①樁的水平承載力作用機(jī)理分析
<1>水平荷載作用下的單樁工作機(jī)理：樁所受的水平荷載部分由樁本身承擔(dān)，大部分是通過(guò)樁傳給樁側(cè)土體，其工作性能
主要體現(xiàn)在樁與土的相互作用上，即當(dāng)樁產(chǎn)生水平變位時(shí)，促使樁周土也產(chǎn)生相應(yīng)的變形，產(chǎn)生的土抗力會(huì)阻止樁變
形的進(jìn)一步發(fā)展。在樁受荷初期，由靠近地面的土提供土抗力，土的變形處在彈性階段；隨著荷載增大，樁變形量增
加，表層土出現(xiàn)塑性屈服，土抗力逐漸由深部土層提供；隨著變形量的進(jìn)一步加大，土體塑性區(qū)自上而下逐漸開(kāi)展擴(kuò)
大，最大彎矩?cái)嗝嫦乱?/span>，當(dāng)樁本身的截面抗拒無(wú)法承擔(dān)外部荷載產(chǎn)生的彎矩或樁側(cè)土強(qiáng)度遭到破壞，使土失去穩(wěn)定時(shí)，
樁土體系便處于破壞狀態(tài)。
<2>按樁土相對(duì)剛度(樁的剛性特征與土的剛性特性之間的相對(duì)關(guān)系)的不同，樁土體系的破壞機(jī)理及工作狀態(tài)分為二類:
1)剛性短樁，此類樁的樁徑大，樁入土深度小，樁的抗彎剛度比地基土剛度大得多，在水平力作用下，樁身像剛體一
樣繞樁上某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)或平移而破壞；此類樁的水平承載力由樁周土的強(qiáng)度控制；
2)彈性長(zhǎng)樁，此類樁的樁徑小，樁入土深度大，樁的抗彎剛度與土剛度相比較具柔性，在水平力作用下，樁身發(fā)生撓
曲變形，樁下段嵌固于土中不能轉(zhuǎn)動(dòng)；此類樁的水平承載力由樁身材料的抗彎強(qiáng)度和樁周土的抗力控制。
3)對(duì)于鋼筋混凝土彈性長(zhǎng)樁，因其抗拉強(qiáng)度低于軸心抗壓強(qiáng)度，在水平荷載作用下，樁身的撓曲變形將導(dǎo)致樁身截面
受拉側(cè)面開(kāi)裂，然后漸趨破壞；當(dāng)設(shè)計(jì)采用這種樁作為水平承載樁時(shí)，除考慮上部結(jié)構(gòu)對(duì)位移限值的要求外，還應(yīng)
根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)，考慮樁身截面開(kāi)裂的問(wèn)題；但對(duì)抗彎性能好的鋼筋混凝土預(yù)制樁和鋼樁，因其可忍
受較大的撓曲變形而不至于截面受拉開(kāi)裂，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮上部結(jié)構(gòu)水平位移允許值的問(wèn)題。
<1>樁的水平承載力大小取決于樁與土的相互作用，其力學(xué)模型可以認(rèn)為是一端固接的懸臂梁，在自由端增加了反力，(此
處的近似模型包含：固接是針對(duì)樁在土體中受水平力時(shí)，位移很小可以近似認(rèn)為固接，土體的反力不是集中力，而是
一個(gè)散布荷載，可以認(rèn)為是一個(gè)似三角形荷載)。故而樁的水平承載力的影響因素有兩個(gè)方面：樁和樁有關(guān)的因素、土
和土有關(guān)的方面；
<2>樁的水平承載力是指樁體達(dá)到容許變形時(shí)所能承受的水平荷載。樁的質(zhì)量受混凝土和鋼筋強(qiáng)度的影響，兩者對(duì)樁的質(zhì)
量好壞所起的作用以混凝土強(qiáng)度影響最大，主要承受抗壓、抗剪的作用(其抗拉作用力很小，一般忽略不計(jì))；鋼筋強(qiáng)
度的影響其次，主要承擔(dān)抗剪、抗拉的作用力(其截面面積很小，強(qiáng)度很大，抗壓一般不考慮)。
<3>對(duì)于剛度，抗彎剛度EI是至關(guān)重要的，是彈性模量和慣性矩的共同作用，材料強(qiáng)度越高，截面積越大，其剛度也越
大，但由試驗(yàn)結(jié)果知剛度隨著彈性模量增加時(shí)在某一值時(shí)不再變化(趨于平緩)，其隨著截面積(直徑)的變化無(wú)限增大，
因而，對(duì)混凝土強(qiáng)度的增大，對(duì)于提高樁的剛度并不是最好的辦法，可見(jiàn)增大截面積是提高樁體剛度的最有效的辦法。
<4>穩(wěn)定性，是指構(gòu)件受力后隨時(shí)間變化保持原有平衡的能力，變形越小，穩(wěn)定性越好，其主要的表征量是撓曲變形量。
對(duì)于樁，當(dāng)水平承載力作用于樁頂時(shí)，在樁頂產(chǎn)生彎矩和剪力，使樁體產(chǎn)生變形(撓曲變形、壓縮變形、剪切變形)，
這也就要求樁的穩(wěn)定性滿足要求，同時(shí)樁體材料強(qiáng)度也要滿足變形。
<5>對(duì)于單樁，如何能使其承受更高的承載力呢？方法一，就是增大截面積，減小其長(zhǎng)細(xì)比，因?yàn)楫?dāng)長(zhǎng)細(xì)比在不同階段時(shí)，
其產(chǎn)生的撓曲變形不同。為了方便理解可以簡(jiǎn)化為不同的模型，如長(zhǎng)細(xì)比很小的時(shí)候，如試塊，構(gòu)件的變形以壓、剪
為主，撓曲變形忽略不計(jì)；長(zhǎng)細(xì)比很大的時(shí)候，如壓桿，以撓曲變形為主，壓、剪忽略不計(jì)，這也就是說(shuō)，增大強(qiáng)度
和剛度，可以有效的減小樁體的變形(對(duì)于塊體材料是壓、剪產(chǎn)生的壓縮和剪切變形，對(duì)于桿體是彎矩產(chǎn)生的撓曲變形)。
因此，樁體是一個(gè)中間類構(gòu)件，其受水平力后的變形特征以撓曲變形為主，壓、剪變形為輔(可以說(shuō)變形很小忽略)。
<6>在不考慮土時(shí)，研究提高樁體本身的抗變形能力，我們可以朝著試塊方向看，也就是說(shuō)，對(duì)于樁體的撓曲變形，可以
通過(guò)減小長(zhǎng)細(xì)比，增大剛度，提高配筋率，以便減小樁體的撓曲變形，即剛度越大，達(dá)到容許的撓曲變形則需要更大
的水平荷載。樁的撓曲變形狀態(tài)是(在不受樁側(cè)土體時(shí)的作用時(shí))是過(guò)固定端和自由端的一個(gè)連續(xù)曲線，以樁體為坐
標(biāo)軸，其表現(xiàn)在位移上是，在自由端最大，固定端為零。
<7>考慮樁側(cè)土體時(shí)，樁的撓曲變相受到土體的抵抗，撓曲變形減小，但其撓曲變形的曲線形態(tài)仍然不變。不同的是在受
土體的影響下，在一定深度下，樁體變形不足以擠壓土體發(fā)生較大的反力，或者說(shuō)與樁體承受的水平力可以忽略不計(jì)，
因此，在這個(gè)深度以下樁側(cè)土體提供的反力對(duì)樁能否承擔(dān)更大的荷載不起作用，而這個(gè)位置大概是位于樁頂以下10d
以內(nèi)，并且在這樁頂下10d 的范圍內(nèi)的樁側(cè)土中，限制樁體撓曲變形，提供樁體的水平反力的關(guān)鍵土體厚度約為
2(d+1)范圍(樁基條文說(shuō)明5.7.5)，而由于樁體的變形壓縮側(cè)面土體，使其受力側(cè)約6d 范圍內(nèi)的土體產(chǎn)生變形(隨
土體的不同而不同)，該范圍內(nèi)的土阻礙了樁體的撓曲變形，使其達(dá)到相同的容許撓曲變形時(shí)需要更大的水平荷載，
也就是說(shuō)，越密實(shí)，變形越小的樁間土體，可以促使樁承受更大水平作用力。對(duì)于群樁基礎(chǔ)，當(dāng)樁間距在影響的范圍
之內(nèi)(約6d 范圍)時(shí)，減小樁距，樁與樁的相互影響增大，土體擾動(dòng)，導(dǎo)致土體抵抗作用發(fā)揮不足，對(duì)樁的抗力減
小，樁的水平承載力減小，基樁的承載力下降。若樁間距大于其主要的影響范圍，增大樁距和減小樁距對(duì)樁的水平承
載力影響可以忽略，不能有效提高水平承載力。故而對(duì)于群樁來(lái)說(shuō)，樁距為6d時(shí)是水平承載力最大的位置。
<8>樁與承臺(tái)的連接方式有固接和鉸接，其分類有高承臺(tái)樁和低承臺(tái)樁。高承臺(tái)樁的承臺(tái)對(duì)樁的水平承載力沒(méi)有影響，完
全取決于樁本身。建筑物的樁基大多屬于低承臺(tái)樁，需要考慮承臺(tái)對(duì)樁的作用影響，包括承臺(tái)連接的約束效應(yīng)、承臺(tái)
側(cè)的側(cè)阻效應(yīng)、承臺(tái)底的摩阻效應(yīng)。
1)承臺(tái)的約束效應(yīng)：可以分為位移和彎矩。由材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的結(jié)論，固接的時(shí)候位移為零，彎矩最大，自由端
的時(shí)候位移最大，彎矩為零，鉸接的時(shí)候，沒(méi)有彎矩，沒(méi)有位移。但是，在樁與承臺(tái)的連接中是介于固接和鉸接之
間的一種有限連接方式，既存在彎矩也存在位移。因此，將連接方式由鉸接變?yōu)楣探樱瑴p小了位移，增大了彎矩；
固接變?yōu)殂q接，增大了位移，減小了彎矩，對(duì)于極限承載力的狀態(tài)的安全使用有影響。如果以變形作為衡量樁水平
承載力，將承臺(tái)看做是樁端嵌入部分的側(cè)阻體，減小位移都是提高在提高樁能承受的水平荷載。如果以強(qiáng)度作為控
制，那么就應(yīng)該減小彎矩。但是，值得注意的是，對(duì)于提高樁承受水平荷載的能力，不管是強(qiáng)度控制還是位移控制，
前提都是在容許的變形范圍之內(nèi)，因此，其與樁使用安全極限的控制方式?jīng)]有關(guān)系，只是和樁的側(cè)阻體有關(guān)，當(dāng)樁
形成的位移越小時(shí)，那就是樁的側(cè)阻體越抗壓，樁可以承擔(dān)更大的水平荷載。
2)在承臺(tái)下增加樁數(shù)，減小承臺(tái)的位移變形，同時(shí)也降低了承臺(tái)的側(cè)阻和摩阻效應(yīng)減小，降低土對(duì)承臺(tái)承擔(dān)的水平抗
力荷載，但增加樁數(shù)后是否會(huì)增加土體的強(qiáng)度和改善土體的抗力，需要綜合考慮。對(duì)群樁中的單樁基礎(chǔ)和其相應(yīng)的
承臺(tái)進(jìn)行分析。樁的相互影響效應(yīng)，隨樁距減小、樁數(shù)增加而增大，沿荷載方向的影響遠(yuǎn)大于垂直于荷載作用方向。
樁頂約束的影響，樁頂增加約束可以減小樁頂水平位移，降低樁頂約束彎矩，重新分配彎矩。樁頂?shù)姆峭耆豆瘫?/span>
完全嵌固水平位移提高25%，彎矩降低約理論值的40%。
2)承臺(tái)側(cè)土的抗力，因?yàn)?/span>樁的水平位移很小，被認(rèn)為是發(fā)生的線彈性變形，服從線彈性地基梁模型，不考慮樁受的被
動(dòng)土壓力(不考慮被動(dòng)土壓力是因?yàn)橐_(dá)到被動(dòng)土壓力狀態(tài)時(shí)所需的位移量太大，不符合工程實(shí)踐)，在計(jì)算過(guò)程中統(tǒng)
一采用土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m(規(guī)范5.7.3 條文說(shuō)明)。不管是強(qiáng)度控制還是變形控制，樁和土共同承擔(dān)了
水平荷載，這個(gè)共同承擔(dān)是由樁的位移產(chǎn)生的。樁的位移是指樁本身的撓曲變形，同時(shí)由樁的壓力產(chǎn)生的樁側(cè)阻體
的壓縮變形量，這兩者是相等的。如果樁體剛度很大，樁體在受力時(shí)的變形很小，那么樁水平承載力很高；如果側(cè)
阻體很硬，那么樁的水平承載力也很高。 因此，只要樁在容許的變形程度內(nèi)，只需要考慮位移大小，而與控制方式
無(wú)關(guān)。控制方式是研究其承載能力極限狀態(tài)和安全使用極限狀態(tài)的，對(duì)提高水平承載力的方法沒(méi)有影響。
3)小于0.065是按照強(qiáng)度理論推出來(lái)的，是針對(duì)樁的最大彎矩乘以的比例系數(shù)，對(duì)于固接和鉸接其最大彎矩系數(shù)是不
同的部位，在根本上存在一定差別，而樁的水平承載力是由樁產(chǎn)生位移和壓縮土體形成的抵抗合力，在沒(méi)有達(dá)到強(qiáng)
度要求前都應(yīng)采用位移控制。規(guī)范中的公式只是針對(duì)設(shè)計(jì)采用的安全極限的控制計(jì)算而已。因此，從這幾方面考慮，
