樁基礎(第節(jié)水平承載力)

1、第四節(jié)第四節(jié) 水平荷載下的樁基礎水平荷載下的樁基礎思考：直樁，斜樁，叉樁，哪種更有利于承受水平力？ 前蘇聯(lián)在砂土中的試驗表明，正斜樁的水平承載力最大，直樁次之，反斜樁最小。反斜樁直樁正斜樁 一、水平載荷試驗一、水平載荷試驗通過試驗確定:樁的水平極限荷載容許極限荷載容許水平位移及轉(zhuǎn)角地基土的水平抗力計算樁的截面彎矩等。 一、水平載荷試驗一、水平載荷試驗現(xiàn)場試驗照片 一、水平載荷試驗一、水平載荷試驗檢測儀器 一、水平載荷試驗一、水平載荷試驗 試驗方法（單向多循環(huán)加卸載法）試驗方法（單向多循環(huán)加卸載法） 循環(huán)加載，每級荷載維持4min，測讀水平位移，卸載至零， 停2min測讀殘余水平位移，然后再施加

2、本級荷載， 如此循環(huán)5次便完成一級荷載的試驗觀測， 如此反復，直至加到最大試驗荷載或破壞荷載。 每級加載量為預計破壞荷載的110115 每級卸載量可為相應的兩級加載量。 加荷速度2030kNmin，小荷載時，25kNmin。 百分表或位移計觀測樁頭水平位移和轉(zhuǎn)角。 在樁身內(nèi)埋設鋼筋計和在樁壁土層中埋設壓力盒來觀測推算樁身截面彎矩與樁壁土抗力 當樁身折斷或水平位移超過3040mm時，可終止試驗。 一、水平載荷試驗一、水平載荷試驗成果資料成果資料水平力時間水平位移水平力時間水平位移 一、水平載荷試驗一、水平載荷試驗成果資料成果資料 一、水平載荷試驗一、水平載荷試驗成果資料成果資料水平力-最大彎矩截

3、面鋼筋應力 （四）試驗結(jié)果分析（四）試驗結(jié)果分析 水平臨界荷載水平臨界荷載 水平極限荷載 地基系數(shù) Hcr 指樁身受拉區(qū)混凝土明顯退出工作前的最大荷載 綜合確定： 取H0-t-X0曲線出現(xiàn)突變點的前一級荷載。 水平力位移梯度曲線第一直線段的終點所對應的荷載。 取水平力最大彎矩截面鋼筋應力曲線第一突變點對應的荷載。 （四）試驗結(jié)果分析（四）試驗結(jié)果分析 水平臨界荷載 水平極限荷載水平極限荷載 地基系數(shù) Hu 取H0-t-X0曲線出現(xiàn)突變點的前一級荷載。 水平力位移梯度曲線第2直線段的終點所對應的荷載。 取樁身折斷或鋼筋應力達到屈服極限的前一級荷載。 （四）試驗結(jié)果分析（四）試驗結(jié)果分析 水平臨界

4、荷載 水平極限荷載 地基系數(shù)地基系數(shù)3/203/5EIbVXHmxcrcr樁身抗彎剛度時當時當查表樁頂位移系數(shù)所對應的水平位移水平臨界荷載地基土水平抗力系數(shù)EImDDbmDDb，VmHXkNHmxcrcrcr)1(19 . 0),1(5 . 05 . 19 . 0,00 彈性地基梁法：將樁作為文克勒地基上的梁。 基本假定：樁側(cè)土為文克勒離散線性彈簧，不考慮樁土之間的粘聚力和摩擦力；樁作為彈性構(gòu)件考慮；樁土變形協(xié)調(diào)；樁側(cè)水平抗力與該點水平位移成正比：二、基樁內(nèi)力和位移計算的基本概念zzxCx式中：zx橫向土抗力（kN/m2）； C地基系數(shù)（kN/m3） xz深度z處樁的橫向位移（m）。 基本概念

5、：地基系數(shù)C表示單位面積土在彈性限度內(nèi)產(chǎn)生單位變形時所需要的力。它的大小與地基土的類別、物理力學性質(zhì)有關。如能測得xz并知道C值，zx值即可解得。常用的幾種地基系數(shù)分布規(guī)律 相應的基樁內(nèi)力和位移計算方法為：1）“m”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈線性增長，即C=mZ，如上圖a）所示。m稱為地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)（kN/m4）。2）“K”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈折線變化即在樁身第一撓曲變形零點（上圖b）所示深度t處）以上地基系數(shù)C隨深度呈凹形拋物線增加；該點以下，地基系數(shù)C=K（kN/m3）為常數(shù)。3）“c”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈拋物線增加，即=cZ0.5，當無量綱入土深度達4后為常數(shù)，

6、如上圖c）所示。c為地基系數(shù)的比例系數(shù)（kN/m3.5）。4）“常數(shù)”法，又稱“張有齡法”：假定地基系數(shù)C沿深度為均勻分布，不隨深度而變化，即C=K0（kN/m3）為常數(shù)，如上圖d）所示。序號地 基 土 類 別預制樁、鋼樁灌 注 樁m/相應單樁在地面處水平位移(mm)m/相應單樁在地面處水平位移(mm)1淤泥；淤泥質(zhì)土；飽和濕陷性黃土24.5102.5661221)狀黏性土；e0.9粉土；松散粉細砂；松散、稍密填土4.56.0106144830.75)狀黏性土、濕陷性黃土；e=0.750.9粉土；中密填土；稍密細砂6.0101014353640)狀黏性土、濕陷性黃土；e1m時， 方形樁：當邊寬

7、b1m時， 當邊寬b 1m時， EI 樁身抗彎剛度，5 . 05 . 19 . 00db19 . 00db5 . 05 . 10bb10 bb樁基水平承載力與位移計算樁基水平承載力與位移計算（建筑樁基技術(shù)規(guī)范-2008）ntmNgMtmhaAfNWfR1)2225. 1 (75. 00ntmNgMtmhaAfNWfR1)2225. 1 (75. 00gEndA1142ntmNgMtmhaAfNWfR1)2225. 1 (75. 00驗算地震作用樁基的水平承載力時，宜將按上述25款方法確定的單樁水平承載力特征值乘以調(diào)整系數(shù)1.25。 （四）剛性樁與彈性樁 彈性樁：當樁的入土深度 時，樁的相對剛度

8、小，必須考慮樁的實際剛度，按彈性樁來計算。一般情況下，橋梁樁基礎的樁多屬彈性樁。 剛性樁：當樁的入土深度 時，則樁的相對剛度較大，可按剛性樁計算。沉井基礎5 . 2h5 . 2h二、二、“m”法彈性單排樁基樁內(nèi)力和位移計算法彈性單排樁基樁內(nèi)力和位移計算 如前所述，“m”法的基本假定是認為樁側(cè)土為文克爾離散線性彈簧，不考慮樁土之間的粘著力和摩阻力，樁作為彈性構(gòu)件考慮，當樁受到水平外力作用后，樁土協(xié)調(diào)變形，任一深度Z處所產(chǎn)生的樁側(cè)土水平抗力與該點水平位移xz成正比，即zx=Cxz，且地基系數(shù)C隨深度成線性增長，即C=mz。 基于這一基本假定，進行樁的內(nèi)力與位移的理論公式推導和計算。 在公式推導和計

9、算中，取下圖1和圖2所示的坐標系統(tǒng)，對力和位移的符號作如下規(guī)定：橫向位移順x軸正方向為正值；轉(zhuǎn)角逆時針方向為正值；彎矩當左側(cè)纖維受拉時為正值；橫向力順x軸方向為正值，如下圖2所示。圖1 樁身受力圖示圖2 力與位移的符號規(guī)定 （一）樁的撓曲微分方程的建立及其解 樁頂若與地面平齊（Z=0），且已知樁頂作用有水平荷載H0及彎矩M0，此時樁將發(fā)生彈性撓曲，樁側(cè)土將產(chǎn)生橫向抗力zx，如圖1所示。從材料力學中知道，梁軸的撓度與梁上分布荷載q之間的關系式，即梁的撓曲微分方程為44d xEIqdz= -式中：E、I梁的彈性模量及截面慣矩。因此可以得到圖1所示樁的撓曲微分方程為4114zzxzd xEIqbmz

10、xbdzs= -= - = -彈性地基反力法（基床系數(shù)法）上式中：E、I樁的彈性模量及截面慣矩 zx樁側(cè)土抗力zx=Cxz=mzxz，C為地基系數(shù)； b1樁的計算寬度； xz樁在深度z處的橫向位移（即樁的撓度）。將上式整理可得： 或 4140zzd xmbzxdzEI+=4540zzd xa zxdz+=式中：樁土變形系數(shù)，51EImb 從上式中不難看出：樁的橫向位移與截面所在深度、樁的剛度（包括樁身材料和截面尺寸）以及樁周土的性質(zhì)等有關，是與樁土變形相關的系數(shù)。（1） 式（1）為四階線性變系數(shù)齊次常微分方程，在求解過程中注意運用材料力學中有關梁的撓度xz與轉(zhuǎn)角z、彎矩Mz和剪力Qz之間的關系

11、即3322dzxdEIQdzxdEIMdzdxzzzzzz 若地面處（Z=0）樁的水平位移、轉(zhuǎn)角、彎矩和剪力分別以x0、0、M0和Q0表示，解方程（1），得到樁身任一截面的轉(zhuǎn)角Z、彎矩MZ，及剪力QZ的計算公式： 0032zxxHMxABEIEIaa=+002ZHMABEIEIfffaa=+00zmmHMAM Ba=+（2）（3）（4）（5）Ax、Bx、 A、B、 Am、Bm、 AQ、BQ均為量綱為1的系數(shù)，均為h和z的函數(shù)，可以查閱有關手冊。根據(jù)土抗力的基本假定 zzzxmZXCX，可求得樁側(cè)土抗力的計算公式：0032zxzxxHMmZXmZABEIEIsaa驏=+桫（6）00zQQQH A

12、M Ba=+（二）樁身最大彎矩位置ZMmax和最大彎矩Mmax的確定 目的：用于檢驗樁的截面強度和配筋計算（關于配筋的具體計算方法，見結(jié)構(gòu)設計原理教材內(nèi)容）。 一般方法：要找出彎矩最大的截面所在的位置及相應的最大彎矩Mmax值。一般可將各深度z處的Mz值求出后繪制zMz圖，即可從圖中求得。 數(shù)解法 ： 在最大彎矩截面處，其剪力Q等于零，因此Qz=0處的截面即為最大彎矩所在的位置 。maxMZ（二）樁身最大彎矩位置ZMmax和最大彎矩Mmax的確定 最大彎矩位置的確定zmaxQz=0，即式（5）=0，即：000zHHQH AM Ba=+=00HHHMACHBa= -=00HHHHBDMAa= -=或CH、DHza51EImbmaxzz=（二）樁身最大彎矩位置ZMmax和最大彎矩Mmax的確定 最大彎矩Mmax00HHHMACHBa= -=00HHHHBDMAa= -=00HHMCa=00HHM Da=000maxmmHHHHHMAB CKaaa=+=代入式（4）max000HmmmMM