海上風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)程

海上 風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)程 天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院 2010-1-28 1 前 言 本規(guī)程以挪威船級社海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（ DNV OS J101）為主要參考范本， 同時參考了 海上固定平臺規(guī)劃、設(shè)計和建造的推薦作法 荷栽抗力系數(shù)設(shè)計法（ SY/T10009 2002）和 港口工程樁基規(guī)范 （ TJT254 98） 的相關(guān)內(nèi)容 ， 并納入 了 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院相關(guān)學(xué)科多年的科研成果 ， 采用 了 基于可靠度設(shè)計理論的荷載抗力系數(shù)設(shè)計法 。 為便于應(yīng)用本規(guī)程 對主要涉及的三種基礎(chǔ)型式： 單樁基礎(chǔ) 、 高承臺 群 樁 基礎(chǔ)以及 筒型基礎(chǔ) 分別給出了設(shè)計算 例。 1 目 錄 1 總則 . 1 1.1 一般規(guī)定 . 1 1.2 土 質(zhì)調(diào)查 . 2 1.3 地基土特性 . 2 1.4 循環(huán)荷載效應(yīng) . 3 1.5 土與結(jié)構(gòu)物的相互作用 . 3 1.6 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 . 3 說明 . 4 2 單樁基礎(chǔ) . 5 2.1 一般規(guī)定 . 5 2.2 樁的設(shè)計 . 5 2.3 樁的軸向承載力 . 6 2.4 樁的軸向抗拔力 . 9 2.5 樁的軸向性能 . 9 2.6 軸向荷載樁的土反力 . 10 2.7 側(cè)向荷載樁的土反力 . 12 2.8 樁壁厚度 . 17 說明 . 20 算例 . 24 3 高樁承臺群樁基礎(chǔ) . 25 3.1 一般規(guī)定 . 25 3.2 軟弱下臥層承載力 . 26 3.3 負(fù)摩阻力 . 27 3.4 抗拔計算 . 28 3.5 水平承載力 . 29 3.6 沉降 . 31 3.7 承臺設(shè)計 . 32 3.8 構(gòu)造要求 . 38 說明 . 41 算例 . 42 4 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土筒形基礎(chǔ) . 43 說明 . 43 算例 . 43 1 1 總則 1.1 一般規(guī)定 1.1.1 本章 主要介紹了樁基礎(chǔ)、重力型基礎(chǔ)和海底穩(wěn)定的要求。 1.1.2 沒有在 標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)說明的基礎(chǔ)類型應(yīng)該特別考慮。 1.1.3 基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)該基于特定的位置（地理）信息，詳見 第 3章 （ 第三章 場地條件） 。 1.1.4 基礎(chǔ)巖土工程設(shè)計應(yīng)考慮基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和地基土的強(qiáng)度和變形。 這部分狀態(tài)要求為 ： 地基土 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的地基土響應(yīng) 土體和結(jié)構(gòu)之間的相互作用 對于相關(guān)的鋼和（或）混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)自身的要求在 第七章到第九 章 （第七章鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，第八章海上混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì) 則，第九章灌漿連接的設(shè)計與施工） 給出。 1.1.5 基礎(chǔ)破壞模式定義為基礎(chǔ)達(dá)到任意一種極限狀態(tài)。破壞模式的形式如下 ： 承載力破壞 （基礎(chǔ)）滑動 傾覆 樁被拔出 樁產(chǎn)生大的沉降或位移 1.1.6 在 第 二 章 （第二章設(shè)計準(zhǔn)則） 中給出的極限狀態(tài)分類的定義對基礎(chǔ)設(shè)計也是有效的，除了把由循環(huán)荷載作用引起的破壞視為極限承載力狀態(tài)，也可選擇作為偶然極限承載力狀態(tài)，使用部分荷載和材料系數(shù)來定義這些極限狀態(tài)的分類。荷載系數(shù)在這種情況下可以應(yīng)用于設(shè)計荷載歷史中所有的循環(huán)荷載。比 第 五 章（第五章荷載和抗力系數(shù) ） 的描述低的荷載系數(shù)也可以使用，如果總體安全系數(shù)經(jīng)證明能達(dá)到可以接受的極限。 1.1.7 荷載系數(shù)用于不同的極限狀態(tài)分類的相關(guān)設(shè)計在 第 五 章 （第五章荷載和抗力系數(shù)） 中給出。 1.1.8 材料系數(shù)被用來規(guī)定 這一章 中相關(guān)的設(shè)計部分，特征土體強(qiáng)度應(yīng)該與 條目1.3一致。 1.1.9 材料系數(shù)可以按照下列情況用于土體抗剪強(qiáng)度： 對于有效應(yīng)力分析，特征摩擦角的正切值應(yīng)按材料系數(shù) m來劃分 2 對于總應(yīng)力分析，特征不排水抗剪強(qiáng)度應(yīng)按材料系數(shù) m來劃分 對于軸向樁荷載的土體抗力，材料系數(shù)應(yīng)按照 C107（第十章 基礎(chǔ)設(shè) 計 C樁基礎(chǔ)C106條目 ） 中所描述的應(yīng)用于特征抗力。 對于 側(cè)向 樁荷載的土體抗力，材料系數(shù)應(yīng)按照 C106（第十章 基礎(chǔ)設(shè)計 C樁基礎(chǔ)C107條目 ） 中所描述的應(yīng)用于特征抗力。 1.1.10 對于重力型基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)重力引起的土體附加應(yīng)力所產(chǎn)生的沉降應(yīng)該被考慮。關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)的允許傾斜，不均勻沉降的危害應(yīng)該被考慮。 對具有重力型基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)來說，由結(jié)構(gòu)自重造成的土中應(yīng)力增加而產(chǎn)生的沉降應(yīng)該考慮。應(yīng)該考慮風(fēng)輪機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的承受不均勻沉降的能力。 1.1.11 設(shè)計原則和基礎(chǔ)設(shè)計解決實(shí)例更詳細(xì)的說明已在 DNV分類說明 30.4（不知道是哪） 中給出。 1.2 土質(zhì)調(diào)查 1.2.1 土質(zhì)調(diào)查為詳細(xì)設(shè)計建立了必要的土體數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其要求在 第 三 章 （第三章場地條件） 中給出。 1.3 地基土特性 1.3.1 對于所有重要的土層，土體的特征強(qiáng)度和變形特性應(yīng)當(dāng)被確定。 1.3.2 土體特性的特征值還應(yīng)考慮基于土體體積評估的土體變異性情況，這決定著所考慮的極限狀態(tài)。 1.3.3 室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)該同相關(guān)的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)記錄進(jìn)行評估和修正。這些評估和修正應(yīng)該加以證明。在這個過程中，應(yīng)該盡可能的給出極限狀態(tài)問題中試驗(yàn)測量的土體 特性和控制現(xiàn)場土體行為的土體特性之間的差別。這些差別主要源于： 由于土體取樣和試樣沒有重現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)力歷史造成的土體擾動 出現(xiàn)裂縫 試驗(yàn)和極限狀態(tài)之間不同的加載速率 對特定復(fù)雜荷載歷史，室內(nèi)試驗(yàn)只能簡化替代 土體各向異性所導(dǎo)致的結(jié)果主要取決于試驗(yàn)類型 1.3.4 安裝活動對土體特性造成的可能影響應(yīng)該被考慮。 1.3.5 土體特性的特征值應(yīng)該謹(jǐn)慎估計，因?yàn)樗绊懼鴺O限狀態(tài)的發(fā)生，選擇最壞值的可能性是比較低的。 1.3.6 極限狀態(tài)可能涉及大體積土體，它由關(guān)于體積的土體特性空間平均值來決 3 定 。特征值的選擇應(yīng)該滿足涉及土體體積試驗(yàn)的數(shù)量和質(zhì)量。還應(yīng)特別關(guān)注狹窄土體區(qū)域決定的極限狀態(tài)。 1.3.7 土體特性的特征值應(yīng)該選擇較低值，其小于最可能值，或者后期取值增大，這取決于待求的最壞的極限狀態(tài)。 1.4 循環(huán)荷載效應(yīng) 1.4.1 循環(huán)荷載對土體特性的影響在相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)該被考慮。 1.4.2 循環(huán)剪應(yīng)力導(dǎo)致孔隙壓力逐漸增加，循環(huán)荷載中孔隙壓力的建立和伴隨增長及永久剪應(yīng)變會使土體的抗剪強(qiáng)度降低。這些影響應(yīng)該被考慮，當(dāng)特征抗剪強(qiáng)度的評估用在應(yīng)用極限狀態(tài)分類中的設(shè)計時。 1.4.3 在正常使用 極限承載力狀態(tài)設(shè)計中，循環(huán)荷載對土體剪切模量的影響應(yīng)根據(jù)動態(tài)運(yùn)動、沉降和永久（長期） 側(cè)向 位移的計算進(jìn)行相關(guān)修正， 見 D500（第十章基礎(chǔ)設(shè)計 D重力式基礎(chǔ) D 500 用于動力分析的土體模型） 。 1.4.4 波浪和海風(fēng)作用力對土體性狀的影響應(yīng)該對單個風(fēng)暴或幾個連續(xù)的風(fēng)暴在相關(guān)地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研。 1.4.5 在地震活動地區(qū)，結(jié)構(gòu) -基礎(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)該滿足地震荷載，循環(huán)荷載對土體特性的惡化效應(yīng)應(yīng)該根據(jù)地理位置條件和相關(guān)設(shè)計的考慮被評估。 見 500（第十章基礎(chǔ)設(shè)計 D重力式基礎(chǔ) D 500 用于動力分析的土體模型） 。 1.5 土 與 結(jié)構(gòu)物的相互作用 1.5.1 結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)的評估應(yīng)該基于土體和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體分析。分析應(yīng)該基于關(guān)于土體和結(jié)構(gòu)單元的剛度和阻尼的實(shí)際假定。 1.5.2 相關(guān)相鄰結(jié)構(gòu)的影響也應(yīng)該被考慮。 1.5.3 地震振動引起結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的有效地基動力特征應(yīng)該被確定。這一確定應(yīng)該基于自由區(qū)域和局部區(qū)域土體條件的地基運(yùn)動特征，使用識別方法對土體和結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行分析。 1.6 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 4 說明 1.3.2 土體變異性一般是土體體積中土體特性從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的變化。當(dāng)涉及小體積土體時，以完全變異性 來計算局部土體特性是必須的。當(dāng)涉及大體積土體時，就會發(fā)生土體特性波動的空間平均值效應(yīng)在整個土體體積中從一點(diǎn)到另一點(diǎn)。因此，計算應(yīng)基于土體特性的空間平均值，當(dāng)土體體積充分大時，最終的計算結(jié)果將會和土體特性的均值相一致。 1.3.7 應(yīng)該使用相關(guān)的統(tǒng)計方法，當(dāng)使用這些方法時，局部土體特性的特征值應(yīng)該被推導(dǎo)，使得控制極限狀態(tài)發(fā)生的最壞值概率不高于 5%。 對于通過統(tǒng)計方法選取土體特性特征值的方法，參考 DNV-RP-C207（不知道是哪） 5 2 單樁基礎(chǔ) 2.1 一般規(guī)定 2.1.1 對于單樁基礎(chǔ)的巖土設(shè)計，應(yīng)該 考慮承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。 2.1.2 對于承載力極限狀態(tài)的設(shè)計，土體強(qiáng)度使用設(shè)計土體強(qiáng)度值，定義的特征土體強(qiáng)度值由指定的材料參數(shù)所劃分。荷載使用設(shè)計荷載值，每個設(shè)計荷載都被定義為由相關(guān)指定的荷載參數(shù)決定的特征荷載。這些荷載代表這極限荷載條件。兩種情況被考慮： 軸向荷載 側(cè)向 荷載和彎矩荷載組合 2.1.3 對于承載力極限狀態(tài)中的軸向荷載，足夠的軸向樁承載能力被確定。 2.1.4 對于極限承載力狀態(tài)中 側(cè)向 荷載和彎矩荷載的組合，足夠的樁承載力來承擔(dān)這些荷載需要被確定。樁的承載力由樁的 側(cè) 向 承載力來實(shí)現(xiàn)。足夠的樁承載力驗(yàn)算應(yīng)當(dāng)滿足以下兩個要求： （ 1）理論設(shè)計的樁 側(cè)向 總承載力，應(yīng)由沿樁長的設(shè)計 側(cè)向 抗力進(jìn)行矢量積分來建立，不應(yīng)小于作用在樁頂?shù)?側(cè)向 荷載。 （ 2）樁頂?shù)?側(cè)向 位移不應(yīng)該超過一些規(guī)定限制。 側(cè)向 位移應(yīng)該通過 側(cè)向 荷載和彎矩荷載組合設(shè)計值及土抗力和土剛度的特征值來計算。 需要通過計算設(shè)計 側(cè)向 荷載、彎矩與各種土體的抵抗值和土體硬度后才能得到。 要求（ 1）是常規(guī)設(shè)計準(zhǔn)則，是基于土體的完全塑性化。要求（ 2）是必要的附加要求，因?yàn)檠貥堕L附近一些點(diǎn)的局部區(qū)域 側(cè)向 土抗力不能被動員，在這些地方，樁 側(cè)向 撓度 的方向是相反的，即這些區(qū)域的土體不能完全塑性化，不管樁頂?shù)?側(cè)向 撓度有多大。 2.1.5 對于正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，特征土體強(qiáng)度值被用作土體強(qiáng)度值。特征荷載被用作荷載。這些荷載長期作用將引起土體永久變形，從而導(dǎo)致樁基礎(chǔ)永久變形，例如，樁頂?shù)挠谰美鄯e傾斜。對于這些目的，循環(huán)荷載作用的土體的行為需要以如下方式表示，土體永久累積變形由正常使用極限狀態(tài)荷載歷史建立的荷載幅值循環(huán)次數(shù)的函數(shù)進(jìn)行適當(dāng)計算。 2.1.6 對于正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，需要確保變形偏差不超標(biāo)。變形偏差涉及到永久變形。 2.2 樁的設(shè)計 2.2.1 確定一個樁基礎(chǔ)的尺寸時，應(yīng)考慮以下各項(xiàng)：樁的直徑、入土深度、壁厚、 6 樁尖形式、間距、數(shù)目、幾何特性、位置、泥面約束、材料強(qiáng)度、安裝方法和其他需要適當(dāng)考慮的參數(shù)。 2.2.2 多種不同的分析過程可以用來確定基礎(chǔ)的要求。所用的過程至少應(yīng)恰當(dāng)?shù)啬M土壤的非線性響應(yīng)特性，保證結(jié)構(gòu)和樁 -土系統(tǒng)之間的荷載 -位移協(xié)調(diào)。 2.2.3 應(yīng)該在單個樁和整個基礎(chǔ)系統(tǒng)的所有危險位置，如樁頂、反彎點(diǎn)和泥面等處校核其變位和轉(zhuǎn)角。變位和轉(zhuǎn)角不能超過使用極限值，以免結(jié)構(gòu)物失去它的設(shè)計功能。 2.2.4 基礎(chǔ)的承載能力 1. 樁的強(qiáng)度 ：樁的強(qiáng)度應(yīng)采用 D.3（ API 第 D 章圓柱形構(gòu)件的設(shè)計 D.3 聯(lián)合荷載作用下的圓柱形構(gòu)件） 給出的校核鋼管強(qiáng)度的公式，按軸向和彎曲荷載聯(lián)合作用條件進(jìn)行驗(yàn)證。樁在校核部位的內(nèi)力，應(yīng)根據(jù)藕合的結(jié)構(gòu)與土非線性基礎(chǔ)模型由乘系數(shù)的荷載計算。當(dāng)通常由土壤形成的橫向約束不足或不存在時，應(yīng)須按G.9.2（ API 第 G 章 基礎(chǔ) 設(shè)計 G.9 群樁效應(yīng) G.9.2 軸向特性） 的規(guī)定校核樁的柱狀屈曲效應(yīng)。 2. 樁的軸向抗力：軸向樁能力應(yīng)滿足以下條件： DPEDE QP （ 2.2.4-1） DPODO QP （ 2.2.4-2） 式中： QD 為按 G.4 和 G.5 確定的樁的軸向極限能力； PDE（或 PDO）為用線性結(jié)構(gòu)和非線性基礎(chǔ)耦合模型，使用乘系數(shù)的荷載確定的極端（或操作）環(huán)境下的樁的軸向荷載； PE 為極端環(huán)境下樁的擾力系數(shù)（ 8.0PE ）；O P為操作環(huán)境下樁的擾力系數(shù)（ 7.0O P）。 2.2.5 海底沖刷對樁的側(cè)向和軸向性能及承載力都會產(chǎn)生影響。沖刷預(yù)測是一種不確定的技術(shù)。對沉積物運(yùn)動的研究可能會對確定沖刷的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有所幫助，但現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)是最好的方法。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的不確定性可通過較大強(qiáng)度儲備的設(shè)計或按需要采用檢測和修復(fù)的操作對策來解決。 典型的修補(bǔ)措施見注釋 G94 和 G95（ API中 沒找到） ，沖刷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)一般包括局部和整體沖刷。 2.3 樁的軸向承載力 2.3.1 樁的軸向阻力由兩部分組成 樁側(cè)摩阻力 樁端承載力 對于分層土（ N 層）中的樁，其承載力 R 可表示 為： Ni TTSiSiTS AqAfRRR 1 （ 2.3.1） 式中：Sif為第 i 層土中沿樁身的平均單位側(cè)摩阻力；SiA為第 i 層土中樁的側(cè)面積； Tq 為樁端單位承載力； TA 為樁端總面積。 7 2.3.2 對于粘性土中的樁，平均單位側(cè)摩阻力Sf可按下式計算： （ 1） 總應(yīng)力法 ，即 方，如下 uSi cf 其中： 0.1/210.1/2104000pspspspsuuuu當(dāng)當(dāng) （ 2.3.2-1） 式中：uc為土的不排水剪強(qiáng)度； 0p為相應(yīng)點(diǎn)的有效上覆土壓力。 （ 2） 有效應(yīng)力法，即 法，如下 0pfSi （ 2.3.2-2） 式中： 值取 0.100.25 之間，建議用來計算樁長超過 15m的樁。 （ 3） 半經(jīng)驗(yàn) 法，其中土被劃分為一層，平均側(cè)摩阻力按下式計算： )2( 0 ummS cpf （ 2.3.2-3） 式中： 0mp為樁頂至樁尖平均有效上覆土壓力；umc為樁身周圍土的平均不排水剪強(qiáng)度； 為無量綱系數(shù)，其由樁長決定（如圖 2.3.2） 。因此，由該方法，樁的總側(cè)摩阻力變?yōu)镾SS AfR ，其中SA為樁身側(cè)面積。 圖 2.3.2 系數(shù) 和樁長關(guān)系曲線 樁長（ m） 8 對于柔性長樁，可能在樁端承載力充分發(fā)揮之前，在接近海床位置已經(jīng)發(fā)生樁土間的破壞。這是由于樁的柔性和樁與土之間沿樁長的位移差造成的。由于長度效應(yīng) ，其在軟土中的靜承載力將會小于剛性樁的， 對于軸向承載柔性樁的變形和應(yīng)力分析，可以將樁模擬成數(shù)個連續(xù)柱單元，由單元間節(jié)點(diǎn)上的非線性彈簧支撐。非線性彈簧由 t-z 曲線表示，從而展現(xiàn)樁與土之間的荷載 -位移關(guān)系。 應(yīng)力 t 為樁單位面積側(cè)摩阻力， z 為側(cè)摩阻力充分發(fā)揮時的軸向樁土間位移。 2.3.3 對于非粘性土中的樁，平均單位側(cè)摩阻力Sf可按下式計算： 10 tan fKpf S （ 2.3.3-1） 式中： K 為橫向地基 壓力系數(shù)，對于開口樁，取 K=0.8，對于閉口樁，取 K=1.0；0p 為有效上覆土壓力； 為土與樁壁之間的摩擦角（如表 2.3.3）； 1 f 為極限單位側(cè)摩阻力，可采用表 2.3.3 中的值。 非粘性土中阻塞樁單位樁端承載力可按下式計算： 10 qpNq qp （ 2.3.3-2） 式中：qN為支撐系數(shù)，可以由表 2.3.3 得到； 1q 為極限樁端承載力，可采用表2.3.3 中的值。 粘性土中的單位樁端承載力可按下式計算： ucp cNq （ 2.3.3-3） 式中： 9cN；uc為樁尖土不排水剪強(qiáng)度。 表 2.3.3 非粘性土中軸向承載樁的設(shè)計參數(shù) 密度 土的類別 （） f1 （ kPa） Nq q1 （ MPa） 很松 松 中松 砂 砂質(zhì)粉土 2） 粉土 15 48 5 1.9 松 中等 密實(shí) 砂 砂質(zhì)粉土 2） 粉土 20 67 12 2.9 中等 密實(shí) 砂 砂質(zhì)粉土 2） 25 81 20 4.8 密實(shí) 很密實(shí) 砂 砂質(zhì)粉土 2） 30 96 40 9.6 密實(shí) 很密實(shí) 礫石 砂 35 115 50 12.0 1）本表給出的設(shè)計參數(shù)僅作為指導(dǎo)。如果通過諸如現(xiàn)場圓錐試驗(yàn)、高質(zhì)量土樣 9 的強(qiáng)度試驗(yàn)、模型試驗(yàn)或打樁性能取得詳細(xì)資料，則其他值也許是合理的。 2） 砂質(zhì)粉土是那些含有大量砂粒和粉粒的土，它的強(qiáng)度一般隨砂粒含量的增加而增加，隨粉粒含量的增加而降低。 2.3.4 巖層中灌注樁的側(cè)摩阻力和端部承載力 （該不該加 這段，為了與 2.4.1 最后一句對應(yīng) ） 巖層中，位于噴射孔或鉆孔中的灌注樁，其單位表面摩擦力不應(yīng)超過巖石或灌漿的三軸抗剪強(qiáng)度，并且通常要比由于安裝引起的抗剪強(qiáng)度降低后的數(shù)值小得多。例如，干燥的密實(shí)頁巖在噴射或鉆孔時遇水，其強(qiáng)度將大幅度降低，孔側(cè)壁會形成一層再也恢復(fù)不到巖石強(qiáng)度的水化泥或粘土。這種樁的極限值可取為H.4.3 推薦的鋼樁同灌漿之間的極限 固結(jié)強(qiáng)度。 巖層的樁端承載力應(yīng)根據(jù)其三軸剪切強(qiáng)度和基于可靠的鹽土工程實(shí)踐的適用的承載力系數(shù)來確定，并不得超過 9.6MPa。 2.4 樁的軸向抗拔 力 2.4.1 樁的極限軸向抗拔能力可能等于或小于，但不得大于樁的總側(cè)摩阻力 Rs。在確定樁的極限抗拔力時，應(yīng)考慮包括靜水浮力和土塞重量在內(nèi)的樁有效重量。對于粘土， fs 值應(yīng)與 2.3.2 規(guī)定的值相同。對于非粘性土， fs 值應(yīng)根據(jù) 2.3.3 規(guī)定值計算。 對于 巖層 ， fs 值應(yīng)與 2.3.4 的規(guī)定值相同。 2.5 樁的軸向性能 2.5.1 樁的軸向位移應(yīng)在可接受的工作極 限范圍內(nèi)，并且這些位移必須和結(jié)構(gòu)的受力和運(yùn)動相協(xié)調(diào)。樁的響應(yīng)受荷載方向、荷載類型、加載速度、加載順序、安裝技術(shù) :、土類型、樁的軸向剛度和其它一些因素的影響， 見 說明 2.5.1。 2.5.2 對非常規(guī)的荷載狀況或?qū)兜娜送辽疃扔邢拗茣r，應(yīng)詳細(xì)考慮周期性荷載效應(yīng)。環(huán)境荷載，如風(fēng)暴波浪和地震引起的周期性荷載（包括慣性荷載）對樁的軸向靜力性能可能有兩種相互抵消的作用。周期性荷載可以造成暫時或永久性的承載力降低和（或）累積變形。迅速加載可以增加樁的承載力和（或）樁的剛度，非常緩慢地加載也可能造成樁的承載力和（或）樁的 剛度的降低。周期性荷載的綜合影響是下列各項(xiàng)綜合效應(yīng)的函數(shù)，即作用在樁上的荷載大小、循環(huán)次數(shù)、加載速率、樁的結(jié)構(gòu)特性、土類型以及樁設(shè)計時所取的安全系數(shù)。 樁的設(shè)計人土深度應(yīng)足以發(fā)揮樁的有效能力，以承受 2.2.4 所討淪的設(shè)計靜力和周期性荷載。通過樁 -土系統(tǒng)承受靜力和周期性荷載的樁的響應(yīng)分析，可以驗(yàn)證樁的設(shè)計人土深度，進(jìn)行分析的方法見對 本條的 說明 。樁 -土的抗力和位移 t-z、Q-z 特性 見 2.6。 2.5.3 對樁進(jìn)行響應(yīng)分析時，當(dāng)確切考慮上述影響時，應(yīng)把設(shè)計靜力和周期性荷載加在樁的頂部并確定樁的抗力 -位移特征，在 設(shè)計加載完成之后，就可以確定樁的最大抗力和位移。樁的變形要符合結(jié)構(gòu)使用性能的要求。在設(shè)計荷載下得出 10 的樁的總抗力都應(yīng)滿足 2.2.4 的要求。 2.6 軸向荷載樁的土反力 2.6.1 樁基礎(chǔ)的設(shè)計應(yīng)能夠承受軸向靜力和循環(huán)荷載，土的軸向抗力是由軸向的樁 -土粘結(jié)或荷載沿樁側(cè)面的傳遞和樁端的承載力組合而成的。在任一深度動員的樁 -土的剪力傳遞和樁的局部位移的圖形關(guān)系可以用 t-z 曲線來表示。同樣，可動員的端部承載力和端部的軸向位移可用 Q-z 曲線來表示。 2.6.2 t-z 曲線可以依據(jù)起始點(diǎn)和達(dá)到最大軸向載荷maxt所對應(yīng)的點(diǎn)之間的非線性關(guān)系產(chǎn)生，如下式： m a xm a xm a x001ln ttttrttrzGRtzffIF 當(dāng) （ 2.6.2-1） 式中： R 為樁的半徑；0G為初始剪切模量； IFz 為無量綱影響區(qū)域，定義為樁周圍影響區(qū)域半徑與 R 的比值；fr為曲線擬合參數(shù)。當(dāng)位移 z 超過maxt所對應(yīng)的位移后，軸向載荷 t 與位移 z 為 線性關(guān)系并降低，最終達(dá)到剩余軸向載荷rest。對于超過此點(diǎn)的位移，軸向載荷將保持為常數(shù)。圖 2.6.2 給出了依據(jù)此方法得到的一個 t-z 曲線示例。最大軸向載荷可以依據(jù)上面給出的單位側(cè)摩阻力的計算方法得到。 11 圖 2.6.2 由模型產(chǎn)生的 t-z 曲線示例 對于粘土，生成 t-z 曲線的初始剪切模量可由下式得到： ucG 26000 （ 2.6.2-2） 然而， Eide 和 Andersen（ 1984）建議按下式計算： 11 7 06 0 00 O C RccG uu （ 2.6.2-3） 式中：uc為粘土不排水抗剪強(qiáng)度； OCR 為超固結(jié)率。 對于砂土，生成 t-z 曲線的初始剪切模量可由下式得到： )1(20 vmG va （ 2.6.2-4） 其中 tan1000m 式中：a為參考壓力，取值 100kPa；v為垂直有效應(yīng)力； v 為土的泊松比； 為土的內(nèi)摩擦角。 2.6.3 樁端承載力或樁尖荷載性能應(yīng)該按 2.3.2 和 2.3.3 所述方法確定。然而，只有較大的樁尖位移才能動員全部的端部承載力，樁尖位移需達(dá)到直徑的 10%，才能完全動員粘土和砂土中的端部承載力。在沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)時，對砂土和粘土，建議都采用下列曲線： z/D Q/Qp 0.002 0.25 0.013 0.50 0.042 0.75 0.073 0.90 0.1 1.00 z 樁尖軸向位移 （ mm） ； D 樁的直徑 （ mm） ； Q 可動員的樁端承載力 （ kN） ； Qp 根據(jù) 2.3 計算的所有樁端承載力 （ kN） ； 推薦曲線如 圖 2.6.3 所示。 12 圖 2.6.3 樁尖荷載 -位移（ Q-z）曲線 2.7 側(cè)向荷載樁的土反力 2.7.1 水平荷載作用下樁的分析方法大部分都是基于 p-y 曲線。 p-y 曲線給出了樁發(fā)生的水平向偏斜距離 y 與樁周圍土對樁的抗力積分值 p 的關(guān)系。樁被模擬成數(shù)個連續(xù)梁 -柱單元，由單元間節(jié)點(diǎn)上的非線性彈簧支撐。非線 性支撐彈簧的特性由每個節(jié)點(diǎn)的 p-y 曲線得到，如圖 3。 對于任意外加荷載作用在樁頂時，沿樁長上任意一點(diǎn)樁的位移和應(yīng)力解可由如下微分方程得到： 0)(2244 qypdx ydQdx ydEI A （ 2.7.1-1） 且 LA QdxdyQdx ydEI 33 （ 2.7.1-2） 和 Mdx ydEI 22 （ 2.7.1-3） 式中： x 為沿樁軸的位置； y 為樁的水平向位移； EI 為樁的抗彎剛度； AQ 為作用在樁上的軸向荷載； LQ 為作用在樁上的水平荷載； p（ y） 為土的水平向響應(yīng)； q為沿樁長的分布荷載； M 為作用在樁上的彎矩，上述都表示 x 位置上的值 13 圖 3 樁模擬成梁 -柱時節(jié)點(diǎn)處的 p-y 曲線 2.7.2 有限差分法通常是獲得樁的微分方程解的最可行辦法。許多商業(yè)計算機(jī)程序可以獲得這一結(jié)果。這些程序通?？梢缘玫綐?端承受不同的軸向荷載、水平荷載和彎矩荷載組合下樁應(yīng)力和位移的完全解。 前面提到依據(jù) t-z 曲線得到沿樁逐漸傳遞的軸向荷載也包括在內(nèi)。一些程序不但可以用來分析單樁，而且還可以用來分析群樁，包括可能的樁 -土 -樁相互作用和連接樁頂?shù)暮侠砩喜拷Y(jié)構(gòu)，或?yàn)閯傂猿信_，或?yàn)橛邢迍偠冉Y(jié)構(gòu)。 對于 p-y 曲線的建立，應(yīng)當(dāng)考慮土的類型，荷載的類型，和由于沉樁和沖刷的影響造成土的重塑。下面給出一種建立 p-y 曲線的推薦方法。 對于水平樁撓度 y 處，樁單位長度的水平土抗力表示為 p。單位長度的極限水平土抗力表示為 pu。這是當(dāng)樁發(fā)生水平偏移時， p 可以達(dá)到的最大值。 2.7.3 對于粘土中的樁，極限水平土抗力推薦按下式計算： RRuuuu XX XXDcXJcDXcp 當(dāng)當(dāng) 09)3( （ 2.7.3-1） 式中： X 為土表面以下深度； RX 為極限水平土抗力轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度， 小于XJcDXc uu )3( 超過 Dcu9 所得到的值； D 為樁的直徑； uc 為土的不排水抗剪強(qiáng)度； 為土的有效單位容重； J 為無量綱經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，其值取 0.250.50 之間，對于正常固結(jié)軟粘土建議取 0.50。 對于靜荷載， p-y 曲線可以根據(jù)下式得到： 14 ccucuyyyypyypp 88)(23/1當(dāng)當(dāng) （ 2.7.3-2） 對于循環(huán)荷載，并且當(dāng)RXX ， p-y 曲線可以根據(jù)下式得到： ccucuyyyypyypp 3372.0)(2 3/1當(dāng)當(dāng) （ 2.7.3-3） 對于循環(huán)荷載，并且當(dāng) RXX ， p-y 曲線可以根據(jù)下式得到： ccccRuccRucuyyyyyyyXXpyyyXXpyypp15153372.0)123)1(1(72.0)(23/1當(dāng)當(dāng)當(dāng) （ 2.7.3-2） 式中： Dycc 5.2； D 為樁的直徑；c為原狀土不排水壓縮試驗(yàn)中最大應(yīng)力一半處所對應(yīng)的應(yīng)變， 更詳細(xì)資料參考分類注釋 30.4（沒找到） 。 2.7.4 對于非粘性土中的樁，極限水平土抗力推薦按下式計算： RRu XXXXXDCXDCXCp 當(dāng)當(dāng) 0)(321 （ 2.7.4-1） 式中：系數(shù) 1C 、 2C 和3C與內(nèi)摩擦角 有關(guān)，可由圖 2.7.4-1 得到； X 為土表面以下深度； RX 為極限水平土抗力轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度， 小于 XDCXC 21 )( 超過 XDC 3 所得到的值； D 為樁的直接； 為土的單位浮容重。 15 2.7.4-1 系數(shù) 1C 、 2C 和3C與內(nèi)摩擦角 的關(guān)系曲線 p-y 曲線可以根據(jù)下式得到： )tan h ( yApkXAppuu 式中： k 為地基反力初始模量，與內(nèi)摩擦角 有關(guān)，如圖 2.7.4-2； A 為考慮靜荷載或循環(huán)荷載條件的系數(shù)，由下式可得： 對于靜荷載對于循環(huán)荷載 9.0)8.03(9.0DXA （ 2.7.4-2） 更詳細(xì)資料參考 分類注釋 30.4（沒找到） 。 16 圖 2.7.4-2 地基反力初始模量 k 與內(nèi)摩擦角 的關(guān)系曲線 2.7.5 推薦的非線性 p-y 曲線主要用來分析在承載能力極限狀態(tài)內(nèi)樁的水平向承載力。 2.7.6 必須謹(jǐn)慎對待推薦的非線性 p-y 曲線用在其他狀況，而不是評估在承載能力極限狀態(tài)內(nèi)樁的水平向承載力。包括如下狀況，但不僅限于此，樁的正常使用極限狀態(tài)分析，樁的疲勞分析， 在以邊界條件來分析樁土系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)時，確定代表樁土系統(tǒng)剛度 的等效彈簧剛度，一般情況下， p-y 曲線的初始斜率可能會受到影響。 2.7.7 必須謹(jǐn)慎對待推薦的非線性 p-y 曲線被直接應(yīng)用在規(guī)定的固定形式內(nèi)，或依據(jù)曲線離散化進(jìn)行分段線性擬合被應(yīng)用。 2.7.8 對于粘土推薦的 p-y 曲線被定義為三階多項(xiàng)式，因此它們有無限大初始斜率，即荷載 -位移管線曲線的初始剛度為無限大。實(shí)際是不可能的，然而該曲線一直有效的用在它的主要目的上，即評估在承載能力極限狀態(tài)內(nèi)樁的水平向承載力。但是，粘土中推薦的固定形式 p-y 曲線不能直接用在初始剛度問題情況，如確定樁頂?shù)刃偠葐栴}。 2.7.9 當(dāng)粘土 p-y 曲線被用在曲線初始斜率問題時，該曲線需要以分段直線在離 17 散點(diǎn)間進(jìn)行離散和逼近。離散化必須按下面方法進(jìn)行，即曲線上原點(diǎn)以外第一個離散點(diǎn)的位置，應(yīng)使正確的初始斜率結(jié)果出現(xiàn)在分段線性表示的 p-y 曲線中。 2.7.10 除非數(shù)據(jù)指出了其他情況，否則 p-y 曲線的初始斜率按下式計算： 25.0)( c uDpk （ 2.7.10） 式中： 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；c為原狀土不 排水靜三軸壓縮試驗(yàn)中最大主應(yīng)力一半處所對應(yīng)的豎向應(yīng)變。對于正常固結(jié)粘土，推薦 10 ；對于超固結(jié)粘土，推薦 30 。 2.7.11 原點(diǎn)以外第一個離散點(diǎn)位置的選擇應(yīng)使粘土中分段線性擬合的 p-y 曲線得到一個正確的初始斜率。第一離散點(diǎn)位置可以確定在相對位移 y/yc=0.1 及 縱坐標(biāo)值 p/pu=0.23 處。 2.7.12 砂土中推薦的固定形式的 p-y 曲線有有限初始斜率，因此為有限初始剛度。任何時候這些曲線的離散擬合都需要繪制通過這一離散 點(diǎn)的分段線性曲線，因此，為了得到初始斜率的正確表示，一個 p-y 曲線原點(diǎn)附近非常精準(zhǔn)的離散點(diǎn)來是很重要的。 2.7.13 任何時候使用 p-y 曲線建立的等效樁頂剛度被應(yīng)用在邊界條件中來分析由樁土系統(tǒng)支撐的結(jié)構(gòu)時，建議對 p-y 曲線初始斜率的變化和不同假設(shè)的影響進(jìn)行深入研究。 2.8 樁壁厚度 2.8.1 樁的壁厚可沿長度方向變化，并可根據(jù)以下各段所討論的幾種荷載條件之一或各種要求來控制特定點(diǎn)的壁厚。在安裝圖或技術(shù)規(guī)格書中，設(shè)計者應(yīng)說明打樁過程中可能使用的樁錘。 2.8.2 由乘系數(shù)的外荷載造成的樁的內(nèi)荷載 ，應(yīng)根據(jù)本文 D.2（ API 第 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計 D.2 拉伸、壓縮、彎曲、剪切或靜水壓力作用下的圓柱形構(gòu)件） 允許的條件進(jìn)行校核。應(yīng)采用考慮了結(jié)構(gòu)和土對樁提供約束的合理分析來校核未受土側(cè)向約束的樁段的內(nèi)荷載。除非由于土的剪切強(qiáng)度極低，計算的側(cè)向位移很大或一些其它原因使得樁被確認(rèn)失去橫向支撐，否則一般情況下不必考慮泥面以下樁段的柱狀屈曲。 2.8.3 樁在泥面附近和其它部位的壁厚，通常取決于平臺的乘系數(shù)的荷載產(chǎn)生的軸向力和彎矩的聯(lián)合作用?？筛鶕?jù) 2.7 確定的土抗力來計算樁的彎矩曲線，并應(yīng)適當(dāng)考慮因沖刷而形成的土的 運(yùn)動。在泥面或其附近，由于周期性荷載引起較大的側(cè)向變形（例如，超過 G.8.3（ API 第 G 章 G.8.3 軟粘土的 p-y 曲線，我們上面沒說，這句可以不要？） 中對軟粘土規(guī)定的 yc 值）時，應(yīng)考慮減小或忽略該地 18 段的土 樁的附著力。 2.8.4 對每一放置樁錘（樁頂、鉆機(jī)等）的樁段或隔水套管，都應(yīng)根據(jù)放置此設(shè)備的荷載進(jìn)行校核。這些荷載可能使接樁的最大長度受到限制，尤其是斜向打樁或鉆孔沉樁。最常遇到的必須承受的作用力包括靜彎矩，軸向荷載和樁錘初始安置時產(chǎn)生的側(cè)向荷載。 經(jīng)驗(yàn)表明，如果按下述方法計算靜承載力，就能較好地防止 由于上述荷載引起的管壁損壞： 1. 將伸出的接樁段作為底端固定的自立樁來考慮，并且具有適當(dāng)?shù)挠行чL度系數(shù) K（例如，對傾斜的樁為 2.3，對近似垂直的隔水套管為 2.4）。 2. 在計算彎矩和軸向力時，應(yīng)采用樁錘、樁帽和導(dǎo)架的全部乘系數(shù)的重量，其作用力通過組合質(zhì)量的中心（ 3.1D 或 5.1L ，取決于對每項(xiàng)重量的掌握程度）。以及接樁段的乘系數(shù)的重量（ 3.1D ），并且適當(dāng)考慮斜度和質(zhì)量中心的偏心度。應(yīng)把近似 垂直的接樁段看成具有初始的或?qū)嶋H上微小的不垂直度或至少2%斜度的懸臂梁來確定設(shè)計彎矩。還應(yīng)確定的次生彎矩是 P 彎矩的和。它是由接樁段（看成具有一端固定的懸臂梁）頂部和中部的確定的或一階側(cè)向變形及其相應(yīng)的乘系數(shù)的重量荷載的分力造成的。 3. 不應(yīng)超出下述梁 柱抗力驗(yàn)算公式： 0.1)/1( MPF fFfbnbbcncc （ 2.8.4） 式中： P 為 由乘系數(shù)的重力荷載產(chǎn)生的一階 P 彎矩， N m，而cf，cnF，bf，bnF， M，c和b由 D.2.2（ API 第 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計 D.2.2 軸向壓縮和 D.2.3（ API 第 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計 D.2.3 彎曲） 定義。 2.8.5 在打樁期間自立樁段內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力也應(yīng)給予考慮。由樁錘沖擊造成的應(yīng)力（ 動應(yīng)力 ） 和由軸向力與彎曲引起的應(yīng)力 （ 靜應(yīng)力 ） 的合成，不應(yīng) 超過鋼材最小的屈服強(qiáng)度。 應(yīng)當(dāng)采用波動理論的分析方法來確定應(yīng)力的大小 （見 G.2.1）（ API 第 G 章 G. G.2.1打入樁） ，通常假設(shè)打樁時的動載部分不會使樁發(fā)生柱狀屈曲。沒有乘系數(shù)的動應(yīng)力不應(yīng)超過屈服強(qiáng)度力的 80 %90%，這取決于具體的條件，諸如沿樁長向下的最大應(yīng)力的位置、錘擊次數(shù)、原先的樁一錘組合的經(jīng)驗(yàn)和對分析的可信程度。當(dāng)較大的打樁應(yīng)力傳遞給結(jié)構(gòu)時，應(yīng)對它進(jìn)行單獨(dú)的考慮，并且要避免造成附屬構(gòu)件的破壞。 打樁時的靜應(yīng)力應(yīng)由計算點(diǎn)以上的樁段的重量加上在錘擊過程中由樁實(shí)際承受的樁錘分力，包括由此產(chǎn)生的彎曲 應(yīng)力。對所有的靜載，應(yīng)取 1.6 的系數(shù)，應(yīng)該根據(jù) D.2（ API 第 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計 D.2 拉伸、壓縮、彎曲、剪切或靜水壓力作用下的圓柱形構(gòu)件） 和 D.3（ API 第 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計 D.3 聯(lián)合荷載作用下的圓柱形構(gòu)件） 來校核樁的強(qiáng)度。 19 2.8.6 樁在全長范圍內(nèi)的 D/t 比應(yīng)足夠小以防止當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到樁材料屈服強(qiáng)度時發(fā)生局部屈曲。應(yīng)考慮樁在安裝和使用期間出現(xiàn)的不同荷載情況。應(yīng)將 D.2 D.2（ API 第 D 章 圓柱形構(gòu)件的設(shè)計 D.2 拉伸、壓縮、彎曲、剪切或靜水壓力作用下的圓柱形構(gòu)件） 規(guī)定的限度考慮作為使用期和下述安裝情況 下的最低要求，即預(yù)計能正常打樁或不用打樁方法進(jìn)行沉樁的情況。對于打入樁，如果預(yù)計打樁較困難時（用最大型打樁錘，每英尺需 250 擊，每米 820 擊），則樁的最小壁厚應(yīng)不小于： t=6.35+D/100 （ t， D 單位為 mm） （ 2.8.6） t=0.25+D/100 （ t， D 單位為 m） 式中： t 為壁厚； D 為直徑。 對于常用規(guī)格的樁，其最小壁厚如表 2.8.6 所列。 表 2.8.6 最小管壁厚度 樁直徑 D 正常壁厚 t mm mm 610 13 762 14 914 16 1067 17 1219 19 1524 22 1829 25 2134 28 2438 31 2743 34 3048 37 當(dāng) D /t 較小，且預(yù)計打樁遇到堅硬地層時，如果以往的經(jīng)驗(yàn)或詳細(xì)的分析表明在打樁時不致使其破壞，那么可以放寬上述要求。 2.8.7 對于在泥面處具有加厚段的樁，應(yīng)考慮增加泥面附近厚壁段的長度，以確保樁在達(dá)不到設(shè)計深度時，在該處不發(fā)生超應(yīng)力現(xiàn)象。在設(shè)計中，欠打允許值應(yīng)根據(jù)樁所能達(dá)到貫人深度的不確定性程度來定。在某些場合超打允許值應(yīng)該類似地按照在預(yù)計的深度處沒有遇到 期望的承重層的方法來確定。 2.8.8 樁靴的作用就是為了幫助樁通過堅硬地層或減小打樁阻力，以達(dá)到較深的人土深度。對不同的情況應(yīng)采用不同的考慮。如果采用內(nèi)樁靴穿過堅硬地層，則應(yīng)保證在樁端上的正常和加厚段折點(diǎn)處不產(chǎn)生不可接受的高的打樁應(yīng)力，并且要確保樁靴不會使土塞的承載力低于設(shè)計中的假定值。由于外樁靴會造成它上面樁表面摩擦力的降低，一般情況下，不使用外樁靴。 2.8.9 所有的樁頂設(shè)計應(yīng)當(dāng)與安裝承包商協(xié)商以確保與建議的安裝方法和設(shè)備相協(xié)調(diào)。 20 說明 2.1.3 樁頂被定義為沿樁與海床同水平的位置。足夠的 軸向樁承載力可以通過檢查樁頂?shù)脑O(shè)計軸向荷載沒有超過設(shè)計軸向抗力來確定，包括樁側(cè)的設(shè)計單位側(cè)摩阻力，加上可能的樁尖阻力。 對于粘土，單位側(cè)摩阻力為不排水抗剪強(qiáng)度的函數(shù)。對于砂土，單位側(cè)摩阻力為相對密度的函數(shù)。以上兩種情況，單位側(cè)摩阻力由 API RP2A和 DNV分級說明的NO.30.4中規(guī)定的決定。 循環(huán)荷載作用對樁的軸向承載力的影響應(yīng)該在設(shè)計中被考慮。主要對象是決定抗剪強(qiáng)度的衰減，即單位側(cè)摩阻力的衰減，沿樁身的給出適當(dāng)?shù)暮奢d強(qiáng)度。 循環(huán)荷載對于粘土、膠結(jié)石灰質(zhì)土和細(xì)粒非粘性土（粉土）中的樁的影響是顯著的，然而 對于中粒到粗粒的非粘性土的影響不是很顯著。 2.1.4 抵抗 側(cè)向 荷載與彎矩荷載組合的足夠樁承載力可以通過所謂的單樁分析來確定，分析中樁分為數(shù)個結(jié)構(gòu)單元，由節(jié)點(diǎn)連接，在這些節(jié)點(diǎn)處由根據(jù) p-y和 t-z曲線得來土體彈簧支撐。 側(cè)向 荷載和傾覆彎矩作用在樁頂。同時作用在樁頂?shù)妮S向力也需要包括在內(nèi)，因?yàn)樗麄儠暙I(xiàn)彎矩，當(dāng)土體 側(cè)向 抗力充分動員時，即二階彎矩效應(yīng)。 目錄 F中為循環(huán)荷載條件制定的 p-y曲線可以用來分析 側(cè)向 支撐。 目錄 F中的 p-y曲線的計算公式自動說明 側(cè)向 抗力的循環(huán)遞減效應(yīng)。 滿足樁 側(cè)向 承載力準(zhǔn)則的同時也要滿足 位移準(zhǔn)則，可以與要求（ 2）比較。一個關(guān)于樁頂 側(cè)向 撓度或樁頂相對水平軸旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)則將是實(shí)用的。當(dāng) 側(cè)向 土體抗力采用特別保守的假設(shè)時，要求（ 2）可以不考慮。 通過理論和單樁分析，通常不能充分確保樁頂?shù)脑O(shè)計 側(cè)向 荷載不超過設(shè)計總 側(cè)向承載力。這是因?yàn)橛赏馏w 側(cè)向 抗力沿樁長被動員產(chǎn)生的總樁 側(cè)向 承載力發(fā)揮之前，過量（不可接受的）樁 側(cè)向 位移將發(fā)生在樁頂。 當(dāng)開展單樁分析時，建議注意單樁分析得到的樁頂 側(cè)向 位移，確保它們不是很大。例如，通過樁長函數(shù)來預(yù)測樁頂位移，確保設(shè)計是在相應(yīng)的位移 -長度關(guān)系曲線上。 同時也推薦確保對于 側(cè)向 承載力 極限狀態(tài)荷載下沿樁長的塑性化區(qū)域不是太廣泛。 2.1.6 變形偏差通常在設(shè)計基礎(chǔ)中給出，常常規(guī)定豎直面內(nèi)樁頂最大允許旋轉(zhuǎn)變形。樁頂通常被定義在海床面。變形偏差通常需要滿足直觀要求和風(fēng)力發(fā)動機(jī)的運(yùn)行要求。因此變形偏差通常由風(fēng)輪機(jī)制造商闡明。 通常，安裝偏差被規(guī)定滿足完成單樁安裝時樁頂?shù)淖畲笤试S旋轉(zhuǎn)要求。 另外，由于正常使用極限狀態(tài)荷載貫穿整個單樁設(shè)計，因此其他的偏差通常被指定了上限，來滿足樁頂?shù)睦鄯e永久旋轉(zhuǎn)。累積永久旋轉(zhuǎn)需要滿足由循環(huán)波浪和風(fēng)荷載的非零均值引起的永久累積土體變形所導(dǎo)致的偏差。 在某些情況下， 安裝偏差同總旋轉(zhuǎn)偏差一起被規(guī)定為安裝和永久累積變形。這些通常表示為樁頂旋轉(zhuǎn)和傾斜的要求，樁頂?shù)奈恢帽欢x為沿樁與海床同水平處。例如，如果在海床處總的旋轉(zhuǎn)偏差規(guī)定為 0.5，安裝偏差規(guī)定為 0.25，那么在海床處的永久累積旋轉(zhuǎn)偏差的限制就是 0.25。 21 2.5.1 參考資料 G11 給出了一個確定樁軸向性能分析方法，這種方法使用樁的軸向剪切傳遞與樁局部變形（ t-Z）曲線來模擬沿樁側(cè)面的土所提供的軸向支撐。另外一個（ Q-Z）曲線用來模擬樁端承載力與樁端變形的響應(yīng)， G.7 中給出了 t-Z和 Q-Z 曲線的繪制方法。 在一些條件下，如呈現(xiàn)出應(yīng)變軟化特性的土和（或）當(dāng)樁在軸向上較柔時，樁實(shí)際的軸向承載力可能比由公式（ G.4 1）給出的要小。在這些情況下，一定要確實(shí)考慮它們對極端軸向承載力的影響。應(yīng)注意其它因素，如風(fēng)暴波浪條件下加載速率引起軸向承載能力增加與上述影響的抵消作用。更詳細(xì)的資料見 G.6.2 和參考資料 G90。 2.5.2 樁的軸向動力響應(yīng) 2.5.2.1 概述 樁的軸向承載力就是樁最大的軸向荷載抗力，而樁的性能是業(yè)主對樁使用的具體要求（如樁頭變形）。樁的軸向承載力和性能取決于許多因素（如土的類型、樁的特性、安裝的方 法和加載特性），并應(yīng)在設(shè)計中考慮這些因素。本推薦涉及了循環(huán)荷載特性對樁軸向承載力和樁性能的影響。 2.5.2.2 荷載 作用在樁軸向上的荷載是由涉及操作、結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素（ 參考資料 G39）等引起的。重力荷載是長期存在的荷載 .通常作為靜荷載。關(guān)于重力荷載更詳細(xì)的定義參照 C.2。 環(huán)境荷載包括風(fēng)、波浪和流、地震以及浮冰，這些荷載具有較低或較高頻率的動力分量。荷載施加的速率和持續(xù)時間的測量單位為秒。風(fēng)暴和冰荷載可能具有數(shù)千個周期，而地震只能產(chǎn)生數(shù)十個周期（ 參考資料 G39）。 2.5.2.3 靜態(tài)承載力 對大多數(shù)由樁支撐的海上固定式平臺，經(jīng)驗(yàn)證明，確定足夠的插樁深度取決于對靜態(tài)承載力的估算、靜態(tài)極限設(shè)計荷載和通常采用的工作強(qiáng)度設(shè)計（ WSD）的安全系數(shù)，而此安全系數(shù)部分地考慮了循環(huán)荷載效應(yīng)（ 參考資料 G40） 。用于設(shè)計樁抗力系數(shù)的 LRFID 規(guī)定就是根據(jù)這些安全系數(shù)來標(biāo)定的。 2.5.2.4 循環(huán)荷載效應(yīng) 與長期的、靜態(tài)的荷載相比，循環(huán)荷載對樁的軸向承載力和剛度具有下列重要響： 由于循環(huán)荷載而造成承載力和剛度的降低（ 參考資料 G41）； 不論加載方式是周期性或非周期性，由于高的加載速率造成承載力和剛度 的增加（ 參考資料 G42 ）。 對承載力的綜合效應(yīng)主要是受樁的特性（剛度、長度、直徑、材料）、土特性（類型、應(yīng)力特性、應(yīng)變率和循環(huán)退化）和加載（循環(huán)荷載的數(shù)量和大小）的影響。 循環(huán)荷載也可能引起樁位移的累積和樁周圍的土的硬化及加強(qiáng)或軟化及減弱。滯回和幅射阻尼將荷載的能量消耗在土中（ 參考資料 G43 ），對地震來說，自由場地面運(yùn)動（與樁和結(jié)構(gòu)的存在無關(guān)），在土中能夠產(chǎn)生嚴(yán)重的循環(huán)應(yīng)變效應(yīng)，這些效應(yīng)將影響樁的承載力和剛度（ 參考資料 G44 和 G45）。 2.5.2.5 分析模型 已開發(fā)和使用了的許多不同的模型來確 定樁的軸向動力響應(yīng)，這些模型可劃 22 分為兩大類： 1. 離散單元模型。樁周圍的土作為 -系列非藕合的彈簧或單元，連接在樁和遠(yuǎn)場土（通常假定為剛性的）之間。這些單元的材料特性可從線彈性到非線性、滯回與速率有關(guān)而變化。土單元通常被認(rèn)為是 t-Z（側(cè)壁抗力 -位移）和 Q-Z（端部抗力 -位移）單元（ 參考資料 G45G48）可以串聯(lián)或并聯(lián)地施加在離散單元上。線性或非線性的阻尼器以模擬幅射阻尼和加載速率的效應(yīng)（ 參考資料 G49 和G50 ）。樁也可以模擬成一系列的離散單元，即通過彈簧連接的剛性質(zhì)量或模擬成連續(xù)的線性或非線性桿 。在這些模型中，材料的特性（土和樁）可以沿樁而變化。 2. 連續(xù)模型。樁周圍的土模擬成與樁連續(xù)連接的統(tǒng)一實(shí)體、材料的特性可以包括分析工作者所能發(fā)現(xiàn)的一切實(shí)際合理的應(yīng)力一應(yīng)變規(guī)則。由于非線性和多項(xiàng)性的程度，模型可能相當(dāng)復(fù)雜。另外，樁通常被模擬成一個線性或非線性的連續(xù)的棒。在這些模型中，材料的特性可以隨方向而變化（ 參考資料 G51G53）。 關(guān)于邊界條件、解的特性等，可以使用很多個的假定，因此，對于這兩種方法中的任一種，都會導(dǎo)致無限的變化。 所建立的模型和所采用的相應(yīng)方程一經(jīng)確定，那么就 必須選擇一個解決的方法。對一個簡單的模型，可能用解析法，否則，就必須使用數(shù)值方法。在一些情況下，聯(lián)合使用數(shù)值方法和解析法可能是很有益的。使用最多的數(shù)值方法是有限差分法和有限元法，兩種方法對離散單元模型和連續(xù)單元模型都是適用的。離散單元和連續(xù)單元模型在某些情況下可以組合使用（ 參考資料 G39 和 G49），經(jīng)典的有限元法已用于樁承受單一的軸向荷載時的特殊分析（ 參考資料 G51）。 由于實(shí)際原因，用數(shù)值法的離散單元模型被大量用于樁承受高強(qiáng)度的循環(huán)荷載條件。利用這些模型的結(jié)果研制關(guān)于樁變形的累積及樁在高強(qiáng)度循環(huán)荷 載下的承載力（ 參考資料 G47 和 G48） - 已證明，用解析方法（類似于用于機(jī)械振動的分析）解決彈性的連續(xù)模型問題，對估算等于或低于設(shè)計工作荷載（ 參考資料 G51 和 G52）的低強(qiáng)度、高頻率的循環(huán)荷載是非常適用的。在高強(qiáng)度荷載作用下，材料特性可能是非線性的，但如果能用非線性、滯回效應(yīng)的近似等價線性特性值，則仍然可使用連接模型的解析解（ 參考資料 G54）。 2.5.2.6 土特性 建立真實(shí)的分析模型來估算作用在樁上的循環(huán)荷載效應(yīng)的關(guān)鍵部分是樁土相互作用的特征化。現(xiàn)場、實(shí)驗(yàn)室以及模型和原型樁荷載的高質(zhì)量的試 驗(yàn)對測試這些特性是非常重要的。將樁的安裝和樁的菏載狀況合并到試驗(yàn)程序中，對建立樁土相互作用（土）的特性來說是很重要的。 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)（十字板剪切、圓錐貫人計、壓力計，）能夠?qū)ΜF(xiàn)場土的狀態(tài)和應(yīng)力 -應(yīng)變特性（ 參考資料 G55）提供較深人的了解?？山⑤^高或較低幅度的應(yīng)力 -應(yīng)變特性。長期的（靜力、蠕變）、短期的（動力、脈沖的）和循環(huán)（重復(fù)的）荷載有時在現(xiàn)場測試設(shè)備中也可以模擬。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對有代表性土樣的測試允許對應(yīng)力 -應(yīng)變條件的模擬和估算有一個較大的范圍（ 參考資料 G56），可以通過修正土樣來模擬樁的安裝 效應(yīng)（重塑和重新固結(jié)來估算現(xiàn)場的應(yīng)力）。為了模擬現(xiàn)場荷載條件，土樣可以承受不同的邊界條件（三軸、直剪和界面剪切）和不同程度的持續(xù)和循環(huán)剪切時間歷程。 對樁的原型和模型的測試，是進(jìn)行循環(huán)荷載分析所采用的土特性的另外一個重要來源。模型樁可以安裝有測量高度的儀器，并且在土和不同的荷載（ 參考資 23 料 G57 和 G58）中重復(fù)測試。在把模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果用于原型的分析時，要特別注意幾何比例、時間比例和其它模擬效應(yīng)。 從原型樁的荷載測試得出的數(shù)據(jù)對分析模型的標(biāo)定（ 參考資料 G59G62）是很有用的。這樣的測試，即使 沒有安裝測量高度的儀器，也能夠?yàn)樗捎玫姆治瞿Ｐ吞峁┲笇?dǎo)。這些測試還可以為驗(yàn)證土的特性和分析模型（ 參考資料 G39 , G48 , G49 和 G63， G64）結(jié)果的驗(yàn)證提供數(shù)據(jù) :原型樁的荷載測試與現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室的土測試以及真實(shí)的分析模型相結(jié)合，能夠?yàn)閷?shí)際估算樁對軸向動力荷載的響應(yīng)提供一個重要的框架。 2.5.2.7 分析過程 用離散單元模型進(jìn)行樁的動力軸向荷載響應(yīng)分析的主要步驟匯總?cè)缦拢?荷載： 樁頭荷載應(yīng)以它們的大小、持續(xù)時間和循環(huán)次數(shù)來表示，這既包括長期荷載，也包括短期循環(huán)荷載。通常，在 設(shè)計過程中選擇所預(yù)期的設(shè)計靜態(tài)和循環(huán)荷載。這些荷載應(yīng)按 C.3 節(jié) 乘以荷載系數(shù)。 樁的特性： 必須規(guī)定樁的特性，包括直徑、壁厚、剛度特性、重量和長度。這可能要求估計一與設(shè)計荷載相適應(yīng)的初始入土深度，根據(jù)樁的荷載測試和土測試，用經(jīng)驗(yàn)方法或準(zhǔn)靜力方法作這樣的枯算。 土的特性： 不同的分析方法需要不同的土參數(shù)。對連續(xù)介質(zhì)模型需要土的彈性特性（ E， G， v， D)。在離散單元模型中，應(yīng)該確定沿樁長的抗力和位移關(guān)系（ t-Z）以及樁端的抗力和位移關(guān)系（ Q-z）現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室的土測試，以及模型和原 型樁的荷載測試，能夠?yàn)檫@些因素的確定提供依據(jù)。這些測試應(yīng)至少包括樁的安裝方法、加載和時間效應(yīng)的影響。另外，進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)應(yīng)能夠足以提供對于樁荷載特性效應(yīng)的了解。最重要的是，土的特性必須適合所用的分析模型，并充分考慮這些方法的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。 循環(huán)荷載分析 : 使用分析方法來確定樁承受設(shè)計靜態(tài)荷載和循環(huán)荷載時的響應(yīng)（荷載抗力和位移）特性。考慮到估算樁的荷載和樁土特性時的固有不確定性，應(yīng)進(jìn)行參數(shù)分析來估算樁對這些不確定性的敏感性。分析的結(jié)果應(yīng)給出設(shè)計荷載下實(shí)際的樁的荷載抗力和累積位移的估計。另外，在模擬完 靜態(tài)和循環(huán)設(shè)計荷載后，應(yīng)對樁進(jìn)行進(jìn)一步分析，以確定它的儲備承載能力和循環(huán)荷載后的抗力。 2.5.2.8 性能要求 這些分析的主要目的是確保樁和它的人土深度以滿足結(jié)構(gòu)的要求。 在常規(guī)的以靜態(tài)能力為基礎(chǔ)的設(shè)計中，樁的設(shè)計荷載（乘系數(shù)后的重力荷載加上循環(huán)荷載的最大幅度）是和乘系數(shù)的承載力進(jìn)行比較的。樁的承載力是樁身和樁端抗力的組合 (G.4)。乘系數(shù)的荷載的定義見 C.3。為了反映荷載和樁抗力的不確定性，這種方法確保樁具有其在最大預(yù)計荷載以上仍有足夠的余量。 應(yīng)單獨(dú)估計在明顯的循環(huán)荷載作用下的樁 的性能。樁應(yīng)具有一個承載力，使它能夠在其設(shè)計荷載以外有足夠的儲備余量。另外，樁既不能下沉也不能被拔出，還不能產(chǎn)生引起結(jié)構(gòu)一基礎(chǔ)系統(tǒng)破壞的累積變形。 2.5.2.9 判定 直接模擬循環(huán)荷載顯然會提高設(shè)計者對荷載特性相對重要性的理解。另一方面，在采用這個方法時應(yīng)當(dāng)非常小心，過去是隱含地考慮循環(huán)作用。在隱式基礎(chǔ) 24 上制定和標(biāo)定的設(shè)計方法，在采用顯式算法的地方，可能需要徹底修正。 算例 25 3 高樁承臺群樁基礎(chǔ) 3.1 一般規(guī)定 3.1.1 高樁承臺群樁 是支撐 高樁承臺 或框架結(jié)構(gòu)如三角架平臺的樁基礎(chǔ)。 對于 高樁承臺群樁 的巖土工程設(shè)計，極限承載力狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)都應(yīng)被考慮。 3.1.2 對于極限承載力狀態(tài)的設(shè)計，土體強(qiáng)度使用設(shè)計土體強(qiáng)度值，定義的特征土體強(qiáng)度值由指定的材料參數(shù)所劃分。荷載使用設(shè)計荷載值，每個設(shè)計荷載都被定義為由相關(guān)指定的荷載參數(shù)決定的特征荷載。這些荷載代表極限荷載條件。兩種情況被考慮： 軸向荷載 水平荷載和彎矩荷載組合 3.1.3 對于軸向荷載，應(yīng)該確定每根單樁在極限承載力狀態(tài)下足夠的軸向樁承載能力。對于水平荷載和彎矩荷載組合，應(yīng)該確定每根單樁在極限承載力狀態(tài)下抵抗這些荷載 的足夠樁承載能力。 3.1.4 群樁效應(yīng)應(yīng)該被考慮 。 3.1.5 對于正常使用極限承載力狀態(tài)設(shè)計， 土體強(qiáng)度使用設(shè)計土體強(qiáng)度值，荷載使用特征荷載值。荷載應(yīng)該由在長時期內(nèi)將引起土體永久變形，反過來導(dǎo)致樁基的永久變形的荷載替代。例如，支撐結(jié)構(gòu)的永久累積傾斜。對于這一目的，循環(huán)荷載作用下土體行為需要以如下方式表示，土體的永久累積變形通過每次荷載峰的值循環(huán)次數(shù)的函數(shù)來計算，其應(yīng)用正常使用極限承載力狀態(tài)荷載歷史。 3.1.6 對于正常使用極限承載力狀態(tài)設(shè)計，應(yīng)該確定變形允許值不被超過。 3.2 豎向承載力 3.2.1 按群樁設(shè)計的基樁，其單樁垂直極限承載力設(shè)計值除應(yīng)按本節(jié)有關(guān)規(guī)定確定外，尚應(yīng)考慮群樁效應(yīng)影響： （ 1）高樁承臺中的單樁垂直極限承載力應(yīng)乘以群樁折減系數(shù)，折減系數(shù)可按3.2.2 條 采用； （ 2）高樁碼頭中的排架基樁，可不考慮群樁折減系數(shù)； （ 3）高樁碼頭起重機(jī)梁下的雙樁，其間距一般小于 3 倍樁徑，折減系數(shù)可取0.900.95，樁距小或入土深度大時取小值； （ 4）低樁承臺中的單樁垂直極限承載力設(shè)計值可按有關(guān)規(guī)范確定。 26 3.2.2 高樁承臺的樁基群樁折減系數(shù)可按下列公式計算： 1 1 （ 3.2.2-1） mn nmAnnAmmA )1)(1(4121 321 （ 3.2.2-2） dLSA ta n2 13 111 （ 3.2.2-3） dLSA ta n2 13 121 （ 3.2.2-4） dLSSA t a n213122211 （ 3.2.2-5） 式中： 為群樁折減系數(shù)； n 為高樁承臺橫向每排樁的樁數(shù)； m 為高樁承臺縱向每排樁的樁數(shù)； L 為相鄰樁的平均入土深度（ m）； 1 S 為縱向樁距，當(dāng)樁距不等時，可取其平均值（ m）； 2 S 為橫向樁距，計算方法與 1S 相同（ m）； 為土的固結(jié)快剪內(nèi)摩擦角，對成層土，可取樁入土深度范圍內(nèi) 角的加權(quán)平均值（） ； d為樁徑或樁寬（ m）。 式（ 3.2.2-3）至式（ 3.2.2-5）必須滿足大于、等于零的條件，如其值小于零，則取零。 3.3 軟弱 下臥層承載力 3.3.1 對于樁距不超過 6d 的群樁基礎(chǔ)，樁端持力層下存在承載力低于樁端持力層1/3 的軟弱下臥層時，可按式（ 3.3.1-1）、式（ 3.3.1-2）驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力（圖 3.3.1）： azmz ftl )( （ 3.3.1-1） )t a n2)(t a n2()(2)(0000 tBtA lqBAGN is i kkkz （ 3.3.1-2） 27 圖 3.3.1 軟弱下臥層承載力驗(yàn)算 式中： z 為作用于軟弱下臥層頂面的附加應(yīng)力；m為軟弱層頂面以上各土層重度（地下水位以下去浮重度）的厚度加權(quán)平均值； t 為硬持力層厚度；azf為軟弱下臥層經(jīng)深度修正的地基極限承載力特征值，深度修正系數(shù)取 1.0；00 BA、為樁群外緣矩形面積的長、短邊長； 為樁端硬持力層壓力擴(kuò)散角，按表 3.3.1 取值。 表 3.3.1 樁端硬持力層擴(kuò)散角 21 / ss EE 025.0 Bt 050.0 Bt 1 4 12 3 6 23 5 10 25 10 20 30 注 1：1sE、2sE為硬持力層、軟弱下臥層的壓縮模量。 注 2：當(dāng)050.0 Bt 時， 降低取值；介于 0.25B0 和 0.50B0 之間，可內(nèi)插取值。 3.4 負(fù)摩 阻力 28 3.4.1 符合下列條件之一的樁基，當(dāng)樁周土層產(chǎn)生的沉降超過基樁的沉降時，在計算基樁承載力時應(yīng)考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力。樁側(cè)負(fù)摩阻力的計算應(yīng)符合 JGJ 94 的規(guī)定。 1 樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性土、欠固結(jié)土、液化土層進(jìn)人相對較硬土層時。 2 樁周存在軟弱土層，鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長期荷載或填土，或地面大面積堆載（ 包括填土）時。 3 由于降低地下水位，使樁周土中有效應(yīng)力增大，并產(chǎn)生顯著壓縮沉降時。 3.5 抗拔 計算 3.5.1 承受拔力的樁基礎(chǔ)，應(yīng)同時驗(yàn)算群樁基礎(chǔ)呈整體破壞和呈非整體破壞時基樁抗拔承載力，計算應(yīng)符合極限狀態(tài)計算式（ 3.5.1-1）、式（ 3.5.1-2）： gpgkik GTN 2 （ 3.5.1-1） pukik GTN 2 （ 3.5.1-2） 式中：ikN為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，基樁拔力；gkT為群樁呈整體破壞時基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù) 3.5.2 條確定；ukT為群樁呈非整體破壞時基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù) 3.5.2 條確定；gpG為群樁基礎(chǔ)所包圍體積的樁土總自重除以總樁數(shù)，地下水位以下取浮重度；pG為基樁自重，地下水位以下取浮重度，對于擴(kuò)底樁應(yīng)按表 3.5.1 確定樁、 土柱體周長，計算樁、土自重。 表 3.5.1 擴(kuò)底樁破壞表面周長 ui 自樁底起算的長度 li （ 410） d （ 410） d ui D d 注： li 對于軟土取低值，對于卵石、礫石取高值； li 取值按內(nèi)摩擦角增大而增加。 3.5.2 群樁基礎(chǔ)及其基樁的抗拔極限承載力的確定應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 對于 1 級和 2 級樁基礎(chǔ)，基樁的抗拔極限承載力應(yīng)通過現(xiàn)場單樁上拔靜載荷試驗(yàn)確定。單樁上拔靜載荷試驗(yàn)及抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值取值可按 JGJ 106 執(zhí)行；對于群樁的抗拔極限承載力應(yīng)按以下規(guī)定驗(yàn)算。 2 對于 3 級樁基礎(chǔ)， 如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時，群樁基礎(chǔ)及基樁的抗拔極限承載力取值可按下列規(guī)定計算： 1） 群樁呈非整體破壞時，基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按式（ 3.5.2-1）計算： 29 iisikiuk luqT （ 3.5.2-1） 式中： ui 樁身周長，對于等直徑樁取 u= d；對于擴(kuò)底樁按表 3.5.1 取值； i 抗拔系數(shù)，按表 3.5.2 取值。 2） 群樁呈整體破壞時，基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按式（ 3.5.2-2）計算： isikilgk lqunT 1 （ 3.5.2-2） 式中： ul 樁群外圍周長。 表 3.5.2 抗拔系數(shù) i 土類 i 值 砂土 0.500.70 粘性土、粉土 0.700.80 注：樁長 l 與樁徑 d 之比小于 20 時， i 取小值。 3.6 水平 承載 力 3.6.1 群樁基礎(chǔ)（不含水平力垂直于單排樁基縱向軸線和力矩較大的情況）的基樁水平承載力特征值應(yīng)考慮由承臺、樁群、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng)，可按式（ 3.6.1-1） -式（ 3.6.1-5）確定： hahh RR （ 3.6.1-1） lrih （ 3.6.1-2） 9.115.015.0)(2145.0015.0nnds Zuai （ 3.6.1-3） haccal Rnn hBmx21202 （ 3.6.1-4） EIvRx xhaa 30 （ 3.6.1-5） 式中：hR為 群樁中基樁水平承載力特征值；haR為單樁水平承載力特征值；h為群樁效應(yīng)綜合系數(shù)；i為樁的相互影響效應(yīng)系數(shù)； r 為樁頂約束效應(yīng)系數(shù)（樁頂嵌入承臺長度 50100mm 時），按表 3.6.1 取值；l為承臺側(cè)向土抗力效應(yīng)系數(shù) 30 （承臺側(cè)面回填土為松散狀態(tài)時取 0r）； /dsa為沿水平荷載方向的距徑比；21 nn、為沿水平荷載方向與垂直于水平荷載方向每排樁中的樁數(shù)； m 為承臺側(cè)面土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)，當(dāng)無試驗(yàn)資料時可按 表 3.6.3 取值；ax0為樁頂（承臺）的水平位移容許值，當(dāng)以位移控制時，可取 mm100 ax（對水平位移敏感的結(jié)構(gòu)物取 mm60 ax），當(dāng)以樁身強(qiáng)度控制（低配筋率灌注樁）時 ，可近似按式（ 3.6.1-5）確定； cB為承臺受側(cè)向土抗力一邊的計算寬度， 1 cc BB，cB為承臺寬度；ch為承臺高度。 表 3.6.1 樁頂約束效應(yīng)系數(shù) r 換算深度 h 2.4 2.6 2.8 3.0 3.5 4.0 位移控制 2.58 2.34 2.20 2.13 2.07 2.05 強(qiáng)度控制 1.44 1.57 1.71 1.82 2.00 2.07 注：5 0EImb， h 為樁的入土深度。 3.6.2 當(dāng)作用于樁基上的外力主要為水平力時，應(yīng)根據(jù)使用要求對樁頂變位的限制，對樁基的水平承載力進(jìn)行驗(yàn)算（ 計算方法和公式詳見附錄 L）。當(dāng)外力作用面的樁距較大時，樁基的水平承載力可視為各單樁的水平承載力的總和。當(dāng)承臺側(cè)面的土未經(jīng)擾動或回填密實(shí)時，應(yīng)計算土抗力的作用。當(dāng)水平推力較大時，宜設(shè)置斜樁。 3.6.3 樁的水平變形系數(shù)和地基 土水平抗力系數(shù)可按下列規(guī)定確定： 1 樁的水平變形系數(shù) （ 1/m）可按式（ 3.6.3）確定： 5 0EImb （ 3.6.3） 式中： m 為樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)； b0 為樁身的計算寬度，對圓形樁，當(dāng)直徑 d 1m時， b0=0.9(1.5d+0.5)，當(dāng)直徑 d1m時， b0=0.9(d+1)。 2 樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù) m，宜通過單樁水平靜載試驗(yàn)確定，當(dāng)無靜載試驗(yàn)資料時，可按表 3.6.3 取值。 表 3.6.3 地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù) m 值 序號 地基土類別 預(yù)置樁 灌注樁 m （ MN/m4） 相應(yīng)單樁在地面處水平m （ MN/m4） 相應(yīng)單樁在地面處水平 31 位移（ mm） 位移（ mm） 1 淤泥、淤泥質(zhì)土、飽和 濕陷性土 24.5 10 2.56 612 2 流塑（ IL1）、軟塑（ 0.750.9粉土，松散粉細(xì)砂，松散、稍密填土 4.56 10 614 48 3 可塑（ 0.25 IL 0.75）狀粘性土，濕陷性土，e=0.750.9 粉土， 中密填土，稍密細(xì)砂 610 10 1435 36 4 硬塑（ 0 IL 0.25）、堅硬（ IL 0）狀粘性土，濕陷性土， e0.75 粉土，中密的中粗砂，密實(shí)老填土 1022 10 35100 25 5 中密、密實(shí)的礫砂、碎 石類土 100300 1.53 注 1：當(dāng)樁頂水平位移大于表列數(shù)值或灌注樁配筋率較高（ 0.65%）時， m 值應(yīng)適當(dāng)降低；當(dāng)預(yù)制樁的水平向位移小于 10mm 時， m 值可適當(dāng)提高。 注 2： 當(dāng)水平荷載為長期或經(jīng)常出現(xiàn)的荷載時，應(yīng)將表列數(shù)值乘以 0. 4 降低采用。 注 3： 當(dāng)?shù)鼗鶠?可液化土層時，應(yīng)按 JGJ 94 規(guī)定執(zhí)行。 3.7 沉降 3.7.1 對 5.0.2 條 規(guī)定的樁基礎(chǔ)和摩擦型樁基礎(chǔ)，應(yīng)進(jìn)行沉降驗(yàn)算。樁基的沉降不得超過基礎(chǔ)的沉降允許值，并應(yīng)符合 表 3.7.2 的要求。 計算樁基沉降時，最終沉降量宜按單向壓縮分層總和法計算。地基內(nèi)的應(yīng)力分布宜采用各向同性均質(zhì)線性變形體理論，按下列方法計算，計算應(yīng)按附錄 M進(jìn)行： 1 實(shí)體深基礎(chǔ)（樁距不大于 6d）。 2 其他方法，包括明德林應(yīng)力公司方法。 3.7.2 地基變形允許值可按表 3.7.2 的規(guī)定采用。 表 3.7.2 地基變形允許值 輪轂高度 H（ m） 沉降允許值（ mm） 傾斜率允許值 tan 高壓縮性粘性土 低、中壓縮性粘性土、砂土 H60 300 100 0.006 60H 80 200 0.005 80100 100 0.003 32 注：傾斜率系指基礎(chǔ)傾斜方向?qū)嶋H受壓區(qū)域兩邊緣的沉降差與其距離的比值，按下式計算： sbss 21tan 式中： s1、 s2 為基礎(chǔ)傾斜方向?qū)嶋H受壓區(qū)域兩邊緣的最終沉降值； bs 為基礎(chǔ)傾 斜方向?qū)嶋H受壓區(qū)域的寬度。 3.8 承臺設(shè)計 3.8.1 樁頂端的承臺應(yīng)采用鋼筋混凝土重力式，并應(yīng)滿足抗沖切、抗剪切、抗彎承載力和上部結(jié)構(gòu)的要求。 3.8.2 承臺底面單樁豎向力設(shè)計值可按下列公式計算（圖 3.8.2）： 圖 3.8.2 樁基承臺計算 1-墩身； 2-承臺； 3-樁； 4-剪切破壞斜截面 22 i iydi ixddid x xMy yMnFN （ 3.8.2） 式中：idN為第 i 根樁的單樁豎向力設(shè)計值；dF為由承臺底面以上的作用（或荷載）產(chǎn)生的豎向力組合設(shè)計值；ydxd MM 、為由承臺底面以上的作用（或荷載） 33 繞通過樁群形心的 x 軸、 y 軸的彎矩組合設(shè)計值； n 為承臺下面樁的總根數(shù)；ii yx、為第 i 排樁中心至 y 軸、 x 軸的距離。 3.8.3 當(dāng)承臺下面外排樁中心距墩臺身邊緣大于承臺高度時，其正截面（垂直于x 軸和 y 軸的豎向截面）抗彎承載力可作為懸臂梁按本規(guī)范 第 5.2.2 條 “梁式體系”進(jìn)行計算。 1 承臺截面計算寬度 1） 當(dāng)樁中距不大于三 倍樁邊長或樁直徑時，取承臺全寬； 2） 當(dāng)樁中距大于三倍樁邊長或樁直徑時 )1(32 nDab s （ 3.8.3-1） 式中：sb為承臺截面計算寬度； a 為平行于計算截面的邊樁中心距承臺邊緣距離；D 為樁邊長或樁直徑； n 為平行于計算截面的樁的根數(shù)。 2 承臺計算截面彎矩設(shè)計值應(yīng)按下列公式計算（本規(guī)范圖 3.8.2）： ciidxcd yNM （ 3.8.3-2） ciidycd xNM （ 3.8.3-3） 式中：xcdM、ycdM為計算截面外側(cè)各排樁豎向力產(chǎn)生的繞 x 軸和 y 軸在計算截面處的彎矩組合設(shè)計值；idN為計算截面外側(cè)第 i 排樁的豎向力設(shè)計值，取該排樁根數(shù)乘以該排樁中最大單樁豎向力設(shè)計值；cix、yix為垂直于 y 軸和 x 軸方向，自第 i 排樁中心線至計算截面的距離。 3.8.4 當(dāng)外排樁中心距墩臺身邊緣等于或小于承臺高度時，承臺短懸臂可按“撐桿 -系桿體系”計算撐桿的抗壓承載力和系桿的抗拉承載力（圖 3.8.4）。 1 撐桿抗壓承載力可按下列規(guī)定計算： scdsid ftbD ,0 （ 3.8.4-1） kcukcuscd fff,1, 48.030443.1 （ 3.8.4-2） iss idEAT 21 co t)0 0 2.0( （ 3.8.4-3） iai hbt c o ss in （ 3.8.4-4） dsha 6 （ 3.8.4-5） 式中：idD一撐桿壓力設(shè)計值，包括111 sin/ dd ND , 222 sin/ dd ND ，其中dN1 34 和dN2分別為承臺懸臂下面“ 1”排樁和“ 2”排 樁內(nèi)該排樁的根數(shù)乘以該排樁中最大單樁豎向力設(shè)計值，單樁豎向力按本規(guī)范公式（ 3.8.2）計算；按公式（ 3.8.4-1）計算撐桿抗壓承載力時，式中idD取dD1和dD2兩者較大者；scdf ,為撐桿混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值； t 為撐桿計算高度；為撐桿計算寬度，sb為按本規(guī)范第 3.7.3條有關(guān)正截面抗彎承載力計算時對計算寬 度的規(guī)定； b 為樁的支撐寬度，方形截面樁取截面邊長，圓形截面樁取直徑的 0.8 倍；kcuf ,為邊長為 150mm 的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；idT為與撐桿相應(yīng)的系桿拉力設(shè)計值，包括111 tan/ dd NT , 222 tan/ dd NT ；sA為在撐桿計算寬度sb （系桿計算寬度）范內(nèi)系桿鋼筋截面面積； s 為系桿鋼筋 的頂層鋼筋中心至承臺底的距離； d 為系桿鋼筋直徑，當(dāng)采用不同直徑的鋼筋時， d 取加權(quán)平均值；i為撐桿壓力線與系桿拉力線的夾角，包括1011 tan xa h ，2012 tan xa h ，其中0h為承臺有效高度； a 為撐桿壓力線在承臺頂面的作用點(diǎn)至墩臺邊緣的距離，取015.0 ha ； 1x和 2x 為樁中心至墩臺邊緣的距離。 a）“撐桿 -系桿”力系 b）撐桿計算高度 圖 3.8.4 承臺按“撐桿 -系桿體系”計算 1-墩臺身； 2-承臺； 3-樁； 4 系桿鋼筋 2 系桿抗拉承載力可按下列規(guī)定計算： ssdid AfT 0 （ 3.8.4-6） 式中：idT為系桿拉力設(shè)計值，見本條第 1 款，取dT1與dT2兩者較大者；sdf為系 35 桿鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計值；sA見本條第 1 款。 在垂直于系桿的承臺全寬內(nèi)，系桿鋼筋應(yīng)按本規(guī)范 第 3.9.8 條 第 2 款布置。在系桿計算寬度sb，內(nèi)的鋼筋截面面積應(yīng)符合本規(guī)范 第 9.1.12 條 規(guī)定的受彎構(gòu)件受拉鋼筋最小配筋百分率。 3.8.5 承臺的斜截面抗剪承載力計算應(yīng)符合下列規(guī)定（見本規(guī)范圖 3.8.2）： 0,40)6.02(109.0 hbmfPVskcud （ kN） （ 3.8.5） 式中：dV為由承臺懸臂下面樁的豎向力設(shè)計值產(chǎn)生的計算斜截面以外各排樁最大剪力設(shè)計值（ kN）的總和 ；每排樁的豎向力設(shè)計值，取其中一根最大值乘以該排樁的根數(shù)；kcuf ,為邊長為 150mm 的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ MPa）； P為斜截面內(nèi)縱向受拉鋼筋的配筋百分率， 100P ，0/ bhAs，當(dāng) P2.5 時，取 P=2.5，其中sA為承臺截面計算寬度（見本規(guī)范第 3.8.3 條）內(nèi)縱向受拉鋼筋截面面積； m 為剪跨比，0/ ham xi或0/ ham yi，當(dāng) m0.5 時，取 m=0.5，其中xia和yia分別為沿 x 軸和 y 軸墩臺邊緣至計算斜截面外側(cè)第 i 排樁邊緣的距離，當(dāng)為圓形截面樁時，可換算為邊長等于 0.8 倍圓樁直徑的方形截面樁；sb為承臺計算寬度（ mm），見本規(guī)范第 3.8.3 條有關(guān)正截面抗彎承載力計算時對于計算寬度的規(guī)定；0h為承臺有效高度（ mm）。 當(dāng)承臺的同方向可作出多個斜截面破壞面時，應(yīng)分別對每個斜截面進(jìn)行抗剪承載力計算。 3.8.6 承臺應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行沖切承載力驗(yàn)算： 1 柱或墩臺向下沖切的破壞錐體應(yīng)采用自柱或墩臺邊緣至相應(yīng)樁頂邊緣連線構(gòu)成的錐體；樁頂位于承臺頂面以下一倍有效高度0h處。錐體斜面與水平面的夾角，不應(yīng) 小于 45，當(dāng)小于 45時，取用 45。 柱或墩臺向下沖切承臺的沖切承載力按下列規(guī)定計算： )(2)(26.0 00 xxPyyyPxtdld abaabahfF （ 3.8.6-1） 2.02.1 xPxa （ 3.8.6-2） 36 2.02.1 yPya （ 3.8.6-3） 式中：ldF為作用于沖切破壞錐體上的沖切力設(shè)計值，可取柱或墩臺的豎向力設(shè)計值減去錐體 范圍內(nèi)樁的反力設(shè)計值；yx bb、為柱或墩臺作用面積的邊長 圖3.8.6 a） ；yx aa、為沖跨，沖切破壞錐體側(cè)面頂邊與底邊間的水平距離，即柱或墩臺邊緣到樁邊緣的水平距離，其值不應(yīng)大于0h圖 3.8.6 a） ；yx 、為沖垮比，00 / haha yyxx ，當(dāng)02.0 ha x 或02.0 ha y 時，取02.0 hax 或02.0 ha y ；PyPx aa 、分別與沖跨比yx 、對應(yīng)的沖切承載力系數(shù)；tdf為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。 2 對于柱或墩臺向下的沖切破壞錐體以外的角樁和邊樁，其向上沖切承臺的沖切承載力按下列規(guī)定計算： 1） 角樁 )2()2(6.0 00 xxPyyyPxtdld abaabahfF （ 3.8.6-4） 2.08.0 xPxa （ 3.8.6-5） 2.08.0 yPya （ 3.8.6-6） 式中：ldF為角樁豎向力設(shè)計值；yx bb、為柱或墩臺作用面積的邊長 圖 3.8.6 b） ；yx aa、為沖跨，沖切破壞錐體側(cè)面頂邊與底邊間的水平距離，即柱或墩臺邊緣到樁邊緣的水平距離，其值不應(yīng)大于0h圖 3.8.6 b） ；yx 、為沖垮比，00 / haha yyxx ，當(dāng)02.0 ha x 或02.0 ha y 時，取02.0 hax 或02.0 ha y ； PyPx aa 、 分別與沖跨比 yx 、 對應(yīng)的沖切承載力系數(shù)。 2） 邊樁，當(dāng) bhbP 02時 b 見圖 3.8.6b） )2(667.0)(6.0 000 xxPPxtdld abhbahfF （ 3.8.6-7） 式中：ldF為角樁豎向力設(shè)計值；xb為承臺邊緣至樁內(nèi)邊緣的水平距離；xb為方 37 樁的變長；xa為沖跨，為樁邊緣至相應(yīng)柱或墩臺邊緣的水平距離，其值不應(yīng)大于0h。按上述 各款計算時，圓形截面樁可換算為邊長等于 0.8 倍圓樁直徑的方形截面樁。 注：當(dāng)承臺為變厚度時，公式（ 3.8.6-1）中的0h取沿柱或墩臺邊緣垂直截面的承臺有效高度；公式（ 3.8.6-4）、（ 3.8.6-7）中的0h取承臺邊緣截面的有效高度。 a） 柱、墩臺下沖切破壞錐體 1-柱、墩臺； 2-承臺； 3-樁； 4-破壞錐體 38 b） 角樁和邊樁上沖切破壞錐體 1-柱、墩臺； 2-承臺； 3-角樁； 4-邊樁； 5-角樁上破壞錐體； 5-邊樁上破壞錐 體 圖 3.8.6 承臺沖切破壞錐體 3.8.7 承臺在承受局部荷載的部位，應(yīng)按本規(guī)范 第 5.7 節(jié) 進(jìn)行局部承壓承載力的驗(yàn)算。 3.8.8 承臺可不進(jìn)行裂縫寬度和撓度驗(yàn)算。 3.9 構(gòu)造要求 3.9.1 配有普通箍筋（或螺旋筋）的軸心受壓構(gòu)件（鉆 /挖孔樁除外），其鋼筋設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定（圖 3.9.1）： 39 a） s 內(nèi)設(shè)三根縱向受力鋼筋 b） s 內(nèi)設(shè)二根縱向受力鋼筋 圖 3.9.1 柱內(nèi)復(fù)合箍筋布置 1- 箍筋； 2-角筋； A、 B、 C、 D-箍筋編號 圖 a）、 b）內(nèi)，箍筋 A、 B 與 C、 D 兩 組設(shè)置方式可根據(jù)實(shí)際情況選用 1 縱向受力鋼筋的直徑不應(yīng)小于 12mm