横向承载群桩性状及承载力研究
第18卷 第6期岩 土 工 程 学 报
Vol.18 No.6
1996年 11月
Chinese Journal of G eotechnical Engineering
Nov., 1996
到稿日期:1995-03-23.
横向承载群桩性状及承载力研究
谢 耀 峰
(南京交通高等专科学校,210018)
文 摘 本文在调查研究和模型试验的基础上,对群桩的工作性状与破坏机理、单桩与群桩的应力应变关系进行分析研究。提出了群桩承载力分配不均匀的效率系数公式和把排桩中“后桩”修正为单桩计算的土反力折减系数公式,并得到工程实例的验证。关键词 多循环,加载方式,承载力效率系数,土反力折减系数。
1 前 言
随着港口建设事业的发展,外海开敞式码头和海上采油平台的不断兴建,水平荷载成为其控制荷载。过去一般通过设置叉桩或半叉桩来承受水平荷载。工程实践表明,打斜桩的施工费用比打直桩的要高出20%～22%,且桩的抗弯性能也得不到充分发挥。目前,国内外对横向承载桩
群的研究资料甚少,而工程建设的需要使得对横向承载桩工作性状的研究日趋迫切。由于群桩的原型试验不仅比单桩困难很多,而且所需费用非常高。为了研究在单向循环荷载作用下,横向承载桩(群)工作性状、破坏机理、群桩效应、水平力在各桩中的分配规律、桩的P -Y 曲线等,结合修订《高桩码头》规范,我们进行了模拟试验,在此基础上进行了分析研究。试验条件:模型桩为直径60mm ,壁厚317mm ,长3m (其中入土深度211m )的铝合金管,弹性模量为7MPa ,模型土为中细砂,比重2618kN/m 3,重度18kN/m 3,内摩擦角36°,含水量5%,砂土处于中密偏松状态。加载方式:侧向常规循环加载(每级荷载循环5次),侧向多次循环加载(每级荷载循环50次)。
2 工作性状
211 受荷方式的影响
在实际工程中,桩的受力常常是多种多样的。一般说来,桩在承受横向荷载的同时,也承受垂直荷载。垂直荷载对桩顶横向承载力的影响,主要取决于横向荷载下桩的破坏机理。对于桩身强度较高的钢管桩、预应力钢筋混凝土桩而言,由于这类桩在横向荷载作用下的承载能力往往是由桩的水平位移来控制,因而垂直荷载对这类桩的影响一般可以忽略。而对于桩的横向承载力以桩身强度进行控制的低标号桩,如配筋率较低的灌注桩,垂直荷载的影响比较明显。此时桩由纯弯状态变为压弯状态。垂直压载产生的压应力可以抵消很大一部分桩身受弯的拉应力,从而使横向承载力得以提高,对于低桩台,一般可以提高20%～40%左右。212 循环方式的影响
桩受循环荷载后,使桩周土体松动,土抗力降低,承载能力降低,浅层土体降低较多,深层土
9
3
体降低较少,试验表明:在每级荷载下,随着循环次数的增加,水平位移都有所增加。在小荷载作
用下,位移增量较小,而在较大荷载下,位移增量较大。尤其是最初的10次循环中,位移增量尤其明显。位移量随循环次数的增加而增加,但位移增量相对减小,当循环次数达到40～50次时,位移趋于稳定。常规试验仅循环5次,单向多循环试验为50次,两者比较,常规试验得出的横向荷载特征值和地基土反力系数偏高,而单向多循环试验使桩周土体受到扰动较大,土抗力降低较多。常规试验与单向多循环试验得出的屈服荷载和极限荷载比较,对单桩分别高1115%与1215%,对双桩分别高612%与811%。桩在单向多循环与常规循环下的承载力有如下关系:
H 多循环=[1-φ(n )]H 常规(1)式中 系数φ(n ),对单桩取01115,对双桩取01062。
213 桩距与桩数的关系
当桩所承受的横向荷载较小,桩间土体处于弹性状态时,土中应力传播后重迭的影响,随着桩距的增大而减小;当所受荷载较大,桩间土体达到塑性状态时,由于前后桩间土体塑性区的重迭,使桩间土体受到扰动,其影响范围随桩距的加大而减小。由试验分析可知,群桩水平承载力和群桩中“后桩”的P -Y 曲线,随桩距的减小而降低。当桩距大于8倍桩径时,接近于单桩,见图1,2。
桩与桩的相互影响,主要通过土介质传递,表现为桩侧土反力系数的降低。桩距愈小,桩数愈多,桩与桩的相互干涉影响愈显著,沿荷载方向的影响远大于垂直荷载方向的影响
。
图1 不同桩距对双桩承载力的影响 图2 桩距对P -Y 曲线的影响
214 桩在泥面下深度的影响
由桩身的变形产生土的反力,群桩中各桩的土反力,前后桩相差较大,并发生在泥面下的
浅土层。前桩的浅层P -Y 曲线较后桩的要大,其受后桩的影响极小,与单桩的相近。这主要是由于桩的变形和群桩之间土体的塑性区的交叉重迭主要在桩入土的上部发生。根据分析,群桩泥面以下,桩土应力应变互有影响的范围为x <10D (D 为桩径)。前桩之前的土体处于半无限体状态,与单桩所处的状态相似,故其所受到的侧土抗力接近于单桩,而后桩由于其桩前土体破裂面交叉而导致土棱体的松弛,桩所受到的侧土抗力减小,使后桩承载力降低。215 桩顶嵌固的影响
桩顶固接,桩的抗弯刚度明显提高,桩身弯矩减小,桩顶弯矩加大。桩身最大弯矩点的位
04岩 土 工 程 学 报 1996年
置和位移零点的位置下移,见表1。土的塑性区向深层发展,能充分发展深层土的抗力,从而提高了桩顶固接群桩的
水平承载力,减小了水平位移。模型试验表明,桩泥面处位移为5mm 与10mm 时的承载力分别提高为42%与25%。 表1 位移零点
极限荷载时单桩
双桩
(铰)
(S =4d )
双桩
(固)(S =4d )
最大弯矩(N ?m )
752198
712188
68153
790100
531606
最大弯矩位置(cm )24
252824
37
位移零点(cm )70
686970
82
216 排桩中各桩受力的不均匀性
根据桩身内力的实测结果分析,水平力在桩群中的分配是不均匀的。这是由于桩土间的
相互作用,桩与桩之间的相互影响而产生。主要表现为:
(
1)小荷载时,各桩产生的应力相互重迭,致使土体提前进入破坏状态。
(2)前桩的向前位移,使后桩的桩前区出现应力松弛,在位移较大时,桩土间出现裂缝,塑性区交叉重迭,从而使得后桩的桩前土抗力系数随位移增大而递减。
由于前桩的土反力系数基本不受相互影响而削弱(Nabil F.Ismael 指出,桩受左右桩的影响也是很小的[1]),桩前的土体处于半无限体状态,与单桩所处的状态相近,其分配的水平力最大,且与单桩承载力相近,见图3。试验结果表明:前后桩距愈小,后桩土反力系数因相互影,水平力分配的不均匀性就愈明显,见图2,3,4。当桩距由小变大时,后桩的土反力系数由小变大,当桩距达到某一值如8D 时,影响消失,与单桩相同。
图3 多循环试验单桩与双桩中前桩的关系 图4 双桩中前后桩的P -Y 曲线关系
217 工程措施对桩承载力的影响
(1)从泥面围绕桩身开挖一深3D 左右的圆形坑,填以中碎石子等低压缩性材料(抛石)并
夯实,以提高桩侧地基土的水平反力系数。
(2)对泥面以下1D 之内浇注素混凝土于桩身周围(套圈)。桩基受荷时,套圈这种混凝土地坪将与桩基共同作用而分担一部分横向荷载。
试验结果表明,对桩基采取的这些工程措施,确能提高桩的横向承载力。如套圈可使桩的临界承载力提高40%,极限承载力提高30%,研究结果与文献[1]的结果相近。218 试验中的桩土特性
在循环荷载作用下,当荷载较小,桩前土体处于弹性范围时,循环对桩土的影响可以忽略。当荷载较大,土开始产生塑性变形时,其影响便不容忽略。群桩的桩间土受到的扰动较单桩
1
4 第6期谢耀峰1横向承载群桩性状及承载力研究
大,土抗力降低较多。各级荷载下,最大位移往往发生在施加循环的前10次,水平位移增量均随着循环次数的增加而减小,最大弯矩位置下移,但桩身弯矩仍有所增加。由于试验用砂的状态,处于中密偏松,当受到扰动后,又以更加密实的形式排列,表现为硬化特征,侧向土压力相对得到提高,桩的侧向位移相对减少。试验结束时,泥面处桩前部留下的砂坑亦可表明桩前土体的密度已得到提高。
在桩土体系中,水平荷载在开始时主要由靠近地表面的土承担。荷载较小时,地基土处于弹性压缩阶段,压力从桩上部传递到较深的土中。再继续加载,土产生塑性屈服,且它还将所受到的荷载传递到更大的深度。由于桩的刚度影响着桩的挠度,因而桩的刚度也成为桩侧向承载力的一个主要因素。
桩在土中的刚度,已不是桩在无介质情况下的刚度,而是在特定荷载大小和比值及桩、土的物理、几何特征下,反映桩-土共同作用的一个综合刚度[2]。
3 横向荷载在群桩中的分配
横向荷载在群桩中如何分配,是工程设计中的实际问题。由于横向承载桩受承台、桩、土
。加之原型试验资料有限,对其工作性状和破坏机理尚不很清楚,有关计算方法不够完善。本文从试验入手,进行有关分析,提出横向承载桩排中各桩的承载力的计算方法。正如前述,排桩或荷载作用方向的桩列中的各桩横向承载力是不均匀分配的。排桩中,在荷载方向的前面第一根桩(即前桩)的性状与单桩接近。现定义排桩中各桩承载力效率系数为排桩中各桩承载力与常规试验单桩承载力之比。在荷载作用方向第m根桩的承载力效率系数ηm可按下式计算:
η
1
=1-φ(n)
η
m =[1-φ(n)][m? ηm2(m-1) ηm-1](m≥2
)
果表
(2)
式中 φ(n)为加载方式影响系数,对常规试验φ(n)=0,对单向多循环试验,单桩φ(n)=01115,双桩φ(n)=01062,对双向多循环试验,φ(n)=01198e-015n(n为桩数)。 ηm, ηm-1为第m根桩前或第m-1根桩前的各桩平均效率系数,经试验计算分析,可由日本玉置公式[3,4]计算。
ηm=1-5[1-(016-0125k)d(013+012k)](1-m-0122)(3)式中 k为桩头固接度,桩顶完全嵌固,k=1,桩顶自由时k=0;d为桩间距与桩径之比,即S/D。用m与(m-1)分别代入式(3)中的m,即可得 ηm与 ηm-1
按式(2)计算部分桩(铰接)的效率系数与试验结果,列于表2。由表2可见,试验值与计算值之间的相对误差一般小于10%,可以满足工程精度的要求。
4 群桩的P-Y曲线
美国的里斯(Reese)等人对打入砂土中的桩进行了侧向荷载试验(包括短期静载和循环荷载试验),并进行了分析研究,在1974年提出了砂土中P-Y曲线的确定方法,该法被美国API规范采用。我国海上固定式平台入级与建造规范亦采用该法。1987年美国API规范进行修改,颁布了新法即17版新法[10]。经我们分析研究,新旧法比较,新法更简明、适用、安全。尤其对于关键是以控制桩身侧向位移为主而桩自身强度较高的桩(如钢管靠船桩)来说,新法尤佳。
24岩 土 工 程 学 报 1996年
表2
试验效率系数对比表
加载方式
桩数S /D
平均效率系数
计算值试验值
到扰
各桩效率系数计算值|试验值相对误差(%)
处桩
η1
η2
η3
注单向多循环2215017990179801938|01914
-21601658|01681
314平 均
单向、常规240193601888110|01914-91401872|01862
-112单向、多循环24018780183601938|01879
-61701818|01793
-312单向、多循环26019380187501938|01879
-61701938|01871
-717单向、常规330182201762110|01890-121401766|01720
-61001710|01676
-317文献[5]单向、常规34150193801929110|110541801918|01874
-51001896|01864
-317
文献[5]双向、多循环2415018890192301927|1102
81901851|01825
-312文献[5]
双向、多循环3415018960192901956|0.987
3.101877|01936
6.301856|01865
1.0
文献[5]单向常规2214201846018541100|11000
001692|01707
211D =112m 入土深度28m 文献[6]单向常规
2
1133
0175501843
1100|11021196
01510|01667
2315
D =112m 入土深度16m
文献[6]
411 单双桩的P -Y 曲线关系
前面分析已经指出,前后桩的相互影响区域一般在8D 之内,当桩距S >8D 时,可不考虑其影响。在荷载作用方向的前面第一根桩的性状与单桩接近。当桩的入土深度x >10D 时,影响消失。即当S >8D ,x >10D 时,前后桩的P -Y 曲线基本接近。由试验结果和理论分析得知,当土体处于弹性范围时,荷载的影响几乎为零,当荷载增大使桩周土体超过弹性极限而进入塑性状态后,荷载的影响开始出现。
根据试验结果和理论分析,得出在砂性土中前桩对后桩土反力的影响折减系数为
R =
S /D -1
7
(M 01056(10-X/D )(1-2125η2
)
(S /D ≤8,X/D ≤10)
(6)
式中 R 为前桩对后桩的土反力影响系数,即在前后桩身的变位相同时,后桩受到的土反力与前桩(或同等条件下的单桩)受到的土反力之比;S 为桩距;D 为桩径;x 为泥面下任一深度。
η=(H -H cr )/(H u -H cr )
(7)
式中 H 为作用在桩头的荷载,H ≥H cr 。若H 弹性极限时桩顶施加的荷载即桩的临界荷载;H u 为桩的极限荷载。 H cr ,H u 可根据有关试验成果曲线确定。如水平荷载-时间-位移(H -T -Y )曲线,在H -F -Y 曲线出现突变(相同荷载增量的条件下,出现比前一级明显增长的位移增量)点的 前一级荷载为临界荷载。而出现明显陡降的前一级荷载为极限荷载。 计算双桩时,前桩按单桩考虑,可采用单桩的P -Y 曲线计算。双桩中的“后桩”,可从单桩的P -Y 曲线用式(6)把“后桩”土反力修正为单桩情形,按单桩计算。 粘性土的折减系数,参见文献[7,8]。 3 4 第6期谢耀峰1横向承载群桩性状及承载力研究 412 群桩的P-Y曲线 实际工程中的群桩,与荷载作用方向垂直的桩距在大多数工程中大于3倍桩径,在海上平台和近岸工程中更是如此。西德规范DIN4014(T eilz)“大口径钻孔灌注桩规范”、日本港湾协“日本港口设施技术标准”都指出:横向间距大于(215～310)D时,可不考虑横向邻桩的影响。这样,在大多数情况下,可从群桩中取出一排桩进行计算,参阅文献[9]有限元法计算结果,考虑到工程实用,可将前桩看作单桩,前桩以外的所有桩都看作“后桩”处理。一旦前桩的P-Y曲线确定,就可由前桩的P-Y曲线经公式(6)修正后得“后桩”的P-Y曲线,然后进行后续计算。 无论是常规循环,还是多循环,皆可使用式(6)修正“后桩”为单桩,只不过须取相应情形的单桩或前桩承载力。 413 算 例 由美国17版P-Y曲线[7],采用式(6)修正双桩中的“后桩”得后桩的P-Y曲线,对模型桩的计算与比较见表3,4。由表中可见,计算值与实测值较接近,此法比国外有关同类方法简单实用,可供有关桩基工程设计时采用。 表317版法计算双桩结果(S=4D) 桩号荷载 (N) 泥面处桩的位移(mm)泥面下桩的最大弯矩(N?m) 实测计算实测计算 21#前桩4261631664107331175399112 5221151295132436125495184 6231061916179516174598161 709168189811561613168716 86010111301017371218885111 14#后桩373123107411333311036011 467194165511642217145017 5571061316147506.3854519 650148142813959612665513 7301010191016168613075613 表417版法计算双桩结果(S=215D) 桩号荷载 (N) 泥面处桩的位移(mm)泥面下桩的最大弯矩(N?m) 实测计算实测计算 13#前桩403182147216329018533112 456143157316831917042816 559134181419645913353316 652126134612354717262813 752108100717363618673012 856139178914472014384711 1001151117512105821179100514 11#后桩276123127417524711525816 363164163514632718932314 430176122612239311043010 497188103718845518450719 5681010101917152710159910 62517121281117159416968117 67815141771314866218474618 44岩 土 工 程 学 报 1996年 5 结论和建议 (1)横向承载桩群的性状与承载力主要与桩距、土质、桩的入土深度、桩土相对刚度、桩头 连接型式和荷载的性质与大小有关。循环次数的增加,使桩的承载力降低。工程措施的采取,如套圈,使得桩的横向承载力得以提高。 (2)在受横向荷载作用方向的纵向桩排中各桩受力是不均匀的。各桩受力的大小,其效率 系数可用公式(2)计算。 (3)P -Y 曲线法能较好地反映静载与循环荷载时桩在土中的应力、应变关系。应用有限差分法计算,可比较容易地得出桩在土中的工作性状。计算受重复荷载作用,桩自身强度较高而以控制侧向位移为主的桩(如钢管靠船桩),建议使用美国新版P -Y 曲线(17版法)。 (4)排桩中前桩可按单桩计算,后桩在S <8D ,x <10D 时,考虑前桩对后桩的影响,可用 笔者提出的修正公式(6),把后桩土反力修正后按单桩计算。 参 考 文 献 1 Nabil F Ismael Behavior of Laterally Loaded Bored Piles in Cemented Sands.Journal of G eotechnical Engineer 2ing ,1990,116(11):1678～1799. 2 吴恒立.计算推力桩的综合刚度原理和双参数法.北京:人民交通出版社,1990 3 横山幸满.桩结构物的计算方法和计算实例.唐业清,吴庆荪译.北京:中国铁道出版社,1984. 4 Tamakl O ,Mitsuhashv K ,Tmal T.Japan Horizontal Resistance of a Pile Subjected to Lateral Load.Proc of the 4th Asian Regional Con on S M &F E.Vol.1. 5 席平.砂土中横向受载排桩性状的研究[硕士学位论文].河海大学,1987. 6 Schmidt H G .Group Action of Laterally Loaded Bored Piles.Proc of the 10th Inter Con on S oil Mech and Found Engineering.1981,2. 7 杨克己,韩理安.桩基工程.北京:人民交通出版社,1992. 8 Y ang K eji ,Li Qixin ,Wang Fuyuan.Behaviour of Pile Groups under Lateral Load.China Ocean Eingineering , 1991,5(2). 9 Tamura A ,etc.Reduction in Horizotal Bearing Capacity of Pile Group.Proc 4th International Conference on Numerical Methods in G eomechanics ,Edmonton ,G anada ,1982,2. Behavior and Bearing Capacity of Laterally Loaded Pile Group s Xie Y ao 2f eng (Nanjing College of Communications ,Nanjing 210018) Abstract Based on investigations and model tests ,a series of studies has been performed on the behavior and failure mechanism of laterally loaded pile groups ,the stress 2strain relationship for single pile and pile groups ,and so on.An efficiency formula for non 2uniformity of load distribution in the longitudinal direction of pile groups and a revised for 2mula for P 2Y curves of individual pile in pile groups are put forward.All these results are verified by some practical case records. K ey words multi 2circulation ,loading way ,bearing capacity efficiency ,earth pressure reduction coefficient. 5 4 第6期谢耀峰1横向承载群桩性状及承载力研究 1．某灌注桩，桩径0.8d m =，桩长20l m =。从桩顶往下土层分布为： 0~2m 填土，30sik a q kP =；2~12m 淤泥，15sik a q kP =；12~14m 黏土，50sik a q kP =；14m 以下为密实粗砂层，80sik a q kP =，2600pk a q kP =，该层厚度大，桩未穿透。试计算单桩竖向极限承载力标准值。 【解】 uk sk pk sik i pk p Q Q Q u q l q A =+=+∑ ()20.8302151050280426000.84 1583.41306.92890.3uk sk pk Q Q Q kN π π=+=???+?+?+?+??=+= 2．某钻孔灌注桩，桩径 1.0d m =，扩底直径 1.4D m =，扩底高度1.0m ，桩长 12.5l m =，桩端入中砂层持力层0.8m 。土层分布： 0~6m 黏土，40sik a q kP =；6~10.7m 粉土，44sik a q kP =； 10.7m 以下为中砂层，55sik a q kP =，1500pk a q kP =。试计算单桩竖向极限承载力标准值。 【解】 1.00.8d m m =>，属大直径桩。 大直径桩单桩极限承载力标准值的计算公式为： p pk p i sik si pk sk uk A q l q u Q Q Q ψψ+=+=∑ （扩底桩斜面及变截面以上d 2长度范围不计侧阻力） 大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数为： 桩侧黏性土和粉土：() 1/5 1/5(0.8/)0.81.00.956si d ψ=== 桩侧砂土和碎石类土：()1/3 1/3(0.8/)0.81.00.928si d ψ=== 桩底为砂土：() 1/3 1/3(0.8/)0.81.40.830p D ψ=== ()2 1.00.9564060.956440.831500 1.410581505253.3564 uk Q kN ππ =????+??+???=+= 3．某工程采用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩径1.2m ，桩端进入中等风化岩1.0m ，中等风化岩岩体较完整，饱和单轴抗压强度标准值为41.5a MP ，桩顶以下土层参数 七、群桩的承载力 1.群桩的共作原理 (1)群桩基础定义: 桩数不只一根的桩基称为群桩基础，群桩中的每根桩称为基桩。 (2)对列情况的桩基竖向抗压承载力为各单桩竖向抗压承载力之总和。 端承桩一一持力层坚硬上部荷载通过桩身直接传到桩端处土层上，而桩端处承压面积很小，各桩端的压力彼此互不影响，故群桩中各桩的共作和单桩工作一样；同时，由于桩的变形很小，桩间土基本不承载，单桩竖向承载力为各单桩之和；群桩的降量也与单桩基本相同。 ●桩数少于9根(s>6根)的摩擦桩基一桩端平面处各桩传来的压力互不重叠或重叠不多，这时群桩中各桩的工作情况仍和单桩土作一样。 ●条形基础下桩不超过两排者。 2.桩的平面布置 (1)布置的原则 宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载的合力作用点相重合，使各桩受力均匀，在纵横交接处宜布桩，避免布置在墙体洞口下。 (2)要求 独立桩基的桩：对称布置：如三桩承台、四桩承台、六桩承台等。 柱下条基及墙下条基：桩可采用一排或多排布置。 整片基础下的桩：采用行列式或交叉式布置。 预制桩:s>3d(d为桩径) 灌注桩:s>4d 扩底灌注桩:s> 1.5d' （d'为扩底直径)。 (3)桩底进入持力层的深度宜为桩身直径的1～3倍。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的末风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于0.5m (4)混凝土强度等级＞C30(预制桩)；＞C20(灌注桩)；＞C40(预应力桩)。 (5)桩的主筋应经计算确定。最小配筋率＞0.8%(打入式预制桩)；＞0.6%(静压式预制桩)；＞0.2%～0.65%(灌注桩); (6)配筋长度： ①受水平荷载和弯矩较大的桩，计算确定。 ②桩径大于600 mm的灌注桩，构造钢筋的长度不小于桩长的2/3 。 (7)桩顶嵌入承台的长度不小于50mm。主筋伸入承台内的锚固长度不小于钢筋直径的30倍（I级钢)和35倍（II级钢III级钢)。 3.群桩中单桩桩顶坚向力 (1)轴心受压 n——桩数 ——桩基承台自重和承台上的土自重标准值(KN) (2)偏心受压 单桩承受的外力为: 一一单桩坚向承载力特征值。 4.桩基软弱卜卧层验算 当桩端平面以下受力层范围内存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算。 桩数＞9根 （1）对于的群桩基础，用下列公式验算下卧层承载力 一一软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力标准值； 一一地基承载力分项系数。取1.6。 (2)单桩软弱下卧层承载力验算 单桩竖向承载力特征值按《建筑桩基技术规范》JGJ94 -2008第5.2.2条公式5.2.2计算： R a=Q uk/K 式中： R a——单桩竖向承载力特征值； Q uk——单桩竖向极限承载力标准值； K——安全系数，取K=2。 1. 一般桩的经验参数法 此方法适用于除预制混凝土管桩以外的单桩。 按JGJ94-2008规范中第5.3.5条公式5.3.5计算： 式中： Q sk——总极限侧阻力标准值； Q pk——总极限端阻力标准值； u——桩身周长； l i——桩周第i 层土的厚度； A p——桩端面积； q sik——桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值；参考JGJ94-2008规范表5.3.5-1取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于端承桩取q sik=0； q pk——极限端阻力标准值，参考JGJ94-2008规范表5.3.5- 2取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于摩擦桩取q pk=0； 2. 大直径人工挖孔桩（d≥800mm）单桩竖向极限承载力标准值的计算 此方法适用于大直径（d≥800mm）非预制混凝土管桩的单桩。按JGJ94-2008规范第5.3.6条公式5.3.6 计算： 式中： Q sk——总极限侧阻力标准值； Q pk——总极限端阻力标准值； q sik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可按JGJ94-2008规范中表5.3.5-1取值，用户 需 1取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于扩底桩变截面以上2d范围不计侧阻力；对于端承桩取q sik=0； q pk——桩径为800mm极限端阻力标准值，可按JGJ94-2008规范中表5.3.6- 1取值；用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于摩擦桩取qpk=0； ψsi，ψp——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按JGJ94-2008表5.3.6-2取值； 1.大桥7#承台6a-0桩基桩顶荷载计算： 大桥桥梁跨径组成为5×40+（65+120+65）+3×40连续刚构、预应力混凝土结构连续T梁，桥梁全长579 m。主桥上部采用三向预应力混凝土连续刚构，主墩采用2.2 m×6.5 m×45.459 m双薄壁墩，基础采用人工挖孔灌注桩基础；荷载为纵向控制设计，作用于混凝土承台顶面中心的荷载如下： 图1.大桥桩断面示意图（除标高以m计外，其余以cm计） 承台自重：N =w ·l ·h ·γ N =16.5×22.75×4.5×25 =42229.7 kN 双薄壁墩自重：N =w ·l ·h ·γ N =（2.2×6.5×45.46×4+5.6×1.5×6.5×2+0.3×0.5/2×6.5×8）×25 =67835 kN w —宽度（m ）； l —长度（m ）； h —高度（m ）； γ—钢筋混凝土重度（kN/m 3）。 梁（中跨一半+0#块）自重：14 0/2i i N N N ==+∑0 N=（52.3/2+105+106.1+108.3+111.2+117.3+124.3+130+121.8+ 130.2+136.7+143.6+151.1+159+167.5+1097.9）×10 =29361.5 kN 梁（边跨）自重：15 0i i N N ==∑ N =（166.3+52.3+105+106.1+108.3+111.2+117.3+124.3+130+ 121.8+130.2+135.9+143.6+151.1+159+167.5）×10 =20299 kN N i —第i 块梁自重（kN ）。 由于边跨自重对于主墩属非对称传递荷载，固对其取梁高加权自重： N =7.2/（3+7.2）×20299=14328.7 kN 2.计算 （1）桩的计算宽度b 1 b 1=K f ·K 0·K ·d d —与外力H 作用方向相垂直平面上桩的直径； K f —形状换算系数，即在受力方向将各种不同截面形状的桩宽度，乘以K f 换算为相当于矩形截面宽度； K 0—受力换算系数，既考虑到实际上桩侧土在承受水平荷载时为空间受力 最全面的桩基计算总结 桩基础计算 一.桩基竖向承载力《建筑桩基技术规范》 5.2.2 单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定： Ra=Quk/K 式中 Quk——单桩竖向极限承载力标准值； K——安全系数，取K＝2。 5.2.3对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。5.2.4对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值： 1 上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物； 2 对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物； 3 按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区； 4 软土地基的减沉复合疏桩基础。 当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应，取η=0。 单桩竖向承载力标准值的确定： 方法一：原位测试 1.单桥探头静力触探（仅能测量探头的端阻力，再换算成探头的侧阻力）计算公式见《建筑桩基技术规范》5.3.3 2.双桥探头静力触探（能测量探头的端阻力和侧阻力）计算公式见《建筑桩基技术规 范》5.3.4 方法二：经验参数法 1.根据土的物理指标与承载力参数之间的关系确定单桩承载力标准值《建筑桩基技术规范》5.3.5 2.当确定大直径桩(d>800mm）时，应考虑侧阻、端阻效应系数，参见5. 3.6 钢桩承载力标准值的确定： 1.侧阻、端阻同混凝土桩阻力，需考虑桩端土塞效应系数；参见5.3.7 混凝土空心桩承载力标准值的确定： 1.侧阻、端阻同混凝土桩阻力，需考虑桩端土塞效应系数；参见5.3.8 嵌岩桩桩承载力标准值的确定： 1.桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成。 后注浆灌注桩承载力标准值的确定： 1.承载力由后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值、后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值，后注浆总极限端阻力标准值； 特殊条件下的考虑 液化效应： 对于桩身周围有液化土层的低承台桩基，当承台底面上下分别有厚度不小于1.5m、1.0m 的非液化土或非软弱土层时，可将液化土层极限侧阻力乘以土层液化折减系数计算单桩 第18卷 第6期岩 土 工 程 学 报 Vol.18 No.6 1996年 11月 Chinese Journal of G eotechnical Engineering Nov., 1996 到稿日期:1995-03-23. 横向承载群桩性状及承载力研究 谢 耀 峰 (南京交通高等专科学校,210018) 文 摘 本文在调查研究和模型试验的基础上,对群桩的工作性状与破坏机理、单桩与群桩的应力应变关系进行分析研究。提出了群桩承载力分配不均匀的效率系数公式和把排桩中“后桩”修正为单桩计算的土反力折减系数公式,并得到工程实例的验证。关键词 多循环,加载方式,承载力效率系数,土反力折减系数。 1 前 言 随着港口建设事业的发展,外海开敞式码头和海上采油平台的不断兴建,水平荷载成为其控制荷载。过去一般通过设置叉桩或半叉桩来承受水平荷载。工程实践表明,打斜桩的施工费用比打直桩的要高出20%～22%,且桩的抗弯性能也得不到充分发挥。目前,国内外对横向承载桩 群的研究资料甚少,而工程建设的需要使得对横向承载桩工作性状的研究日趋迫切。由于群桩的原型试验不仅比单桩困难很多,而且所需费用非常高。为了研究在单向循环荷载作用下,横向承载桩(群)工作性状、破坏机理、群桩效应、水平力在各桩中的分配规律、桩的P -Y 曲线等,结合修订《高桩码头》规范,我们进行了模拟试验,在此基础上进行了分析研究。试验条件:模型桩为直径60mm ,壁厚317mm ,长3m (其中入土深度211m )的铝合金管,弹性模量为7MPa ,模型土为中细砂,比重2618kN/m 3,重度18kN/m 3,内摩擦角36°,含水量5%,砂土处于中密偏松状态。加载方式:侧向常规循环加载(每级荷载循环5次),侧向多次循环加载(每级荷载循环50次)。 2 工作性状 211 受荷方式的影响 在实际工程中,桩的受力常常是多种多样的。一般说来,桩在承受横向荷载的同时,也承受垂直荷载。垂直荷载对桩顶横向承载力的影响,主要取决于横向荷载下桩的破坏机理。对于桩身强度较高的钢管桩、预应力钢筋混凝土桩而言,由于这类桩在横向荷载作用下的承载能力往往是由桩的水平位移来控制,因而垂直荷载对这类桩的影响一般可以忽略。而对于桩的横向承载力以桩身强度进行控制的低标号桩,如配筋率较低的灌注桩,垂直荷载的影响比较明显。此时桩由纯弯状态变为压弯状态。垂直压载产生的压应力可以抵消很大一部分桩身受弯的拉应力,从而使横向承载力得以提高,对于低桩台,一般可以提高20%～40%左右。212 循环方式的影响 桩受循环荷载后,使桩周土体松动,土抗力降低,承载能力降低,浅层土体降低较多,深层土 9 3 600 单桩水平承载力： ZH-600 600.1 基本资料 600.1.1 工程名称： 工程一 600.1.2 桩型：预应力混凝土管桩； 桩顶约束情况：铰接 600.1.3 管桩的编号 PHC-AB600(110)，圆桩直径 d ＝ 600mm ，管桩的壁厚 t ＝ 110mm ； 纵向钢筋的根数、直径为 13φ10.7； 桩身配筋率 ρg ＝ 0.826% 600.1.4 桩身混凝土强度等级 C80， f t ＝ 2.218N/mm E c ＝ 37969N/mm 纵向钢筋净保护层厚度 c ＝ 25mm ； 钢筋弹性模量 E s ＝ 200000N/mm 600.1.5 桩顶允许水平位移 x 0a ＝ 10mm ； 桩侧土水平抗力系数的比例系数 m ＝ 10MN/m 4 ； 桩的入土长度 h ＝ 28m 600.2 计算结果 600.2.1 桩身换算截面受拉边缘的截面模量 W 0 600.2.1.1 扣除保护层厚度的桩直径 d 0 ＝ d - 2c ＝ 600-2*25 ＝ 550mm 600.2.1.2 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值 αE ＝ E s / E c ＝ 200000/37969 ＝ 5.2675 600.2.1.3 预应力混凝土管桩的内径 d 1 ＝ d - 2t ＝ 600-2*110 ＝ 380mm 600.2.1.4 W 0 ＝ π·[(d 4 - d 14) / d] / 32 + π·d·(αE - 1)·ρg ·d 02 / 16 ＝ π*[(0.64-0.384)/0.6]/32+π*0.6*(5.2675-1)*0.00826*0.552/16 ＝ 0.019051m 600.2.2 桩身抗弯刚度 EI 600.2.2.1 桩身换算截面惯性矩 I 0 ＝ W 0·d 0 / 2 ＝ 0.01905*0.55/2 ＝ 0.0052390m 4 600.2.2.2 EI ＝ 0.85E c ·I 0 ＝ 0.85*37969*1000*0.005239 ＝ 169079kN · m 600.2.3 桩的水平变形系数 α 按桩基规范式 5.7.5 确定： α ＝ (m ·b 0 / EI)1/5 600.2.3.1 圆形桩当直径 d ≤ 1m 时 b 0 ＝ 0.9(1.5d + 0.5) ＝ 0.9*(1.5*0.6+0.5) ＝ 1.260m 600.2.3.2 α ＝ (m ·b 0 / EI)1/5 ＝ (10000*1.26/169079)0.2 ＝ 0.5949(1/m) 600.2.4 桩顶水平位移系数 νx 600.2.4.1 桩的换算埋深 αh ＝ 0.5949*28 ＝ 16.66m 600.2.4.2 查桩基规范表 5.7.2，桩顶水平位移系数 νx ＝ 2.441 600.2.5 单桩水平承载力特征值按桩基规范式 5.7.2-2 确定： R ha = 0.75α3·EI·x 0a / νx 600.2.5.1 R ha ＝ 0.75*0.59493*169079*0.01/2.441 ＝ 109.4kN 600.2.5.2 验算地震作用桩基的水平承载力时，R haE ＝ 1.25R ha ＝ 136.7kN 9#，10#楼，查电算信息风荷载作用下基底剪力为Vx=1158kn,Vy=2077kn,地震作用下基底剪力为Vx=2292kn,Vy=3001kn.故由地震下控制。工程桩总桩数为64根。则作用于基桩顶处的水平力H ik 为3001/64=47kn< R ha .满足要求(还未考虑土对筏板的有利抗侧力). 2，3#楼，查电算信息风荷载作用下基底剪力为Vx=1098kn,Vy=1560kn,地震作用下基底剪力为Vx=2121kn,Vy=2048kn.故由地震下控制。工程桩总桩数为55根。则作用于基桩顶处的水平力H ik 为2121/55=39kn< R ha .满足要求(还未考虑土对筏板的有利抗侧力). 500 单桩水平承载力： ZH-500 500.1 基本资料 500.1.1 工程名称： 工程一 500.1.2 桩型：预应力混凝土管桩； 桩顶约束情况：铰接 500.1.3 管桩的编号 PHC-AB500(100)，圆桩直径 d ＝ 500mm ，管桩的壁厚 t ＝ 100mm ； 纵向钢筋的根数、直径为 10φ10.7； 桩身配筋率 ρg ＝ 0.877% 500.1.4 桩身混凝土强度等级 C80， f t ＝ 2.218N/mm E c ＝ 37969N/mm 纵向钢筋净保护层厚度 c ＝ 25mm ； 钢筋弹性模量 E s ＝ 200000N/mm 500.1.5 桩顶允许水平位移 x 0a ＝ 10mm ； 桩侧土水平抗力系数的比例系数 m ＝ 10MN/m 4 ； 桩的入土长度 h ＝ 28m 500.2 计算结果 500.2.1 桩身换算截面受拉边缘的截面模量 W 0 500.2.1.1 扣除保护层厚度的桩直径 d 0 ＝ d - 2c ＝ 500-2*25 ＝ 450mm 500.2.1.2 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值 αE ＝ E s / E c ＝ 200000/37969 ＝ 5.2675 500.2.1.3 预应力混凝土管桩的内径 d 1 ＝ d - 2t ＝ 500-2*100 ＝ 300mm 500.2.1.4 W 0 ＝ π·[(d 4 - d 14) / d] / 32 + π·d·(αE - 1)·ρg ·d 02 / 16 ＝ π*[(0.54-0.34)/0.5]/32+π*0.5*(5.2675-1)*0.00877*0.452/16 ＝ 0.011425m 500.2.2 桩身抗弯刚度 EI 500.2.2.1 桩身换算截面惯性矩 I 0 ＝ W 0·d 0 / 2 ＝ 0.01143*0.45/2 ＝ 0.0025707m 4 500.2.2.2 EI ＝ 0.85E c ·I 0 ＝ 0.85*37969*1000*0.0025707 ＝ 82965kN · m 500.2.3 桩的水平变形系数 α 按桩基规范式 5.7.5 确定： α ＝ (m ·b 0 / EI)1/5 500.2.3.1 圆形桩当直径 d ≤ 1m 时 b 0 ＝ 0.9(1.5d + 0.5) ＝ 0.9*(1.5*0.5+0.5) ＝ 1.125m 500.2.3.2 α ＝ (m ·b 0 / EI)1/5 ＝ (10000*1.125/82965)0.2 ＝ 0.6706(1/m) 500.2.4 桩顶水平位移系数 νx 500.2.4.1 桩的换算埋深 αh ＝ 0.6706*28 ＝ 18.78m 500.2.4.2 查桩基规范表 5.7.2，桩顶水平位移系数 νx ＝ 2.441 500.2.5 单桩水平承载力特征值按桩基规范式 5.7.2-2 确定： R ha = 0.75α3·EI·x 0a / νx 500.2.5.1 R ha ＝ 0.75*0.67063*82965*0.01/2.441 ＝ 76.9kN 500.2.5.2 验算地震作用桩基的水平承载力时，R haE ＝ 1.25R ha ＝ 96.1kN 1#楼，查电算信息风荷载作用下基底剪力为Vx=955.5kn,Vy=3962.8kn,地震作用下基底剪力为Vx=4150.33kn,Vy=5372.60kn.故由地震下控制。工程桩总桩数为135根。则作用于基桩顶处的水平力H ik 为5372.60/135=39.8kn< R ha .满足要求(还未考虑土对筏板的有利抗侧力). 4#楼，查电算信息风荷载作用下基底剪力为Vx=895.6kn,Vy=1853.1kn,地震作用下基底剪力为 Vx=2005.43kn,Vy=2587.28kn.故由地震下控制。工程桩总桩数为66根。则作用于基桩顶处的水平力H ik 为2587.28/66=39.2kn< R ha .满足要求(还未考虑土对筏板的有利抗侧力). 塔吊基础计算书 一、计算参数如下： 非工作状态工作状态 基础所受的水平力H：66.2KN 22.5KN 基础所受的竖向力P：434KN 513KN 基础所受的倾覆力矩M：1683KN.m 1211KN.m 基础所受的扭矩Mk：0 67KN.m 取塔吊基础的最大荷载进行计算,即 F =513KN M =1683KN.m 二、钻孔灌注桩单桩承受荷载： 根据公式: （注：n为桩根数,a为塔身宽） 带入数据得 单桩最大压力: Qik压＝872.04KN 单桩最大拔力：Qik拔＝-615.54KN 三、钻孔灌注桩承载力计算 1、土层分布情况： 层号 土层名称 土层厚度（m） 侧阻qsia（Kpa） 端阻qpa（Kpa） 抗拔系数λi 4 粉质粘土 0.95 22 / 0.75 5 粉质粘土 4.6 13 / 0.75 7 粉质粘土 5.6 16 / 0.75 8-1 砾砂 7.3 38 1000 0.6 8-2 粉质粘土 8.9 25 500 0.75 8-3 粗砂 4.68 30 600 0.6 8-4a 粉质粘土 4.05 32 750 0.75 桩顶标高取至基坑底标高，取至场地下10m处，从4号土层开始。 2、单桩极限承载力标准值计算： 钻孔灌注桩直径取Ф800，试取桩长为30.0 米，进入8-3层 根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）8.5.5条： 单桩竖向承载力特征值计算公式： 式中：Ra---单桩竖向承载力特征值； qpa,qsia---桩端端阻力，桩侧阻力特征值； Ap---桩底端横截面面积； up---桩身周边长度； li---第i层岩土层的厚度。 经计算：Ra=0.5024×600+2.512×（22×0.95+13×4.6+16×5.6+38×7.3+25×8.9+30×2.65）＝2184.69KN>872.04KN满足要求。 单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式： 式中：Ra，---单桩竖向承载力特征值； λi---桩周i层土抗拔承载力系数； Gpk ---单桩自重标准值（扣除地下水浮力） 经计算：Ra，＝2.512×（22×0.95×0.75+13×4.6×0.75+16×5.6×0.75+38×7.3×0.6+25 群桩承载力及抗震设计分析 桩基础在工程建设当中得到广泛地应用，从安全性上考虑，对群桩承载力的研究尤为重要。结合工程实践经验对桥梁工程中的群桩承载力及抗震设计进行分析探讨，为今后类似工程提供设计、施工及质量控制等参考资料。 标签：桥梁工程；群桩承载力；抗震性能；分析 doi：10.19311/https://www.wendangku.net/doc/3f6232476.html,ki.1672 3198.2016.22.098 1 概述 桩基础凭借着其承载力高、受力合理、安全可靠的优点，在基础工程中得到了广泛地应用。鉴于此，对桩基础承载力的研究显得尤为必要。对单桩承载力的确定已经有相对成熟的方法，但是在高层建筑基础设计中经常会用到群桩，由于桩土的相互作用使得群桩对群桩承载力的确定尚需要进一步探讨。尽管群桩由许多单桩组成，然而，群桩特性并不等于所有独立的单桩特性的总和。群桩特性比单桩特性更加复杂，这是由于桩的组合作用、桩群内桩之间相互作用和桩帽效应。例如，桩末端以下的某深度，由单桩加载引起的土压力是没有意义的。然而，在某深度，由于有很大的沉陷，或某支座性能失效，特别是下面是软土层，所有相邻的桩的压应力水平就会提高。通常，由于桩彼此相隔为直径的7至8倍，桩之间相互作用的影响会减弱。基于此，对群桩的轴向和横向承载力及其对应的沉陷和横向挠度及抗震进行了研究。 2 群桩承载力分析 2.1 群桩沉降 单桩的应力水平相当小，然而邻近桩的安装应力能提高桩尖下面的应力水平。增加应力水平对群桩沉降有两种作用。对应影响范围很大的群桩，沉降的幅度必然也大。在一个单桩上加载，此时下面的强压缩层并非处于受力状态，群桩的沉降将是非常大的。计算群桩的沉降常常用群座方法。如果基础底部不是很深的话，群桩可以简化为一个等效的块状伸展的底座基础。根据群桩周边的桩，可绘出等效底座的平面面积。对于柱桩或摩擦桩，其底座底面的假设是不同的。对于柱桩，底座底面位于桩尖附近；对于摩擦桩，底座底面位于桩尖以上全部埋入长度的1/3处。在群桩设计中，常常把等效沉降作为一个重要的参数。 2.2 群桩横向承载力与挠度分析 在横向荷载作用下，群桩的性能是不明确的。根据上节的介绍，群桩横向弯矩承载力大于群桩的全部单桩横向弯矩承载力之和，因为通过桩帽作用，这些桩的轴向抗力形成耦合作用。然而，由于桩之间的相互作用，群桩抵抗横向荷载的承载力，通常小于单桩独自抵抗横向荷载的承载力之和。在横向荷载作用下分析 600单桩水平承载力： ZH-600 600.1基本资料 600.1.1工程名称：工程一 600.1.2桩型：预应力混凝土管桩；桩顶约束情况：铰接 600.1.3管桩的编号 PHC-AB600(110)，圆桩直径 d ＝ 600mm，管桩的壁厚 t ＝ 110mm； 纵向钢筋的根数、直径为 13φ10.7；桩身配筋率ρg＝ 0.826% 600.1.4桩身混凝土强度等级 C80， f t＝ 2.218N/mm ， E c＝ 37969N/mm ； 纵向钢筋净保护层厚度 c ＝ 25mm；钢筋弹性模量 E s＝ 200000N/mm 600.1.5桩顶允许水平位移 x0a＝ 10mm；桩侧土水平抗力系数的比例系数 m ＝ 10MN/m4； 桩的入土长度 h ＝ 28m 600.2计算结果 600.2.1桩身换算截面受拉边缘的截面模量 W0 600.2.1.1扣除保护层厚度的桩直径 d0＝ d - 2c ＝ 600-2*25 ＝ 550mm 600.2.1.2钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值αE＝ E s / E c＝ 200000/37969 ＝ 5.2675 600.2.1.3预应力混凝土管桩的内径 d1＝ d - 2t ＝ 600-2*110 ＝ 380mm 600.2.1.4 W0＝π·[(d4 - d14) / d] / 32 + π·d·(αE - 1)·ρg·d02 / 16 ＝π*[(0.64-0.384)/0.6]/32+π*0.6*(5.2675-1)*0.00826*0.552/16 ＝ 0.019051m 600.2.2桩身抗弯刚度 EI 600.2.2.1桩身换算截面惯性矩 I0＝ W0·d0 / 2 ＝ 0.01905*0.55/2 ＝ 0.0052390m4 600.2.2.2 EI ＝ 0.85E c·I0＝ 0.85*37969*1000*0.005239 ＝ 169079kN·m 600.2.3桩的水平变形系数α 按桩基规范式 5.7.5 确定：α ＝ (m·b0 / EI)1/5 600.2.3.1圆形桩当直径 d ≤ 1m 时 b0＝ 0.9(1.5d + 0.5) ＝ 0.9*(1.5*0.6+0.5) ＝ 1.260m 600.2.3.2α ＝ (m·b0 / EI)1/5＝ (10000*1.26/169079)0.2＝ 0.5949(1/m) 600.2.4桩顶水平位移系数νx 600.2.4.1桩的换算埋深αh ＝ 0.5949*28 ＝ 16.66m 600.2.4.2查桩基规范表 5.7.2，桩顶水平位移系数νx＝ 2.441 600.2.5单桩水平承载力特征值按桩基规范式 5.7.2-2 确定： R ha = 0.75α3·EI·x0a/ νx 600.2.5.1 R ha＝ 0.75*0.59493*169079*0.01/2.441 ＝ 109.4kN 600.2.5.2验算地震作用桩基的水平承载力时，R haE＝ 1.25R ha＝ 136.7kN 9#，10#楼，查电算信息风荷载作用下基底剪力为Vx=1158kn,Vy=2077kn,地震作用下基底剪力为 Vx=2292kn,Vy=3001kn.故由地震下控制。工程桩总桩数为64根。则作用于基桩顶处的水平力H ik 为 3001/64=47kn< R ha .满足要求(还未考虑土对筏板的有利抗侧力). 2，3#楼，查电算信息风荷载作用下基底剪力为Vx=1098kn,Vy=1560kn,地震作用下基底剪力为 Vx=2121kn,Vy=2048kn.故由地震下控制。工程桩总桩数为55根。则作用于基桩顶处的水平力H ik 为 2121/55=39kn< R ha .满足要求(还未考虑土对筏板的有利抗侧力). 500单桩水平承载力： ZH-500 500.1基本资料 500.1.1工程名称：工程一 500.1.2桩型：预应力混凝土管桩；桩顶约束情况：铰接 500.1.3管桩的编号 PHC-AB500(100)，圆桩直径 d ＝ 500mm，管桩的壁厚 t ＝ 100mm； 纵向钢筋的根数、直径为 10φ10.7；桩身配筋率ρg＝ 0.877% 500.1.4桩身混凝土强度等级 C80， f t＝ 2.218N/mm ， E c＝ 37969N/mm ； 纵向钢筋净保护层厚度 c ＝ 25mm；钢筋弹性模量 E s＝ 200000N/mm 500.1.5桩顶允许水平位移 x0a＝ 10mm；桩侧土水平抗力系数的比例系数 m ＝ 10MN/m4； 桩的入土长度 h ＝ 28m 500.2计算结果 500.2.1桩身换算截面受拉边缘的截面模量 W0 500.2.1.1扣除保护层厚度的桩直径 d0＝ d - 2c ＝ 500-2*25 ＝ 450mm 500.2.1.2钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值αE＝ E s / E c＝ 200000/37969 ＝ 5.2675 500.2.1.3预应力混凝土管桩的内径 d1＝ d - 2t ＝ 500-2*100 ＝ 300mm 500.2.1.4 W0＝π·[(d4 - d14) / d] / 32 + π·d·(αE - 1)·ρg·d02 / 16 ＝π*[(0.54-0.34)/0.5]/32+π*0.5*(5.2675-1)*0.00877*0.452/16 ＝ 0.011425m 500.2.2桩身抗弯刚度 EI 500.2.2.1桩身换算截面惯性矩 I0＝ W0·d0 / 2 ＝ 0.01143*0.45/2 ＝ 0.0025707m4 500.2.2.2 EI ＝ 0.85E c·I0＝ 0.85*37969*1000*0.0025707 ＝ 82965kN·m 500.2.3桩的水平变形系数α 按桩基规范式 5.7.5 确定：α ＝ (m·b0 / EI)1/5 500.2.3.1圆形桩当直径 d ≤ 1m 时 b0＝ 0.9(1.5d + 0.5) ＝ 0.9*(1.5*0.5+0.5) ＝ 1.125m 500.2.3.2α ＝ (m·b0 / EI)1/5＝ (10000*1.125/82965)0.2＝ 0.6706(1/m) 500.2.4桩顶水平位移系数νx 500.2.4.1桩的换算埋深αh ＝ 0.6706*28 ＝ 18.78m 500.2.4.2查桩基规范表 5.7.2，桩顶水平位移系数νx＝ 2.441 500.2.5单桩水平承载力特征值按桩基规范式 5.7.2-2 确定： R ha = 0.75α3·EI·x0a/ νx 500.2.5.1 R ha＝ 0.75*0.67063*82965*0.01/2.441 ＝ 76.9kN 500.2.5.2验算地震作用桩基的水平承载力时，R haE＝ 1.25R ha＝ 96.1kN 1#楼，查电算信息风荷载作用下基底剪力为Vx=955.5kn,Vy=3962.8kn,地震作用下基底剪力为 Vx=4150.33kn,Vy=5372.60kn.故由地震下控制。工程桩总桩数为135根。则作用于基桩顶处的水平 力H ik 为5372.60/135=39.8kn< R ha .满足要求(还未考虑土对筏板的有利抗侧力). 4#楼，查电算信息风荷载作用下基底剪力为Vx=895.6kn,Vy=1853.1kn,地震作用下基底剪力为 Vx=2005.43kn,Vy=2587.28kn.故由地震下控制。工程桩总桩数为66根。则作用于基桩顶处的水平力 H ik 为2587.28/66=39.2kn< R ha .满足要求(还未考虑土对筏板的有利抗侧力). 管桩单桩水平承载力（地震）特征值计算书 一.基本资料 桩类型：125A -PHC500 桩顶约束情况：铰接，半固接 混凝土强度等级: C80 二.系数取值 1.桩入土深度 h ＝ 15.000~25.000m 2 桩侧土水平抗力系数的比例系数 44/5000/5m KN m MN m ==（松散或稍密填土）44/2500/5.2m KN m MN m ==（淤泥或淤泥质土） 3.桩顶容许水平位移a X 0＝ 10mm 4.砼弹性模量C E ＝ 38000N/mm 2=7108.3?KN/m 2 三.执行规范 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94－2008） 《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ13－86-2007） 四.计算内容 1.管桩截面惯性矩： 64)1(44απ-=D I =64) 50.01(5.014.344-?=3 1087.2-?m 4 其中，α==D d 500.0500250= D ——管桩外径，d ——管桩内径 2.管桩截面抗弯刚度： EI =237927011087.2108.385.085.0m KN I E C ?=????=- 3.管桩桩身计算宽度： m 125.10.5)0.9(1.5D b0=+= 4.管桩水平变形系数： 5 0I E mb c =α=5 92701125.15000?=)/1(571.0m 5.管桩桩顶水平位移系数： 桩的换算深度al >4.0 查表得：441.2=x V 6.单桩水平承载力设计值： a x C H X V I E R 03α==KN 701.7001.0441 .292701571.03=?? 7.单桩水平承载力特征值： KN R R H Ha 5337.5235.1/701.70/≈===γ 五.结论： 根据《福建省结构设计暂行规定》第4条规定： （1） 单桩和两桩承台基础中的单桩水平承载力特征值取值为： KN R Ha 53= （2） 三桩及三桩以上承台基础（非单排布置）中的单桩水平承载力 特征值取值为：KN KN R Ha 4.775346.1'=?= 注：桩顶约束为固接时，940.0=x V ，故，桩顶约束介于铰接与固接之间 假定桩顶水平位移系数为线性变化（供参考）： 675.12 940.0441.2'=+=x V ，KN R V V R Ha x x Ha 24.7753675.1441.2''=?=?= （3） 当地基土为淤泥或淤泥质土(44/2500/5.2m KN m MN m ==)时， KN R Ha 5.34=，KN R Ha 3.50'= 城南路（高浪路~吴都路）工程水中钢管桩承载力计算 本工程桩机平台及现浇箱梁水中部分的基础均采用Φ377的钢管桩作为主要受力构件，上铺14#、20#方钢作为纵横梁与下部的钢管桩有效连接，形成整个基础受力体系。实测水位1.74m ，河床-1.00m ，钢管桩总长7m ，出水1m （桩顶标高2.74m ），入土深度3.26m(桩底标高-4.26) 考虑到钢管桩为开口式打入，承载力计算时主要以摩擦力为主。 参考本工程水中范围内的地质报告，我部钢管桩主要进入的地质层为③2层及④层，分别为粉质粘土夹粉土和粉土层。其地基承载力特征值及侧壁摩擦阻力分别为： ③2粉质粘土夹粉土：τi=49.2kPa ，бR=140kPa ，土层范围（-0.69~-3.29） ④粉土：τi=66.1kPa ，бR=160kPa ，土层范围（-3.29~-9.39） 单桩容许承载力[P]＝K 1安全系数[桩侧极限摩阻力P su ＋桩底极限阻力P pu ] （1）打入桩容许承载力按下式计算 ][2 1][R i i i A l U P σατα+=∑ P －单桩轴向受压容许承载力kN U －桩周长m l i －桩在承台底面或最大冲刷线一下的第i 层土层中的长度m i τ－于l i 相对应的各土层与桩侧的极限摩擦阻力kPa A －桩底面积㎡ R σ－桩底处土的极限承载力kPa αi α－分别为振动下沉对各土层桩侧摩阻力和桩底抵抗力的影响系数，打入桩其值均为1 单根容许承载力： [P]=0.5×（αA бR +U ∑αiLi τi ） =0.5*（1*0.377*3.14*0.2*140+3.14*0.377*（2.29*49.2+0.97*66.1）） =121.2KN=12.12T ㎡ ㎡ 断面范围内为水中满堂支架施工,长度L=10.4m ，该段混凝土方量为： ）（21213 1S S S S l V ?++??= =1/3*10.5*（11.5+8.65+65.8*5.11） =105m 3 荷载P=105*2.5=262.5T 取总荷载Q=1.2P=1.2*262.5=315T 需要钢管桩N=Q/[P]=315/12.12=26根 通航孔范围内的现浇段为贝雷架施工,长度L=21m ，该段混凝土方量为： 管桩单桩水平承载力（地震）特征值计算书 一 ?基本资料 桩类型：PHC500-125A 桩顶约束情况：铰接，半固接 混凝土强度等级：C80 二?系数取值 1?桩入土深度h = ~ 2桩侧土水平抗力系数的比例系数 m 5MN /m 4 5000KN /m 4 （松散或 稍密填土）m 2.5MN /m 4 2500KN/m 4 （淤泥或淤泥质土） 3. 桩顶容许水平位移x °a = 10mm 4. 砼弹性模量 E C = 38000N/mm 2=3.8 l07 KN/m 2 三. 执行规范 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94- 2008） 《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》 （DBJ13- 86-2007） 四. 计算内容 1. 管桩截面惯性矩: D ——管桩外径，d ——管桩内径 2. 管桩截面抗弯刚度: 叮4 4) 4 4 卫14 O'5 (1 °.50)=2.87 说口。 64 d 250 其中，a - 0.500 D 500 EI =0.85E C I 0.85 3.8 107 2.87 10 3 92701KN ?m2 3.管桩桩身计算宽度: I 5000「125 =0.571(1/m) 92701 5. 管桩桩顶水平位移系数: 桩的换算深度al > 查表得：V x 2.441 6. 单桩水平承载力设计值: 7. 单桩水平承载力特征值： R Ha R H / 70.701/1.35 52.37 53KN 五. 结论： 根据《福建省结构设计暂行规定》第 4条规定: (1)单桩和两桩承台基础中的单桩水平承载力特征值取值为: R Ha 53 KN (2)三桩及三桩以上承台基础(非单排布置)中的单桩水平承载力 特征值取值为：R Ha ' 1.46 53KN 77.4 KN 注：桩顶约束为固接时， V 0.940，故，桩顶约束介于铰接与固接之间 假定桩顶水平位移系数为线性变化(供参考)： (3)当地基土为淤泥或淤泥质土(m 2.5MN /m 4 2500KN /m 4)时, 34.5 KN ， R Ha ' 50.3KN 4?管桩水平变形系数： 5 mb o 3E c I X °a 3 0.571 92701 2.441 0.01 70.701KN V x ' 2.441 0.940 2 1.675， R Ha ' ~~ R Ha V x' 77.24KN 1.675 预应力管桩基础设计应注意的问题 【提要】本文主要从岩土工程的观点来探讨预应力管桩的应用条件,提出管桩基础设计应注意的几个问题； ①工程勘察问题；②单桩承载力问题；③收锤标准问题；④不宜应用管桩的工程地质条件问题。 经过十年来的推广应用，预应力混凝土管桩作为一种较新型的基桩已被广东土木界所接受。广东现有管桩厂四五十家，年生产量四百万米左右，占全国的三分之二以上。目前广东高层建筑桩基主要采用人工挖孔桩、冲钻孔灌注桩和预应力管桩。在10-40层楼房的基础工程中，原来采用人工挖孔桩和冲钻孔灌注桩的，有不少已被预应力管桩所替代，这是因为预应力管桩具有工程造价较便宜、质量较可靠、长度易调整、施工速度快、监理方便、检测时间短、现场简洁等优点。但是，若对管桩的应用条件认识不清，对使用方法掌握不当，也会发生工程质量问题。下面就设计预应力管桩基础应注意的问题谈一些看法。 一、管桩的应用条件 了解管桩的应用条件，对控制管桩基础的设计质量非常有益。 管桩的制作质量要求已有国家标准《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-92）。管桩按混凝土强度等级分为：预应力混凝土管桩和预应力高强混凝土管桩。前者代号为PC桩，其混凝土强度等级一般为C60或C70；后者代号为PHC桩，混凝土强度等级为C80，一般要经过高压蒸养才能生产出来，从成型到使用权用的最短时间只需三四天。管桩按抗裂变距和极限变距的大小又可分为：A型、AB型、B型，有效预压应力值约3.5～6.0Mpa的有效预压应力，打桩时桩身混凝土就可能不会出现横向裂缝，所以，对于一般的建筑工程，采用A类或AB类型桩就行。目前，广东地区常用的管桩规格如表1。 常用管桩规格表: 外径（㎜）壁厚(㎜)混凝土强度等级节长(㎜)承载力标准值(KN)适用楼层30065-75C60-805～11600.～9006～12 40090-95C60-805～12900～17006～18 500100C60-805～121800～235010～30 550125C805～122000～270020～35 600105-130C806～131800～250010～30 管桩的施工方法即沉桩方式有六七种之多。广东前几年主要采用打入法，过去用过自由落锤，目前几乎都采用柴油锤。柴油锤的极限贯入度厂家规定为20㎜/10击，过小的贯入度作业会损坏柴油锤，减少其使用寿命。 管桩用柴油锤施打，震动大，噪音大。近年来，广东开发了一种静压沉桩工艺，即采用液压式静力压桩机将管桩压到设计持力层。前几年在广东应用的静压桩机，最大压桩力只有1600kN～2400kN，现在，静压桩机的最大压桩力增大到5000kN，可以将φ500和φ550的预应力管桩压下去，单桩承载力可达2000～2500kN，适用于15～30层的高层建筑，特别适用于市区施工。 管桩桩尖形式主要有三种：十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型。穿越砂层时，开口型和圆锥型比十字型好。开口型桩尖一般用在入土深度为40m以上且桩径≥550㎜的管桩工程中，成桩后桩身下部约有1/3-1/2桩长的内腔被土体塞住，从土体闭塞效果来看，单桩承载力不会降低，但挤土作用可以减少。封口桩尖成桩后，内腔可一目了然，对桩身质量及长度可用目测法检查，这是其他桩型所没有的。十字型桩尖加工容易，价钱便宜，破岩能力强，故广东省约90%以上的管桩采用十字型桩尖。桩尖规格不符合设计要求，也会造成工程质量事故。 管桩桩端持力层可选择为强风化岩层、坚硬的粘土层或密实的砂层，广东汕头、湛江及珠江三角洲某些地区，基岩埋藏太深，管桩桩尖一般座落在中密至密实的砂层上，桩长约30～40m，这是以桩侧摩阻力为桩基础作业(承载力计算)-附答案
8.7 群桩的承载力
单桩竖向承载力特征值计算方法
群桩基础某单桩承载力计算
最全面的桩基计算总结
横向承载群桩性状及承载力研究
单桩水平承载力计算
单桩竖向极限承载力和抗拔承载力计算书
群桩承载力及抗震设计分析
单桩水平承载力计算
500管桩单桩水平承载力特征值计算书
单桩承载力计算
500管桩单桩水平承载力特征值计算书
预应力管桩使用必须注意的一些问题