水平荷载下桩基的承载力和变形
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用测斜仪量测每级荷载作用下单桩的每根测斜管的 不同深度水平变位情况。利用桩顶实测水平位移值，可 推出单桩在各级水平荷载作用下的任意深度位移变形。
图3.5 Pb-12试桩测斜水平变位图 图3.6 Pb-11试桩测斜水平变位图
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
钢筋计测试数据分析
图3.9 Pb-12试桩桩身插值处理后弯矩图 图3.10 Pb-12试桩桩侧土抗力图
谢谢！
1）5m根式基础压入根键前水平载荷试验
5m根式基础H-m 曲线
5m根式基础Y-m曲线
5m根式基础H-α曲线
5m根式基础Y-α曲线
8m根式基础H-m 曲线
8m根式基础Y-m曲线
1）5m根式基础压入根键前水平载荷试验
离作用点距离L(m
0 -1 1 3 5 7 9 11
水平位移Y(mm)
20
40
60
试桩比例系数m和水平变形系数α
荷载H(kN)
位移Y（mm） M(MN/m4)
α(m-1)
100
0.80
19.18
0.37
200
1.79
15.91
0.35
300
3.27
11.45
0.33
400
7.27
4.88
0.28
500
12.93
2.71
0.25
图3.3 Pb-12试桩静载试验H-M曲线
600
19.23
金马河鲤鱼沱大桥分别对单桩及二桩承台进行水平静载试验。
试验分别给出水平临界荷载、水平极限荷载，计算出土比例 系数m、桩的水平变形系数，并分析这两个系数与水平荷载、 位移之间的关系。
（1） S2试桩的水平临界荷载与水平极限荷载均比S1试桩要大，桩 后注浆可以有效提高其水平承载力。本试验S2试桩压浆量为2t，其 水平临界荷载与水平极限荷载分别较未压浆的S1试桩提高了25%和 14.3%。
其中Broms法就是按照反力呈现线性分布的。
线弹性地基反力法计算弹性长桩
(Q dQ) Q p(z, y)dz q(z)dz 0
dQ p(z, y) q(z) dz
Q dM dz
d 2M dz 2
p(z, y) q(z)
M
EI
d2y dz 2
EI
d4y dz 4
承台2
Pb-05 承台1
Pb-03
Pb-01 Pb-02
Pb-12 Pb-11
Pa-08
Pb-06
Pb-04 Pb-10
Pb-09
Pa-06 Pa-04 Pa-02
Pa-07
承台4 Pa-05
Pa-03 Pa-01 承台3
二、群桩现场水平试验概况
测试仪器（钢筋计、位移 计、侧斜管）布设图
二、群桩现场水平试验概况
群桩效应
1、桩的相互影响：通过土介质传递的桩与 桩的相互影响主要表现为桩侧土水平反力系 数的较低。桩距越小，桩数越多，相互影响 越显著。
沿荷载方向大于8d，垂直荷载方向大于2.5d 情况下，不予折减。
规范规定：
k
b2
1 b2 0.6
L1 h1
2、嵌固影响：基本上，群桩的嵌固效应导致 群桩承载力提高。
2.5 h 4
2.0 h 4
h 2.5
h 2.5
h4
桩分类
计算方法
Broms法
刚性桩
h 0.5
半刚性桩 柔性桩
0.5 h 2.25 h 2.25
桩顶嵌固 “m”法
h 2.5
美国规范法
h 2.0
2.5 h 4 2.0 h 4
h4
h4
3、C法：凸形抛物线＋常数 4、K法：凹形抛物线＋常数
n 0.5,
z
4
, kh ( z)
kh z0.5
cz 0.5
z
4
, kh ( z)
kh z0.5
c( 4 )0.5
灌注桩在横向荷载下的承载力特性和 群桩效应
破坏特征
对不同土质中的不同桩径的灌注桩，桩长 在弹性范围内的大量横向荷载试验结果表 明，桩的破坏都表现为桩身受弯破坏而丧 失承载能力，桩侧土不显示明显的塑性挤 出和失稳现象。
对弹性长桩而言，桩头自由和桩头嵌固均 发生挠曲破坏。因为长桩超过一定长度后， 可以认为桩是无限长的，故桩下段的土抗 力可视为无限的，亦即桩下段可视为嵌固 于土中而不能转动。
按照桩土相对刚度的不同，水平荷载下桩土体系可有两类工作状态和破坏机理。
一类是刚性短桩，因转动或平移破坏； 一类是弹性长桩，因挠曲而破坏。
2）电脑及数据自动采集仪一套
弯矩量测装置
钢筋应变计 与竖向试验相同
根式基础变形量测装置
测斜管 基础井壁内布设4 根测斜管
根式基础受力面与周围土的裂缝
水平承载力
1）5m 根式基础压入根键前水平载荷试验
5m 根式基础极限承载力为Qu =6000kN 荷载-位移曲线
5m根式基础荷载-位移曲线
地基土水平抗力系数的比例系数m和水平变形系数α
1.极限地基反力法 极限地基反力法是事先假定土处于极限状态时地基 反力的分布形式，并按照作用在桩上的外力及其平 衡条件来求桩的横向抗力；
2.弹性理论法 弹性地基反力法假定土为弹性体，用梁的弯曲理论 求解桩的水平抗力；
3.复合地基反力法 复合地基反力法的基本思想就是沿桩深度方向将桩 周土土抗力-位移关系用一组曲线来表示，即p-y曲线。
桩土特征系数
桩土特征系数，其量纲为长度。
5 Kbp
EI
T 5 EI Kbp
桩的换算长度：
h L L
T
换算长度2.5区分为两类。
桩分类
桩顶自由
分类： 计算方法
刚性桩
半刚性桩
柔性桩
Hale Waihona Puke Broms法“m”法 美国规范法
h 1.5 h 2.5 h 2.0
1.5 h 2.5
80
100
120
5米沉井1#侧斜管
2000kN 3000kN 4000kN 5000kN 6000kN
井侧土抗力图 q-y曲线
换算埋深αh
5m根式基础换算埋深αh（5m根式基础压入根键前水平试验） 5m根式基础换算埋深αh（5m根式基础压入根键后第一次水平试验）
二、群桩现场水平试验概况
Pb-08 Pb-07
由桩身弯矩图可以看出Pb-12试桩最大弯矩出现在距泥面 下4m左右的桩身处，此处剪力最小，桩侧土抗力最大。
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
3.2 群桩水平受力特性
Pb-12试桩静载试验H-T-Y曲线
Pb-12试桩静载试验H-△Y/△H曲线
结合①号承台测试情况和试验曲线，判定H-t-Y曲线上发生 明显陡降的前一级（即位移梯度曲线H-△Y/△H上第二拐点） 3200kN作为极限荷载。
二、群桩现场水平试验概况
单桩试验中的小型卧式千斤顶 群桩试验中的中型卧式千斤顶 现场CT-1、2承台对顶试验
二、群桩现场水平试验概况
试桩现场裂纹开展图
试桩现场裂纹开展图
二、群桩现场水平试验概况
①号承台下4根试桩最终裂纹开展图
二、群桩现场水平试验概况
②号承台下4根试桩最终裂纹开展图
二、群桩现场水平试验概况
p(z,
y)
q(z)
EI
d4y dz 4
p(z,
y)
0
地基水平反力系数分布图式
P(z, y) kh(z) y d kh zn y d
1、张有龄法： 矩形n 0, kh (z) khz0 const k
2、m法：三角形：n 1, kh (z) khz mz
对于刚性短桩，有两种计算方法： 极限平衡法，又称极限地基反力法； 地基反力系数法。
极限平衡法
该方法认为刚性短桩的承载力完全由桩侧土 的屈服所致，桩的横向极限承载力由极限平 衡状态下的静力平衡求得。
极限平衡法按桩侧地基土极限反力分布图式 假定的不同又分为：反力呈二次抛物线分布， 反力呈直线分布。
原因有三：
1.灌注桩的低配筋率，桩身抗弯强度较低；
2.土体的体积压缩，桩侧土很难形成连续的滑动 面；
3.随着桩恻上部土层的屈服，其土反力沿深度的 发生重分布，即上部荷载维持常量，下部荷载逐 渐增大，桩身内力分配也随之向下转移。
所以灌注桩的横向承载力不是由桩侧土的强度和 稳定性控制，而多数由桩身强度控制。
1.90
0.23
700
36.38
0.85
0.20
从图3.4可以看出m值随着桩地面处水平
位移y0增大近似呈双曲线减小，通常取
水平位移值6-10mm时的实测m值作为依
据。Pb-12试桩取4.88MN/m4为桩侧土水
平抗力系数的比例系数。
图3.4 Pb-12试桩静载试验Y-M曲线
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
水平荷载下桩基的承载力和变形
概述 水平荷载包括垂直于轴线的横向力和弯矩。 一般包括：结构物自重和使用荷载偏心作
用产生的弯矩；火车、汽车等的制动力产 生的水平力和弯矩；风、波浪、潮水产生 的水平力和弯矩。
水平承载桩的工作性能是由桩-土相互作用 的问题，都是利用桩周土的抗力来承担水 平荷载，桩在水平荷载作用下发生变形， 促使桩周土发生相应的变形而产生抗力， 这一抗力阻止了桩变形的进一步发展。
3、水平力在桩群中分配的不均匀性，逐排迭 减。
4、承台底部摩阻影响。
水平向静载试验
用一个卧式千斤顶对5m 根式基础施加荷载，其反力由 8m 根式基础提供。
试验仪器设备
加载设备
1）卧式千斤顶 2）高压油泵 3）传力杆、滚轴、球形铰座等
加载辅助工具
位移量测装置
1）电子位移传感器
2 只下表用于量测墙体作用力水平面水平位移； 2 只上表用于量测墙体作用力水平面以上50cm 处水平位移； 2 只下表用于量测作用力水平面背面水平位移； 2 只上表用于量测作用力水平面背面以上50cm 处水平位移； 2 只测提供反力的方形墙体作用力水平面水平位移。
在水平荷载下，按照桩土相对刚度的不同而分 为刚性短桩（图1）和弹性长桩（图2）。
图1刚性短桩（a）桩头自由(b)桩头嵌固
图2弹性长桩（a）桩头自由 (b)桩头嵌固
对刚性短桩，当桩头自由时，由于下部土体不 能提供足够的嵌固，所以产生转动；当桩头嵌 固于承台时，则因不能产生转动而发生平移， 由平移获得抗力 .
（2）承台的存在，显著提高了桩基的水平承载力和抵抗水平变形 的能力。这是因为桩头嵌固在承台中，其抗弯刚度大于桩头自由的 桩。与单桩相比，承台水平临界荷载增加了264%（S1桩）和191% （S2桩），水平极限荷载增加了238%和195%。
（3） 测斜结果显示，在不同的荷载水平下，桩身表现出不同的变 形特性。单桩的影响深度在10m左右，而承台下桩的影响深度在 14m左右；在相同的水平荷载条件下，承台下桩身的水平位移值比 单桩的水平位移值要小，其抵抗水平变形的能力较强。
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
图3.13 Pb-01试桩测斜水平变位图 图3.14 Pb-02试桩测斜水平变位图
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
从整体看，桩身变位影响深度在10m到11m左右，在影响 深度以下，桩身基本上不发生变位，也就是以下土体基 本上不发挥作用，无桩侧土抗力； 由于群桩效应，前排桩其桩侧土抗力发挥更加充分.
③号承台下4根试桩最终裂纹开展图
二、群桩现场水平试验概况
④号承台下4根试桩最终裂纹开展图
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
单桩受力特性
静载试验H-T-Y曲线
静载试验H-△Y/△H曲线
判定位移梯度H-△Y/△H曲线中对应的第一拐点300kN为水平临 界荷载，第二拐点600kN为水平极限荷载。
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
图3.5 Pb-12试桩测斜水平变位图 图3.6 Pb-11试桩测斜水平变位图
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
钢筋计测试数据分析
图3.9 Pb-12试桩桩身插值处理后弯矩图 图3.10 Pb-12试桩桩侧土抗力图
谢谢！
1）5m根式基础压入根键前水平载荷试验
5m根式基础H-m 曲线
5m根式基础Y-m曲线
5m根式基础H-α曲线
5m根式基础Y-α曲线
8m根式基础H-m 曲线
8m根式基础Y-m曲线
1）5m根式基础压入根键前水平载荷试验
离作用点距离L(m
0 -1 1 3 5 7 9 11
水平位移Y(mm)
20
40
60
试桩比例系数m和水平变形系数α
荷载H(kN)
位移Y（mm） M(MN/m4)
α(m-1)
100
0.80
19.18
0.37
200
1.79
15.91
0.35
300
3.27
11.45
0.33
400
7.27
4.88
0.28
500
12.93
2.71
0.25
图3.3 Pb-12试桩静载试验H-M曲线
600
19.23
金马河鲤鱼沱大桥分别对单桩及二桩承台进行水平静载试验。
试验分别给出水平临界荷载、水平极限荷载，计算出土比例 系数m、桩的水平变形系数，并分析这两个系数与水平荷载、 位移之间的关系。
（1） S2试桩的水平临界荷载与水平极限荷载均比S1试桩要大，桩 后注浆可以有效提高其水平承载力。本试验S2试桩压浆量为2t，其 水平临界荷载与水平极限荷载分别较未压浆的S1试桩提高了25%和 14.3%。
其中Broms法就是按照反力呈现线性分布的。
线弹性地基反力法计算弹性长桩
(Q dQ) Q p(z, y)dz q(z)dz 0
dQ p(z, y) q(z) dz
Q dM dz
d 2M dz 2
p(z, y) q(z)
M
EI
d2y dz 2
EI
d4y dz 4
承台2
Pb-05 承台1
Pb-03
Pb-01 Pb-02
Pb-12 Pb-11
Pa-08
Pb-06
Pb-04 Pb-10
Pb-09
Pa-06 Pa-04 Pa-02
Pa-07
承台4 Pa-05
Pa-03 Pa-01 承台3
二、群桩现场水平试验概况
测试仪器（钢筋计、位移 计、侧斜管）布设图
二、群桩现场水平试验概况
群桩效应
1、桩的相互影响：通过土介质传递的桩与 桩的相互影响主要表现为桩侧土水平反力系 数的较低。桩距越小，桩数越多，相互影响 越显著。
沿荷载方向大于8d，垂直荷载方向大于2.5d 情况下，不予折减。
规范规定：
k
b2
1 b2 0.6
L1 h1
2、嵌固影响：基本上，群桩的嵌固效应导致 群桩承载力提高。
2.5 h 4
2.0 h 4
h 2.5
h 2.5
h4
桩分类
计算方法
Broms法
刚性桩
h 0.5
半刚性桩 柔性桩
0.5 h 2.25 h 2.25
桩顶嵌固 “m”法
h 2.5
美国规范法
h 2.0
2.5 h 4 2.0 h 4
h4
h4
3、C法：凸形抛物线＋常数 4、K法：凹形抛物线＋常数
n 0.5,
z
4
, kh ( z)
kh z0.5
cz 0.5
z
4
, kh ( z)
kh z0.5
c( 4 )0.5
灌注桩在横向荷载下的承载力特性和 群桩效应
破坏特征
对不同土质中的不同桩径的灌注桩，桩长 在弹性范围内的大量横向荷载试验结果表 明，桩的破坏都表现为桩身受弯破坏而丧 失承载能力，桩侧土不显示明显的塑性挤 出和失稳现象。
对弹性长桩而言，桩头自由和桩头嵌固均 发生挠曲破坏。因为长桩超过一定长度后， 可以认为桩是无限长的，故桩下段的土抗 力可视为无限的，亦即桩下段可视为嵌固 于土中而不能转动。
按照桩土相对刚度的不同，水平荷载下桩土体系可有两类工作状态和破坏机理。
一类是刚性短桩，因转动或平移破坏； 一类是弹性长桩，因挠曲而破坏。
2）电脑及数据自动采集仪一套
弯矩量测装置
钢筋应变计 与竖向试验相同
根式基础变形量测装置
测斜管 基础井壁内布设4 根测斜管
根式基础受力面与周围土的裂缝
水平承载力
1）5m 根式基础压入根键前水平载荷试验
5m 根式基础极限承载力为Qu =6000kN 荷载-位移曲线
5m根式基础荷载-位移曲线
地基土水平抗力系数的比例系数m和水平变形系数α
1.极限地基反力法 极限地基反力法是事先假定土处于极限状态时地基 反力的分布形式，并按照作用在桩上的外力及其平 衡条件来求桩的横向抗力；
2.弹性理论法 弹性地基反力法假定土为弹性体，用梁的弯曲理论 求解桩的水平抗力；
3.复合地基反力法 复合地基反力法的基本思想就是沿桩深度方向将桩 周土土抗力-位移关系用一组曲线来表示，即p-y曲线。
桩土特征系数
桩土特征系数，其量纲为长度。
5 Kbp
EI
T 5 EI Kbp
桩的换算长度：
h L L
T
换算长度2.5区分为两类。
桩分类
桩顶自由
分类： 计算方法
刚性桩
半刚性桩
柔性桩
Hale Waihona Puke Broms法“m”法 美国规范法
h 1.5 h 2.5 h 2.0
1.5 h 2.5
80
100
120
5米沉井1#侧斜管
2000kN 3000kN 4000kN 5000kN 6000kN
井侧土抗力图 q-y曲线
换算埋深αh
5m根式基础换算埋深αh（5m根式基础压入根键前水平试验） 5m根式基础换算埋深αh（5m根式基础压入根键后第一次水平试验）
二、群桩现场水平试验概况
Pb-08 Pb-07
由桩身弯矩图可以看出Pb-12试桩最大弯矩出现在距泥面 下4m左右的桩身处，此处剪力最小，桩侧土抗力最大。
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
3.2 群桩水平受力特性
Pb-12试桩静载试验H-T-Y曲线
Pb-12试桩静载试验H-△Y/△H曲线
结合①号承台测试情况和试验曲线，判定H-t-Y曲线上发生 明显陡降的前一级（即位移梯度曲线H-△Y/△H上第二拐点） 3200kN作为极限荷载。
二、群桩现场水平试验概况
单桩试验中的小型卧式千斤顶 群桩试验中的中型卧式千斤顶 现场CT-1、2承台对顶试验
二、群桩现场水平试验概况
试桩现场裂纹开展图
试桩现场裂纹开展图
二、群桩现场水平试验概况
①号承台下4根试桩最终裂纹开展图
二、群桩现场水平试验概况
②号承台下4根试桩最终裂纹开展图
二、群桩现场水平试验概况
p(z,
y)
q(z)
EI
d4y dz 4
p(z,
y)
0
地基水平反力系数分布图式
P(z, y) kh(z) y d kh zn y d
1、张有龄法： 矩形n 0, kh (z) khz0 const k
2、m法：三角形：n 1, kh (z) khz mz
对于刚性短桩，有两种计算方法： 极限平衡法，又称极限地基反力法； 地基反力系数法。
极限平衡法
该方法认为刚性短桩的承载力完全由桩侧土 的屈服所致，桩的横向极限承载力由极限平 衡状态下的静力平衡求得。
极限平衡法按桩侧地基土极限反力分布图式 假定的不同又分为：反力呈二次抛物线分布， 反力呈直线分布。
原因有三：
1.灌注桩的低配筋率，桩身抗弯强度较低；
2.土体的体积压缩，桩侧土很难形成连续的滑动 面；
3.随着桩恻上部土层的屈服，其土反力沿深度的 发生重分布，即上部荷载维持常量，下部荷载逐 渐增大，桩身内力分配也随之向下转移。
所以灌注桩的横向承载力不是由桩侧土的强度和 稳定性控制，而多数由桩身强度控制。
1.90
0.23
700
36.38
0.85
0.20
从图3.4可以看出m值随着桩地面处水平
位移y0增大近似呈双曲线减小，通常取
水平位移值6-10mm时的实测m值作为依
据。Pb-12试桩取4.88MN/m4为桩侧土水
平抗力系数的比例系数。
图3.4 Pb-12试桩静载试验Y-M曲线
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
水平荷载下桩基的承载力和变形
概述 水平荷载包括垂直于轴线的横向力和弯矩。 一般包括：结构物自重和使用荷载偏心作
用产生的弯矩；火车、汽车等的制动力产 生的水平力和弯矩；风、波浪、潮水产生 的水平力和弯矩。
水平承载桩的工作性能是由桩-土相互作用 的问题，都是利用桩周土的抗力来承担水 平荷载，桩在水平荷载作用下发生变形， 促使桩周土发生相应的变形而产生抗力， 这一抗力阻止了桩变形的进一步发展。
3、水平力在桩群中分配的不均匀性，逐排迭 减。
4、承台底部摩阻影响。
水平向静载试验
用一个卧式千斤顶对5m 根式基础施加荷载，其反力由 8m 根式基础提供。
试验仪器设备
加载设备
1）卧式千斤顶 2）高压油泵 3）传力杆、滚轴、球形铰座等
加载辅助工具
位移量测装置
1）电子位移传感器
2 只下表用于量测墙体作用力水平面水平位移； 2 只上表用于量测墙体作用力水平面以上50cm 处水平位移； 2 只下表用于量测作用力水平面背面水平位移； 2 只上表用于量测作用力水平面背面以上50cm 处水平位移； 2 只测提供反力的方形墙体作用力水平面水平位移。
在水平荷载下，按照桩土相对刚度的不同而分 为刚性短桩（图1）和弹性长桩（图2）。
图1刚性短桩（a）桩头自由(b)桩头嵌固
图2弹性长桩（a）桩头自由 (b)桩头嵌固
对刚性短桩，当桩头自由时，由于下部土体不 能提供足够的嵌固，所以产生转动；当桩头嵌 固于承台时，则因不能产生转动而发生平移， 由平移获得抗力 .
（2）承台的存在，显著提高了桩基的水平承载力和抵抗水平变形 的能力。这是因为桩头嵌固在承台中，其抗弯刚度大于桩头自由的 桩。与单桩相比，承台水平临界荷载增加了264%（S1桩）和191% （S2桩），水平极限荷载增加了238%和195%。
（3） 测斜结果显示，在不同的荷载水平下，桩身表现出不同的变 形特性。单桩的影响深度在10m左右，而承台下桩的影响深度在 14m左右；在相同的水平荷载条件下，承台下桩身的水平位移值比 单桩的水平位移值要小，其抵抗水平变形的能力较强。
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
图3.13 Pb-01试桩测斜水平变位图 图3.14 Pb-02试桩测斜水平变位图
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
从整体看，桩身变位影响深度在10m到11m左右，在影响 深度以下，桩身基本上不发生变位，也就是以下土体基 本上不发挥作用，无桩侧土抗力； 由于群桩效应，前排桩其桩侧土抗力发挥更加充分.
③号承台下4根试桩最终裂纹开展图
二、群桩现场水平试验概况
④号承台下4根试桩最终裂纹开展图
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析
单桩受力特性
静载试验H-T-Y曲线
静载试验H-△Y/△H曲线
判定位移梯度H-△Y/△H曲线中对应的第一拐点300kN为水平临 界荷载，第二拐点600kN为水平极限荷载。
三、单桩、群桩水平受力特性试验数据分析