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1m

①1压实素填土稍密。f ak=120kPa；厚度0.50m

①2压实素填土，松散。f ak=80kPa；厚度0.50m

②粉质粘土，可塑，f ak=160kPa；厚度3m

③粉质粘土，硬塑f ak=200kPa；厚度5m

④花岗岩，全风化，f ak=300kPa；厚度3m

⑤花岗岩，强风化，f ak=500kPa；厚度5m

⑥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)=0.855

x 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。

ψl------土层液化折减系数，取1

EI——桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩，EI＝0.85E c I0；其中 I0为桩身换算截面惯性

矩：圆形截面为 I0＝W0d0/2；矩形截面为 I0＝W0b0/2；

αE-------钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值

ρg----桩身配筋率

νx——桩顶水平位移系数，按表 5.7.2 取值0.94

表 5.7.2 桩顶（身）最大弯矩系数νM和桩顶水平位移系数νx

桩顶约束情况桩的换算埋深（αh）νMνx

根据式 （5.7.3-1）

R h ＝η

h

R ha =8.288KN

单个承台基础下采用9桩，每个塔有4个承台。单组桩承台可以抵抗

8.288X9=74.594KN （7.459吨）的水平力，每个塔可以抵抗7.459X4=29.84吨水平力。 二、 人工挖孔桩桩基水平承载力计算

根据《建筑桩基技术规范》JGJ 94－2008第5.7.2 条，对于混凝土护壁的挖孔

桩，计算单桩水平承载力时，其设计桩径取护壁内直径。

当桩的水平承载力由水平位移控制，且缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率不小于 0.65% 的灌注桩单桩水平承载力特征值：

（5.7.2-1）

式中 EI ——桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩，EI ＝0.85E

c I 0；其中 I 0 为桩身换算截面惯性矩：圆形截面为 I 0＝W 0

d 0/2；矩形截面为 I 0＝W 0b 0/2；

x 0a ——桩顶允许水平位移；取10mm

νx ——桩顶水平位移系数，按表 5.7.2 取值，取0.926

采取1.3m 直径挖孔桩，进行计算。

则b 0（桩身的计算宽度）当直径 d>1m 时，b 0＝0.9（d ＋1）=2.07

经计算为0.1426

代入后经计算，R ha =81.173 KN

每个塔可以抵抗8.173X4=32.47吨水平力。

三、钢筋混凝土用量对比

1.微型桩方案

单组桩承台桩钢筋混凝土量：3.14X0.3X0.3X（15-2）X9/4=8.27 m3

承台钢筋混凝土量： 2.4X2.4X2=11.52 m3

合计：19.79m3

2. 人工挖孔桩方案

桩钢筋混凝土量：3.14X1.3X1.3X15/4=19.9 m3

对比结果：9桩承台微型桩方案与1.3米直径人工挖孔桩方案钢筋混凝土用量基本相同，9桩承台微型桩方案水平承载力比1.3米直径人工挖孔桩方案略低8%左右。