2.3考虑承台（地下侧墙）-桩-土共同作用计算

2.3考虑坝体（地下侧墙）-桩-土共同作用估算

对于承受水平载荷较大、基础埋武大的桩基础，桥墩或地下室侧墙的水平抗力贡献不能忽略。关于主梁和地下室室侧墙的正面土抗力的确定，现在各国及国外各行业的做法不一。

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2.3.1桥墩和地下室侧墙的水平抗力研究

台湾《建筑基础结构设计表针》（2001）中说明，对于有地下室具备埋深的建筑物桩基础，基槽的震动会成为地下外墙的挂匾抗力，可以考虑地下结构埋深部份的海啸互相作用，以合理评价水灾时作用于桩上的水平载荷。并且，这些水平挠度会依照下部结构、桩和基槽互相之间的条件不同，基础埋深部份形成的影响无法统一决定。关于基础浸入部份的桩基础，按照实验测量基础埋深部份和桩基础的分担载荷等必要的数据是很困难的，因为将基础—桩基—地基的整体系统化为解读上的模型是很困难，研究上留下了这些未解明的地方。台湾有初期经验公式：桩承当的水平力Hp按下式估算： #

此式源自高度10层左右塔式建筑的估算统计，容许水平位移10mm。 #

FE为总的水平水灾作用；

hb为建筑地上部份高度（m）； #

df为基础埋深。

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Hp之值为（0.3~0.9）FE，大于0.3FE时取0.3FE，小于0.9FE时取0.9FE。但也并强调，对于建筑物高度和埋深更大的状况不适宜选用该式估算。

日本《高速公路设计规范》规定，扩充基础或桩桥墩因周围土层被动土压形成的侧向频响力在设计中应当加以考虑。因为桥梁基础的桩桥墩宽度大，且深埋于变质岩中，在其承受水平力时，其桩围堰前緣将推挤土层，使根系形成被动频响，与此同时，桩桥墩后缘将有根系推挤桩围堰，此推挤力是为主动土压力。因而考虑桩桥墩因土层被动土压形成的侧向频响变得更为合理。日本高速公路设计规范规定其侧向频响力为(Pp-Pa)/1.7，其中Pp为根系被动土压形成的频响力，而Pa为根系主动土压形成的斥力，系数1.7为考虑水平力作用时或许难以形成足够位移并且被动土压及主动土压完全发挥的修正系数。考虑坝体侧向频响的同时，亦需考虑桩桥墩的惯性斥力以及桩桥墩上土层的静挠度地基设计等级有什么用，且在水灾力作用情况时，宜选用动态被动土压及动态主动土压。桩围堰侧向频响的做法为于桩围堰前緣平行面上提供侧向劲度即设置水平根系弹簧(类似p~y曲线)。 #

《港口安装工程地下连续墙结构设计与施工细则》-2003会考虑了当外墙的水平变位较小，在墙后不足以形成极限主动或极限被动土压力时，可依据外墙的水平变位量估算墙后的水平土压力，其水平土压力硬度标准值可按下式估算：P1=P01-K1δ，式中P01——墙后静止水平土压力硬度标准值（kPa）；K1——墙后土的水平基槽反力系数（kN/m3），其中z为估算点距墙后地面的深度；δ——墙体的水平变位量，向墙前的变位为正，向墙后的变位为负。 #

《建筑基坑技术规范》JGJ94-2008手指出当建（构）筑物设有地下室且具备一定埋深时，可以考虑地下室内墙侧的被动土压与桩共同承当水灾水平力。考虑地下室侧墙的被动土抗力需满足以下要求： #

（1）当桥墩和地下室侧墙与边坡坑壁间隙应选用砂土、级配石子、压实性较差的素土分层奠定（压实系数不宜大于0.94）、当间歇较小时，应灌注素水泥或拌和流动性水泥土。

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（2）当桥墩周围为液化土或软土时，可将桥墩外每侧1/2简支梁半径范围内的土进行加固。

《上海市基槽基础设计规范》DGJ08-11-2010中对于非液化土中低桥墩承台水平承载力校核，当坝体或地下室内侧围岩抗力发挥有保证时，可由桥台或地下室正侧面基岩与桩共同承当水平水灾作用，桥墩或地下室正侧面岩体的水平抗力可取被动土压力值的1/3。对于中震作用下的拱圈水平抗震校核，可取基础正侧面土抗力为被动土压力、单桩水平承载力不考虑0.75的折减系数。 #

《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ6-2011中对超高层建筑在承受水灾作用、风载荷或其他水平载荷时，筏形与箱形基础的抗滑移稳定性应符合下式的要求：

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当前精确剖析水平作用下桥墩、桩、土机制的内力和变型，仍存在较大困难；非常是在考虑具备埋深的地下室建筑物桩基础，作用于桩上的水平载荷时随下部结构、桩和基槽互相之间的条件不同，地下结构埋深部份形成的影响会无法统一决定。现在关于具备较大埋深的地下室桩基础，想要按照实验测量地下室（桥墩）和桩基础的分担载荷以得到必要的数据是很困难的，同时在研究桥墩（地下室侧墙）—桩基础—地基的整体系统进行解读估算也存在众多问题。

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2.3.2共同作用估算方式 #

本节主要根据《建筑基坑技术规范》JGJ94-2008中附表C考虑坝体（包括地下外墙）、基桩协同工作和土的弹性抗力作用估算受水平载荷的拱圈估算方式，辅以“桩身内力及桥墩位移估算-共同作用”计算方式，在横向力、水平力及剪力作用下，估算各坝体的作用效应、桩身内力。

考虑坝体（包括地下侧墙）、桩、土共同作用按线弹性基槽反力法估算群桩内力和变位的方式，是将桩视为敷设于弹性介质中的弹性杆件，视桥墩挠度为无穷大，桩与主梁刚性联接，桥墩侧面承受水平弹性土抗力，桥墩底面承受横向弹性土抗力和切向土抗力（该安装工程未考虑切向土抗力）。桥墩、桩、土产生一个共同承受横向、水平和荷载载荷的结构机制，群桩则相当于设置在温克尔弹性介质中的框架。利用位移法并考虑土的弹性抗力求解超静定结构机制的桥墩变位、承台土抗力、以及各基桩桩顶载荷，并辅以m法估算单桩的内力和位移。

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这些方式是在考虑坝体、桩、土共同作用，按基槽反力系数随深度线性下降的线弹性基槽反力法（m法）估算水平载荷下的群桩基础，具备以下特点：一是估算的理论系统比较完整严密；二是考虑的诱因比较全面，包括引桥侧面和底面抵御水平载荷的作用，非常是对于该安装工程桥墩埋深较大且具备地下外墙的状况，桥墩和地下侧墙的承载作用可得到剖析考虑。这是符合实际的，并能取得显著的技术经济疗效。

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图1共同作用估算示意图 #

1）估算假设 #

（1）将紊流视为弹性变型介质，其水平抗力系数随深度线性降低（m法），地面处为零。对于低桥墩承台，在估算箱涵时，假设桩顶高程处的水平抗力系数为零并随深度下降。

（2）在水平力和横向压力作用下，路堤、承台、地下外墙表面上任一点的接触压力（法向弹性抗力）与该点的法向位移成反比。 #

（3）忽视桩身、承台、地下外墙侧面与土之间的黏着力和磨擦力对抵御水平力的作用。 #

（4）桩顶与主梁刚性联接（固接），桥墩的挠度视为无穷大。 #

估算中，考虑土的弹性抗力时，为保证边坡稳定性，桥墩的弹性抗力不少于被动土压力，引桥前方正面土抗力上限取被动土压力的75%，基桩桩顶水平弯矩不少于考虑群桩效应的拱圈水平承载力特征值。

2）基本估算参数 #

（1）基槽土水平抗力系数的比列系数ms，其值按照试桩结果，取6~10mm对应位移的ms值。当坝体侧面为几种土壤组成时，应求得主要影响深度hm=2（d+1）米范围内的ms值作为估算值。 #

hm深度范围显存在两层不同土时： #

图2单层基槽土m值估算

（2）桥墩侧面基槽土水平抗力系数Cn： #

Cn=mchn

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桥墩（地下室内墙）侧面基槽土水平抗力系数的比列系数，因为未有实测数据，桥墩侧壁mc值可参照桩侧m值参数设计。 #

（3）基槽土横向抗力系数C0、Cb和基槽土横向抗力系数的比列系数m0： #

①桩底面基槽土横向抗力系数C0 #

C0=m0h #

②承台底基槽土横向抗力系数Cb #

Cb=ηcm0hn

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③岩石基槽的横向抗力系数CR，不随岩层埋深而下降 #

（4）桩身抗弯挠度EI：对于箍筋水泥桩，EI=0.，其中I0为桩身换算截面惯性矩：矩形截面为I0=W0d0/2，圆形截面为I0=W0b0/2。

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（5）桩身轴向压力传递系数0.5~1.0，磨擦型桩取小值，端承型桩取大值。

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（6）当坝体底面以上为非液化层，而桥墩底面与其下基槽土或许发生脱离时（桥墩底面以下有欠土体土、自重湿陷时），不考虑坝体底基槽土的横向弹性抗力和摩阻力地基设计等级有什么用，只考虑坝体侧面岩体的弹性抗力。估算桥墩单位变位导致的桩顶、承台侧壁渗流的反力时，应考虑坝体侧面基岩弹性抗力的影响。 #

3）估算公式 #

座标原点O坐落桥墩底的桩群质心，水平座标x往右为正，横向座标y向上为正。水平载荷H、竖向载荷N+G、弯矩M均通过座标原点。 #

正负号规定：桩身水平位移x0顺ox轴正方向为正值，桩身拐角逆秒针方向为正值；荷载M当一侧纤维受拉时为正值，水平H顺ox轴正方向为正值，横向力N+G顺oy轴正方向为正值。 #

详细估算方法可参照《建筑基坑技术规范》JGJ94-2008附表C。

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未完待续。

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