≥ 稿毒 齄繁：Ｉ淹０ 在水平力的作用下桩的各种状态分析 季 洋 ’● （攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川攀枝花６１７０２３） 【摘要】 文章论述了桩的分类，分析了桩的受力状态，给出桩的埋入深度的计算方法。 【关键词】桩； 简支；嵌固及埋入深度 【中图分类号】ＴＵ４７０ ．３ 【文献标识码】Ａ 在实际工作过程中，经常遇到边坡基坑开挖，由于边坡 桩的高度有挡土高度与埋入高度计算高度之分。挡土 顶面有建构筑物，或拟开挖的基坑周围有建构筑物，为了保 高度就是支挡土体的高度，也就是桩成形后，桩顶地面与桩 证建构筑物的正常使用，必须使开挖的边坡稳定。在选择使 下地面间的高差。埋深高度是桩埋人地面以下的高度。桩 边坡稳定的措施中，桩锚结构也是一个可选择的方案。有些 的计算高度是由桩的挡土高度与一定的埋入深度组成，也就 挡墙由于不能先开挖再施工，导致一些常用的挡土墙的结构 是说，桩的计算高度等于桩的挡土高度与一定量的埋入高度 形式不能使用，这时桩或桩锚挡墙结构就是一个最佳选择。 之和 桩锚挡土墙根据挡土的高度、挡土的土质、持力层土质 ２．３桩的埋入高度 等，有多种形式，在与同行交流的过程中，感觉到这一领域还 桩的埋入高度 上质与桩的直径、桩上荷载、桩的嵌固 是个盲区，因此笔者将在这方面的思考整理成文，与同行商 形式有关。一般情 下，土质越硬，埋入高度越小；桩的直径 榷，请予批评指正。 越大，埋人高度越小；桩上荷载越大，埋入高度越大。嵌固端 １桩的分类 的埋入高度大于铰接的埋入深度。桩的埋入深度还和桩的 刚度与土体的刚度有关，本文仅讨论桩相对与土体为刚性的 挡土墙按使用情况分为临时支挡与永久支挡。临时支 情况。 挡包括施工措施等，永久支挡包括使用年限为５０年的支挡。 ２．４桩的等效宽度 临时支挡由于使用时间短，因此在安全可靠度上可以降低 埋入土中的桩，在水平力、弯矩作用下，要对土体产生水 一些。 平作用力，土体用被动土压力抵抗这个力。桩与土体的接触 按受力特点分为下端嵌固和下端铰接两种（图１）。锚 面是桩的宽度，桩在水平力作用下，在土体中产生水平力，由 杆与桩的连接均为铰接，锚杆可设为一排、二排、三排等等。 于土质抗剪强度使这个作用力向桩两侧扩散，考虑到土体强 当锚杆设置的排数相对桩的高度为一点时，此时的结构受力 度，采用等效宽度考虑扩散的作用。 特点为锚杆支挡；当锚杆设置的排数相对于桩的高度为一线 桩的等效宽度 有两种情况： 时，本文不讨论此种情况。 （１）矩形截面桩。当实际宽度ｂ≥１ ｍ时，ｂ。＝ｂ＋１ ｉｎ； ＞ 、 ＼＼ 当ｂ＜１ ｍ时，ｂ０＝１．５ｂ＋０．５ ｍ。 ＼＼（２）圆形截面桩。当桩径ｄ≥１ ｍ时，ｂ ＝０．９（ｄ＋１）ｍ； ＼＼ 当ｄ＜１ ｍ时，ｂ０＝０．９（１．５ｄ＋０．５）１１１。 ３桩端简支情况下桩的埋深 桩端简化为简支情况时， 其支座仅受水平力作用，该水 Ｆ端固定 下端铰接 平 打与桩前的被动土压力的 ／ 图１挡土墙的分类 合力应重和，见图２。 根据力的平衡得：Ｐ＝ｂｏＥ ２桩的受力分析 若被动土压力按朗金土 ２．１荷载计算 压：匀理论，则： ｜ｐ ＼ ＼． 土压力按库伦公式或朗金公式计算，得到土压力数值后 Ｐ＝０．５ｂ０Ｔｈ［ｔａｎ（４５。一０．５４，）］ ２ Ｐ呈 再乘以桩的间距，成为线荷载作用在桩身上。 ＋２ｃ ／ （１） 图２桩的埋深计算 对于临时支挡，可以对土压力进行折减，或者取材料的 标准值。对于永久支挡按规范进行取值。 ２．２桩的高度 ［定稿日期］２０１１—１０—１０ 四川建筑第３２卷２期２０１２．０４ ７７ 。藉主堑糠萼濑 霉寝 式中：Ｐ为桩端支座反力（已知）（ｋＮ）；Ｈ为桩的埋人深 度（ｉｎ）； 为土体的内摩擦角（度）；ｃ为土体的内聚力（ｋＮ／ 桩的嵌固端取于２Ｈ／９ 处。即桩的计算跨度三 ： Ｌ０＝ｈ一Ⅱ＋２１１／９ ｍ ）； 为土体的容重（ｋＮ／ｍ ）；ｂ。为桩的等效宽度。 从式（１）中可以得到Ｈ，即可得到桩端简支情况下桩的 埋深。 （３） 在水平力作用下．桩 桩的计算简图如网３。 图３中，ｈ为挡土墙的上 前被动土压力的深度为 ２１１／３，在弯矩作用下，桩 前被动土压力的深度为 Ｈ／２。 图６水平力作用下桩上土体反力弯矩 面与下面之间的高差；Ａ点为 上地面与桩相交点；Ｂ点为 锚杆与桩相交点；ｃ点为下 地面与桩相交点；Ｄ点为被 动土压力的合力点；Ｅ点为 桩的下端；Ｈ为桩的埋入深 ５几个问题的讨论 ５．１桩的计算跨度 若以下地面为桩的 度； 。为桩的计算跨度；ｎ为 锚杆与桩的焦点距上地面间 计算跨度的基准点，桩的 计算跨度就少计了２Ｈ／ ３、２１１／９，对于桩埋人深度 较小的桩这个值较小，对 于桩埋入深度较大的桩 ／／ ／，，ＮＫＮ 蠢 ｒ 的距离；ｑ 、ｇ 为主动土压力 图３桩的计算简图 在桩ｃ、Ｄ点的分布。 从图３中可以看出： （２） Ｌ０＝ｈ＋ｎ＋２／３Ｈ 这个值较大，以至于到工 程不能忽略的程度。 ５．２桩前土 土压力的计算到Ｄ点即可。 ＼ ４桩端嵌固情况下桩的埋入深度 桩端简化为嵌 固情况时，其支座 桩前土越硬，桩的埋图７弯矩作用下桩上土体反力弯＿矩 入深度越小。不能用于持力层的土质（如回填土）可以用于 桩前土使用，但是要充分地考虑此土的不利影响。如，回填 土要固结、沉降，若沉降量对桩的影响不能忽略，则要充分考 虑沉降量对桩的影响。 ５．３桩下端土 既受水平力又受弯 矩作用，根据文献 ［２］，在水平力作用 下，埋人土体内的 桩上土体反力分布 对于桩下端土非常硬（如岩石）的土层。对于桩端为简 支的桩端，计算各个土层的被动土压力，这时，可适当地降低 埋入深度。对于桩端为嵌固的桩端，可适当地降低埋人深 见图４。在弯矩作 图４水平力作用下桩上土体反力分布 用下；埋人土体内 的桩上土体反力分 布见图５。图４、图 ５给出的数值（图 度，而适当增加被动土体深度，增加被动土体深度要满足工 程对桩变形要求。 ５．４桩前土体为坡面 桩前土体不是平面而是一个坡面，要计算桩前土体的抗 形）是相近数值（图 形）相对精准的数 剪强度，若这个强度小于被动土压力，则要土体抗剪强度确 定桩的埋人深度。 值（图形）。根据文 献［２］。在水平力 作用下，埋入土体 的桩上土体反力产 图５ 弯矩作用下桩上土体反力分布 ６结论及建议 经过对桩埋入深度的分析，得到了不同情况下桩埋入深 度的计算方法。对于较高的桩埋人深度对桩的影响不可忽 生的弯矩见图６；在 弯矩作用下，埋入 略，特别是悬臂桩，应充分考虑桩前土地形对桩的影响。 参考文献 ［１］ 侯洪涛，宿敏．地基与基础［Ｍ］．机械工业出版社，２０１１ 土体内的桩上土体反力产生的弯矩见图７。 从图６中可以看出，在水平力作用下，桩上最大弯矩产 生在２Ｈ／９处；从图７中可以看出，在弯矩作用下，桩上最大 弯矩产生在Ｈ／６处。由于水平力在桩上产生的最大弯矩处 深于弯矩在桩上产生的最大弯矩，其差值为Ｈ／１８，因此建议， ［２］张宪恩．在水平力作用下桩的内力分析及应用探讨［Ｊ］．攀枝 花建筑，１９９８（３） ７８ 四ＪＩ『建筑第３２卷２期２０１２．０４
