内蒙古科技大学：《土力学与基础工程》课程教学课件（PPT讲稿）桩基础（3/4）.ppt_大学文库

8.5 桩的水平承载力与位移

土木工程中的桩基大多以承受竖向荷载为主，但在风荷载、地震荷载、机械振动荷载或土压力、水压力等作用下，也将承受一定的水平荷载，尤其是桥梁工程中的桩基，除了满足桩基的竖向承载力要求外，还必须对桩基的水平承载力进行验算。桩的水平承载力是指与桩轴方向垂直的承载力。作用在桩基上的水平荷载有长期作用的水平荷载和反复作用的水平荷载（如风荷载）。以承受水平荷载为主的桩基，可考虑采用斜桩。即使采用斜桩更有利，但常受施工条件的限制而难以实现，不得不采用竖直桩

一般工业与民用建筑中的基础，常以承受竖向荷载为主，但在桩基上作用有较大水平荷载时还必须对桩的水平承载力进行验算。一般来说当水平荷载和竖向荷载合力与竖直线的夹角不超过5度时，竖直桩的水平承载力不难满足设计要求，更应采用竖直桩。因此下面的讨论仅限于竖直桩的水平承载力。实践表明：桩的水平承载力远比竖向承载力要低！

1.单桩的水平承载力 >桩的水平荷载作用的特征桩在水平荷载作用下，桩身产生挠曲变形，变形的形式与桩和地基的刚度有关。桩身变形挤压侧土体，而土体对桩侧产生水平抗力，其大小和分布与桩的变形、地基条件和桩的入士深度有关。桩在破坏之前，桩身与地基的变形是协调的，相应地桩身产生了内力。随着桩身变形和内力的增大，对于低配筋率的灌注桩来说常是桩身首先出现裂缝，然后断裂破坏；

１.单桩的水平承载力 ➢桩的水平荷载作用的特征桩在水平荷载作用下，桩身产生挠曲变形，变形的形式与桩和地基的刚度有关。桩身变形挤压侧土体，而土体对桩侧产生水平抗力，其大小和分布与桩的变形、地基条件和桩的入土深度有关。桩在破坏之前，桩身与地基的变形是协调的，相应地桩身产生了内力。随着桩身变形和内力的增大，对于低配筋率的灌注桩来说常是桩身首先出现裂缝，然后断裂破坏；

对于抗弯性能好的钢筋混凝土预制桩，桩身虽然未断裂，但桩侧土体已明显开裂和隆起，桩的水平位移一般已超过建筑物的允许值，也应认为已破坏。影响桩水平承载力的因素影响桩水平承载力的因素较多，主要有以下几种： ①桩的截面尺寸和材料强度桩的截面尺寸越大，材料强度越高，桩的抗弯刚度越大；反之，桩的抗弯刚度就小。对于抗弯刚度较大的桩，在水平位移较大时仍不折断，但已超过建筑物的允许位移值。所以，桩的水平承载力常常不是由桩的强度确定，而是由桩的允许水平位移值控制

②地基土的强度地基土的强度越高，抵抗水平位移的能力就越大，桩的水平承载力也就越大。所以，地基强度高的比地基强度低的桩的水平承载力大。 ③桩头嵌固条件桩头嵌固于承台中的桩，其抗弯刚度大于桩头自由的桩。所以，桩头嵌固提高了桩抵抗横向弯曲的能力，使桩的水平承载力增大。 ④桩的入土深度桩随着入土浓度增加，水平承载力就逐渐提高，当达到某一深度后，继续增加入土深度，承载力将不起变化，桩抵抗水平荷载作用所需的入土深度，称为有效长度

在水平荷载作用下，有效长度以下部分，桩没有显著的水平变位。桩的入土深度小于有效长度时，则不能充分发挥地基的水平抗力，荷载达到一定值后，桩就会倾倒而被拔出；而当桩的入土深度大于有效长度时，桩嵌固在土中某一深度处，地基的水平抗力得不到充分发挥，桩不致倾倒或被拔出，而是产生弯曲变形。 ⑤桩的间距当桩距较小（小于3d)时，桩前区土中应力将发生重迭，地基变形大，桩的水平承载力下降；当桩距较大时，应力重迭的影响小。但桩距大，承台尺寸也随之增大，因此，设计必须进行经济比较，全面加以考虑

在水平荷载作用下，有效长度以下部分，桩没有显著的水平变位。桩的入土深度小于有效长度时，则不能充分发挥地基的水平抗力，荷载达到一定值后，桩就会倾倒而被拔出；而当桩的入土深度大于有效长度时，桩嵌固在土中某一深度处，地基的水平抗力得不到充分发挥，桩不致倾倒或被拔出，而是产生弯曲变形。 ⑤桩的间距当桩距较小（小于3d）时，桩前区土中应力将发生重迭, 地基变形大，桩的水平承载力下降；当桩距较大时，应力重迭的影响小。但桩距大，承台尺寸也随之增大，因此，设计必须进行经济比较，全面加以考虑

>确定水平承载力的方法单桩的水平承载力与竖向承载力一样，不仅取决于地基土的阻力而且也决定于桩身材料强度。设计时，仍然是先根据地基土的阻力确定单桩的水平承载力，再据此承载力考虑一定的安全度，按桩身材料验算并选定其材料强度。根据地基土对桩的侧向阻力确定单桩水平承载力的方法，通常有以下几种： ①水平静载荷试验法：桩的水平静载荷试验是在现场条件下进行的，影响桩的水平承载力的各种因素都得到比较真实的反映，因此试验测得的承载力和地基水平抗力系数最符合实际情况。如果预先在桩身埋设测试原件，则试验资料还能反映出加载过程中桩身截面的内力和位移

➢ 确定水平承载力的方法单桩的水平承载力与竖向承载力一样，不仅取决于地基土的阻力而且也决定于桩身材料强度。设计时，仍然是先根据地基土的阻力确定单桩的水平承载力，再据此承载力考虑一定的安全度，按桩身材料验算并选定其材料强度。根据地基土对桩的侧向阻力确定单桩水平承载力的方法，通常有以下几种： ①水平静载荷试验法：桩的水平静载荷试验是在现场条件下进行的，影响桩的水平承载力的各种因素都得到比较真实的反映，因此试验测得的承载力和地基水平抗力系数最符合实际情况。如果预先在桩身埋设测试原件，则试验资料还能反映出加载过程中桩身截面的内力和位移

按加荷方式的不同，试验方法有多循环加御载法和分级连续加载法两种，前者用于承受反复作用水平荷载的桩基，后者用于承受长期水平荷载的桩基。详见《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94)。 ②理论计算取值法：根据桩顶的水平位移容许值，用理论公式进行计算，从而确定单桩的水平承载力。 ③经验取值法：根据当地桩基的使用经验取值，确定单桩的水平承载力设计值，如北京地区400mm直径灌注桩，水平承载力取40kPa~60kPa。 >根据桩身材料确定单桩水平承载力，是从桩身材料的强度、抗裂度验算出发加以确定的

②理论计算取值法：根据桩顶的水平位移容许值，用理论公式进行计算，从而确定单桩的水平承载力。 ③经验取值法：根据当地桩基的使用经验取值，确定单桩的水平承载力设计值，如北京地区400mm直径灌注桩，水平承载力取40 kPa ～60kPa。 ➢根据桩身材料确定单桩水平承载力，是从桩身材料的强度、抗裂度验算出发加以确定的。按加荷方式的不同，试验方法有多循环加卸载法和分级连续加载法两种，前者用于承受反复作用水平荷载的桩基，后者用于承受长期水平荷载的桩基。详见《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）

2.单桩在水平荷载作用下的计算方法单桩在水平荷载作用下的变形和内力计算，通常采用按文克勒假定的弹性地基上梁的计算方法，即把承受水平荷载的单桩视为文克尔地基上的竖直梁，通过梁的挠曲微分方程解答，计算桩身的弯矩和剪力，并考虑由桩顶竖向荷载产生的轴力，进行桩的强度计算。 >基本假定单桩受水平荷载时，可把土体视为直线变形体，假定深度z处的水平抗力ō，等于该点的水平抗力系数k,与该点的水平位移的乘积。即此时忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响

２.单桩在水平荷载作用下的计算方法单桩在水平荷载作用下的变形和内力计算，通常采用按文克勒假定的弹性地基上梁的计算方法，即把承受水平荷载的单桩视为文克尔地基上的竖直梁，通过梁的挠曲微分方程解答，计算桩身的弯矩和剪力，并考虑由桩顶竖向荷载产生的轴力，进行桩的强度计算。 ➢ 基本假定单桩受水平荷载时，可把土体视为直线变形体，假定深度z处的水平抗力σx等于该点的水平抗力系数kh与该点的水平位移的乘积。即此时忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。 k x  x = h