桩基础变形时，变形指标可按下述规定选用： 对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构应由相邻柱基的沉降差 控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制。 桩基变形容许值同浅基础规定。
.
（2）负摩阻力强度
（3）下拉荷载计算
n
Fn up lnini i1 .
2. 群桩负摩阻力计算
群桩中任一基桩的下拉荷载
n
Q
n g
nFn
nup
l ni ni
i1
其中：
n
s ax s ay
d
qn
' n
d
4
n
Fn up lnini i1
.
4.5.3 解决方法： 1）通过计算预估下沉的沉降量。 2）在预制桩表面涂一层薄层沥青 3）灌注桩在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。