斜桩常广泛用在桥梁、码头、输电线路工程及采油平台的群桩基础之中。相比于普通直桩,斜桩抵抗水平荷载的概念源于结构力学分析即把斜桩看作斜向支撑,将桩轴向承载力在水平方向进行分解以抵抗水平作用力。
一些国家的结构物抗震设计规范对斜桩基础的应用作了限制性的规定”,例如,法国抗震设计规范(AFPS1990)“及欧洲设计规范(EC8/Part5)”分别规定,在地震活跃地区结构物禁止或不推荐使用斜桩基础来抵抗地震力的作用.
8.5.7 当作用于桩基上的外力主要为水平力或高层建筑承台下为软弱土层、液化土层时,应根据使用要求对桩顶变位的限制,对桩基的水平承载力进行验算。当外力作用面的桩距较大时,桩基的水平承载力可视为各单桩的水平承载力的总和。当承台侧面的土未经扰动或回填密实时,可计算土抗力的作用。当水平推力较大时,宜设置 斜桩。
【条文说明】 用斜桩来抵抗水平力是一项有效的措施,在桥梁桩基中采用较多。但在一般工业与用民建筑中则很少采用,究其原因是依靠承台埋深大多可以解决水平力的问题。
7.5.2 位于常年有水河流的可液化土层或软土地基上的桥梁墩台,应采用桩和沉井等深基础,且桩尖及沉井底埋入稳定土层内不应小于2m。当水平力较大时桩基桥台宜设置斜桩或采取其他加固措施。
3.0.3 港口工程灌注桩按成孔方法可分为钻孔灌注桩和挖孔灌注桩。灌注桩宜采用直桩,有条件时也可采用斜桩。
【条文说明】3.0.3 钻孔灌注桩和挖孔灌注桩在桥梁工程和建筑工程中大多采用直桩,在港口工程中也大多采用直桩,但因码头工程需承受较大水平力,采用斜桩受力更加合理,如果技术水平和设备性能可以施工斜桩,应该采用部分斜桩。
6.2.12斜桩成孔应符合下列规定:
6.2.12.1 应使用全护筒,护筒埋设应牢固,直径宜比设计桩径大50mm,护筒上口宜呈喇叭状。
6.2.12.2 钻机应能按设计要求的倾斜度灵活调整机架,导向钻进。钻孔深度达10m时,应在钻杆上设置导向环,当深度增加时,应相应增设导向环。
6.4.2.3 在斜桩孔中安装钢筋笼时,应采取可靠措施,保证钢筋笼准确就位。
6.3.4斜桩结构桩基布置宜满足下列要求:
(1)每个分段内的桩基对称布置;
(2)适当增加叉桩,叉桩布置在排架中支座垂直反力大的位置;
(3)当斜桩打入岸坡长度较长时,向岸基桩的斜度应适当减小。
【条文说明】6.3.4 高桩码头叉桩所在平面与排架所在平面存在一定的偏转角。在一个分段内若叉桩朝同一个方向倾斜,虽然施工方便,但地震时容易发生转动,对结构带来不利影响,尤其对于突堤码头和码头的两个端部段。每个分段叉桩倾斜方向对称布置,能够减少扭转。
高桩码头的水平地震力,大部分是由叉桩承受,使其中的一根桩的桩顶受弯拉(简称拉桩),另一根桩的桩顶受弯压(简称压桩)。一般来讲,混凝土材料的抗压强度远大于抗拉强度,因此高桩码头的震害主要表现为拉桩的破坏。如果适当调整叉桩在排架中的位置,使叉桩布置在排架中支座垂直反力大的位置,承受较大的竖向压力,就可以抵消部分地震惯性力在该桩中产生的拉力,以减轻震害。
震害实例表明,排架密、桩距小,特别是叉桩多的码头,抗震性能就较好,震害就较轻。抗震设计中,要根据情况,适当增加叉桩。
桩身倾斜角在0°~30°之间斜桩轴向承载力不会有明显变化当桩身倾斜角大于30°时其轴向承载力随桩身倾斜角的增大而增大。
大部分研究人员的研究成果普遍认为负斜桩水平抗力大于直桩水平抗力而直桩水平抗力大于正斜桩水平抗力。应该看出不同于直桩水平荷载作用在斜桩上可以分解为轴向切向分力。因此水平荷载作用下斜桩的工作特性是轴向荷载和径向荷载的综合作用的结果属于倾斜荷载作用的一个特例。