光伏支架微孔短樁基礎(chǔ)水平承載力計算

光伏支架微孔短樁基礎(chǔ)水平承載力計算摘要：由于光伏支架基礎(chǔ)上部荷載較輕，常采用入土較短的微孔樁短樁基礎(chǔ)，我國現(xiàn)行《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》以及《太陽能發(fā)電站支架基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》均無短樁基礎(chǔ)水平承載力的算法，本文對光伏支架常用的短樁基礎(chǔ)水平承載力的計算方法進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞：極限平衡法樁水平承載力1、刖言光伏支架因上部荷載輕，常采用微孔短樁基礎(chǔ)，尤其對于單立柱基礎(chǔ)來說，光伏支架樁基礎(chǔ)在水平風(fēng)荷載作用下的水平承載力不得不進(jìn)行考慮。文獻(xiàn)[4]6.4.2條文說明：按樁、土相對剛度不同，水平荷載作用下的樁-土體系有兩種工作狀態(tài)和破壞機理，一種是“剛性短樁”，因轉(zhuǎn)動或平移而破壞，相當(dāng)于ahV2.5時的情況；另一種是工程中常見的“彈性長樁”，樁身產(chǎn)生撓曲變形，樁下段嵌固于土中不能轉(zhuǎn)動，即本條中ahN4.0的情況，在2.5WahV4.0范圍內(nèi)，稱為“有限長度的中長樁當(dāng)ahV2.5時，式(6.4.2-1)不適用。文獻(xiàn)[3]第5.7章節(jié)對樁基單樁水平承載力時分別要用到樁頂(身)最大彎矩系數(shù)L和樁頂水平位移系數(shù)l。這兩個系數(shù)均從規(guī)范表格查取，但是規(guī)范表格中只給出了樁的換算埋深ahN2.4的數(shù)值取值。但光伏支架采用的樁基礎(chǔ)屬于微孔短樁，大多數(shù)屬于此類范疇的樁基礎(chǔ)。再按樁基規(guī)范的公式計算此類樁基礎(chǔ)顯然不滿足適用條件。1.光伏剛性短樁的計算針對光伏項目中的微孔短樁基礎(chǔ)樁設(shè)計時，首先應(yīng)根據(jù)樁的入土深度以及樁的水平變形系數(shù)判斷樁的類型，當(dāng)ahN2.4，屬于彈性樁，可按照樁基規(guī)范上的相關(guān)公式進(jìn)行計算。當(dāng)ahV2.4時按照剛性樁進(jìn)行相關(guān)估算，但現(xiàn)行規(guī)范并無關(guān)于剛性樁的水平承載力計算。文獻(xiàn)［2］中有剛性樁的計算內(nèi)容，為光伏支架剛性微孔短樁的計算提供了一種思路，以下為文獻(xiàn)［2］中關(guān)于單樁水平承載力計算的特點及適用范圍：根據(jù)文獻(xiàn)［2］，水平承載樁的計算方法根據(jù)地基的不同狀態(tài)，主要可分為:極限地基反力法、極限平衡法、彈性地基反力法(m法)、p-y曲線法以及數(shù)計算方法。等，各種方法的特點及適用范圍見下表。單樁丈平帝最彼的計■方法將點況遣用范糊囊斗*1特點毀阪處墨快力法誠石法是加用土的做散秒口平者事點樁的水平敕就力-4岑芝樁岸登此’*據(jù)土博的灶虞的比云定一種堆暮反力雁忒.的通也?作用干框的斗*月土的概隰平檎可有第沖匣棒曉力分布岐定.0抵朝蝶眉，=廉募等.IS力■讓呼卓郵收刖阻力的回&<?<戒御作中的最JtflflE觸定蚌理代丁菁向同隹牛尢限鼻性體小，蓉市上方律性棒-用累的均曲理掄聿*帆的底T?筑加牌裾理愴他的不里是不慵胡迎汗箕篇也帝在it面以下的松維，抻角.舅0土FFJj畔(I的罩是息坍箕是站械褓崖由向?qū)⑻颐魍烈捎亦ㄒ剪尴涤靡痪芮谱恳泛?即尸丫獻(xiàn)點.rt-XS宣■:姓-宏的虞F1仰樣》與甲也UK上反力邑弁克削存鹿一定的井府*系.鼠耳論1JTF*曲域6L旦一鐘比臉摩患的務(wù)i±.配合Si境?法.可以汁算槌內(nèi)力甌拘除."曜身宣布雄大Ji.送作力近與丈瑞吃力中敝最相比玉U太極限地基反力法適合研究剛性短樁，其假定樁為剛性.不考慮樁身變形，根據(jù)土體的性質(zhì)預(yù)先設(shè)定一種地基反力形式，僅為深度的函數(shù)。根據(jù)土反力分布不同規(guī)律的假設(shè)，極限地基反力法又分為：1、土反力按二次拋物線分布的方法，布羅姆斯法較為典型且應(yīng)用較為廣泛，文獻(xiàn)［2］主要介紹布羅姆斯法對剛性短樁的計算°Brorns(1964)對于黏性土中的短樁，提出圖1所示的反力分布形式，以黏土不排水剪強度Cu的9倍作為極限承載力。對無黏性土中的短樁，Broms(1964)提出圖2所示的反力分布形式，取朗肯被動士壓力的3倍作為極限承載力。極限反力法不考慮樁土變形特性，適用于剛性樁即短樁，不適用于其他情況下的樁基礎(chǔ)。12對于光伏項目中的樁基，因為上部支架對樁基礎(chǔ)的約束很弱，假定樁基上部為自由，對于支架短樁，根據(jù)樁側(cè)土為黏性土和砂土分別進(jìn)行計算。2.1黏性土地基的情況對黏性土中的樁頂加水平荷載時，樁身產(chǎn)生水平位移.如圖3（a）所示。由于地面附近的土體受樁的擠壓而破壞，地基士向上方隆起，使水平地基反力減小。水平地基反力的分布見圖3（b）。為簡化問題.忽略地表面以下1.5B（B為樁寬）深度內(nèi)土的作用，在1.5B深度以下假定水平地基反力為常數(shù)，其值為9cuB，其中Cu為不排水抗剪強度,如下圖所示。

圖3黏性土中樁的水平地基承載力分布樁的位移水平地基反力分布設(shè)計用的水平地基反力分布設(shè)土中產(chǎn)生最大彎矩的深度為1.5B+f，根據(jù)彎矩與剪力之間的微分關(guān)系，深度出現(xiàn)剪力為零.即Q=-Hu+9cuBf=0，由此得f=Hu/9cuB式中Hu為極限水平承載力。

對于自由的短樁（如下圖）:對于自由的短樁（如下圖）:圖4黏性土中樁頂自由的情況假定在樁的全長范圍內(nèi)水平地基反力均為常數(shù)（轉(zhuǎn)動點上下的水平地基反方向相反）。由水平力的平衡條件得：Hu-9cuB（L-1.5B）+2X9cuBx=0對樁底求矩，由水平力的平衡條件得：Hu（L+h）-1/2OcuBJO-LK）'+（9cuB）xf=0由以上兩式得：llu=則亍｛92寸點、2中5*峙）冬4.5-1礙2.2砂土地基的情況對砂土中的樁頂施加水平力，試驗表明，從地表面開始向下，水平地基反力由零呈線性增大，其值相當(dāng)于朗肯土壓力的3倍，（如圖5）故地表面以下度為x處的水平地基反力P。圖5砂土地基中樁頂自由的情況P=3KpYKp二tan2(45°+6/2)式中：6-土的內(nèi)摩擦角；Y-土的重度對于樁頂自由的微孔短樁，假定樁全長范圍內(nèi)的地基都屈服.樁尖的水平位移和樁頭水平位移方向相反。將樁尖附近的水平地基反力用集中力PB代替，并對樁底求矩，根據(jù)力矩的平衡條件得：Hu(h+l)=1/2x1/3x3KpyBL3得：Hu=KpyBL2/(2(1+h/L)}當(dāng)水平荷載小于上述極限抗力的1/2時，無論是樁還是地基土(包括黏性土地土地基和砂性土地基)，均不會產(chǎn)生局部屈服。3、計算實例某山地光伏項目，樁徑采用250mm的干作業(yè)鉆孔灌注樁，樁身保護層厚度為50mm，樁身抗彎剛度EI=3.049x10KN.m，樁身計算寬度b0=0.788m,樁側(cè)土為松散的粉細(xì)砂，樁側(cè)土抗力系數(shù)的比例系數(shù)為6MN/m，樁側(cè)土容重為18KN/m,樁側(cè)土的內(nèi)摩擦角為6=25°，樁基露出地面0.5m，樁基入土深度1.7m，樁頂傳來的上部支架水平力為9KN。計算采用樁頂自由的砂土地基的極限平衡法假定。樁的換算入土深度ah=1.96mV2.4m，屬于剛性樁被動土壓力系數(shù)Kp=tan2(45°+6/2)=2.46Hu二KpyBL2/{2(1+h/L)}=21.01KN單樁水平承載力特征值R=21.01/2=10.5KN>9KN故樁長為1.7米時滿足要求。4、結(jié)論：通過以上敘述，可以看出對于光伏支架常用到的微孔短樁基礎(chǔ)，計算水平承載力時與傳統(tǒng)的彈性長樁計算是不同的，在實際工程不可盲目套用規(guī)范，要根據(jù)樁基換算長度區(qū)分彈性樁或剛性樁后再根據(jù)各自計算方法進(jìn)行計