樁基巖土工程

1、第四節(jié)第四節(jié) 樁基巖土工程問題分析樁基巖土工程問題分析在房屋建筑與構(gòu)筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，樁基是常用形式之一。在房屋建筑與構(gòu)筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，樁基是常用形式之一。樁基具有施工方便、承載力高、沉降量小等優(yōu)點(diǎn)。樁基具有施工方便、承載力高、沉降量小等優(yōu)點(diǎn)。 一、樁基類型及持力層的選擇一、樁基類型及持力層的選擇 樁的種類很多，但在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，樁的種類很多，但在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，常用灌注樁和預(yù)制樁。常用灌注樁和預(yù)制樁。 灌注樁灌注樁 沉管灌注樁、大直徑樁（鉆孔、人工挖沉管灌注樁、大直徑樁（鉆孔、人工挖 孔）、擴(kuò)孔灌注樁等。孔）、擴(kuò)孔灌注樁等。 樁基持力層選擇在穩(wěn)定的硬塑樁基

2、持力層選擇在穩(wěn)定的硬塑堅(jiān)硬狀態(tài)的低壓縮性粘堅(jiān)硬狀態(tài)的低壓縮性粘性土和粉土層，中密以上的砂土、碎石層，微、中風(fēng)化的基性土和粉土層，中密以上的砂土、碎石層，微、中風(fēng)化的基巖。巖。第四系土層作為樁端持力層其厚度宜超過第四系土層作為樁端持力層其厚度宜超過 6 10倍樁身倍樁身直徑或樁身寬度；擴(kuò)底墩的持力層厚度宜超過直徑或樁身寬度；擴(kuò)底墩的持力層厚度宜超過2倍墩底直徑；倍墩底直徑；如果持力層下臥軟弱地層時(shí)，應(yīng)從持力層的整體強(qiáng)度及變形如果持力層下臥軟弱地層時(shí)，應(yīng)從持力層的整體強(qiáng)度及變形要求考慮，保證持力層有足夠厚度。此外，對于預(yù)制打入樁要求考慮，保證持力層有足夠厚度。此外，對于預(yù)制打入樁來說，來說，還應(yīng)考

3、慮樁能順利穿過持力層以上各地層的可能性。還應(yīng)考慮樁能順利穿過持力層以上各地層的可能性。 二、單樁承載力的確定二、單樁承載力的確定 在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)中，一般以受豎向荷載為在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)中，一般以受豎向荷載為主，故單樁承載力常指的是單樁豎向承載力。單樁承載力一主，故單樁承載力常指的是單樁豎向承載力。單樁承載力一方面取決于制樁材料的強(qiáng)度，另一方面取決于土對樁的支承方面取決于制樁材料的強(qiáng)度，另一方面取決于土對樁的支承力，大多數(shù)情況下，樁的承載力都是由土的支承力控制的。力，大多數(shù)情況下，樁的承載力都是由土的支承力控制的。因此，如何根據(jù)地基的強(qiáng)度與變形確定單樁承載力是設(shè)計(jì)樁因此，如何

4、根據(jù)地基的強(qiáng)度與變形確定單樁承載力是設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)的關(guān)鍵問題，根據(jù)土對樁的支承力確定單樁承載力的方基礎(chǔ)的關(guān)鍵問題，根據(jù)土對樁的支承力確定單樁承載力的方法，主要有靜法，主要有靜荷載荷載(樁載樁載)試驗(yàn)與靜力分析試驗(yàn)與靜力分析(半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算)兩兩種方法。種方法。 靜力分析法主要是根據(jù)原位測試資料或土的物理性質(zhì)指靜力分析法主要是根據(jù)原位測試資料或土的物理性質(zhì)指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的關(guān)系來確定單樁承載力。標(biāo)與承載力參數(shù)之間的關(guān)系來確定單樁承載力。 對一級建筑樁基應(yīng)采用現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)，并結(jié)合靜力觸對一級建筑樁基應(yīng)采用現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)，并結(jié)合靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入等原位測試方法綜合確定。探、標(biāo)準(zhǔn)貫入等

5、原位測試方法綜合確定。 對二級建筑樁基應(yīng)根據(jù)靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)對二級建筑樁基應(yīng)根據(jù)靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)等估算，并參照地質(zhì)條件相同的試樁資料，綜合確定，當(dāng)缺等估算，并參照地質(zhì)條件相同的試樁資料，綜合確定，當(dāng)缺乏可參照的試樁資料或地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，應(yīng)由現(xiàn)場靜載荷試乏可參照的試樁資料或地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，應(yīng)由現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)確定。驗(yàn)確定。 對三級建筑樁基，對三級建筑樁基，如無原位測試資料時(shí)，可利用承載力如無原位測試資料時(shí)，可利用承載力經(jīng)驗(yàn)參數(shù)估算。經(jīng)驗(yàn)參數(shù)估算。 樁靜載荷試驗(yàn)是先在準(zhǔn)備施工的地方打試驗(yàn)樁，在試樁頂樁靜載荷試驗(yàn)是先在準(zhǔn)備施工的地方打試驗(yàn)樁，在試樁頂上分級施加靜荷載，直至樁發(fā)生

6、劇烈或不停滯的沉降上分級施加靜荷載，直至樁發(fā)生劇烈或不停滯的沉降(樁已喪失樁已喪失穩(wěn)定性穩(wěn)定性)為止，在同一條件下的試樁數(shù)量，不宜少于總樁數(shù)的為止，在同一條件下的試樁數(shù)量，不宜少于總樁數(shù)的1%，并不應(yīng)少于，并不應(yīng)少于3根，工程總樁數(shù)在根，工程總樁數(shù)在50根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于2根根。然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制荷載。然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制荷載沉降沉降(qs)關(guān)系曲線，從而關(guān)系曲線，從而可確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值?？纱_定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。 按靜力分析法估算單樁承載力，不同規(guī)范所推薦的經(jīng)驗(yàn)公按靜力分析法估算單樁承載力，不同規(guī)范所推薦的經(jīng)驗(yàn)公式是有差別的，有的用以估算單樁承載力設(shè)計(jì)值

7、，有的則用以式是有差別的，有的用以估算單樁承載力設(shè)計(jì)值，有的則用以估算單樁承載力極限值。在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基中，主要估算單樁承載力極限值。在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基中，主要是估算單樁承載力極限值，下面介紹在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁是估算單樁承載力極限值，下面介紹在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基中常用的靜力觸探法與按土的物理指標(biāo)法確定單樁承載力極基中常用的靜力觸探法與按土的物理指標(biāo)法確定單樁承載力極限值。限值。 (一一)靜力觸探法估算單樁承載力靜力觸探法估算單樁承載力 靜力觸探試驗(yàn)中的探頭與土的相互作用，相似于樁與土靜力觸探試驗(yàn)中的探頭與土的相互作用，相似于樁與土的相互作用，因此可以用靜力觸探試驗(yàn)測得的比

8、貫入阻力的相互作用，因此可以用靜力觸探試驗(yàn)測得的比貫入阻力(單單橋橋)或雙橋探頭中的錐尖阻力與側(cè)壁摩阻力估算單樁承載力?；螂p橋探頭中的錐尖阻力與側(cè)壁摩阻力估算單樁承載力。但不能直接以靜力觸探中端阻與摩阻作為實(shí)際單樁的端阻力但不能直接以靜力觸探中端阻與摩阻作為實(shí)際單樁的端阻力和摩阻力，而必須經(jīng)過修正，這是因?yàn)殪o力觸探的工作性能和摩阻力，而必須經(jīng)過修正，這是因?yàn)殪o力觸探的工作性能與實(shí)際單樁的工作性能有所不同。與實(shí)際單樁的工作性能有所不同。 不同之處主要是尺寸效應(yīng)、應(yīng)力場、材料不同之處主要是尺寸效應(yīng)、應(yīng)力場、材料性質(zhì)等，存在這些差異所造成的影響至今還難性質(zhì)等，存在這些差異所造成的影響至今還難以從理論

9、上逐項(xiàng)嚴(yán)密地進(jìn)行理論或從數(shù)學(xué)以從理論上逐項(xiàng)嚴(yán)密地進(jìn)行理論或從數(shù)學(xué)關(guān)系關(guān)系上加以描述，因此用靜力觸探確定單樁承載力上加以描述，因此用靜力觸探確定單樁承載力也是一種經(jīng)驗(yàn)估算。也是一種經(jīng)驗(yàn)估算。 (1)根據(jù)單橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制單樁豎向極根據(jù)單橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)可按下式計(jì)算：限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)可按下式計(jì)算：quk= qsk+qpk=uqsikli+pskap式中：式中：quk單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；qsk單樁總極單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；單樁總極限端阻

10、力標(biāo)準(zhǔn)值；u樁身周長；樁身周長；qsik用靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周用靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周第第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li樁穿越第樁穿越第i層土的厚度；層土的厚度；樁端阻力修正系數(shù)；樁端阻力修正系數(shù)；psk樁端附近的樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值(平均值平均值)；ap樁端面積。樁端面積。 (2) 根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁單樁豎向根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對于粘性土、粉土和砂土、如無當(dāng)?shù)亟?jīng)極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對于粘性土、粉土和砂土、如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可按下式計(jì)算：驗(yàn)時(shí)可按下式

11、計(jì)算：quk=uliifsi+qcap式中：式中：fsi第第i層土的探頭平均側(cè)阻力；層土的探頭平均側(cè)阻力；qc樁端平面上樁端平面上、下探頭阻力，取樁端平面以上、下探頭阻力，取樁端平面以上4d(d為樁的直徑或邊長為樁的直徑或邊長)范圍內(nèi)范圍內(nèi)按土層厚度的探頭阻力加權(quán)平均值，然后再和樁端平面以下按土層厚度的探頭阻力加權(quán)平均值，然后再和樁端平面以下1d范圍內(nèi)的探頭阻力進(jìn)行平均；范圍內(nèi)的探頭阻力進(jìn)行平均；樁端阻力修正系數(shù)，對粘樁端阻力修正系數(shù)，對粘性土、粉土取性土、粉土取2/3，飽和砂土取，飽和砂土取1/2；i第第i層土樁側(cè)阻力綜層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)。合修正系數(shù)。(二二)土的物理指標(biāo)法確定單樁承載

12、力土的物理指標(biāo)法確定單樁承載力 根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，宜按下式計(jì)算：樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，宜按下式計(jì)算：quk=qsk+qpk=uqsikli+qpkap式中：式中：qsik樁側(cè)第樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，如無當(dāng)層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值時(shí)，可查規(guī)范。地經(jīng)驗(yàn)值時(shí)，可查規(guī)范。qpk極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，如無當(dāng)極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值時(shí)，可表。地經(jīng)驗(yàn)值時(shí)，可表。 三、群樁承載力與群樁沉降驗(yàn)算三、群樁承載力與群樁沉降驗(yàn)算 當(dāng)樁中心距小于或等于當(dāng)樁中心距小于或等于6倍樁徑且樁數(shù)

13、超過倍樁徑且樁數(shù)超過9根根(含含9根根)時(shí)，可將樁和土作為假想的實(shí)體基礎(chǔ)，此時(shí)樁臺(tái)、樁和樁間時(shí)，可將樁和土作為假想的實(shí)體基礎(chǔ)，此時(shí)樁臺(tái)、樁和樁間土形成一個(gè)整體，在上部荷載作用下一起下沉，這便是群樁土形成一個(gè)整體，在上部荷載作用下一起下沉，這便是群樁作用。驗(yàn)作用。驗(yàn)算這類樁基的承載力與沉降時(shí)，按實(shí)體基礎(chǔ)考慮。算這類樁基的承載力與沉降時(shí)，按實(shí)體基礎(chǔ)考慮。 （一）群樁承載力驗(yàn)算（一）群樁承載力驗(yàn)算 群樁承載力驗(yàn)算是指驗(yàn)算實(shí)體基礎(chǔ)底面群樁承載力驗(yàn)算是指驗(yàn)算實(shí)體基礎(chǔ)底面(樁端平面處樁端平面處)的的地基承載力是否滿足。常用方法之一是假定荷載從最外一圈地基承載力是否滿足。常用方法之一是假定荷載從最外一圈的樁

14、頂，以的樁頂，以0/4的傾角向下擴(kuò)散傳布的傾角向下擴(kuò)散傳布(0為樁長范圍為樁長范圍內(nèi)各土內(nèi)各土層的平均內(nèi)摩擦角層的平均內(nèi)摩擦角)，此時(shí)應(yīng)滿足：，此時(shí)應(yīng)滿足： 中心荷載時(shí)，中心荷載時(shí)，fagf 偏心荷載時(shí)，偏心荷載時(shí)，fwmwmagfyyxx2 . 1(二二)群樁沉降驗(yàn)算群樁沉降驗(yàn)算 群樁沉降驗(yàn)算時(shí)，同樣將群樁作為實(shí)體基礎(chǔ)，所計(jì)算的樁群樁沉降驗(yàn)算時(shí)，同樣將群樁作為實(shí)體基礎(chǔ)，所計(jì)算的樁基變形值應(yīng)滿足建筑物樁基變形允許值的規(guī)定，建筑物樁基變基變形值應(yīng)滿足建筑物樁基變形允許值的規(guī)定，建筑物樁基變形允許值如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可查表中的規(guī)定采用，對于表中未包形允許值如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可查表中的規(guī)定采用，對于表中未包

15、括的建筑物樁基變形允許值，可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對樁基變形的適括的建筑物樁基變形允許值，可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對樁基變形的適應(yīng)能力和使用上的應(yīng)能力和使用上的要求確定。要求確定。 實(shí)體基礎(chǔ)的底面尺寸可按實(shí)體基礎(chǔ)的底面尺寸可按0/4擴(kuò)散后的范圍取值，亦可按擴(kuò)散后的范圍取值，亦可按樁端處群樁所占的范圍取值，兩種取法的計(jì)算結(jié)果略有差別。樁端處群樁所占的范圍取值，兩種取法的計(jì)算結(jié)果略有差別。 群樁的沉降計(jì)算可按淺基礎(chǔ)的沉降計(jì)算步驟進(jìn)行，亦即群樁的沉降計(jì)算可按淺基礎(chǔ)的沉降計(jì)算步驟進(jìn)行，亦即前面介紹的沉降計(jì)算方法。也可按等效作用分層總和法計(jì)算。前面介紹的沉降計(jì)算方法。也可按等效作用分層總和法計(jì)算。 四、樁的負(fù)摩擦力四、樁的

16、負(fù)摩擦力 樁的負(fù)摩擦樁的負(fù)摩擦(阻阻)力是因?yàn)闃吨車翆拥南鲁亮κ且驗(yàn)闃吨車翆拥南鲁?地面沉降地面沉降)對樁對樁產(chǎn)生方向向下的摩阻力。產(chǎn)生負(fù)摩擦力的原因主要有：產(chǎn)生方向向下的摩阻力。產(chǎn)生負(fù)摩擦力的原因主要有：（1）欠固結(jié)軟粘土或新填土的自重固結(jié)；）欠固結(jié)軟粘土或新填土的自重固結(jié)；（2）大面積堆載使樁周土層下沉；）大面積堆載使樁周土層下沉；（3）正常固結(jié)軟粘土地區(qū)地下水位全面下降，有效應(yīng)力增加）正常固結(jié)軟粘土地區(qū)地下水位全面下降，有效應(yīng)力增加引引 起土層下沉；起土層下沉；（4）濕陷性黃土）濕陷性黃土濕陷引起沉降。濕陷引起沉降。 負(fù)摩擦力的作用使樁上的軸向荷載增大負(fù)摩擦力的作用使樁上的軸向荷載增

17、大(附加荷載附加荷載)，在負(fù)，在負(fù)摩擦力較明顯的地方，應(yīng)引起重視。摩擦力較明顯的地方，應(yīng)引起重視。 負(fù)摩擦力的大小受著多種因素的影響，諸如樁周土與樁負(fù)摩擦力的大小受著多種因素的影響，諸如樁周土與樁端土的強(qiáng)度、土的固結(jié)歷史、地面荷載、樁的類型及設(shè)置方法端土的強(qiáng)度、土的固結(jié)歷史、地面荷載、樁的類型及設(shè)置方法、地下水位變化以及歷時(shí)等。因此計(jì)算負(fù)摩擦力大小是一個(gè)較、地下水位變化以及歷時(shí)等。因此計(jì)算負(fù)摩擦力大小是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，大多采用半經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)估算，主要根據(jù)豎為復(fù)雜的問題，大多采用半經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)估算，主要根據(jù)豎向有效應(yīng)力、土的不排水抗剪強(qiáng)度、土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行向有效應(yīng)力、土的不排水抗剪強(qiáng)度、土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行估算。估算。 實(shí)際中一般按有效應(yīng)力估算，即單樁負(fù)實(shí)際中一般按有效應(yīng)力估算，即單樁負(fù)摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值為：摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值為：qnsi=ni 式中：式中：qnsi第第i層土樁側(cè)負(fù)摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值；層土樁側(cè)負(fù)摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值；n樁周土負(fù)摩擦力系數(shù)，可查表；樁周土負(fù)摩擦力系數(shù)，可查表；i樁周第樁周第i層土平均豎向有效應(yīng)力。層土平均豎向有效應(yīng)力。 在地層組合、地下水情況、地面荷載情況不同時(shí)，在地層組合、地下水情況、地面荷載情況不同時(shí)，樁的負(fù)