1、中华人民共和国行业标准。巷口I程桩基规范)(JTJ254-98) 局部修订(桩的水平承载力设计)条文说明修订说明本次局部修订是根据交通部交基发19961091号文的通知要求进行的。主编单位为中港第三航务工程局科学研究所，参加单位为长沙交通学院。本次局部修订过程中，总结了国内、外港口工程桩基设计、计算方法，进行了大量现场试验和专题研究，并结合我国的实际情况，对桩基在水平力作用下的计算方法进行了补充和修改。本局部修订在广泛征求意见的基础上，经反复修改后，于2000年5月完成了送审稿。本局部修订各章及附录的编写人员分工如下:第4章叶万灵时蓓玲韩理安刘利平第11章叶万灵附录C时蓓玲叶万灵本局部修订总校
2、人员李永恒杨松泉王小萍叶万灵严忠英韩理安王林刘继辉本局部修订于2年9月4日通过部审，2棚年12月25日发布，211年5月1日起实施。37 目次4承载力.，.39 4.1 一般要求.39 4.2垂直承载力404.3 水平力作用下桩的计算.41 11 水平静载荷试验.4411. 1 一般要求.44 11. 3 静载荷试验 44 附录C承受水平力的桩身内力和变形计算.4638 4承载力4.1一般要求4. 1.1 原条文只考虑了桩基承受垂直荷载时可按单桩设计的条件，而对桩基承受水平荷载时可按单桩设计的条件未予考虑。美国、德国、波兰、挪威、日本等国家桩基规范和国内外众多学者的研究结果，绝大多数把水平承载
3、桩群桩效应纵向临界桩距取为8倍桩径或桩宽，也有取为6倍桩径或桩宽的。试验结果和理论分析也表明，土质、桩径等对群桩效应临界桩距的影响较大。因此群桩效应临界桩距随桩、土条件的不同而在一定范围内变化。条文规定取6-8倍桩径桩宽作为水平承载桩群桩效应纵向临界桩距，对砂土中的桩或直径较大的桩取小值，对粘性土中的桩或直径较小的桩取大值。4. 1.2 水平承载桥是相对原条文的垂直承载桩而言，是指承载水平力的直桩。将桩端打人较硬土层并进入一定深度，对提高桩的承载力有显著作用，这已为大量工程实践所证实。桩端进入持力层深度的规定，是避免桩端进入持力层过浅。上述规定是根据港口工程多年实践经验制定的。按目前所具备的打
4、桩设备，上述规定一般是可以达到的。试验证明，桩端阻力随着桩进入硬土层的深度增加而增加，但超过某一深度(即临界深度)后，端阻力不再随进深而增加，基本上接近一常数。工民建桩基规范规定砂土、碎石土临界深度为3-6倍桩径，粉土和粘性土为5-10 倍桩径;同济大学试验得出在硬粘土的临界深度为7倍桩径。随着硬土层上面覆盖压力的改变和桩径的不同，临界深度也将有所变化。39 4.1.3 同一桩台基桩桩端打人软硬不同土层，桩台将产生不均匀沉降，有可能造成基桩、桩台(横梁)损坏，甚至影响流动机械正常使用。4.2 垂直承载力4.2.2 原规范规定由试桩确定承载力时安全系数取1.7-2.0。本次修订采用分项系数表达的
5、以概率理论为基础的极限状态设计法，对所收集的109根试桩、45组小子样资料经可靠度分析并结合工程经验，取桩承载力分项系数h为1.30，对于地质条件复杂工程，以及永久作用所占比例较大的工程，考虑到永久作用对变形不利影响，为安全计将R可提高到1.40，其可靠指标卢值为3.9-4.0左右。4.2.4 近年来随着港口工程建设的发展，原规范所给按经验参数法确定桩承载力的人土最深为27m已不能满足实际工程的需要，修订时将桩的人土深度增加到40m。其他修订的内容有:加密了侧桩土层分档密度;加密了土状态的分类密度;增加了粉细砂稍密和中粗砂的桩侧与桩端极限阻力的标准值;土的名称根据新的分类标准进行调整。表中的经
6、验参数，是根据186根预制混凝土挤土桩(带桩尖)的试桩资料，经统计分析得出的。验算表明，当采用上限(大值)计算时，试桩值与计算值之比的平均值为1.282，变异系数为0.356;当采用下限(小值)计算时，平均值为1.441，变异系数为0.294。原规范规定按经验参数法确定桩的承载力时安全系数取2.0。对桩侧和桩端阻力经验值，经可靠度分析井优化，得到桩承载力分项系数YR为1.45，对于地质条件复杂或永久作用所占比例较大的工程，YR可提高到1.55，其可靠指标卢值在3.5左右。4.2.6 开口铜管桩垂直承载力涉及桩端土闭塞效应，情况较复杂，一般需通过静载荷试桩确定承载力。但有的工程桩数不多，且桩径小
7、，试桩难以实现。宝钢、南京炼油厂等工程中对不同直径的开口钢管桩进行了试验研究，得出桩径小于如削m时，桩端土闭40 塞效应可以得到充分发挥。4.2.7 收集了粘性土35根、砂土6根抗拔桩试桩资料，共计41个样本，以及相应的抗压桩对比试验，分别计算了各桩抗拔、抗压侧阻力对比值已统计结果，粘性土均值为0.735，变异系数0.17，砂土均值为0.437，变异变数为0.210综合考虑各种因素，本规范规定:粘性土Z取0.7-0.8，砂土由于样本较少，结合过去经验Z取0.5- 0.60 4.2.8 检查是保证桩承载力重要环节，检测桩垂直承载力宜采用高应变动力试验法。4.2.10港口工程中的群桩，一般为高桩台
8、，桩的间距较大，一般大于3d(d为桩的直径或边长)，所以规范中推荐承载力设计时仍采用群桩折减系数的概念。工民建规范中的群桩是承台着地的低桩台，设计以变形控制为主，桩土共同承担外荷。而高桩码头垂直变形计算目前尚无成熟方法，码头的容许变形统计资料很少，还难以确定。故规范仍以承载力控制为主，采用群桩折减系数。4.3 水平力作用下桩的计算4.3.1 NL法作为长桩的人土深度规定引自于日本规范的规定。4.3.2.1原规范在保留传统的m法基础上，增加了p-y曲线法。p-y曲线法是国外引进的一种非线性计算方法，考虑了桩、土作用的非线性，使用条件不受水平位移大小的限制，适应了桩基承受的荷载及产生的水平位移越来
9、越大的需要。但该法由于缺少现场试桩的资料，在使用范围存在一定局限性，同时在参数选取及数值计算方面也存在一定难度、可操作性较差。因此规定当有一定工程经验时可用此法计算。我国某科研所通过多年来现场试验的资料积累和研究，完成了交通部下达的科研项目桩的水平承载力实用非线性计算方法的研究，并提出了一种新的非线性计算力伞法一-NL法。该法提出的土抗力计算公式是通过大量现场试桩实测桩身承受的土抗力，采用数理统计的方法得到的。这些试桩遍及了我国大部分的41 沿海地区，包含了多种类型和尺寸的桩，可以较全面地反映我国的实际情况。该法确定计算参数所需的土质指标易于获得，且离散性较小。桩身内力和变形可根据查表及初等数
10、学运算而直接获得。因此该法具有方便、可靠、有效的特点。利用NL法对国内39根工程桩检验，其计算得到的力作用点处桩身位移和实测位移比较其样本数为350，相关系数为0.9845，变异系数为0.21360桩身最大弯矩的样本数为298，相关系数为0.9976，变异系数为0.0975。该成果在1999年通过交通主监室旦考虑到NL法计算方便、可操作性强的特点，因此在修订中把NL法作为计算的主要方法列入规范。m法属线弹性地基法。原规泡认为当桩的泥面位移10mm时误差较小，使用方便故予以保留O然而大量试验证明，在小位移时土也表现出较强的非线性，且位移越小，m值变化越大。因此在小位移时线性假设也是不恰当的。由于
11、m法使用方便，在修订时仍予以保留。使用时取消小位移条件限制。当泥面位移较大时，m值可根据1995年中国建筑工业出版社出版的桩基工程于册中介绍的试验方法确定。水平静载荷试验是确定桩的地基反力变化规律的最好方法，但由于试验费用较大，因此认为当工程比较重要或地质情况比较复杂时宜通过试验确定。4.3.2.2 在往复荷载作用时，当泥面位移较大时会使桩周土退化，由于影响士退化的因素多而复杂，其中包括荷载的变化频率、幅值、循环次数等。因此很难通过理论计算得到满意的结果。最好的方法是根据实际荷载的特性通过试验求得。有经验时也可通过其他方法确定。4.3.5 由于土质、桩基、受力的复杂性和不确定性，采用理论方法确
12、定群桩计算参数和水平承载力易产生误差，而现场静载荷试验比较符合实际情况。通过现场静载荷试验来确定群桩计算参数和水平承载力是最可靠的方法。但群桩的现场静载荷试验不仅费用昂贵，进行也比较困难。某学院通过研究认为，可根据桩基因群桩42 效应而折减的水平地基反力系数，将全直桩排桩按水平地基反力系数折减后的单桩设计。推荐的m值折减系数是根据计算分析、试验结果和国外规范的推荐值提出的，并略偏于安全;推荐的kN值折减系数则是根据计算分析和试验结果确定的。43 11 水平静载荷试验11.1一般要求11.1.3 试桩的问歇时间与土体受沉桩扰动后的恢复有关，这与垂直静载荷试验规定相同，但当桩先进行垂直静载荷试验再
13、进行水平静载荷试验的情况下，两次试验之间的间歇一般取48h，这是因为垂直静载荷试验时桩侧土受到垂直向的剪切破坏，而在水平方向并未受到太大的扰动，所以间歇时间取如复压的规定时间是足够的。11.1.5桩承受水平载荷的性状与桩周浅层士质有密切的关系。承受水平荷载的桩其最大弯矩点一般在泥面下2.5-5倍桩径左右，第一弯矩零点一般在13-16倍桩径左右，为使试验成果与土质情况能够挂钩，要求在16倍桩径深度内进行常规的土质试验。11.3 静载荷试验11.3.1 水平载荷试验的方法一般有单向单循环维持荷载法、单向多循环维持荷载法，双向单循环维持荷载法，双向多循环维持荷载法，以及各种混合式的试验方法等。从目前
14、的实践来看，还是单向单循环维持荷载法简捷明了，应用经验较多，在有指定要求时也可采用其他试验方法。11.3.3 加卸载时每级维持的时间是考虑采用单向单循环法时桩周土体受力变形达到基本稳定的时间而定的，如果采用其他试验方法，则可参照执行。11.3.4试验终止加载的条件考虑两个方面:一是因在很多情况下试验桩由工程桩兼用，因此不允许让试验桩承受过大的水平荷44 载或发生过大的侧向变形，这种情况由最大水平荷载或最大水平变形控制;二是允许进行到破坏的试验情况，这种情况则以试验中出现变形突增、变形速率明显加快以及地基土出现明显斜裂缝等为标记。11.3.5根据试验得到的H二Y曲线，可采用附录C中的方法求得们值
15、和m值。由于测试仪器设备条件的限制，桩承受的水平地基反力通常都通过实测的桩身弯垣的二次微分求得，这就要求测试的室主E且有较高的精度，因此对试验和数据整理的方法也有较高的要求。在中国建筑工业出版社出版的桩基工程于册中有详细的介绍。11.3.6桩在水平荷载作用下，随着荷载的增大，桩身应力和水平变形也逐渐增大，桩侧土体逐渐发生自上而下发展的塑性开展。由于增大特征荷载同时与桩身本体的抗弯刚度及桩侧土体的性质有关，因此桩在水平荷载作用下的极限荷载实际上同时反映了桩材本身和地基土变形两方面的能力。由于水平静载试验的结果是根据试验桩的特定条件得出的，与实际结构物的桩在荷载条件、约束条件等方面是不尽相同的，因
16、此应用时应充分注意作具体分析。45 附录C承受水平力的桩身内力和变形计算C.1.1 本附录是根据NL法重新编写的。式(C.1.1-2)给出桩侧地基反力随深度和水平位移变化规律。该分布规律是根据25根在沿海地区水平承载力试验中实测得到的不同深度的土抗力和水平位移的q一-y曲线147条及1刀1组数据样本，通过数值分析计算得到。根据式(C.1.1-2)计算得到的士抗力和实测值比较，其相关系数为0.9032，变异系数为0.2607。考虑到土抗力本身离散性较大的实际情况及土抗力的变化对桩身内力和变形影响的程度，用式(C.1.1-2)确定土抗力所达到的精度完全能满足实际工程的要求。C.1.3式(C.1.1
17、-1)是一个非线性微分方程，一般都需要通过有限元或差分法求解。为了便于技术人员的推广使用，NL法中采用了根据相似原理，利用标准桩的受力特性来直接推求实际工程桩的受力特性的方法，使计算大大简化了。相似原理是指对于两个具有相似单值条件(几何形状、初始状态、边界条件)的体系，其中一个体系(实际工程桩)中的所有参数可以从另一体系(标准桩)中相应参数乘以一个换算系数(相似系数)而得到，两体系相似的充分必要条件是平衡方程中元量纲函数对应相等并且单值条件相似。在第C.1.3.1款和第C.1.3.2款中给出了标准桩的参数及在各级荷载作用下受力特性的参数。46 第C.1.3.3款中给出了二体系相似条件推导求得换
18、算系数的计算公式，及确定工程桩受力特性的计算步骤，NL法只要用简单的初等数学计算有关的相似系数，查标准桩的受力特性表就可求得实际工程桩的受力特性。C.1.5压缩系数反映了土体力和变形之间的一种关系，因此它篮篮查血反映不同深度处桩侧土的位移和土抗力之间的主至1通过土抗力数值分析可得到25根桩的水平地基反力系数kN，根据得到的各根桩的们和相应地区的压缩系数，通过数理统计得到关系式(C.1.5)。此关系式既考虑了精度的要求，同时也考虑了使用的方便，其推算值和试验值相比较其相关系数为0.956，均方差为0.16610，是通过现场试验得到的桩宽修正系数，最主要是考虑桩宽较小时对土抗力的影响。对水工建筑物来讲，一般桩都比较大，因此在桩宽大于O.4m时，都可以不考虑桩宽的影响。47 统一书号:15114. 0483 定价:15.00元
