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）
η
h＝
ηiηr＋η
l （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=2.0
（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＝η
h
Rha=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。
