《樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

1 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 7 1概述7 2地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)總原則7 3樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思想 原則與內(nèi)容7 4按變形控制的樁基設(shè)計(jì)7 5樁型的選擇與優(yōu)化7 6樁的平面布置7 7樁基持力層的選擇7 8樁長(zhǎng)與樁徑的選擇7 9承臺(tái)中樁基的承載力計(jì)算與平面布置7 10承臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算7 11樁基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)7 12特殊條件下樁基的設(shè)計(jì)原則7 13樁端樁側(cè)后注漿設(shè)計(jì)7 14樁土復(fù)合地基設(shè)計(jì)7 15剛?cè)釓?fù)合樁基設(shè)計(jì)7 16剛性樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例7 17樁基設(shè)計(jì)程序思路簡(jiǎn)介 2 7 1概述 樁基的設(shè)計(jì)既有其嚴(yán)肅性的一面 必須按規(guī)范保證建 構(gòu) 筑的長(zhǎng)久安全 也有其靈活性的一面 可以采用多種樁基方案比較優(yōu)化設(shè)計(jì) 樁基的設(shè)計(jì)應(yīng)做到安全 合理 經(jīng)濟(jì) 施工方便快速 并能發(fā)揮樁土體系的力學(xué)性能 樁和承臺(tái)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度 剛度和耐久性 地基應(yīng)有足夠的承載力 且不產(chǎn)生超過(guò)上部結(jié)構(gòu)安全和正常使用所允許的變形 樁型的多樣性決定了樁基設(shè)計(jì)的多樣性 要按照不同的地質(zhì)條件選擇適合擬建建筑物場(chǎng)地環(huán)境的樁型 樁基設(shè)計(jì)方案和施工方案以保證建筑物的長(zhǎng)久安全 本章主要介紹了地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)總原則 樁基的設(shè)計(jì)思想 原則與內(nèi)容 按變形控制的樁基設(shè)計(jì) 樁型的選擇與優(yōu)化 樁的平面布置 樁持力層的選擇 樁長(zhǎng)與樁徑的選擇 承臺(tái)中樁基的承載力計(jì)算與平面布置 承臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 樁基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì) 特殊條件下樁基的設(shè)計(jì)原則 樁端樁側(cè)后注漿設(shè)計(jì) 樁土復(fù)合地基設(shè)計(jì) 剛?cè)釓?fù)合樁基設(shè)計(jì)及樁基設(shè)計(jì)程序思路簡(jiǎn)介等方面內(nèi)容 3 學(xué)完本章后應(yīng)掌握以下內(nèi)容 1 地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則 2 樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思想與基本要求 3 樁基的設(shè)計(jì)內(nèi)容 4 按變形控制的樁基設(shè)計(jì)方法 5 樁型的選擇與優(yōu)化 6 樁的平面布置方法 7 樁持力層的選擇方法 8 樁長(zhǎng)與樁徑的選擇方法 9 樁基與承臺(tái)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 10 樁基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì) 11 特殊條件下樁基的設(shè)計(jì)原則 12 樁端樁側(cè)后注漿設(shè)計(jì)方法 12 樁土復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法 13 剛?cè)釓?fù)合樁基設(shè)計(jì)方法 14 樁基設(shè)計(jì)程序思路 4 學(xué)習(xí)中應(yīng)注意回答以下問(wèn)題 1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有哪些基本要求 樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思想是什么 各類樁基的設(shè)計(jì)有哪些原則和要求 2 樁基的設(shè)計(jì)包含哪些內(nèi)容 如何按變形控制來(lái)進(jìn)行樁基設(shè)計(jì) 3 樁型選擇應(yīng)考慮哪些因素 如何進(jìn)行樁型的優(yōu)化 4 影響樁基平面布置的因素有哪些 樁基平面布置有什么原則和要求 常見的樁基平面布置形式有哪些 5 設(shè)計(jì)中樁持力層如何選擇 6 設(shè)計(jì)中樁長(zhǎng)與樁徑如何選擇 7 承臺(tái)的設(shè)計(jì)與計(jì)算包括哪些內(nèi)容 如何進(jìn)行計(jì)算與校核 8 如何進(jìn)行樁基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì) 9 特殊地質(zhì)條件下樁基的設(shè)計(jì)有哪些原則 10 如何進(jìn)行樁端樁側(cè)后注漿設(shè)計(jì) 10 復(fù)合地基如何進(jìn)行設(shè)計(jì) 11 剛?cè)釓?fù)合樁基有哪些特點(diǎn) 如何進(jìn)行設(shè)計(jì) 12 樁基設(shè)計(jì)程序的思路和步驟有哪些 各步驟有哪些應(yīng)注意的問(wèn)題 5 7 2地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)總原則 地基基礎(chǔ)分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ) 樁基礎(chǔ)是深基礎(chǔ)的主要形式之一 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須要服從地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的總原則 7 2 1地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括三方面內(nèi)容 即重要建筑物必須滿足地基承載力要求 變形要求和穩(wěn)定性要求 地基承載力計(jì)算是每項(xiàng)工程都必須進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容 穩(wěn)定性驗(yàn)算并不要求所有工程都需要進(jìn)行 只有兩種情況才需要驗(yàn)算建筑物的穩(wěn)定性 一種是經(jīng)常受水平荷載的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu) 另一種是建造在斜坡上的建筑物和構(gòu)筑物 根據(jù)地基復(fù)雜程度 建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問(wèn)題可能造成建筑物破壞或影響正常使用的程度 將地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分為三個(gè)設(shè)計(jì)等級(jí) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況 按表7 1選用 6 7 根據(jù)建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)及長(zhǎng)期荷載作用下地基變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響程度 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定 1 所有建筑物的地基計(jì)算均應(yīng)滿足承載力計(jì)算的有關(guān)規(guī)定 2 設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí) 乙級(jí)的建筑物 均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì) 3 表7 2所列范圍內(nèi)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)的建筑物可不作變形驗(yàn)算 如有下列情況之一時(shí) 仍應(yīng)作變形驗(yàn)算 1 地基承載力特征值小于130kPa 且體型復(fù)雜的建筑 2 在基礎(chǔ)上及其附近有地面堆載或相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大 可能引起地基產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降時(shí) 3 軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時(shí) 4 相鄰建筑距離過(guò)近 可能發(fā)生傾斜時(shí) 5 地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不均的填土 其自重固結(jié)未完成時(shí) 4 對(duì)經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑 高聳結(jié)構(gòu)和擋土墻等 以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構(gòu)筑物 尚應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性 5 基坑工程應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算 6 當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺 建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問(wèn)題時(shí) 尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算 8 9 7 2 2地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載規(guī)定地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果 必須和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載組合與取值一致 但由于地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在概念與設(shè)計(jì)方法上都有差異 在設(shè)計(jì)原則上也不統(tǒng)一 造成了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載規(guī)定中的某些方面與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的習(xí)慣不完全一致 為了進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 在荷載計(jì)算時(shí) 必須進(jìn)行3套 標(biāo)準(zhǔn)組合 基本組合和準(zhǔn)永久組合 荷載傳遞的計(jì)算 荷載傳遞計(jì)算的結(jié)果各適用于不同的計(jì)算項(xiàng)目 10 11 12 13 14 7 2 3地基變形計(jì)算1 基本規(guī)定建筑物的地基變形計(jì)算值 不應(yīng)大于地基變形允許值 而且表7 4是最大允許變形量 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要控制遠(yuǎn)小于最大允許變形量 地基變形特征可分為沉降量 沉降差 傾斜 局部?jī)A斜 1 沉降量為基礎(chǔ)中心的沉降 主要用于計(jì)算獨(dú)立柱基和地基變形較均勻的排架結(jié)構(gòu)柱基的沉降量 也可用于預(yù)估建筑物在施工期間和使用期間的地基變形量 以預(yù)留建筑物有關(guān)部分的凈空 2 沉降差指兩相鄰獨(dú)立基礎(chǔ)沉降量的差值 主要用于計(jì)算框架結(jié)構(gòu)相鄰柱基的地基變形差異 3 傾斜是指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值 主要用于計(jì)算大塊式基礎(chǔ)上的煙囪 水塔等高聳結(jié)構(gòu)物及受偏心荷載作用或不均勻地基影響的基礎(chǔ)整體傾斜 15 16 17 18 19 2 地基變形的計(jì)算地基變形計(jì)算是由土的壓縮性決定的 計(jì)算的常用方法是分層總和法 主要計(jì)算參數(shù)為土層的壓縮模量和壓縮層厚度及上部荷載 見本書第4章 影響土體壓縮性因素很多 土在外荷載作用下產(chǎn)生變形主要有以下一些原因 a 土顆粒在受力后發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或土顆粒的集合體之間發(fā)生滑動(dòng) b 土顆粒或顆粒集合體被壓碎 c 土顆粒之間孔隙中的自由水和空氣被擠出 d 土顆粒的薄膜水或結(jié)合水 束縛水 產(chǎn)生移動(dòng)或被擠出 封閉的孔隙氣體被壓縮 e 土顆粒產(chǎn)生彈性變形 其中a c d項(xiàng)產(chǎn)生的變形是主要的 它是由于土體中的孔隙體積減小而形成的 可以通過(guò)對(duì)土體受力后其孔隙比的變化來(lái)表征土的壓縮性 孔隙中水的擠出和土顆粒的移動(dòng)都需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后才能完成 這就是土的壓縮 地基沉降 需要一定時(shí)間才能完全穩(wěn)定的主要原因 設(shè)計(jì)時(shí)要詳細(xì)研究地質(zhì)報(bào)告提供的巖土物理力學(xué)參數(shù) 對(duì)壓縮模量的取值和變形計(jì)算深度要仔細(xì)核定 20 7 3樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思想 原則與內(nèi)容 7 3 1樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思想與基本要求在土木建筑工程中 當(dāng)淺基礎(chǔ)不能滿足建筑物或構(gòu)筑物的承載力 變形和穩(wěn)定性要求時(shí)就要采用深基礎(chǔ) 樁基是常用的深基礎(chǔ) 樁基的用途和類型有很多 對(duì)任一用途或類型的樁基 設(shè)計(jì)時(shí)都必須滿足三方面要求 其一是樁基必須是長(zhǎng)期安全適用的 其二是樁基設(shè)計(jì)必須是合理且經(jīng)濟(jì)的 其三是樁基設(shè)計(jì)必須考慮施工上的方便快速 此三方面要求同等重要 相互制約 因此 樁基設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 Designconceptsofpilefoundation 可以概括為在確保長(zhǎng)久安全的前提下 充分發(fā)揮樁土體系力學(xué)性能 做到既經(jīng)濟(jì)合理 又施工方便 快速 環(huán)保 要求設(shè)計(jì)施工人員依據(jù)規(guī)范又不僵硬地使用規(guī)范 從樁基工程的基本原理出發(fā) 考慮上部結(jié)構(gòu)荷載 地質(zhì)條件 施工技術(shù) 經(jīng)濟(jì)條件來(lái)正確地設(shè)計(jì)施工樁基礎(chǔ) 目的是保證建 構(gòu) 筑物的長(zhǎng)久運(yùn)行安全 21 樁基設(shè)計(jì)的安全性要求包括兩個(gè)方面 一是樁基與地基土相互之間的作用是穩(wěn)定的且變形滿足設(shè)計(jì)要求 二是樁基自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求 前者要求樁基在設(shè)計(jì)荷載作用下具有足夠的承載力 同時(shí)保證樁基不產(chǎn)生過(guò)量的變形和不均勻變形 后者要求樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)力必須在樁身材料強(qiáng)度容許范圍以內(nèi) 為保證建筑物的長(zhǎng)久安全性 樁基礎(chǔ)必須有一定的安全儲(chǔ)備 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 中規(guī)定單樁豎向承載力特征值取單樁豎向極限承載力的一半 即安全系數(shù)為2 以滿足長(zhǎng)期荷載和不可預(yù)見荷載對(duì)樁基礎(chǔ)的長(zhǎng)久安全要求 樁基設(shè)計(jì)的合理性要求樁的持力層 樁型 樁的幾何尺寸及自身參數(shù)和樁的布置盡可能地發(fā)揮樁基承載能力 按受力確定樁身材料強(qiáng)度等級(jí)和配筋率 無(wú)論是整體還是局部 既滿足構(gòu)造要求 又不過(guò)量配置材料 設(shè)計(jì)結(jié)果施工可行 設(shè)計(jì)結(jié)果符合建 構(gòu) 筑物的使用功能 樁基設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性要求是指樁基設(shè)計(jì)中要通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和手段 充分把握樁基特性 通過(guò)多方案的比較 尋求最佳設(shè)計(jì)方案 最大限度地發(fā)揮樁基的性能 力求使設(shè)計(jì)的樁基造價(jià)最低 又能確保長(zhǎng)久安全 22 23 24 7 3 4規(guī)范對(duì)樁基設(shè)計(jì)計(jì)算 驗(yàn)算內(nèi)容的要求1 建筑樁基安全等級(jí)根據(jù)樁基損壞造成建筑物的破壞后果 危及人的生命 造成經(jīng)濟(jì)損失 產(chǎn)生社會(huì)影響 的嚴(yán)重性 樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)表7 6選定適當(dāng)?shù)陌踩燃?jí) 2 樁基的極限狀態(tài)樁基的極限狀態(tài)分為下列兩類 承載力極限狀態(tài) 對(duì)應(yīng)于樁基達(dá)到最大承載能力或整體失穩(wěn)或發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形 正常使用極限狀態(tài) 對(duì)應(yīng)于樁基達(dá)到建筑物正常使用所規(guī)定的變形限值或達(dá)到耐久性要求的某項(xiàng)限值 25 3 樁基設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行的承載能力計(jì)算所有樁基均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算 主要包括 1 樁基的豎向承載力計(jì)算 抗壓和抗拔 當(dāng)主要承受水平荷載時(shí)應(yīng)進(jìn)行水平承載力計(jì)算 2 對(duì)樁身及承臺(tái)承載力進(jìn)行計(jì)算 3 當(dāng)樁端平面以下有軟弱下臥層時(shí) 應(yīng)驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力 4 對(duì)位于坡地 岸邊的樁基應(yīng)驗(yàn)算整體穩(wěn)定性 5 按 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 的規(guī)定 需進(jìn)行抗震驗(yàn)算的樁基 應(yīng)作樁基的抗震承載力驗(yàn)算 6 承載力計(jì)算時(shí) 應(yīng)采用荷載作用效應(yīng)的基本組合和地震作用效應(yīng)組合 荷載及抗震作用應(yīng)采用設(shè)計(jì)值 26 4 建筑樁基的變形驗(yàn)算建筑樁基應(yīng)驗(yàn)算變形如下 1 樁端持力層為軟弱土的一 二級(jí)建筑樁基以及樁端持力層為黏性土 粉土或存在軟弱下臥層的一級(jí)建筑樁基 應(yīng)驗(yàn)算沉降 并宜考慮上部機(jī)構(gòu)與基礎(chǔ)的共同作用 2 受水平荷載較大或?qū)λ阶兾灰髧?yán)格的一級(jí)建筑樁基應(yīng)驗(yàn)算水平變形 3 沉降計(jì)算時(shí)應(yīng)采用荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)組合 荷載應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值 水平變形 抗裂 裂縫寬度計(jì)算時(shí) 根據(jù)使用要求和裂縫控制等級(jí)應(yīng)分別采用荷載作用效應(yīng)的短期效應(yīng)組合或短期效應(yīng)組合考慮長(zhǎng)期荷載的影響 建于黏性土 粉土上的一級(jí)建筑樁基及軟土地區(qū)的一 二級(jí)建筑樁基 在其施工過(guò)程及建成后使用期間 必須進(jìn)行系統(tǒng)的沉降觀測(cè)直至沉降穩(wěn)定 27 7 4按變形控制的樁基設(shè)計(jì) 7 4 1按變形控制的樁基設(shè)計(jì)理念按變形控制的樁基設(shè)計(jì)理念 是指樁基設(shè)計(jì)時(shí)在保證長(zhǎng)久安全和滿足使用功能的前提下 控制一定的允許沉降量來(lái)協(xié)調(diào)同一建筑中不同荷載要求的變形 同時(shí)考慮樁 土 承臺(tái)的共同作用 現(xiàn)在流行的概念設(shè)計(jì)就是這個(gè)思路 這里必須要注意建筑地基規(guī)范表7 4的變形允許值是指房屋長(zhǎng)期使用的最大和最終沉降值 而不是設(shè)計(jì)時(shí)控制變形的值 設(shè)計(jì)時(shí)房屋竣工的變形控制值建議控制在50mm以內(nèi) 這樣既滿足建筑物的使用功能不使建筑物基礎(chǔ)與周邊地下管線脫開 又能做到建筑物內(nèi)部不同荷載樁基礎(chǔ)變形協(xié)調(diào) 28 7 4 2主樓與裙樓一體的樁基設(shè)計(jì)主樓建筑往往較高 相對(duì)單位荷載較大 裙樓建筑往往較低 相對(duì)單位荷載較小 而主裙樓一體建筑往往設(shè)置有統(tǒng)一的地下室 地下室使用功能一般為地下車庫(kù) 消防水池 電梯井等 現(xiàn)代設(shè)計(jì)主裙樓一般要求不設(shè)沉降縫 所以要求主裙樓建筑沉降要一致 因此在樁基設(shè)計(jì)時(shí)要考慮主裙樓樁基礎(chǔ)的變形協(xié)調(diào) 通常設(shè)計(jì)時(shí)主裙樓樁基的樁端持力層放在同一層上 而主樓樁基由于上部荷載大采用大直徑群樁基礎(chǔ) 而裙樓樁基由于上部荷載小采用直徑相對(duì)小一些的單樁或雙樁基礎(chǔ) 主樓與裙樓之間地下基礎(chǔ)可以是一體的 但承臺(tái)和基礎(chǔ)梁板的厚度可以不一樣 并通過(guò)后澆帶來(lái)協(xié)調(diào)變形 特別要注意在主裙樓上部荷載變化應(yīng)力疊加處會(huì)造成基礎(chǔ)內(nèi)力不均勻從而導(dǎo)致沉降不均勻 總之 主裙樓一體建筑在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮兩者的基礎(chǔ)沉降基本均勻 29 7 4 3長(zhǎng)短樁組合時(shí)的變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)天然地基和均勻布樁的初始豎向支承剛度是均勻分布的 設(shè)置于其上的有限剛度的基礎(chǔ) 承臺(tái) 受均布荷載作用時(shí) 由于土與土 樁與樁 土與樁的相互作用導(dǎo)致地基或樁群的豎向支承剛度分布發(fā)生內(nèi)弱外強(qiáng)變化 沉降變形出現(xiàn)內(nèi)大外小的碟形分布 基底反力出現(xiàn)內(nèi)小外大的馬鞍形分布 當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為荷載與剛度內(nèi)大外小的框筒結(jié)構(gòu)時(shí) 碟形沉降會(huì)更趨明顯 為避免上述負(fù)面效應(yīng) 突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念 通過(guò)調(diào)整地基或基樁的豎向支承剛度分布 促使差異沉降減到最小 基礎(chǔ)或承臺(tái)內(nèi)力顯著降低 這就是變剛度調(diào)平概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵 30 1 局部增強(qiáng)在采用天然地基時(shí)突破純天然地基的傳統(tǒng)觀念 對(duì)荷載集度高的區(qū)域如核心筒等實(shí)施局部增強(qiáng)處理 包括采用局部樁基與局部剛性樁復(fù)合地基 如圖7 2 a 2 樁基變剛度當(dāng)整體采用樁基時(shí)對(duì)于框筒 框剪結(jié)構(gòu) 采用變樁距 變樁徑 變樁長(zhǎng) 多層持力層 布樁 如圖7 2 b c d 對(duì)于荷載集度高的內(nèi)部樁群除考慮荷載因素外 尚應(yīng)考慮相互作用影響予以增強(qiáng) 對(duì)于外圍區(qū)應(yīng)適當(dāng)弱化 按復(fù)合樁基設(shè)計(jì) 3 主裙連體變剛度對(duì)于主裙連體建筑 基礎(chǔ)應(yīng)按增強(qiáng)主體 采用樁基 弱化裙房 采用天然地基 疏短樁 復(fù)合地基 的原則設(shè)計(jì) 4 上部結(jié)構(gòu)一基礎(chǔ)一地基 樁土 共同工作分析在概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上 進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)一基礎(chǔ)一地基 樁土 共同工作分析計(jì)算 進(jìn)一步優(yōu)化布樁 并確定承臺(tái)內(nèi)力與配筋 5 必須要注意變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)的目的是希望同一建筑物內(nèi)不同荷載部位的基礎(chǔ)沉降均勻 但在長(zhǎng)短樁布樁時(shí)如果短樁的持力層很差 長(zhǎng)樁的持力層很好 就會(huì)造成基礎(chǔ)沉降不均勻 特別是在長(zhǎng)短樁變化處 由于上部結(jié)構(gòu)荷載變化造成基礎(chǔ)交匯處應(yīng)力疊加導(dǎo)致基礎(chǔ)內(nèi)力不均勻 從而產(chǎn)生基礎(chǔ)沉降不均勻 所以變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)是有條件的 適合于長(zhǎng)短樁樁端持力層均較好的地層 也就是說(shuō)一般適用于北方土質(zhì)較好的地層中 對(duì)于短樁樁端持力層較差時(shí)應(yīng)慎用 31 32 7 4 4考慮花園覆土 降水等附加荷載時(shí)的樁基設(shè)計(jì)隨著生態(tài)意識(shí)的提高 在城市建設(shè)時(shí) 有越來(lái)越多的綠化面積采用人工地面覆土植被 尤其是很多住宅小區(qū)大量采用花園覆土 地下基礎(chǔ)頂面的綠化覆土與在自然土層上綠化種植不同 對(duì)地下結(jié)構(gòu)影響較大 將會(huì)引起可觀的地基附加應(yīng)力 同時(shí)對(duì)樁基礎(chǔ)帶來(lái)負(fù)摩阻力 而現(xiàn)在很多住宅小區(qū)又大量采用了大面積地下車庫(kù) 如果設(shè)計(jì)時(shí)不考慮花園覆土帶來(lái)的附加荷載和負(fù)摩阻力 就有可能導(dǎo)致基礎(chǔ)的整體過(guò)大沉降和不均勻沉降 如圖7 3 對(duì)于樁基持力層下存在軟弱下臥層時(shí) 更應(yīng)認(rèn)真考慮花園覆土帶來(lái)的附加荷載和負(fù)摩阻力對(duì)樁基礎(chǔ)沉降的影響 應(yīng)在設(shè)計(jì)驗(yàn)算下臥層的變形時(shí)考慮花園覆土的附加荷載影響 現(xiàn)代很多小區(qū)往往有很多幢不同高度的建筑 且一般設(shè)計(jì)有不同的地下室并分期施工 在地下室基坑開挖時(shí)又往往需要降水 當(dāng)鄰近后來(lái)建造的建筑基坑開挖降水水位下降時(shí) 會(huì)對(duì)小區(qū)內(nèi)已建建筑的地下室樁基礎(chǔ)帶來(lái)負(fù)摩阻力 所以在設(shè)計(jì)計(jì)算樁基礎(chǔ)沉降時(shí)要考慮地下降水水位下降附加荷載的影響 33 34 35 7 5樁型的選擇與優(yōu)化 在現(xiàn)代的樁基工程實(shí)踐中 開發(fā)了大量的各式各樣的樁型 而且一些新的樁型還在不斷地涌現(xiàn) 對(duì)于某一項(xiàng)具體的工程來(lái)說(shuō) 樁型選擇是一個(gè)需要慎重對(duì)待的問(wèn)題 樁基設(shè)計(jì)應(yīng)該盡可能選用技術(shù)性能更好 經(jīng)濟(jì)效益更高以及更適合現(xiàn)有施工條件的樁型 樁型與工藝選擇應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)類型 荷載性質(zhì) 樁的使用功能 穿越土層 樁端持力層土類 地下水位 施工設(shè)備 施工環(huán)境 施工隊(duì)伍水平和經(jīng)驗(yàn)以及制樁材料供應(yīng)條件等 選擇經(jīng)濟(jì)合理 安全適用的樁型和成樁工藝 不過(guò) 嚴(yán)格地說(shuō) 對(duì)于某一個(gè)工程 并非只有某一種樁可以選用 從不同的角度或要求來(lái)看 可能同時(shí)有兩三種樁型各有利弊 而綜合效果也差不多 因此 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循一定的選擇原則來(lái)考慮樁型的選用 36 7 5 1樁型選擇應(yīng)考慮的因素樁基樁型的選擇一般應(yīng)考慮下列因素 1 樁基礎(chǔ)的長(zhǎng)久安全性安全性 safety 是指所選的樁型要考慮必須保證建筑物長(zhǎng)久安全 不能只考慮滿足短期的安全 如有軟弱下臥層時(shí) 短樁基礎(chǔ)必須驗(yàn)算下臥層的變形 如經(jīng)驗(yàn)算長(zhǎng)期變形不能滿足使用要求 那么必須將短樁基礎(chǔ)變?yōu)殚L(zhǎng)樁基礎(chǔ) 樁端穿過(guò)軟弱下臥層到下部堅(jiān)硬的持力層 2 建筑物類型 上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 荷載大小 對(duì)變形要求等選擇樁型必須考慮所設(shè)計(jì)建筑物類型 typesofbuilding 上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn) characterofupperstructure 荷載大小 magnitudeofloading 對(duì)變形要求 requirementofdeformation 等因素 例如若樁的承載力較小 以致樁的數(shù)量過(guò)多 間距過(guò)密 則將會(huì)引起 樁的飽和 此時(shí)便應(yīng)考慮改用大承載力的大直徑樁等樁型 對(duì)于路堤 碼頭等承受循環(huán)或沖擊荷載的構(gòu) 筑 物 可考慮采用鋼樁 因鋼樁具有良好的吸收能量的特性 對(duì)于承受風(fēng)力或地震作用較大的高層建筑等情況 則需采用具有承受水平力和彎矩能力較強(qiáng)的樁型 通常大荷載的高層建筑一般采用人工挖孔樁 大直徑鉆孔灌注樁 大口徑預(yù)應(yīng)力管樁 小高層建筑采用小直徑鉆孔樁和預(yù)應(yīng)力管樁 多層建筑采用沉管灌注樁和小口徑預(yù)應(yīng)力管樁 37 3 地質(zhì)條件地質(zhì)條件 geologicalconditions 是樁型選擇要考慮的一個(gè)很重要的因素 樁型的選擇要求所選定樁型在該地質(zhì)條件下是安全的 能符合樁基設(shè)計(jì)對(duì)于樁承載力和沉降的要求 符合這樣的要求的樁型可能不只是一種 這就要加上其它條件的限制 樁基設(shè)計(jì)中的地質(zhì)問(wèn)題是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題 如一般對(duì)于基巖或密實(shí)卵礫石層埋藏不深的情況 通常首先考慮端承樁 并選用大直徑 高強(qiáng)度的嵌巖樁 并由樁身材料強(qiáng)度控制樁承載力 而當(dāng)基巖埋藏很深時(shí) 則只能考慮摩擦型樁或摩擦端承樁 但為了避免上部建筑物產(chǎn)生過(guò)大的沉降 應(yīng)使樁端支承于具有足夠厚度的性能良好的持力層 4 樁土體系的力學(xué)性能進(jìn)行樁型的選擇時(shí) 要考慮不同樁型的樁土體系的力學(xué)性能 mechanicalpropertiesofpile soilsystem 的發(fā)揮特點(diǎn) 即找出不同樁型 不同樁長(zhǎng) 不同樁徑樁在本地質(zhì)條件下側(cè)阻端阻的最佳發(fā)揮性能的樁 如對(duì)于大直徑超長(zhǎng)灌注樁 應(yīng)考慮其側(cè)摩阻力軟化對(duì)樁基礎(chǔ)承載力的影響 38 5 施工條件任何一種樁型施工都必須運(yùn)用專門的施工機(jī)械設(shè)備和依靠特定的工藝才能實(shí)現(xiàn) 因此 在地質(zhì)條件和環(huán)境條件一定的情況下 所選樁型是否能利用現(xiàn)有設(shè)備與技術(shù)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo) 以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境是否允許該施工工藝順利實(shí)施 都必須在選型中一一考慮 鑒于建筑物的重要性 通常首選當(dāng)?shù)乇容^常用的 施工與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)都比較成熟的樁型 如鉆孔樁 預(yù)應(yīng)力管樁 沉管灌注樁 另外 樁基施工可能對(duì)周圍建 構(gòu) 筑物及地下設(shè)施造成擾動(dòng)或危害 如打樁引起的震動(dòng) 擠土等 擠土樁施工將會(huì)引起地面隆起和側(cè)移 尤其是在密實(shí)的細(xì)粒砂質(zhì)粉土和黏性土的場(chǎng)地 從而影響鄰近建筑物和先前已打設(shè)的樁 此時(shí)采用置換樁將可減輕此類影響 如由于某些特殊原因而必須采用擠土樁時(shí) 那么必須采取預(yù)鉆孔取土等相應(yīng)的措施防止土體隆起和側(cè)移 又如當(dāng)采用鉆孔樁時(shí) 必須對(duì)施工所產(chǎn)生的泥漿廢液或污水妥善處理 以免污染環(huán)境 39 6 經(jīng)濟(jì)條件樁型的最后選定還要看技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析 即考慮包括樁的荷載試驗(yàn)在內(nèi)總造價(jià)和整個(gè)工程的綜合經(jīng)濟(jì)效益及施工方便性 為此 應(yīng)對(duì)所選樁型和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析加以論證 并同時(shí)顧及環(huán)境效益和社會(huì)效益 此外 還要考慮工期問(wèn)題 延誤工期是要罰款的 時(shí)間就是金錢 所以 對(duì)于樁型選擇來(lái)講 承包商的經(jīng)濟(jì)條件 economicconditions 及工期要求也是一個(gè)重要的因素 7 環(huán)境條件環(huán)境條件 environmentconditions 對(duì)樁型選擇也有一定的影響和約束 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境是否允許所選樁型的施工工藝順利實(shí)施 樁基施工是否會(huì)對(duì)鄰近建筑物導(dǎo)致不良環(huán)境效應(yīng)以及這些效應(yīng)是否為有關(guān)法規(guī)所容許 這些問(wèn)題都必須要慎重考慮 40 7 5 2樁型選擇的優(yōu)化在具體進(jìn)行樁的選型時(shí) 要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的荷載特點(diǎn)和地質(zhì)條件 環(huán)境條件 施工條件來(lái)合理選擇樁型 可以初步選定2 3個(gè)樁型 如選鉆孔樁 預(yù)應(yīng)力管樁或沉管灌注樁編制初步設(shè)計(jì)方案 并進(jìn)行方案的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)安全對(duì)比 優(yōu)選出初步設(shè)計(jì)樁型方案 同時(shí)與各方討論商定最終方案 最后選定的樁型其單樁和群樁的極限強(qiáng)度和安全系數(shù)都應(yīng)當(dāng)滿足規(guī)范要求 群樁的最終沉降量和最大差異沉降應(yīng)首先滿足甲方使用要求且必須滿足 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 規(guī)定的容許變形量 同時(shí) 對(duì)于主樓 裙樓 地下室一體的建筑 所選樁型必須滿足變形協(xié)調(diào)的要求 規(guī)范規(guī)定對(duì)于同一建筑物 原則上宜采用同種樁型 對(duì)于有可能產(chǎn)生液化的砂土層 不應(yīng)采用錘擊式 振動(dòng)式現(xiàn)場(chǎng)灌注的混凝土樁型 對(duì)于軟土要考慮打樁擠土效應(yīng) 一般最終選擇的樁型設(shè)計(jì)參數(shù)是經(jīng)過(guò)樁基靜載試驗(yàn)檢驗(yàn)最終確定可行的優(yōu)化方案 41 7 6樁的平面布置 7 6 1影響樁基平面布置的因素1 地質(zhì)條件在滿足荷載條件和規(guī)范要求的前提下 樁的布置也要適當(dāng)考慮地質(zhì)條件的制約 例如 在黏土地基中布樁 一般需要采用比較大的樁距 以減小地表土的隆起 當(dāng)樁端持力層為傾斜的基巖或土層中含有漂石時(shí) 樁距也應(yīng)取大值 如果采用預(yù)先挖孔或鉆孔的辦法 樁距可減小 在松砂和砂質(zhì)淤泥層中 小樁距反而因能擠密樁周土 致使對(duì)具有負(fù)摩擦力的樁基產(chǎn)生有利的作用 故宜將樁距予以適當(dāng)減小 2 樁型條件考慮樁距問(wèn)題 主要是盡量避免地基土中應(yīng)力重疊所產(chǎn)生的不利影響 過(guò)大沉降或剪切破壞 但過(guò)分加大樁距 將導(dǎo)致由于承臺(tái)加大加厚而帶來(lái)的造價(jià)提高 對(duì)水下基礎(chǔ)而言 還會(huì)帶來(lái)許多不利于施工的技術(shù)問(wèn)題 眾所周知 不同樁型對(duì)應(yīng)力重疊不利影響是不同的 例如端承型群樁由于通過(guò)樁側(cè)摩阻力傳遞到土層中的應(yīng)力很小 因此樁群中各樁的相互影響較小 應(yīng)力重疊只發(fā)生于持力層的深部 因而可以考慮較小的樁距 42 3 施工條件在有些情況下 施工條件也會(huì)對(duì)樁的布置有影響 例如 當(dāng)采用地下室逆作法施工時(shí) 要求樁的布置必須為一柱一樁 此時(shí)樁的中心距已為柱距所限定 又如 地下埋設(shè)物 地下管道 電纜等 的情況與樁的布置亦有關(guān) 當(dāng)?shù)叵侣裨O(shè)物確實(shí)影響樁基施工而又不可能拆除時(shí) 布樁時(shí)必須考慮或在施工時(shí)將設(shè)計(jì)樁位移位 4 功能條件樁的使用功能對(duì)樁的布置很有影響 樁的布置要使得預(yù)期的樁基功能能夠充分地發(fā)揮 例如 作為深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)樁 其布置形式與樁距與一般的樁基礎(chǔ)的布置明顯不同 圍護(hù)樁為了發(fā)揮防滲和支擋的雙重作用 一般采用小樁距和縱向排列的樁墻形式 5 幾何條件樁的布置還應(yīng)滿足最小間距的要求 樁的最小間距在很大的程度上取決于樁的直徑和樁的長(zhǎng)度 6 其它方面的考慮樁的布置問(wèn)題是空間性的 除了考慮樁距外 還要考慮群樁的排列型式 樁的結(jié)構(gòu)型式 埋設(shè)深度以及持力層的確定等 除此以外 設(shè)計(jì)中采用的設(shè)計(jì)理論也在一定的程度上影響著布樁的最終結(jié)果 43 44 2 基樁排列時(shí) 樁群反力的合力點(diǎn)與荷載重心宜重合 并使樁基受水平力和力矩較大方向有較大的剛度 3 對(duì)于樁箱基礎(chǔ) 宜將樁布置于墻下 對(duì)于帶梁 肋 樁筏基礎(chǔ) 宜將樁布置于梁 肋 下 對(duì)于大直徑樁宜采用一柱一樁 4 同一結(jié)構(gòu)單元宜避免采用不同類型的樁 同一基礎(chǔ)相鄰樁的樁底標(biāo)高差 對(duì)于非嵌巖端承型樁 不宜超過(guò)相鄰樁的中心距 對(duì)于摩擦型樁 在相同土層中不宜超過(guò)樁長(zhǎng)的l 10 5 一般應(yīng)選擇較硬土層作為樁端持力層 樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度 對(duì)于黏性土 粉土不宜小于2d 砂土不宜小于1 5d 碎石類土 不宜小于1d 當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí) 樁端到軟下臥層頂板的距離不宜小于4d 并應(yīng)進(jìn)行下臥層變形驗(yàn)算 當(dāng)硬持力層較厚且施工條件許可時(shí) 樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度宜達(dá)到樁端阻力的臨界深度 45 7 6 3常見的樁基平面布置形式總的來(lái)說(shuō) 樁的布置要和基礎(chǔ)底面及作用于基礎(chǔ)上的荷載分布相適應(yīng) 不同的基礎(chǔ)下 樁的布置就各有不同 樁的布置要盡可能使群樁的形心與長(zhǎng)期作用的荷載的重心在一根垂線上 這樣可使上部結(jié)構(gòu)對(duì)傾覆的抵抗有更好的穩(wěn)定性和較小的沉降差 如當(dāng)荷載有可能引起較大的彎矩時(shí) 就應(yīng)把較多的樁布置在較大彎矩的一側(cè)以使群樁有更大的抗彎能力 同時(shí)如基底面積許可 把樁排得疏一些也可使樁基具有較大的抗彎剛度和穩(wěn)定性 電梯井一般應(yīng)布置群樁承臺(tái) 剪力墻則必須要在墻下布條形群樁 樁的布置也要考慮到沉樁的施工實(shí)效 要使樁正確地下沉在施工平面圖所示的位置 或要求各樁完全在指定垂線上 這都是往往辦不到的事 所以樁基設(shè)計(jì)時(shí) 就應(yīng)考慮到樁的位置雖略有變動(dòng)但不致造成大礙的打算 例如一個(gè)不大的柱下基礎(chǔ)可以使用兩根樁時(shí) 由于考慮到樁的定位 垂度在實(shí)際施工中可能會(huì)有誤差 就不如改用三根樁 這樣各樁略有偏差 影響就較小 又如墻基下用單排樁就不如用雙排樁好 46 47 48 49 50 51 52 7 7樁基持力層的選擇 在本書2 8節(jié)中 已經(jīng)介紹了針對(duì)地質(zhì)勘察報(bào)告對(duì)擠土樁和非擠土樁選擇持力層的一些要求 這里從樁基設(shè)計(jì)出發(fā) 介紹持力層選擇應(yīng)遵循的原則 持力層是指地層剖面中某一能對(duì)樁起主要支承作用的巖土層 樁端持力層一般要有一定的強(qiáng)度與厚度 能使上部結(jié)構(gòu)的荷載通過(guò)樁傳遞到該硬持力層上且變形量小 所以持力層的選擇與上部結(jié)構(gòu)的荷載密切相關(guān) 一般對(duì)荷載較小的如6層建筑 持力層只要選用地層剖面中淺層持力層且滿足沉降要求就可以 對(duì)于荷載較大的如18層建筑 持力層要選在地層剖面中較深部的較硬持力層以滿足承載力要求 同時(shí)樁持力層下無(wú)軟下臥層以滿足變形要求 對(duì)于荷載很大的如30層高層建筑 樁端持力層要選在地層剖面中深部的堅(jiān)硬持力層如中風(fēng)化基巖 或厚度大的卵礫層實(shí)行樁底注漿 以滿足變形要求 總之 選擇樁端持力層要滿足承載力和沉降要求 安全性 其次要考慮經(jīng)濟(jì)性 合理性 施工方便等因素 原則上在相同的經(jīng)濟(jì)性時(shí)盡可能不用純摩擦樁型 即無(wú)持力層 而選擇摩擦端承型 端承摩擦型或純端承樁 53 持力層的選定是樁基設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié) 持力層的選用決定于上部結(jié)構(gòu)的荷載要求 場(chǎng)地內(nèi)各硬土層的深度分布 各土層的物理力學(xué)性質(zhì) 地下水性質(zhì) 擬選的樁型及施工方式 樁基尺寸及樁身強(qiáng)度等 持力層選擇是否得當(dāng) 直接影響樁的承載力 沉降量 樁基工程造價(jià)和施工難易程度 一般地說(shuō) 對(duì)于持力層的選定 可以提供下列一些應(yīng)當(dāng)遵循的原則 1 必須根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載要求和沉降要求來(lái)選擇樁端持力層 不同高度的建筑物應(yīng)選擇不同的持力層 樁長(zhǎng)樁徑也不同 2 在經(jīng)濟(jì)性相同的條件下 盡可能選擇堅(jiān)硬的持力層作為樁端持力層以減少樁基礎(chǔ)沉降量 3 同一建筑物原則上宜選用同一持力層 4 軟土中的樁基宜選擇中低壓縮層作為樁基的持力層 對(duì)于上部有液化的地層 樁基一般應(yīng)穿過(guò)液化土層 對(duì)于黃土濕陷性地層 樁端應(yīng)穿過(guò)濕陷性土層而支承在低壓縮性的黏性土 粉土 中密和密實(shí)砂土及碎石類土層中 對(duì)于季節(jié)性凍土和膨脹土地基中的樁基 樁端應(yīng)進(jìn)入凍深線或膨脹土的大氣影響急劇層以下深度4倍樁徑以上 且最小深度應(yīng)大于1 5m 5 樁端持力層的地基承載力應(yīng)能保證滿足設(shè)計(jì)要求的單樁豎向承載力 如果地基中有軟弱土層 原則上樁端應(yīng)穿過(guò)軟弱下臥層到下部較堅(jiān)硬的地層作持力層 對(duì)于小荷載多層建筑樁端平面距離軟弱下臥層頂面應(yīng)不小于臨界厚度以滿足變形要求 6 對(duì)于地下地層為傾斜地層時(shí) 樁端持力層的選擇不但要滿足承載力的要求 而且要滿足穩(wěn)定性要求 此時(shí)樁端入持力層深度應(yīng)滿足規(guī)范要求以防止樁端滑移 54 7 對(duì)于基礎(chǔ)作用在樁持力層上的荷載 總荷載中的樁端分擔(dān)部分 必須保證有足夠的安全度并且不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大沉降量和不均勻沉降 在驗(yàn)算群樁基礎(chǔ)的樁基持力層的承載力時(shí) 應(yīng)考慮等代墩基的應(yīng)力擴(kuò)散角 8 在選擇樁端持力層時(shí) 要考慮所選樁基的施工可行性和方便性 9 在選擇樁端持力層時(shí) 要考慮打樁對(duì)樁端持力層的擾動(dòng)影響 在必要的情況下 可以考慮對(duì)持力層進(jìn)行注漿加固 10 在選擇樁端持力層時(shí)要考慮打樁對(duì)周邊建筑物管線等環(huán)境的影響 11 在根據(jù)地質(zhì)資料樁端持力層不能確定的情況下 可以通過(guò)對(duì)不同樁長(zhǎng)持力層進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)對(duì)比的辦法來(lái)最終確定合理的樁基持力層 持力層的好壞密切關(guān)系建筑物的穩(wěn)定與安全 并影響基礎(chǔ)工程的造價(jià) 因此應(yīng)對(duì)上述各項(xiàng)原則充分考慮后合理的確定 詳細(xì)了解區(qū)內(nèi)各剖面的地質(zhì)情況 提供持力層等高線圖 55 7 8樁長(zhǎng)與樁徑的選擇 確定樁徑與樁長(zhǎng)是個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題 它受到不少具體條件的制約 一般說(shuō)來(lái) 樁徑與樁長(zhǎng)要受到下列各種因素的影響 樁的荷載特性 大小 作用方向 動(dòng)力還是靜力 樁打入地下地層的土力學(xué)特性 土層在深度方向的分布情況 各層土的物理力學(xué)特性 地下水的性質(zhì)以及有無(wú)地下障礙物等 打樁方式 樁的類型與樁材等 因此在工程實(shí)踐中 選用樁徑與樁長(zhǎng)要在遵守規(guī)范的前提下充分發(fā)揮樁土體系的力學(xué)性能 結(jié)合設(shè)計(jì)人員的工程經(jīng)驗(yàn) 經(jīng)過(guò)分析比較來(lái)選定最優(yōu)的樁徑與樁長(zhǎng) 在實(shí)際工作中 樁徑與樁長(zhǎng)的選用 通常是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己所掌握的地質(zhì)資料 荷載特點(diǎn)和周邊成功的工程類比及選定樁型的特點(diǎn) 憑經(jīng)驗(yàn)先對(duì)擬選用的樁長(zhǎng)與樁徑進(jìn)行計(jì)算 然后根據(jù)甲方 施工方等各方意見來(lái)平面布樁 反復(fù)修改驗(yàn)算再來(lái)具體確定 56 7 8 1樁長(zhǎng)的選擇對(duì)樁長(zhǎng)的確定應(yīng)綜合考慮各種有關(guān)的因素 當(dāng)然 在大多數(shù)情況下難以做到面面俱到 在樁基設(shè)計(jì)中 只能照顧和控制主要的影響因素 力求做到既滿足使用要求 又能最有效地利用和發(fā)揮地基土和樁身的承載能力 既符合成樁技術(shù)的現(xiàn)實(shí)水平 又能滿足工期要求和降低樁基造價(jià) 在確定樁長(zhǎng)時(shí)對(duì)各有關(guān)因素的考慮 大致可概括為如下幾個(gè)方面 1 荷載條件上部結(jié)構(gòu)傳遞給樁基的荷載大小是控制單樁設(shè)計(jì)承載力因而也是控制樁長(zhǎng)的主要因素 在給定的地質(zhì)條件下 確定選用樁型和樁徑后 樁長(zhǎng)也就初步確定 因?yàn)橐欢ǖ臉堕L(zhǎng)才能提供足夠的樁側(cè)摩阻力和端阻力 以滿足設(shè)計(jì)對(duì)單樁承載力的要求 一般直接根據(jù)規(guī)范方法確定 需要強(qiáng)調(diào)的是在欠固結(jié)的松散填土中 負(fù)摩擦力會(huì)引起下曳荷載 因而負(fù)摩擦力也是確定樁長(zhǎng)的主要因素 2 地質(zhì)條件主要是良好持力層的埋深與地層層次排列的影響 在樁型確定以后 根據(jù)土層的豎向分布特征 大體可以選定樁端持力層 從而初步確定樁長(zhǎng) 但地層層次的排列情況也是決定樁長(zhǎng)的重要因素 在現(xiàn)實(shí)的施工技術(shù)條件下 樁的最大可能的打入深度或埋設(shè)深度以及沉降量都與地層層次的排列有密切關(guān)系 例如 對(duì)于地基淺處有砂礫層而深處有硬黏土層的情況 要權(quán)衡的是采用設(shè)置樁端于砂礫層的短樁有利 還是采用抵達(dá)硬黏土層中的長(zhǎng)樁有利 又如 在地基為深厚 厚度為60m左右 飽和軟黏土且底層為砂層的情況下 當(dāng)采用天然地基及軟土加固方案均不可行時(shí) 只有采用超長(zhǎng)樁方案 將高層建筑的荷載傳遞至軟土下的砂層 57 3 地基土的特性樁長(zhǎng)也受到地基土特性的影響 1 可液化土 liquefiedsoil 飽和松砂受振動(dòng)作用時(shí) 會(huì)發(fā)生液化現(xiàn)象 土的有效應(yīng)力驟減甚至全無(wú) 抗剪強(qiáng)度便突然減小或變?yōu)榱?這時(shí)土中的樁便失去土的支持而破壞 規(guī)范指出 采用打樁處理時(shí) 樁長(zhǎng)應(yīng)穿過(guò)可液化砂層 并有足夠長(zhǎng)度伸入穩(wěn)定土層 2 濕陷性黃土 collapsibleloess 濕陷性黃土受水浸濕時(shí)其強(qiáng)度指標(biāo)會(huì)因而降低 樁的承載能力隨之削弱 其削弱程度與樁長(zhǎng)有關(guān) 大于10m的長(zhǎng)樁 強(qiáng)度下降可達(dá)40 小于6m的短樁可達(dá)50 黃土濕陷還對(duì)樁產(chǎn)生負(fù)摩擦力 這個(gè)力產(chǎn)生在濕陷性黃土層的整個(gè)厚度內(nèi) 即中性點(diǎn)出現(xiàn)在濕陷性與非濕陷性黃土層的交界面上 負(fù)摩擦力的出現(xiàn)增大了樁所承受的荷載 故在計(jì)算樁的承載力和沉降時(shí) 都應(yīng)計(jì)及樁所承受的負(fù)摩擦力 在濕陷性黃土中 樁應(yīng)穿過(guò)濕陷性土層而進(jìn)入非濕陷性的土層中 故濕陷性黃土的樁長(zhǎng)必須大于濕陷性土層厚度 3 膨脹土 expansivesoil 膨脹土活動(dòng)層的土遇水膨脹 樁便會(huì)因而受到上拔力的作用 這對(duì)樁的結(jié)構(gòu)整體性和對(duì)基礎(chǔ)的變形都有影響 在樁的設(shè)計(jì)中 埋入活動(dòng)層中那一部分樁長(zhǎng)的承載力 不予考慮 插入活動(dòng)層以下那一部分的樁長(zhǎng)應(yīng)具有足夠的抗拔力 樁的結(jié)構(gòu)抗力足以抵抗上拔力的作用 58 4 樁 土相互作用條件樁長(zhǎng)的選擇要使樁 土相互作用 pile soilinteraction 發(fā)揮最佳的承載效果 從樁基設(shè)計(jì)的總體來(lái)考慮 在地基土的條件允許時(shí) 采用較長(zhǎng)的樁 較少的樁數(shù) 較大的樁距和較大的單樁設(shè)計(jì)荷載 通常是比較經(jīng)濟(jì)的 比較明顯的例子是當(dāng)設(shè)計(jì)中考慮要多發(fā)揮承臺(tái)分擔(dān)荷載的作用而利用 疏樁基礎(chǔ)理論 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí) 按照 長(zhǎng)樁疏布 寬基淺埋 的原則 就應(yīng)該采用較大的樁長(zhǎng) 又如 對(duì)于摩擦樁 不宜采用短粗的大直徑樁 而應(yīng)采用細(xì)長(zhǎng)樁 以獲得較大的比表面尺寸和節(jié)省材料 59 60 7 8 2樁徑的確定一方面樁徑越大相對(duì)單樁承載力就越高 另一方面樁徑越大混凝土用量就越多 所以存在一個(gè)合理樁徑的問(wèn)題 樁徑與樁長(zhǎng)之間相互影響 相互制約 本書第7 6 1節(jié)中確定樁長(zhǎng)時(shí)要考慮的一些因素也同樣適用于樁徑 設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該注意到如下的一些規(guī)定和原則 1 樁徑的確定要考慮平面布樁和規(guī)范對(duì)樁間距的要求 如規(guī)范規(guī)定鉆孔樁的最小樁間距為3d 若選定樁徑d為1000mm 那么最小樁間距就為3000mm 此時(shí)要考慮上部荷載按3000mm的最小樁間距能否布得下全部樁 2 一般情況下 同一建筑物的樁基應(yīng)該選用同種樁型和同一持力層 但可以根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)樁荷載的要求選擇不同的樁徑 3 樁徑的選擇應(yīng)考慮長(zhǎng)徑比的要求 同時(shí)按照不出現(xiàn)壓屈失穩(wěn)條件來(lái)核驗(yàn)所采用的樁長(zhǎng)徑比 特別是對(duì)高承臺(tái)樁的自由段較長(zhǎng)或樁周土為可液化土或特別軟弱土層的情況下更應(yīng)重視 61 62 7 9承臺(tái)中樁基的承載力計(jì)算與平面布置 樁基設(shè)計(jì)應(yīng)滿足安全 合理和經(jīng)濟(jì)的要求 對(duì)樁和承臺(tái)來(lái)說(shuō) 應(yīng)有足夠的強(qiáng)度 剛度和耐久性 對(duì)承臺(tái)下的地基來(lái)說(shuō) 要有足夠的承載力和不產(chǎn)生過(guò)量的變形 在充分掌握必要的設(shè)計(jì)資料后 承臺(tái)中樁基的設(shè)計(jì)與計(jì)算可按下列步驟進(jìn)行 1 選擇樁的類型和幾何尺寸 初擬承臺(tái)底面標(biāo)高 2 確定基樁承載力特征值 3 確定樁的數(shù)量及其平面布置 4 樁基承載力驗(yàn)算 必要時(shí)驗(yàn)算樁基沉降 5 樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 承臺(tái)設(shè)計(jì)與計(jì)算 7 繪制樁基施工圖 樁的類型 截面尺寸和樁長(zhǎng) 持力層選擇等應(yīng)根據(jù)建 構(gòu) 筑物的結(jié)構(gòu)類型 樓層數(shù)量 荷載情況 場(chǎng)地地質(zhì)和環(huán)境條件 當(dāng)?shù)厥褂脴痘?jīng)驗(yàn) 施工能力和造價(jià)等因素綜合考慮確定 確定的原則本章前面幾節(jié)已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹 在確定樁的類型和幾何尺寸后 應(yīng)初步確定承臺(tái)底面標(biāo)高 以明確有效樁長(zhǎng) 便于計(jì)算樁基承載力 一般情況下 主要從地下空間使用要求 結(jié)構(gòu)要求 工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件 地基凍融條件和方便施工等方面來(lái)選擇合適的承臺(tái)埋深 63 7 9 1基樁豎向承載力的計(jì)算樁基豎向承載力取決于兩個(gè)方面 其一是樁本身的材料強(qiáng)度 其二是地基土對(duì)樁的支承抗力 設(shè)計(jì)時(shí)二者必須兼顧 即設(shè)計(jì)時(shí)分別計(jì)算二者的設(shè)計(jì)值后取其中的小值作為設(shè)計(jì)依據(jù) 64 65 66 67 68 69 7 9 2樁數(shù)的確定及承載力 沉降驗(yàn)算建 構(gòu) 筑物的樁基通常是由多根樁 群樁 組成 在樁基承載力特征值確定后 由建 構(gòu) 筑物設(shè)計(jì)荷載確定基樁根數(shù) 并合理確定樁的間距和基樁的平面布置 是樁基設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一 對(duì)于低承臺(tái)樁基 在樁基承載力特征值確定以后 可按樁基承臺(tái)的荷載設(shè)計(jì)值和復(fù)合基樁或基樁的承載力設(shè)計(jì)值來(lái)確定樁的根數(shù) 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 7 10承臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 承臺(tái)的常用形式有 柱下獨(dú)立承臺(tái) 墻下或柱下條形承臺(tái) 十字交叉條形承臺(tái) 筏形承臺(tái) 箱形承臺(tái)和環(huán)形承臺(tái)等 承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算包括受彎 受沖切 受剪和局部受壓等 具體計(jì)算可參考相應(yīng)規(guī)范 并應(yīng)符合構(gòu)造要求 80 81 82 2 箱形承臺(tái)和筏形承臺(tái)箱形承臺(tái)和筏形承臺(tái)的彎矩可按下列規(guī)定計(jì)算 1 箱形承臺(tái)和筏形承臺(tái)的彎矩宜考慮地基土層性質(zhì) 基樁分布 承臺(tái)和上部結(jié)構(gòu)形式和剛度 按地基一樁 承臺(tái) 上部結(jié)構(gòu)共同作用原理分析計(jì)算 2 對(duì)于箱形承臺(tái) 當(dāng)樁端持力層為基巖 密實(shí)的碎石類土 砂土 且較均勻時(shí) 當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為剪力墻或當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為框筒 框剪結(jié)構(gòu)且按變剛度調(diào)平原則布樁時(shí) 箱形承臺(tái)頂 底板可僅考慮局部彎矩作用進(jìn)行計(jì)算 3 對(duì)于筏形承臺(tái) 當(dāng)樁端持力層堅(jiān)硬均勻 上部結(jié)構(gòu)剛度較好 且柱荷載及柱間距的變化不超過(guò)20 時(shí) 或當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為框筒 框剪結(jié)構(gòu)且按變剛度調(diào)平原則布樁時(shí) 可僅考慮局部彎矩作用按倒樓蓋梁法進(jìn)行計(jì)算 3 柱下條形承臺(tái)梁柱下條形承臺(tái)梁的彎矩可按下列規(guī)定計(jì)算 1 一般可按彈性地基梁 地基計(jì)算模型應(yīng)根據(jù)地基土層特性選取 進(jìn)行分析計(jì)算 2 當(dāng)樁端持力層較硬且樁柱軸線不重合時(shí) 可視樁為不動(dòng)鉸支座 按連續(xù)梁計(jì)算 4 墻下條形承臺(tái)梁砌體墻下條形承臺(tái)梁 可按倒置彈性地基梁計(jì)算彎矩和剪力 對(duì)于承臺(tái)上的砌體墻 尚應(yīng)驗(yàn)算樁頂以上部分砌體的局部承壓強(qiáng)度 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 7 11樁基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì) 7 11 1地震的破壞方式地震破壞方式有共振破壞 駐波破壞 相位差動(dòng)破壞 地震液化和地震帶來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害五種 97 98 99 100 7 11 3液化地基的判別在地下水位以下的飽和的粉砂和粉土在地震作用下 土顆粒之間有變密的趨勢(shì) 但因孔隙水來(lái)不及排出 使土顆粒處于懸浮狀態(tài) 形成如液體一樣 這種現(xiàn)象就稱為土的液化 表現(xiàn)的形式近于流砂 產(chǎn)生的原因在于振動(dòng) 液化是否發(fā)生與多種因素有關(guān) 比較復(fù)雜 不確定性較大 因此判別只能是一種估計(jì) 預(yù)測(cè)土層在一定假設(shè)條件下是否發(fā)生液化的總趨勢(shì) 對(duì)于一般工程項(xiàng)目 砂土或粉土液化判別及危害程度估計(jì)可按 兩步判別 的步驟進(jìn)行 即分初判和細(xì)判 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 7 11 7樁基的抗震構(gòu)造要求 SeismicDesignrequirementofpile 除上述驗(yàn)算原則外 還應(yīng)對(duì)樁基的構(gòu)造予以加強(qiáng) 因?yàn)闃痘碚摲治鲆呀?jīng)證明 地震作用下的樁基在軟 硬土層交界面處最易受到剪 彎損害 因此必須采取有效的構(gòu)造措施 具體規(guī)定為液化土中樁的配筋范圍 應(yīng)自樁頂至液化深度以下符合全部消除液化沉陷所要求的距離 其縱向鋼筋應(yīng)與樁頂部相同 箍筋應(yīng)加密 國(guó)標(biāo) 工業(yè)構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 1994 中 對(duì)樁基的抗震構(gòu)造要求按建筑物的重要性不同分別對(duì)待 并分別為A B C三個(gè)等級(jí) 如表7 15 具體要求如下 118 1 C類抗震性能 滿足一般樁基礎(chǔ)的構(gòu)造要求 2 B類抗震性能 應(yīng)滿足C類的所有要求 并應(yīng)按本款要求采取構(gòu)造措施 必須將樁中鋼筋錨入承臺(tái) 錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿足受拉要求 樁身箍筋彎鉤彎折135 鉤后延伸10d 在軟硬土層 相鄰兩層剪切模量之比超過(guò)1 6時(shí) 界面上下各1 2m范圍內(nèi) 箍筋宜按樁頂箍筋直徑 間距采用 灌注樁 頂部10倍樁徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)配置鋼筋 當(dāng)樁的設(shè)計(jì)直徑為300 600mm時(shí) 配筋率不應(yīng)少于O 4 O 65 小樁徑取高值 大樁徑取低值 樁身上部60mm以內(nèi) 箍筋直徑不應(yīng)小于 6 間距不應(yīng)大于100mm 箍筋宜采用螺旋式或焊接環(huán)式 預(yù)制樁 縱向鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于1 在樁頂與承臺(tái)連接處的1 6m長(zhǎng)度以內(nèi) 樁身箍筋直徑不應(yīng)小于 6 間距不應(yīng)大于100mm 須采用拼接樁時(shí) 應(yīng)采用鋼板電焊接頭 鋼管樁 樁頂部應(yīng)配置縱筋 配筋率不低于混凝土截面的1 鋼筋錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿足受拉要求 3 A類抗震性能 應(yīng)滿足對(duì)B類的全部要求 并應(yīng)按本款要求采取構(gòu)造措施 灌注樁 樁中應(yīng)按計(jì)算配置鋼筋 在樁身上部1 2m以內(nèi)箍筋最大間距不應(yīng)小于80mm 且不應(yīng)大于8d d為縱向鋼筋直徑 當(dāng)樁徑 500mm時(shí) 應(yīng)采用 8箍筋 其它樁徑時(shí)應(yīng)采用 10 預(yù)制樁 縱向鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于1 2 在樁頂與承臺(tái)連接處的1 6m范圍以內(nèi) 樁身箍直徑不應(yīng)小于 8 間距不應(yīng)大于100mm 鋼管樁 鋼管樁與承臺(tái)的連接應(yīng)按受拉設(shè)計(jì) 拉力值可按樁豎向容許承載力的1 10采用 對(duì)于獨(dú)立樁基承臺(tái) 宜在相互垂直的兩個(gè)水平方向上設(shè)置承臺(tái)連系梁 并以柱重力荷載的1 10為軸力 按拉壓桿設(shè)計(jì) 119 7 12特殊條件下樁基的設(shè)計(jì)原則 7 12 1軟土地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)原則對(duì)于軟弱土層中 根據(jù) 建筑樁基技術(shù)規(guī)范 從樁基安全合理設(shè)計(jì)的角度出發(fā) 一般應(yīng)考慮以下設(shè)計(jì)原則 1 根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的荷載特點(diǎn) 工程的環(huán)境條件和地質(zhì)條件 選擇合適的樁型 2 軟土地基特別是沿海深厚軟土區(qū) 一般堅(jiān)硬地層埋置很深 樁基宜選擇中 低壓縮性土層作為樁端持力層 樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度 對(duì)于黏性土 粉土不宜小于2d 砂土不宜小于1 5d 碎石類土 不宜小于ld 當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí) 樁端以下硬持力層厚度不宜小于3d 3 在高靈敏度厚層淤泥質(zhì)土中采用沉管灌注樁 預(yù)應(yīng)力管樁要考慮擠土效應(yīng) 即樁間距要滿足規(guī)范規(guī)定 對(duì)非飽和土最小中心距宜不小于3 5d 對(duì)飽和軟土最小中心距宜不小于4d 樁身鋼筋籠長(zhǎng)度必須穿過(guò)軟土層 樁身混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于C20 4 對(duì)于易液化的軟弱砂土地層的樁基設(shè)計(jì)施工時(shí)要考慮打樁后可能引起的液化效應(yīng) 原則上液化土層中不能采用錘擊式 振動(dòng)式的沉管灌注類樁型 如要采用則應(yīng)先采取降水措施 可以采用預(yù)制類樁型或鉆孔灌注類樁型 120 5 由于軟土地基中鉆孔灌注樁普遍采用泥漿護(hù)壁 泥皮效應(yīng)使得樁側(cè)阻下降 樁持力層擾動(dòng)和沉渣處理不干凈易使端阻降低 因此軟土中樁基建議最好使用樁底樁側(cè)后注漿技術(shù)以提高單樁承載力和使群樁沉降均勻 6 軟土地區(qū)樁基由于下列原因可能產(chǎn)生負(fù)摩阻力 在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮 1 新近沉積的欠固結(jié)土層 2 欠固結(jié)的新填土 3 使用過(guò)程地面大面積堆載 4 大面積場(chǎng)地降低地下水位 5 周圍大面積擠土沉樁引起超孔隙水壓和土體上涌等在孔壓消散時(shí) 實(shí)際上應(yīng)視具體工程情況考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力對(duì)基樁的影響 關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)和施工時(shí)要預(yù)先考慮 特別是在大面積降水開挖的時(shí)候和小區(qū)中心花園等大面堆載時(shí)要考慮負(fù)摩阻力 121 7 樁基施工過(guò)程要考慮下列因素 1 擠土式預(yù)制樁 預(yù)應(yīng)力管樁施工 優(yōu)點(diǎn)是速度快 成樁質(zhì)量看得見 經(jīng)濟(jì)性好 一般適用于建筑層數(shù)在25層以下的高層建筑和大型構(gòu)筑物 缺點(diǎn)是一是要考慮打樁擠土效應(yīng)引起樁身本身的上浮 偏位 傾斜 接樁等質(zhì)量問(wèn)題 二是要考慮打樁對(duì)鄰近建筑物 道路和管線等環(huán)境條件的影響破壞情況 做好防擠防災(zāi)對(duì)策 如預(yù)先采取打應(yīng)力釋放孔 隔擠溝和減輕擠土效應(yīng)等措施 不宜適用于樁端持力層很硬且高差變化很大的地層 因?yàn)榇藭r(shí)樁端穩(wěn)定性不好 2 擠土式沉管灌注樁施工優(yōu)點(diǎn)是速度快 造價(jià)低 一般適用于7層以下的多層建筑和中小型廠房等 缺點(diǎn)是主要要考慮樁間距 同時(shí)要嚴(yán)格控制拔管速度 避免縮頸 斷樁的出現(xiàn) 鋼筋籠長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)淤泥質(zhì)地層厚度 混凝土標(biāo)號(hào)一般宜采用C20及以上 一般不宜適用于樁端持力層高差變化很大的傾斜地層 3 非擠土式成孔灌注樁優(yōu)點(diǎn)是適用性廣 適用于所有大小不同類型的建筑和不同的地層 缺點(diǎn)是造價(jià)相對(duì)較高 在軟土中 端承型樁應(yīng)通長(zhǎng)配筋 摩擦型樁鋼筋籠長(zhǎng)度宜超過(guò)淤泥質(zhì)地層的厚度 混凝土標(biāo)號(hào)應(yīng)采用C20及以上 施工中應(yīng)避免縮擴(kuò)徑現(xiàn)象發(fā)生 同時(shí)嚴(yán)格控制入持力層深度和減少沉渣厚度 8 在軟土地基樁基設(shè)計(jì)中要考慮基坑開挖對(duì)已成樁的影響問(wèn)題 122 7 12 2填土中樁基設(shè)計(jì)原則建筑樁基常遇到的填土地層主要是雜填土和沖填土 填土中樁基的設(shè)計(jì)一般應(yīng)遵循以下一些原則 1 樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意沖填土料很細(xì)時(shí) 水分難以排出 土層下部往往處于未固結(jié)狀態(tài) 常產(chǎn)生觸變現(xiàn)象 2 對(duì)于含黏土顆粒較多的沖填土 評(píng)估其地基的變形和承載力時(shí) 應(yīng)考慮欠固結(jié)的影響 對(duì)于樁基則應(yīng)考慮樁側(cè)負(fù)摩擦力的影響 3 雜填土當(dāng)荷載增加到一定量級(jí)時(shí)浸水 則變形劇增 有濕陷性 樁基設(shè)計(jì)應(yīng)予以考慮 4 在特殊的條件下 由建筑垃圾或舊基礎(chǔ)構(gòu)成的雜填土?xí)诘乇砘虻乇硐虏簧钐幮纬梢挥矚?此種情況將不利于沉樁 但在樁承受水平力的情況下 該層將起著一種 隱支撐梁 的作用 有利于樁的支護(hù)作用 此外 在有些情況下 雜填土系以有機(jī)質(zhì)含量較多的生活垃圾或?qū)炷劣星治g性的工業(yè)垃