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摘要：影响全直桩水平承载能力的因素包括桩顶约束情况、桩间距、桩侧地基土水平抗力系数随深度增加的比例系数m值、桩顶垂直荷载、桩帽是否与地基之间有接触、桩的人士深度等。
关键词：桩基水平承载力；影响因素；试验研究
前言
近年来，随着我国基础设施的发展，桩基的种类及使用的环境也增加了很多。随着桩基施工技术的发展，各种超长桩、海洋平台桩等新型桩基也发展起来了。这些桩基应用中，港口码头工程中大量运用斜桩，滑坡治理、挡土中大量运用抗滑桩，建筑结构、桥梁中大量运用钻孔灌注桩。
一、规范桩基水平承载力的理论分析
桩基水平承载力受力特性研究目前主要有理论研究和试验研究两大阵营。理论研究方法主要有弹性理论法、地基反力法、p — y 曲线法、数值分析法 ;试验研究包括室内模型试验和现场试验。地基反力法又可分为常数法、c 法、K 法和m 法，规范所采用地基反力法为m 法。
1、规范桩基水平承载力的理论分析
按规定，当缺少单桩水平静载试验时，对于预制桩、钢桩、桩身配筋率不小于0 .65%的灌注桩，规范中给出按照式(1)计算单桩水平承载力设计值：
其中，m 为地基土水平抗力系数的比例系数，kN/m4 ;xoa为桩顶容许水平位移;α为桩的水平变形系数，m -1;v x 为桩的水平位移系数，当ah ≥4.0 时(h 为桩的入土深度)，v x =2 .411;EI 为桩身抗弯刚度，kN•m2 ，E 为桩身材料弹性模量，I 为桩身换算截面惯性矩;b0 为桩身计算宽度，m ，对于圆形桩，桩径D ≤1 .0 m ，b0=0 .9(1 .5D +0 .5)。
由式(3)可以看出，在v x ，b0 和xoa 一定的情况下，桩基的水平承载力设计值与地基土水平抗力系数的比例系数m 成正比关系，桩基的水平承载力设计值与桩身换算截面惯性矩I 成正比关系。下面就m ，I 和b0 的影响因素进行理论分析计算，得出各自的影响规律及程度。
1、m 对水平承载力影响的理论分析
在v x ，b0 ，xoa ，I 一定的情况下，对地基土水平抗力系数的比例系数m 提高百分比和桩基水平承载力设计值Rh 提高百分比进行计算，绘制m — Rh 曲线如图1 所示。
通过图1 可以看出，地基土水平抗力系数的比例系数m 的提高可显著改善桩基的水平承载力，当m 提高150 %时，桩基水平承载力设计值可提高约75 %，但是二者并不是成简单的线性关系。
2、I 对水平承载力影响的理论分析
在v x ，b0 ，xoa ，m 一定的情况下，对桩身换算截面惯性矩I 提高百分比和桩基水平承载力设计值Rh 提高百分比进行计算可以看出，桩身换算截面惯性矩I 的提高可增加桩基的水平承载力，当I 提高150 %时，桩基水平承载力设计值提高约45%。对于承受水平荷载的桩基，桩身换算截面惯性矩I 的提高可通过改善桩截面形状来实现。
3、圆形桩直径D 对水平承载力影响的理论分析
在vx ，xoa和m 一定的情况下，对于圆形桩，当桩基增大时，b0和I 均会相应增大。在基准直径为0 .5 m 的情况下，对桩径提高百分比对桩基水平承载力设计值Rh 的影响程度进行计算可知，桩身直径提高50 %时，桩基水平承载力设计值约提高140 %。因此对于承受水平荷载的桩基，可通过增加桩径来提高桩基水平承载力。
二、工程实例试验研究
1、PHC 桩水平静载试验研究
打桩前先对回填碎石土层进行低能级强夯，对表层进行压实处理，然后打入PHC 桩。共进行2 组(每组3 根桩)水平静载试验。第一组管桩型号为PHC-AB500(100)，桩径为500 mm ，壁厚100 mm ，桩长为12 m;第二组管桩型号为PHC-AB600(110)，桩径为600 mm ，壁厚110 mm ，桩长为12 m。每组PHC 桩均有1 根桩基采用碎石混凝土进行回填灌芯，灌芯长度均为5 .5 m。试验依据规范进行，采用单向多循环加载法试验，水平静载试验结果统计如表1 所示。
第一组1，2，3 根桩水平极限承载力分别为270 kN ，180 kN ，175 kN。1 号为灌芯桩，2 号，3 号桩的水平极限承载力平均值为178 kN，经过灌芯后，PHC 桩水平极限承载力提高51.7 %。PHC桩灌芯后截面惯性矩提高20 %，根据图1 查得理论计算水平承载力增长约8%，同实际试验结果相差较大。
第二组1，2，3 根桩水平极限承载力分别为315 kN ，180 kN ，225 kN。1 号为灌芯桩，2 号，3 号桩的水平极限承载力平均值为203 kN，经过灌芯后，PHC 桩水平极限承载力提高55.2 %。PHC桩灌芯后截面惯性矩提高15 %，根据图1 查得理论计算水平承载力提高约6%，同实际试验结果相差较大。
第二组桩的直径较第一组桩直径增大20%，考虑管桩空芯对惯性矩的影响，在地基土水平抗力系数的比例系数m 一定的情况下，计算桩基水平承载力要增加35%左右，根据试验结果，600灌芯与不灌芯的PHC 桩较 500 灌芯与不灌芯PHC 桩水平极限承载力提高约15 %，同理论计算结果尚有一定差距。
2、混凝土灌注桩的水平试验研究
试验场地为湿陷性黄土场地，钻孔最大揭示深度40 m 内地层共有13 层。①层粉质黏土(黑垆土)为Q4;②层～ ④层粉质黏土(马兰黄土)为Q3 ;⑤层～ 13层粉质黏土(离石黄土上段)为Q2。勘探场区，湿陷性黄土的湿陷程度由上向下逐渐减弱，一直渐变为非湿陷性黄土。湿陷性黄土的底界埋深16 m 左右，包含的地层为②，③，④，⑤粉质黏土，即场地内湿陷性黄土为Q3 的马兰黄土和Q2 顶部的离石黄土。本场地黄土的湿陷等级为Ⅱ 级，湿陷类型为自重湿陷性黄土。
桩基施工前先对场地采用12 000 kN•m 高能级强夯法对湿陷性黄土地基进行加固处理，消除地基土的自重湿陷性。强夯完成后在试验场地旋挖成孔施工 600 混凝土灌注桩，水平静载试验前先对灌注桩进行低应变完整性动测，然后再对灌注桩进行水平静载试验。试验结果统计如表2 所示。
对水平静载试验结果按规范计算桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m 值。本次试桩桩顶自由且水平力作用位置位于地面处，在本高能级强夯处理后的土质情况下，单桩水平承载力临界值时的地基土水平抗力系数的比例系数为75 MN/ m4。试桩现场浅层湿陷性黄土未处理前为硬塑状，根据规范建议经验值，处理前地基土水平抗力系数的比例系数约为35 MN/ m4 ，即相当于m 提高了114%，根据图1 查得水平承载力提高约40 %，即提高后承载力约为336 kN，同现场实测试验数据350 kN 相差不大。
结束语
根据规范所给的公式(3)和现场多组桩基水平静载试验结果可得出以下结论：
1、提高桩基的截面惯性矩I 和改善地基土水平抗力系数的比例系数m 均可提高桩基的水平承载力。
2、在其他条件一定的情况下，优先提高桩周地基土水平抗力系数的比例系数来提高桩基水平承载力。
3、增大桩径可提高桩基水平承载力。
4、管桩上部灌芯后可显著提高桩基水平承载力。
5、对浅层地基土经过压密处理，能够显著提高桩基水平承载力。
参考文献：
[1] 陈广. 单桩水平承载力数值研究[J]. 山西建筑. 2009(04)
[2] 丁翠红，王继成. 承台对单桩水平承载力影响的数值模拟分析[J]. 浙江工业大学学报. 2009(02)
论文作者:刘延东, 丁德利, 李秋焕
论文发表刊物:《基层建设》2015年24期供稿
论文发表时间:2016/3/24
标签：承载力论文; 水平论文; 桩基论文; 系数论文; 地基论文; 抗力论文; 黄土论文; 《基层建设》2015年24期供稿论文;