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5.7 桩基水平承载力与位移计算

Ⅰ 单桩基础

5.7.1 受水平荷载的一般建筑物和水平荷载较小的高大建筑物单桩基础和群桩中基桩应满足下式要求:

Hik≤Rh  (5.7.1)

式中 Hik——在荷载效应标准组合下,作用于基桩 i 桩顶处的水平力;

   Rh——单桩基础或群桩中基桩的水平承载力特征值,对于单桩基础,可取单桩的水平承载力特征值 Rha

5.7.2 单桩的水平承载力特征值的确定应符合下列规定:

  1 对于受水平荷载较大的设计等级为甲级、乙级的建筑桩基,单桩水平承载力特征值应通过单桩水平静载试验确定,试验方法可按现行行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106 执行。

  2 对于钢筋混凝土预制桩、钢桩、桩身正截面配筋率不小于 0.65%的灌注桩,可根据静载试验结果取地面处水平位移为 10mm(对于水平位移敏感的建筑物取水平位移 6mm)所对应的荷载的 75%为单桩水平承载力特征值。

  3 对于桩身配筋率小于 0.65%的灌注桩,可取单桩水平静载试验的临界荷载的 75%为单桩水平承载力特征值。

  4 当缺少单桩水平静载试验资料时,可按下列公式估算桩身配筋率小于 0.65%的灌注桩的单桩水平承载力特征值:

  (5.7.2-1) 

式中 α——桩的水平变形系数,按本规范第 5.7.5 条确定;

   Rha——单桩水平承载力特征值,±号根据桩顶竖向力性质确定,压力取“+”,拉力取“-”;

   γm——桩截面模量塑性系数,圆形截面 γm=2,矩形截面 γm=1.75;

   ft——桩身混凝土抗拉强度设计值;

   W0——桩身换算截面受拉边缘的截面模量,圆形截面为:,方形截面为:,其中 d 为桩直径,d0 为扣除保护层厚度的桩直径;b 为方形截面边长,b0 为扣除保护层厚度的桩截面宽度;αE 为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;

   νM——桩身最大弯距系数,按表 5.7.2 取值,当单桩基础和单排桩基纵向轴线与水平力方向相垂直时,按桩顶铰接考虑;

表 5.7.2  桩顶(身)最大弯矩系数 νM 和桩顶水平位移系数 νx

桩顶约束情况

桩的换算埋深(αh)

νM

νx

铰接、自由

4.0
3.5
3.0
2.8
2.6
2.4

0.768
0.750
0.703
0.675
0.639
0.601

2.441
2.502
2.727
2.905
3.163
3.526

固 接

4.0
3.5
3.0
2.8
2.6
2.4

0.926
0.934
0.967
0.990
1.018
1.045

0.940
0.970
1.028
1.055
1.079
1.095

注:1 铰接(自由)的 νM 系桩身的最大弯矩系数,固接的 νM 系桩顶的最大弯矩系数;

  2 当 αh>4 时取 αh=4。

   ρg——桩身配筋率;

   An——桩身换算截面积,圆形截面为:;方形截面为:

   ζN——桩顶竖向力影响系数,竖向压力取 0.5;竖向拉力取 1.0;

   N——在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力(kN)。

  5 对于混凝土护壁的挖孔桩,计算单桩水平承载力时,其设计桩径取护壁内直径。

  6 当桩的水平承载力由水平位移控制,且缺少单桩水平静载试验资料时,可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率不小于 0.65% 的灌注桩单桩水平承载力特征值:

  (5.7.2-1) 

式中 EI——桩身抗弯刚度,对于钢筋混凝土桩,EI=0.85EcI0;其中 I0 为桩身换算截面惯性矩:圆形截面为 I0=W0d0/2;矩形截面为 I0=W0b0/2;

   x0a——桩顶允许水平位移;

   νx——桩顶水平位移系数,按表 5.7.2 取值,取值方法同 νM

  7 验算永久荷载控制的桩基的水平承载力时,应将上述 2~5 款方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数 0.80;验算地震作用桩基的水平承载力时,宜将按上述 2~5 款方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数 1.25。

 

Ⅱ 群桩基础

5.7.3 群桩基础(不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况)的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应,可按下列公式确定:

Rh=ηhRha  (5.7.3-1)

  考虑地震作用且 sa/d≤6 时:

ηh=ηiηr+ηl  (5.7.3-2)

  (5.7.3-3)

  (5.7.3-4)

  (5.7.3-5)

  其他情况:

ηh=ηiηr+ηl+ηb  (5.7.3-6)

  (5.7.3-7)

  (5.7.3-8)

Pc=ηcfak(A-nAps)  (5.7.3-9)

式中 ηh——群桩效应综合系数;

   ηi——桩的相互影响效应系数;

   ηr——桩顶约束效应系数(桩顶嵌入承台长度 50~100mm 时),按表 5.7.3-1 取值;

   ηl——承台侧向土抗力效应系数(承台侧面回填土为松散状态时取 ηl=0);

   ηb——承台底摩阻效应系数;

   sa/d——沿水平荷载方向的距径比;

   n1,n2,n——分别为沿水平荷载方向、垂直水平荷载方向每排桩中的桩数和总桩数;

   m——承台侧面土水平抗力系数的比例系数,当无试验资料时可按本规范表 5.7.5 取值;

   x0a——桩顶(承台)的水平位移允许值,当以位移控制时,可取 x0a=10mm(对水平位移敏感的结构物取 x0a=6mm);当以桩身强度控制(低配筋率灌注桩)时,可近似按本规范式(5.7.3-5)确定;

   Bc'——承台受侧向土抗力一边的计算宽度;

   Bc——承台宽度;

   hc——承台高度;

   μ——承台底与基土间的摩擦系数,可按表 5.7.3-2 取值;

   Pc——承台底地基土分担的竖向总荷载标准值;

   ηc——按第 5.2.5 条确定;

   A——承台总面积;

   Aps——桩身截面面积。

表 5.7.3-1   桩顶约束效应系数 ηr

换算埋深 αh

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

强度控制

1.44

1.57

1.71

1.82

2.00

2.07

注:,h 为桩的入土长度。

表 5.7.3-2   承台底与基土间的摩擦系数 μ

土的类别

摩擦系数 μ

黏性土

可塑

0.25~0.30

硬塑

0.30~0.35

坚硬

0.35~0.45

粉土

密实、中密(稍湿)

0.30~0.40

中砂、粗砂、砾砂

0.40~0.50

砾石土

0.40~0.60

软岩、软质岩

0.40~0.60

表面粗糙的较硬岩、坚硬岩

0.65~0.75

5.7.4 计算水平荷载较大和水平地震作用、风载作用的带地下室的高大建筑物桩基的水平位移时,可考虑地下室侧墙、承台、桩群、土共同作用,按附录 C 方法计算基桩内力和变位,与水平外力作用平面相垂直的单排桩基础可按本规范附录 C 中表 C-2 计算。

5.7.5 桩的水平变形系数和地基土水平抗力系数可按下列规定确定:

  1 桩的水平变形系数 α(1/m):

  (5.7.5)

式中 m——桩侧土水平抗力系数的比例系数;

   b0——桩身的计算宽度(m);

   圆形桩:当直径 d≤1m 时,b0=0.9(1.5d+0.5);

       当直径 d>1m 时,b0=0.9(d+1);

   方形桩:当边宽 b≤1m 时,b0=1.5b+0.5;

       当边宽 b>1m 时,b0=b+1。

   EI——桩身抗弯刚度,按本规范第 5.7.2 条的规定计算;

  2 桩侧土水平抗力系数的比例系数 m,宜通过单桩水平静载试验确定,当无静载试验资料时,可按表 5.7.5 取值。

表 5.7.5   地基土水平抗力系数的比例系数 m 值

序号

地基土类别

预制桩、钢桩

灌 注 桩

m
(MN/m4

相应单桩在地面处水平位移
(mm)

m
(MN/m4

相应单桩在地面处水平位移
(mm)

1

淤泥;淤泥质土;饱和湿陷性黄土

2~4.5

10

2.5~6

6~12

2

流塑(IL>1)、软塑(0.75<IL≤1)状黏性土;e>0.9 粉土;松散粉细砂;松散、稍密填土

4.5~6.0

10

6~14

4~8

3

可塑(0.25<IL≤0.75)状黏性土、湿陷性黄土;e=0.75~0.9 粉土;中密填土;稍密细砂

6.0~10

10

14~35

3~6

4

硬塑(0<IL≤0.25)、坚硬(IL≤0)状黏性土、湿陷性黄土;e<0.75 粉土;中密的中粗砂;密实老填土

10~22

10

35~100

2~5

5

中密、密实的砾砂、碎石类土

100~300

1.5~3

注:1  当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高(≥0.65%)时,m 值应适当降低;当预制桩的水平向位移小于 10mm 时,m 值可适当提高;

  2 当水平荷载为长期或经常出现的荷载时,应将表列数值乘以 0.4 降低采用;

  3 当地基为可液化土层时,应将表列数值乘以本规范表 5.3.12 中相应的系数 ψl