海上测风塔基础设计：水平承载力分析

影响单桩水平承载力和位移的因素包括桩身截面抗弯刚度、材料强度、桩侧土质条件、桩的入土深度、桩顶约束条件等。如对于低配筋率的灌注桩，通常是桩身先出现裂缝，随后断裂破坏，此时单桩水平承载力由桩身强度控制。对于抗弯性能强的桩，如高配筋率的混凝土预制桩和钢桩，桩身虽未断裂，但由于桩侧土体塑性隆起，或桩顶水平位移大大超过使用容许值，也认为桩的水平承载力达到极限状态，此时单桩的水平承载力由位移控制。

当采用弹性地基反力法（m法）进行分析时，由桩身强度控制和桩顶水平位移控制两种工况均受桩侧土水平抗力系数的比例系数m影响，但是，前者受影响较小，呈m 1/5的关系；后者受影响较大，呈m 3/5的关系。

单桩的水平承载力特征值应通过单桩水平静力荷载试验确定。对于钢筋混凝土预制桩、桩身全截面配筋率不小于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）所对应荷载的75%为单桩水平承载力特征值。对于桩身配筋率小于0.65%的灌注柱，可取单桩水平静载试验临界荷载的75%为单桩水平承载力特征值[1]。

当根据水平位移大小来确定桩基水平承载力时，桩基水平向变形的计算方法，主要分为m法、p—y曲线法和NL法等。以桩身位移控制的承载力确定方法为采用m法计算临界位移对应的桩顶荷载，且仅适用于弹性长桩，对于刚性短桩应采用其他适应的分析方法。

1.单桩水平承载力

当缺少单桩水平静载试验资料时，可估算桩身配筋率小于0.65%的灌注桩（由桩身强度来控制）的单桩水平承载力特征值，即

式中 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“-”；

α——桩的水平变形系数；

γm——桩截面模量塑性系数，圆形截面γm=2；

ft——桩身混凝土抗拉强度设计值；

νm——桩身最大弯矩系数，按表6-6取值；

ρg——桩身配筋率；

An——桩身换算截面积，圆形截面时，其中α为钢E筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；

ξN——桩顶竖向力影响系数，竖向压力取0.5，竖向拉力取1.0；

Nik——在荷载标准组合下桩顶竖向力；

W0——桩身换算截面受拉边缘的截面模量。

表6-6　桩顶（身）最大弯矩系数νm和桩顶水平位移系数νx表[1]

续表

注：1.铰接的νm为桩身的最大弯矩系数，固接的νm为桩顶最大弯矩系数。
2.当αh＞4时，取αh=4.0。
3.α为水平变形系数；h为桩的入土深度。

桩的水平变形系数α计算为

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；

EI——桩身抗弯刚度。

桩身抗弯刚度EI计算时，对于钢筋混凝土桩EI=0.85EcI0，其中Ec为混凝土弹性模量，I0为桩身换算截面惯性矩。当为圆形截面时，I0=W0d/2，d为桩径，W0为桩身换算截面受拉边缘的截面模量，可计算为

式中 d——桩直径；

d0——扣除保护层的桩直径；

αE——钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值。

对于桩身的计算宽度b0，应根据桩身截面形式计算，具体如下：

对于圆形桩，计算为(www.xing528.com)

对于方形桩，计算为

式中 b——桩截面边长。

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6-7取值。

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，可估算预制桩、桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩单桩水平承载力特征值，即

式中 EI——桩身抗弯刚度；

χ0a——桩顶容许水平位移；

νx——桩顶水平位移系数，按表6-6取值，取值方法同νm。

表6-7　地基土水平抗力系数的比例系数m值[1]

注：1.当桩顶水平位移大于表列数值或者灌注桩配筋率较高（≥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，应将表列数值乘以相应的土层液化影响折减系数，如表6-10所示。

2.群桩效应

群桩基础的水平承载力应考虑群桩和土体相互作用产生的群桩效应。进行群桩水平承载力计算时，群桩效应可以通过在单桩水平承载力基础上乘以群桩效应系数来进行反映，也可以将桩侧土体极限抗力进行折减来考虑。

当采用群桩效应系数计算方法时，群桩基础的水平承载力计算为

式中 Rh——群桩水平承载力特征值；

Rha——单桩水平承载力特征值；

ηh——群桩效应综合系数；

ηi——桩的相互影响效应系数；

sa/d——沿水平荷载方向桩的距径比；

n1、n2——沿水平荷载方向与垂直水平荷载方向每排桩中的桩数；

ηr——桩顶约束效应系数，按表6-8取值。

表6-8　桩顶约束效应系数

注：α为水平变形系数，见式（6-24）；h为桩的入土深度。

当采用桩侧土抗力折减处理方式时，在水平力作用下群桩中桩的中心距小于8倍桩径，桩的入土深度在小于10倍桩径以内的桩段，应考虑群桩效应。在非往复水平荷载作用下，距荷载作用点最远的桩按单桩计算，其余各桩应考虑群桩效应。其p—y曲线中的土抗力P在无试验资料时，对于黏性土可计算土抗力的折减系数[3]，即

式中 λh——土抗力的折减系数；

S0——桩距；

d——桩径；

z——计算点深度。