[科普中国]-单桩横向极限承载力

概述单桩横向承载力简介

桩的横向承载力是指桩在与桩轴线垂直方向受力时的承载力。桩在横向力作用下的工作情况较轴向受力时要复杂些，但仍然是从保证桩身材料和地基强度与稳定性以及桩顶水平位移满足使用要求来分析和确定桩的横轴向承载力。

单桩水平承载力的影响因素在水平荷载作用下，桩身产生挠曲变形，并挤压桩侧上体产生对桩侧的抗力。当水平荷载较小时，这一抗力主要由靠近地面部分的土体提供的，土体的变形也主要是弹性变形。随着荷载加大，桩身的变形也加大，表层土将由上至下逐渐发生屈服，水平荷载向更深层上体传递。当变形达到桩所不能允许的程度，或者桩周土丧失稳定性时，就达到了桩的水平极限承载力。

桩的水平承载力也应该满足桩周土稳定性、桩身强度和允许位移这三个方面的要求。因此，地基土质条件、桩的人土深度、桩身截面刚度、桩身材料强度、桩间距、桩顶嵌固程度以及上部结构的性质，都是影响桩的水平承载力的因素。地基土的抗力就越大，桩的水平承载力也就越高。抗弯性能差的桩，比如低配筋率的灌注桩，常因桩身断裂而破坏；抗弯性能好的钢筋混凝土桩或钢桩，承载力主要受周围土体的性质所控制。桩顶在承台中受到的嵌固作用越强，桩可能产生的水平位移越小，但桩身弯矩会土质越好，桩人土越深，越大。刚度大的桩的桩身变形小。1

单桩横向承载力的破坏机理及计算桩在横向荷载作用下，桩身产生横向位移或挠曲，并与桩侧土协调变形。桩身对土产生侧向压应力，同时桩侧土反作用于桩，产生侧向土抗力。桩土共同作用，互相影响。在横向力或弯矩作用下，单桩可能因出现下列情况而破坏：

①桩身由于荷载产生的弯矩过大而断裂；

②桩周土被挤出，从而导致桩的整体转动、倾倒或桩顶位移过大。单桩的横向承载力与桩的入土深度、桩的截面强度和抗弯刚度、桩顶和桩底的嵌固条件、荷载性质、有无轴向荷载同时作用、桩周土的强度与变形性质以及上部构筑物特性等许多因素有关，可分别按刚性桩和柔性桩计算。

刚性桩：当桩径较大，入土深度较小或周围土层较松软，即桩的刚度远大于土层刚度。桩的相对刚度较大时，受横向力作用时桩身挠曲变形不明显，如同刚体一样围绕桩轴某一点转动。如果不断增大横向荷载，则可能由于桩侧土强度不够而失稳，使桩丧失承载的能力或破坏。因此，基桩的横向承载力可能由桩侧土的强度及稳定性决定，破坏荷载可按桩在土中绕桩身某点旋转而使四周土体达到极限平衡的条件求得。

柔性桩：当桩径较小，入土深度较大或周围土层较坚实，即桩的相对刚度较小。此时桩侧土有足够大的抗力，桩身发生挠曲变形，其侧向位移随着入土深度增大而逐渐减小，以至达到一定深度后，几乎不受荷载影响。形成一端嵌固的地基梁，桩的变形呈所示的波状曲线。如果不断增大横向荷载，可使桩身在较大弯矩处发生断裂或使桩发生过大的侧向位移超过了桩或结构物的容许变形值。因此，基桩的横向承载力将由桩身材料的抗弯强度或侧向变形条件决定。柔性桩的上部尽管亦会使土因塑性挤出而破坏，但由于桩嵌固较深，不会出现整体转动，因此须计算桩身内弯矩沿深度的分布，并确定最大弯矩值及其位置，以及荷载与桩顶变位间的关系。柔性桩的计算方法有：基床系数法、弹性半空间法以及有限元法等。

单桩水平承载力的确定《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)规定，单桩水平承载力特征值取决于桩的材料强度、截面刚度、人土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等因素，应通过现场水平载荷试验确定。必要时可进行带承台桩的载荷试验试验，宜采用慢速维持荷载法。

当作用于桩基上和外力主要为水平力时，应根据使用要求对桩顶变位的限制，对桩基的水平承载力进行验算。当外力作用面的桩距较大时，桩基的水平承载力可视为各单桩的水平承载力的总和。当承台侧面的土未经扰动或回填密实时，应计算土抗力的作用。当水平推力较大时，宜设置斜桩。

《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)规定，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 106-2003)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10 mm(对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6 mm)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(参见规范原文)。

（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，可按公式估算预制桩、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(参见规范原文)。

（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.。1