2023年7月16日发(作者：)

桩基水平承载力分析

孔繁力

场地地勘成果

场地地层上部主要由素填土组成，其下为粉质粘土、风化花岗岩。推荐各层地基土的承载力特征值如下：

① 压实素填土，中密、密实。 fak=200kPa；厚度1m

①1压实素填土 稍密。 fak=120kPa；厚度0.50m

①2压实素填土，松散。 fak=80kPa；厚度0.50m

② 粉质粘土，可塑， fak=160kPa；厚度3m

③ 粉质粘土，硬塑 fak=200kPa；厚度5m

④花岗岩，全风化， fak=300kPa；厚度3m

⑤花岗岩，强风化， fak=500kPa；厚度5m

⑥花岗岩，中风化， fak=1500kPa；

一、

微型桩桩基水平承载力计算

原则上需要进行桩基水平承载力工程桩实验，进行确定桩基水平承载力特征值。

但是，由于本课题需要进行普适性研究，所以采用规范计算法，计算确定单桩水平承载力特征值。根据《建筑桩基技术规范》JGJ 94－2008第5.7.3 条，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

考虑地震作用且 sa/d≤6 时：

（5.7.3-1）

ηh＝ηiηr＋ηl （5.7.3-2）

（5.7.3-3）

其中，ηl——承台侧向土抗力效应系数

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2.05

表 5.7.3-1 桩顶约束效应系数 ηr

换算埋深 αh

位移控制

强度控制

2.4

2.58

1.44

2.6

2.34

1.57

2.8

2.20

1.71

3.0

2.13

1.82

3.5

2.07

2.00

≥4.0

2.05

2.07

按9桩承台、桩距1m考虑，n1=n2=3

沿水平荷载方向的距径比sa/d=3.333

代入后经计算，群桩效应综合系数ηh=2.089

（5.7.2-1）

α——桩的水平变形系数，按规范第 5.7.5 条确定

（5.7.5）

式中 m——桩侧土水平抗力系数的比例系数；按100取值。

b0——桩身的计算宽度(m)；

圆形桩：当边宽 d≤1m 时，b0＝0.9*(1.5*d+0.5)=0.855

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）这里取10mm

表 5.7.5 地基土水平抗力系数的比例系数 m 值

预制桩、钢桩

序号

地基土类别

灌 注 桩

相应单桩在地相应单桩在地m m

面处水平位移 面处水平位移

（MN/m4） （MN/m4）

（mm） （mm）

2～4.5

4.5～6.0

10

10

2.5～6

6～14

6～12

4～8

1

淤泥；淤泥质土；饱和湿陷性黄土

流塑（IL>1）、软塑（0.75＜IL≤1）状黏性2

土；e>0.9 粉土；松散粉细砂；松散、稍密填土

可塑（0.25＜IL≤0.75）状黏性土、湿陷性3

黄土；e＝0.75～0.9 粉土；中密填土；稍密细砂

硬塑（0＜IL≤0.25）、坚硬（IL≤0）状黏性4

土、湿陷性黄土；e＜0.75 粉土；中密的中粗砂；密实老填土

6.0～10

10

14～35 3～6

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。

ψl------土层液化折减系数， 取1

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；

αρ

E-------钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值

g----桩身配筋率

x——桩顶水平位移系数，按表 5.7.2 取值0.94

ν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 4.0

3.5

铰接、自由

3.0

2.8

2.6

2.4

4.0

3.5

固 接

3.0

2.8

2.6

2.4

0.768

0.750

0.703

0.675

0.639

0.601

0.926

0.934

0.967

0.990

1.018

1.045

2.441

2.502

2.727

2.905

3.163

3.526

0.940

0.970

1.028

1.055

1.079

1.095

代入后经计算，Rha=3.968KN

根据式 （5.7.3-1）

Rh＝ηhRha=8.288KN

单个承台基础下采用9桩，每个塔有4个承台。单组桩承台可以抵抗8.288X9=74.594KN（7.459吨）的水平力，每个塔可以抵抗7.459X4=29.84吨水平力。

二、

人工挖孔桩桩基水平承载力计算

根据《建筑桩基技术规范》JGJ 94－2008第5.7.2 条，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。

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；取10mm

νx——桩顶水平位移系数，按表 5.7.2 取值，取0.926

采取1.3m直径挖孔桩，进行计算。

则b0（桩身的计算宽度）当直径 d>1m 时，b0＝0.9（d＋1）=2.07

经计算为0.1426

代入后经计算，Rha=81.173 KN

每个塔可以抵抗8.173X4=32.47吨水平力。

三、

钢筋混凝土用量对比

1. 微型桩方案

单组桩承台桩钢筋混凝土量：3.14X0.3X0.3X（15-2）X9/4=8.27 m3

承台钢筋混凝土量： 2.4X2.4X2=11.52 m3

合计：19.79m3

2.

人工挖孔桩方案

桩钢筋混凝土量： 3.14X1.3X1.3X15/4=19.9 m3

对比结果：9桩承台微型桩方案与1.3米直径人工挖孔桩方案钢筋混凝土用量基本相同，9桩承台微型桩方案水平承载力比1.3米直径人工挖孔桩方案略低8%左右。