人工挖孔樁樁基疑難.ppt

建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008 常用樁型及有關(guān)疑難 解析,2010.04,目錄 一、人工挖孔嵌巖樁 1、概述 2、豎向受壓承載力性狀 3、工程樁檢測 4、某工程案例解析 二、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 三、后注漿灌注樁 四、地下水與抗浮設(shè)計(jì) 五、兩類共同作用與變剛度調(diào)平設(shè)計(jì) 六、樁基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)（液化土中的樁基設(shè)計(jì)） 七、常見問題釋疑,1、概述 （1）.人工挖孔嵌巖樁適用及不適用范圍 每種樁型都有其適用條件，沒有一種萬能的樁型可以供工程師使用。 判斷人工挖孔嵌巖樁是否合適，可以參考以下幾個方面： 1）地質(zhì)土層分布：上覆土層較淺；有完整性較好及強(qiáng)度較高的基巖； 回填土最好應(yīng)壓實(shí)以避免施工中護(hù)壁脫落；巖溶發(fā)育地區(qū)應(yīng)謹(jǐn)慎嵌巖； 2）水文地質(zhì)條件：如果是粉、砂類土，地下水埋藏應(yīng)較深以保證施工安全； 3）上部結(jié)構(gòu)荷載：單樁承載力高，適合于荷載大的高層，以達(dá)到較高的 經(jīng)濟(jì)性；如果荷載較小，那么會造成浪費(fèi)； 4）施工設(shè)備條件：沒有水源的山區(qū)，制備泥漿困難； 落后地區(qū)或國家（非洲），沒有先進(jìn)設(shè)備 5）在地下水位較高，有承壓水的砂土層、滯水層、厚度較大的流塑狀淤泥、 淤泥質(zhì)土層中，不得選用。,一、人工挖孔嵌巖樁,如何理解執(zhí)行“傾斜度大于30%的中風(fēng)化巖，宜根據(jù)傾斜度及巖石完整性 適當(dāng)加大嵌巖深度”？ 地面附近基巖由于風(fēng)化情況復(fù)雜，常常在一棟建筑物范圍內(nèi)形成坡度急劇變化的 巖面，如圖，當(dāng)樁基礎(chǔ)必須嵌巖時，應(yīng)合理設(shè)置嵌巖深度，并注意以下要點(diǎn)： （1）嵌巖深度應(yīng)從巖面下端起算。 （2）嵌入平整、完整的堅(jiān)硬巖和較硬巖的深度不宜小于0.2d，且不應(yīng)小于0.2m。 （3）對于嵌入傾斜度不大于30%的完整和較完整巖的全斷面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m。,2、豎向受壓承載力性狀,（1）豎向受壓的極限破壞模式； 上覆土層段的破壞可能在兩個界面上，1）樁芯與護(hù)壁界面；2）護(hù)壁與土體界面。實(shí)際總是在第2）界面破壞。,實(shí)測樁側(cè)阻力分布模式（1）,如圖，為美國L.C.Reese等在1969年發(fā)表的一根埋設(shè)測量元件的嵌巖樁 的樁頂荷載隨深度傳遞的實(shí)測曲線。上覆堅(jiān)硬黏土層5.5m，嵌入黏土 頁巖3.2m，d=0.76m，l/d=11.7，l/h=4.2。 端阻比例系數(shù)15%25%。嵌巖段阻力系數(shù)約80%。,實(shí)測樁側(cè)阻力分布模式（2）,不管樁端是強(qiáng)風(fēng)化還是微風(fēng)化，樁端阻力都很小。 嵌巖段提供了主要的側(cè)阻力和總阻力，上覆土層提供的阻力約20%。,嵌巖長樁和非嵌巖長樁的實(shí)測比較：上覆土層為黏性土和砂土,二者豎向荷載下的樁身應(yīng)力一致，說明長樁承載力性狀 與樁端持力層關(guān)系不大。上覆土層提供了主要的側(cè)摩阻力。,A3 嵌入中風(fēng)化 泥巖2.2m 60m,A1 未嵌巖 55m,端阻比例系數(shù)5%20%。,8.5.5-3，當(dāng)樁端嵌入完整及較完整的硬質(zhì)巖中，可按下式估算 單樁豎向承載力特征值：,為樁端巖石承載力特征值。,折減系數(shù),此公式基于天然地基破壞模式，未考慮樁阻力傳遞機(jī)理，故僅適用于 埋藏極淺，置于巖體表面的（qpa試驗(yàn)即是置于巖體表面）情況。多數(shù) 工程中采用的淺層擴(kuò)底基礎(chǔ)屬于這類情況。 一般的，有一定埋深、嵌入巖體一定深度的樁基礎(chǔ)，均不宜用此公式。 否則計(jì)算承載力極低，將導(dǎo)致樁端直徑增大或者樁數(shù)增多。,釋疑：（1）人工挖孔嵌巖樁端承（型）樁 從上述表格中的數(shù)據(jù)來看，當(dāng)樁稍長一些，則嵌巖樁也是摩擦型樁。 因此不應(yīng)當(dāng)作端承樁僅計(jì)算端阻力。但配筋時宜全長配筋。 （2）基樁有沒有最短長度或最小長徑比的要求？ 有人認(rèn)為基樁長徑比很小的情況下，樁側(cè)阻力就可以不用考慮。下圖是 美國費(fèi)城自由廣場一號塔樓下的一根嵌巖樁的長期觀測資料。樁長8.8m，樁身 上段直徑3.0m，嵌巖段直徑2.6m。觀測數(shù)據(jù)表明始終有60%以上的荷載由樁側(cè) 承擔(dān)?？梢娪米钚￠L徑比的概念來控制樁長并無意義。,右圖為某工程中長度為3m的樁，嵌巖段長2m，此樁按嵌巖樁設(shè)計(jì)而非端承樁，計(jì)入嵌巖段側(cè)阻力是必要的。,（3）計(jì)算公式,令,則,為嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)。,釋疑：（1）嵌巖0.5米的樁按端承還是按嵌巖樁考慮？ 應(yīng)按嵌巖樁考慮。從試驗(yàn)來看，嵌巖段樁側(cè)阻力占比較大，不宜忽略。 （2）樁端進(jìn)入較破碎巖時能否按嵌巖樁計(jì)算單樁豎向極限承載力？ 答：宜按碎石類土提供參數(shù)并計(jì)算。 （3）利用frk計(jì)算的單樁豎向極限承載力極高以至當(dāng)?shù)貨]有條件進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)時，能否用檢測frk來代替單樁靜載荷試驗(yàn)？ 答：不能。 （4）嵌巖樁通過直徑為0.3m巖基平板載荷試驗(yàn)確定極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值Quk，與采用飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk計(jì)算的結(jié)果差異較大時，用哪個結(jié)果更為合理？ 宜以巖基平板載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)為主（計(jì)算樁承載力安全系數(shù)取2，計(jì)算地基承載力安全系數(shù)取3）。但此時承載力極高，故可參考frk進(jìn)行綜合經(jīng)驗(yàn)選取。從工程經(jīng)驗(yàn)來看取用任何一個參數(shù)，結(jié)果均是以樁身強(qiáng)度控制。 （5）巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度frk與混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值有何對應(yīng)關(guān)系？ 巖樣為圓柱體50X100mm，混凝土立方體為150mm3， 一般的圓柱體150X300mm的fcu1=0.8fcu 50X100mm的frk對150X300mmfrk1，尺寸效應(yīng)系數(shù)約為1.15 那么 frk=1.15fcu1=1.15x0.8fcu=fcu,frk與fcu，不同的工程意義，這是因?yàn)椋?（1）frk要根據(jù)結(jié)構(gòu)面開展情況（即完整程度），折減一定的系數(shù)（0.10.5）才能使用；而混凝土是不開裂的，故沒有折減系數(shù)。 （2） 當(dāng)前frk僅用于抗壓，并且要除以2后使用，其對應(yīng)的荷載效應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)值。 混凝土強(qiáng)度則有多項(xiàng)指標(biāo)。 （3）巖石受壓后，同時是三向巨大側(cè)限（圍壓）下工作；而混凝土的側(cè)限是有限的。鋼筋混凝土試件的抗壓試驗(yàn)表明，圍壓能極大提高混凝土強(qiáng)度；而基巖應(yīng)當(dāng)同樣如此，但目前的設(shè)計(jì)方法中還沒有考慮此有利因素。當(dāng)前的試驗(yàn)成果發(fā)現(xiàn)：基巖受壓很難破壞，總是以變形控制為主。因此樁身強(qiáng)度常常成為控制因素。,載荷板試驗(yàn)，等同于在半無限空間中的測試，有類似局壓的效果，因此可以 推測的是，其承載力要提高。這大概是載荷板試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏高的原因。,混凝土局壓強(qiáng)度,完整巖試驗(yàn),巖體結(jié)構(gòu)面,吳其芳等通過孔底載荷板（d=0.3m）試驗(yàn)得到增大系數(shù)1.384.50，相應(yīng)的巖石frk=1.25.2MPa，載荷板在巖石中埋深0.54m。,與94規(guī)范的比較,第i層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，當(dāng)樁的長徑比不大(l/d30)，樁端置于 新鮮或微風(fēng)化硬質(zhì)巖中且樁底無沉渣時，對于黏性土、粉土取0.8； 對于砂類土及碎石類土取0.7；其他情況取1.0。,08規(guī)范取消此參數(shù)，主要是考慮到基巖剛度愈大，側(cè)摩阻力應(yīng)發(fā)揮愈高， 故側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)應(yīng)1.0，偏于保守的取1.0。,（1）取消側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù),（2）調(diào)高嵌巖承載力綜合系數(shù)，尤其是極軟巖、軟巖frk15MPa,綜合系數(shù)：,清底干凈的人工挖孔嵌巖樁，還應(yīng)乘以增大系數(shù)1.2。,嵌巖承載力綜合系數(shù)比較,08規(guī)范的嵌巖段綜合系數(shù)較94規(guī)范有所提高，但總體相對偏于安全。,（3）對于泥巖，不能用飽和單軸抗壓強(qiáng)度，應(yīng)取用天然濕度下的單軸抗壓強(qiáng)度。 （4）94規(guī)范以微風(fēng)化、中風(fēng)化對巖體分類； 08規(guī)范以完整、較完整對巖石分類。結(jié)構(gòu)面愈密，強(qiáng)度愈低。 （實(shí)際應(yīng)為“微風(fēng)化、中風(fēng)化”的完整巖、較完整巖） （5）08規(guī)范：清底干凈的人工挖孔嵌巖樁，還應(yīng)乘以增大系數(shù)1.2。 94規(guī)范：無。 （6）94規(guī)范：當(dāng)嵌巖段為中風(fēng)化巖時，表中數(shù)字乘以0.9折減。 08規(guī)范：無。,人工挖孔大直徑樁（d800mm）極限側(cè)阻和端阻的尺寸效應(yīng) （1）人工挖孔樁上覆土層端，在樁成孔后產(chǎn)生應(yīng)力釋放，孔壁出現(xiàn)松弛變形，導(dǎo)致側(cè)阻力有所降低，側(cè)阻力隨樁徑增大呈雙曲線型減?。℉.Brand1.1988）。本規(guī)范建議采用如下表達(dá)式進(jìn)行側(cè)阻尺寸效應(yīng)計(jì)算。,式中 d樁身直徑； m 經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，對于粘性土、粉土，m=1/5； 對于砂土、碎石土，m=1/3。 對于嵌巖段側(cè)阻，不需要考慮折減。 （2）端阻在基巖上，也不需考慮端阻的 尺寸效應(yīng)系數(shù)。,人工挖孔嵌巖樁擴(kuò)大頭,擴(kuò)底樁變截面以上2d長度范圍內(nèi)不計(jì)側(cè)阻力。原因有二： （1）施工中土壁應(yīng)力松弛； （2）受荷后擴(kuò)大頭下沉導(dǎo)致與斜壁托空， 使得斜壁附近土體應(yīng)力松弛。 實(shí)測結(jié)果表明，按94規(guī)范計(jì)算的擴(kuò)底樁承載力偏高。,人工挖孔嵌巖擴(kuò)底樁承載力， 幾乎不會在樁端土發(fā)生整體剪切破壞。 總是以變形控制。,人工挖孔樁的樁身強(qiáng)度： 1）因假定護(hù)壁不連續(xù)，故不考慮護(hù)壁強(qiáng)度，僅計(jì)算樁芯面積。 2）因護(hù)壁施工可見，樁基質(zhì)量能有效控制，故成樁工藝系數(shù)較 其他樁型高，取0.9。 3）人工挖孔嵌巖樁通常全長配筋，當(dāng)樁較短且粗時，箍筋加密區(qū)未設(shè)置5d，故就不利用縱筋強(qiáng)度；,釋疑： （1）JGJ94-2008第6.6.6條 護(hù)壁配筋直徑不應(yīng)小于8，是否可據(jù) 土質(zhì)情況好壞酌減？ 可以。比如北京地區(qū)一般土質(zhì)較好，最小直徑取6mm。北京地標(biāo),箍筋加密區(qū)5d時：,（2）護(hù)壁砼標(biāo)號與樁填心同一標(biāo)號，護(hù)壁施工每段進(jìn)行振搗密度變困難，且形成大量施工縫，按施工縫處理達(dá)不到要求，不能整體起共同作用，是否不考慮護(hù)壁參加計(jì)算，即可降低護(hù)壁砼標(biāo)號? 樁身承載力計(jì)算取內(nèi)徑而不包括護(hù)壁厚度，那么設(shè)計(jì)可要求護(hù)壁混凝土按C30C40配料，施工后護(hù)壁混凝土取芯強(qiáng)度達(dá)到C15也是允許的。（供參考） （3）為何豎向承載力計(jì)算時有時用樁身直徑，有時用護(hù)壁外直徑？ 計(jì)算樁身強(qiáng)度用樁芯直徑；計(jì)算土對樁的支撐力用護(hù)壁外直徑。 （4）地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中樁身強(qiáng)度計(jì)算，工作條件系數(shù)灌注樁取0.60.7，是強(qiáng)規(guī)；樁基中5.8.2條，灌注樁取0.9，應(yīng)按哪條取值？ 按樁基取值。,人工挖孔嵌巖樁的檢測 （1）工程樁應(yīng)進(jìn)行承載力和樁身質(zhì)量檢驗(yàn)。 當(dāng)豎向承載力過大時，并不適合做靜載荷試驗(yàn)（堆載平衡或錨樁平衡）。 （2）單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值、極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列規(guī)定確定： 1）對于大直徑端承型樁（樁端為非基巖時，如卵石層），也可通過深層平板（平板直徑應(yīng)與孔徑一致）載荷試驗(yàn)確定極限端阻力； 某些情況下，平板直徑可能不與孔徑一致，其實(shí)測值較實(shí)際值偏低，等于說偏于安全。 2）對于嵌巖樁，當(dāng)樁端置于基巖頂面時，可通過直徑為0.3m巖基平板載荷試驗(yàn)確定極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（qpk）；當(dāng)樁端進(jìn)入巖層一定深度時，宜通過直徑為0.3m嵌巖短墩載荷試驗(yàn)確定嵌巖段極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值； （見地基規(guī)范附錄H），對應(yīng)的設(shè)計(jì)方法應(yīng)為： 3）用其他方法（如自平衡法）測得樁側(cè)摩阻力。,1、工程概況 貴州某住宅樓，26981m2，為1+301+32層，采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)間距7.6x8.5m，主樓單柱最大軸力為30000KN/柱（設(shè)計(jì)值），裙樓單柱最大軸力為4500KN/柱（設(shè)計(jì)值）。 注：如果該設(shè)計(jì)值取自SETWE“底層柱墻內(nèi)力” ，則應(yīng)/1.25，作為與樁基承載力特征值Ra對應(yīng)的荷載參數(shù)。 2、場地特性 該項(xiàng)目場地由于受附近斷層活動影響，巖體差異變化較大，所在地塊同時存在中風(fēng)化泥巖（fak=1200Kpa）、強(qiáng)風(fēng)化泥巖(fak=500Kpa)和中風(fēng)化灰?guī)r(fak=5000Kpa)幾種承載力差異較大的巖體。通過自平衡法在泥質(zhì)單元進(jìn)行基樁靜荷載試驗(yàn)，得出各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)：強(qiáng)風(fēng)化泥巖端阻力特征值795Kpa,側(cè)阻力特征值335Kpa，變形模量43.2Mpa; 中風(fēng)化泥巖端阻力特征值1650Kpa,側(cè)阻力特征值225Kpa，變形模量79.7Mpa。,工程案例 貴州某住宅樓挖孔樁設(shè)計(jì) 剖析,3、承載力計(jì)算（剖析） 對樁芯直徑2m和1.5m的樁（護(hù)壁150mm）進(jìn)行計(jì)算。,2m單樁承載力特征值，按非嵌巖樁公式計(jì)算：,說明（1）上述方法為按護(hù)壁外側(cè)計(jì)算樁側(cè)摩阻力，應(yīng)改為,計(jì)算承載力至少應(yīng)提高50%。,（2）,是按干作業(yè)鉆孔工藝提供的參數(shù)（有沉渣） 實(shí)際宜按“預(yù)制樁”提供參數(shù)或者通過載荷板試驗(yàn)確定。,如果,干作業(yè)挖孔樁（清底干凈，D=800mm） 極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值,缺軟質(zhì)巖參數(shù)，可參考表5.3.5-2“混凝土預(yù)制樁”參數(shù)。,1.5m單樁承載力特征值，按非嵌巖樁公式計(jì)算：,說明（1）上述方法為按護(hù)壁外側(cè)計(jì)算樁側(cè)摩阻力，應(yīng)改為,計(jì)算承載力至少應(yīng)提高15%。 因不是按嵌巖樁公式計(jì)算，故不能乘以清底系數(shù)1.2。,計(jì)算承載力至少應(yīng)提高46%。,如果,（2）,是按干作業(yè)鉆孔工藝提供的參數(shù)（有沉渣） 實(shí)際宜按“預(yù)制樁”提供參數(shù)或者通過載荷板試驗(yàn)確定。,4、樁基布置 （1）見樁基平面布置圖 （2）見基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面圖 優(yōu)化建議：鑒于嵌巖樁承載力潛力較高，變形極小，建議提高樁基承載力， 使得樁基在柱下、墻下布置，那么承臺高度可以降低，或者承臺取消。 理論上講，人工挖孔嵌巖樁，總是可以做到柱下、墻下布樁。 這是因?yàn)椋荷喜拷Y(jié)構(gòu)柱截面由軸壓比控制， Ns傳遞到樁頂，作用到樁身，那么 一般而言，只要（1）樁基承載力由樁身強(qiáng)度控制；（2）人工挖孔 嵌巖樁的樁芯面積大于柱截面面積（一般都很容易滿足，抗震等級高的構(gòu)件， 樁芯面積要求大一些），那么一柱一樁就夠了。,所以問題的關(guān)鍵在于：如何使得樁基承載力由樁身強(qiáng)度控制？這就要求： （1）充分發(fā)揮上覆土層的側(cè)摩阻力，計(jì)算時應(yīng)取護(hù)壁外徑； （2）充分發(fā)揮嵌巖端側(cè)摩阻力。嵌巖深徑比，較硬巖、堅(jiān)硬巖在1.0左右 經(jīng)濟(jì)效益比較好；對于較軟巖則在13左右，極軟巖、軟巖則可能在4