基礎(chǔ)工程-第4講-樁基礎(chǔ)

1、基礎(chǔ)工程-第4講-樁基礎(chǔ)第一頁，共195頁。第4章 樁基礎(chǔ)第二頁，共195頁。軟 土 層樁Pile：指垂直或者稍傾斜布置于地基中，其斷面相對其長度較小的桿狀構(gòu)件。樁的功能：通過桿件的側(cè)壁摩阻力和端阻力將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深處的地基上。4.1 概述天然地基淺基礎(chǔ)人工地基樁基礎(chǔ)第三頁，共195頁。深基礎(chǔ)主要有樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻和沉井等幾種類型，其中樁基礎(chǔ)是一種最為古老且應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)形式。本章著重討論樁基礎(chǔ)的理論與實踐。沉井caisson工作間梯子支護通氣桶第四頁，共195頁。4.1.1 樁基礎(chǔ)的使用樁所承受的軸向荷載是通過作用于樁周土層的樁側(cè)摩阻力和樁端地層的樁端阻力來支承的。 樁基具有承

2、載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小而均勻等特點。 第五頁，共195頁。樁之作用：（1）將荷載傳至硬土層（圖a），或分配到較大的深度范圍 （圖b），以提高承載力。第六頁，共195頁。（2）減小沉降，從而也減小沉降差，故地基強度夠，而變形不合要求時亦用。兩塔過近，會相對傾斜，用樁基解決廠房內(nèi)堆載，使柱下基礎(chǔ)傾斜，導致柱子開裂?？捎脴痘鉀Q。第七頁，共195頁。（3）抗拔：用于抗風、抗震、抗浮等（4）有一定抗水平荷載能力，特別是斜樁（5）抗液化：深層土不易液化，淺層土液化后，有樁支撐，有助于上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。第八頁，共195頁。一般說來，下列情況可考慮采用樁基礎(chǔ)方案：1、天然地基承載力和變形不能滿足要求的高重

3、建筑物；2、天然地基承載力基本滿足要求、但沉降量過大，需利用樁基減少沉降的建筑物，如軟土地基上的多層住宅建筑，或在使用上、生產(chǎn)上對沉降限制嚴格的建筑物；3、重型工業(yè)廠房和荷載很大的建筑物，如倉庫、料倉等；4、軟弱地基或某些特殊性土上的各類永久性建筑物；5、作用有較大水平力和力矩的高聳結(jié)構(gòu)物（如煙囪、水塔等）的基礎(chǔ)，或需以樁承受水平力或上拔力的其他情況；6、需要減弱其震動影響的動力機器基礎(chǔ)，或以樁基作為地震區(qū)建筑物的抗震措施；7、地基土有可能被水流沖刷的橋梁基礎(chǔ)；8、需穿越水體和軟弱土層的港灣與海洋構(gòu)筑物基礎(chǔ)，如棧橋、碼頭、海上采油平臺及輸油、輸氣管道支架等。第九頁，共195頁。第十頁，共195

4、頁。新加坡發(fā)展銀行,四墩, 每墩直徑7.3m；將荷載傳遞到下部好土層,承載力高大直徑鉆孔樁風化砂巖及粉砂巖部分風化及不風化泥巖第十一頁，共195頁。新加坡發(fā)展銀行,四墩7.3m第十二頁，共195頁。現(xiàn)場灌注護坡樁，造價低第十三頁，共195頁。第十四頁，共195頁。第十五頁，共195頁。第十六頁，共195頁。港珠澳大橋海底隧道基礎(chǔ)處理型式基礎(chǔ)處理型式端承樁端承樁基巖減沉樁減沉樁第十七頁，共195頁。4.1.2 樁基礎(chǔ)的類型根據(jù)承臺與地面相對位置的高低，樁基礎(chǔ)可分為低承臺樁基和高承臺樁基兩種。低承臺樁基的承臺底面位于地面以下，而高程臺樁基的承臺底面則高出地面以上，如圖所示。第十八頁，共195頁。4

5、.1.3 樁基設(shè)計原則樁基設(shè)計應(yīng)滿足下列基本條件：1、單樁承受的豎向荷載不宜超過單樁豎向承載力特征值；2、樁基礎(chǔ)的沉降不得超過建筑物的沉降允許值；3、對位于坡地岸邊的樁基應(yīng)進行樁基穩(wěn)定性驗算。第十九頁，共195頁。4.1.4 樁基設(shè)計內(nèi)容樁基設(shè)計包括下列基本內(nèi)容：1、樁的類型和幾何尺寸的選擇；2、單樁豎向（和水平向）承載力的確定；3、確定樁的數(shù)量、間距和平面布置；4、樁基承載力和沉降驗算；5、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計；6、承臺設(shè)計；7、繪制樁基施工圖。第二十頁，共195頁。樁和樁基的分類4.2不同的分類標準樁基的分類單樁基礎(chǔ)采用一根樁（通常為大直徑樁） 以承受和傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載的基礎(chǔ)。 群樁基礎(chǔ)由兩根及以

6、上的基樁組成的樁基礎(chǔ) 。第二十一頁，共195頁。1、按承臺與地面的相對位置分類高承臺樁承臺在地面以上,橋樁,碼頭,棧橋。低承臺樁：承臺在地面以下,承臺本身承擔部分荷載第二十二頁，共195頁。低承臺 樁第二十三頁，共195頁。高承臺樁第二十四頁，共195頁。2、按承載性狀分類第二十五頁，共195頁。第二十六頁，共195頁。端承型樁Ps端承型樁是指樁頂豎向荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承受，但樁端阻力分擔荷載較多的樁，其樁端一般進入中密以上的砂類、碎石類土層，或位于中等風化、微風化及新鮮基巖頂面。這類樁的側(cè)摩擦阻力雖屬次要，但不可忽略。 側(cè)阻和嵌巖阻力是嵌巖樁傳遞軸向荷載的主要途徑，因此，嵌巖樁不宜

7、劃歸端承樁這一類。 第二十七頁，共195頁。摩擦型樁是指樁頂豎向荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承受，但樁側(cè)阻力分擔荷載較多的樁。一般摩擦型樁的樁端持力層多為較多堅實的粘性土、粉土和砂類土，且樁的長徑比不很大。摩擦型樁Ps摩擦樁：當樁頂豎向荷載絕大部分由樁側(cè)阻力承受，而樁端阻力很小可以忽略不計時，稱為摩擦樁。包括： 樁的長徑比很大，樁頂荷載只通過樁身壓縮產(chǎn)生的樁側(cè)阻力傳遞給樁周土，因而樁端下土層無論堅實與否，其分擔的荷載都很??；樁端下無較堅實的持力層；樁底殘留虛土或殘渣較厚的灌注樁；打入鄰樁使先前設(shè)置的樁上抬、甚至樁端脫空等情況。第二十八頁，共195頁。3、按樁的施工方法分類（1）預制樁 在施工前

8、預先制作成型，再用各種機械設(shè)備把它沉入地基至設(shè)計標高的樁，稱為預制樁。 預制樁可以是木樁、鋼樁或鋼筋混凝土樁等。沉樁方法有氣錘打入、振動沉樁、靜壓樁等。第二十九頁，共195頁。第三十頁，共195頁。第三十一頁，共195頁。第三十二頁，共195頁。第三十三頁，共195頁。第三十四頁，共195頁。預制樁的沉樁方式主要有：錘擊法、振動法和靜壓法等 1）錘擊法沉樁 樁錘（或輔以高壓射水）將樁擊入地基中的施工方法 ， 適用于地基為松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土以及可塑粘性土的情況。 2）振動法沉樁 振動法沉樁是采用振動錘進行沉樁的施工方法，適用于可塑狀的粘性土和砂土， 3）靜壓法沉樁 靜壓

9、法沉樁是采用靜力壓樁機將預制樁壓入地基中的施工方法。 靜壓法沉樁具有無噪聲、無振動、無沖擊力、施工應(yīng)力小、樁頂不易損壞和沉樁精度較高等特點。第三十五頁，共195頁。振動沉樁預制樁113m電動振動器第三十六頁，共195頁。錘擊沉樁第三十七頁，共195頁。靜力壓樁第三十八頁，共195頁。（2）灌注樁 灌注樁是直接在所設(shè)計樁位處成孔，然后在孔內(nèi)加放鋼筋籠（也有省去鋼筋的）再澆灌混凝土而成。 灌注樁的橫截面呈圓形，可以做成大直徑和擴底樁。通過選擇適當?shù)某煽自O(shè)備和施工方法， 灌注樁可適用于各種類型的地基土。與混凝土預制樁比較，灌注樁一般只根據(jù)使用期間可能出現(xiàn)的內(nèi)力配置鋼筋，用鋼量較?。?第三十九頁，共1

10、95頁。（2）灌注樁分類1）沉管灌注樁 鋼管沉入土層 第四十頁，共195頁。2）鉆（沖、磨）孔灌注樁第四十一頁，共195頁。2）鉆（沖、磨）孔灌注樁第四十二頁，共195頁。第四十三頁，共195頁。3）挖孔樁4）爆擴灌注樁第四十四頁，共195頁。第四十五頁，共195頁。廣州市亞洲大酒店人工挖孔樁第四十六頁，共195頁。UK英國1.0-3.0 m0.6-0.9 m第四十七頁，共195頁。爆破擴底樁第四十八頁，共195頁。鉆擴樁第四十九頁，共195頁。第五十頁，共195頁。第五十一頁，共195頁。2）鋼樁 H型鋼樁以及下端開口或閉口的鋼管樁等。 鋼樁的穿透力強，自重輕、錘擊沉樁的效果好，承載能力高，

11、無論起吊、運輸或是沉樁、接樁都很方便。但鋼樁的耗鋼量大，成本高，抗腐蝕性能較差，須做表面防腐蝕處理。第五十二頁，共195頁。4、按成樁方法和成樁過程的擠土效應(yīng)分類（1）非擠土樁： 成樁過程對樁周圍的土無擠壓作用的樁稱為非擠土樁。 主要有：鉆（沖）孔樁，挖孔樁。（2）部分擠土樁（少量擠土樁）： 成樁過程對周圍土產(chǎn)生部分擠壓作用的樁稱為部分擠土樁。主要有：工型或 H 型鋼樁，鋼板樁，開口鋼管樁，開口鋼筋混凝土管樁。（3）擠土樁：成樁過程中，樁孔中的土未取出，全部擠壓到樁的四周，這類樁稱為擠土樁。主要有：木樁、鋼筋混凝土樁，閉口的鋼管樁或鋼筋混凝土管樁， 沉管灌注樁。擠土作用會引起樁周土的天然結(jié)構(gòu)、

12、應(yīng)力狀態(tài)和性質(zhì)產(chǎn)生變化,從而影響樁的承載力。第五十三頁，共195頁。擠土樁的成樁效應(yīng) 擠土樁成樁過程中產(chǎn)生的擠土作用，將使樁周土擾動重塑、側(cè)向壓應(yīng)力增加，且樁端附近土也會受到擠密。 （1）粘性土中擠土樁的成樁效應(yīng) 樁側(cè)土受到擠壓、擾動、重塑,產(chǎn)生超孔隙水壓力及隨后出現(xiàn)超孔隙水壓力消散、產(chǎn)生再固結(jié)和觸變恢復等方面。樁側(cè)土按沉樁過程中受到的擾動程度可分為三個區(qū):重塑區(qū)I,部分擾動區(qū)和非擾動區(qū) 。第五十四頁，共195頁。（2）砂土中擠土樁的成樁效應(yīng) 樁周土受擠密的范圍,樁側(cè)可達3-5.5倍樁徑,樁端下可達2.54.5倍樁徑。對于樁群,樁周土的擠密效應(yīng)更為顯著。因此,非密實砂土中擠土樁的承載力增加是由

13、打樁引起的相對密實度增加所造成的。第五十五頁，共195頁。（3）飽和粘性土中擠土摩擦型樁承載力的時間效應(yīng) 飽和粘性土中擠土摩擦型樁的承載力隨時間而變化的主要原因在于:沉樁引起的超孔隙水壓力在沉樁擠壓應(yīng)力下消散,導致樁周土再固結(jié),其強度隨時間逐漸恢復(甚至超過原始強度)；沉樁過程中受擠壓擾動的樁周土,因土的觸變作用使被損失的強度隨時間逐步恢復。 研究表明,在土質(zhì)相同的條件下,飽和粘性土中擠土摩擦型樁承載力隨時間的增長幅度,無論是單樁還是群樁,均與樁徑、樁長有關(guān),樁徑愈大、樁愈長,增幅愈大,且前期增長速率愈大,趨于穩(wěn)定值所需的時間也愈長。與獨立單樁相比,群樁由于沉樁所產(chǎn)生的擠土效應(yīng)受樁群相互作用的

14、影響而加強,土的擾動程度大、超孔隙水壓力更大,因此,群樁中單樁的初始承載力及初期增長速率雖然都比獨立單樁低,但其增長延續(xù)時間長、增長幅度大,且群樁中樁愈多,時效引起的承載力增量愈大。 第五十六頁，共195頁。非擠土樁的成樁效應(yīng) 非擠土樁在成孔過程中,隨著孔壁側(cè)向應(yīng)力的解除,樁周土將出現(xiàn)側(cè)向松弛變形而產(chǎn)生松弛效應(yīng),導致樁周土體強度削弱,樁側(cè)阻力隨之降低。樁側(cè)阻力的降低幅度與土性、有無護壁、孔徑大小等諸多因素有關(guān)。 第五十七頁，共195頁。（1）粘性土中非擠土樁的成樁效應(yīng) 孔壁周圍粘性土軟化所致 ， 樁側(cè)阻力受泥漿稠度、混凝土澆注等因素的影響而變化 樁側(cè)阻力或多或少會有所降低 （2）砂土中非擠土樁

15、的成樁效應(yīng) 成樁松弛效應(yīng)對樁側(cè)阻力的削弱有較大的影響 （3）粘性土中非擠土摩擦型樁承載力的時間效應(yīng) 成孔過程中受擾動的孔壁土，因土的觸變作用使被損失的強度隨時間逐步恢復； 泥漿護壁成樁時附著于孔壁的泥漿隨時間觸變硬化。第五十八頁，共195頁。4.3 樁的豎向承載力單樁軸向荷載的傳遞機理 1.樁身軸力和截面位移 單樁軸向荷載的傳遞過程就是樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮過程。 靠近樁身上部土層的側(cè)阻力先于下部土層發(fā)揮，側(cè)阻力先于端阻力發(fā)揮。上部下部側(cè)阻力端阻力第五十九頁，共195頁。第六十頁，共195頁。第六十一頁，共195頁。2.影響荷載傳遞的因素（1）樁端土與樁周土的剛度比（2）樁土剛度比 （3）樁

16、端擴底直徑與樁身直徑之比（4）樁的長徑比 第六十二頁，共195頁。3.樁側(cè)摩擦阻力和樁端阻力 第六十三頁，共195頁。拱作用 當樁入土深達某一臨界深度后（10-20d），側(cè)阻就不隨深度增加了，這個現(xiàn)象稱為側(cè)阻的深度效應(yīng)。 第六十四頁，共195頁。第六十五頁，共195頁。端阻的臨界深度 模型和原型樁試驗研究都表明，與側(cè)阻的深度效應(yīng)類似，端阻也存在深度效應(yīng)現(xiàn)象。 當樁端入土深度小于某一臨界值時，極限端阻隨深度線形增加，而大于該深度后則保持恒值不變。 臨界深度隨持力層密度的提高、上覆荷載的減小而增大。 一般對砂類土，臨界深度約為（310）d，密度大取高值；粉土和粘性土為（26）d。有關(guān)資料表明，側(cè)阻

17、與端阻的臨界深度之比約為0.31.0，對于側(cè)阻和端阻的深度效應(yīng)問題有待于進一步的研究。 第六十六頁，共195頁。1、單樁豎向承載力特征值：單樁豎向極限承載力標準值安全系數(shù)， K =2。單樁豎向極限承載力標準值 ： 單樁在豎向荷載作用下到達破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時所對應(yīng)的最大荷載。4.3.2 單樁豎向承載力的確定第六十七頁，共195頁。4.3.2 單樁豎向承載力的確定Qu取決于：(最小值)樁本身材料強度；土層的支承能力。 國家建設(shè)部于2008年4月批準建筑樁基技術(shù)規(guī)范為行業(yè)標準，編號為JGJ942008，自2008年10月1日起實施。第六十八頁，共195頁。1.按樁身材料強度計算

18、混凝土樁：R= cfc Ap 鋼筋混凝土樁： R=（c fc Ap +fyAg）R：單樁軸向承載力設(shè)計值fy：鋼筋抗壓強度設(shè)計值 ：樁的穩(wěn)定系數(shù)，一般取1。c：施工工藝系數(shù)。第六十九頁，共195頁。2.靜載荷試驗：獲得單樁承載力最可靠的方法。擠土樁在設(shè)置后須隔一段時間才開始載荷試驗。 第七十頁，共195頁。第七十一頁，共195頁。第七十二頁，共195頁。第七十三頁，共195頁。第七十四頁，共195頁。錨樁 桁架法，2400噸第七十五頁，共195頁。樁頂試驗中第七十六頁，共195頁。單樁豎向靜載荷試驗的方法，終止加載條件 (建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007附錄Q) 第七十七頁，共195頁。（1）樁

19、的荷載試驗成果荷載沉降曲線s(mm)Q (kN)第七十八頁，共195頁。單樁豎向靜載荷試驗的方法，確定承載力步驟 (建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007附錄Q) 第七十九頁，共195頁。（2）Slogt曲線(沉降速率)法特點：取 s-lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級荷載值作為 Qu。第八十頁，共195頁。單樁靜載荷試驗所得的荷載-沉降關(guān)系曲線 分為陡降型（A）和緩變型（B）兩類形態(tài)。 1.呈“急進破壞”的陡降型，相應(yīng)于破壞時的特征點明顯，據(jù)之可確定單樁極限承載力 2.呈“漸進破壞”的緩變型按建筑物所能承受的最大沉降確定 第八十一頁，共195頁。3.按土的抗剪強度指標確定（1）單樁承載力的一般表

20、達式單樁豎向允許承載力 第八十二頁，共195頁。（2）粘性土中單樁的承載力1）對于正常固結(jié)、弱超固結(jié)或靈敏粘性土中的樁 第八十三頁，共195頁。第八十四頁，共195頁。第八十五頁，共195頁。2）強超固結(jié)粘性土或非靈敏粘土中樁 取固結(jié)不排水抗剪強度估算 ,排水條件下的長期承載力表達式為：第八十六頁，共195頁。（3）無粘性土中單樁的承載力第八十七頁，共195頁。第八十八頁，共195頁。4、規(guī)范公式（1）對直徑 d 0.8 m剛性板直徑800mm第九十九頁，共195頁。第一百頁，共195頁。第一百零一頁，共195頁。第一百零二頁，共195頁。豎向荷載下的群樁效應(yīng)群樁基礎(chǔ) 豎向荷載作用下,由于承臺

21、、樁、土相互作用,群樁基礎(chǔ)中的一根樁單獨受荷時的承載力和沉降性狀,往往與相同地質(zhì)條件和設(shè)置方法的同樣獨立單樁有顯著差別,這種現(xiàn)象稱為群樁效應(yīng)。 承臺底面處土所分擔的荷載,可由零變動至20%35%。 承臺底面與基土脫開的情況,一般都不考慮承臺貼地時承臺底土阻力對樁基承載力的貢獻 第一百零三頁，共195頁。1.端承型群樁基礎(chǔ)樁頂荷載基本上集中通過樁端傳給樁底持力層,并近似地按某一壓力擴散角(向下擴散且在距樁底深度為h=(s-d)/(2tan)之下產(chǎn)生應(yīng)力重疊,但并不足以引起堅實持力層明顯的附加變形。因此,端承型群樁基礎(chǔ)中各根單樁的工作性狀接近于獨立單樁,群樁基礎(chǔ)承載力等于各根單樁承載力之和,群樁效

22、應(yīng)系數(shù)取1。第一百零四頁，共195頁。2.摩擦型群樁基礎(chǔ) (1)承臺底面脫地的情況(非復合樁基)應(yīng)力的相互重疊而增大 樁數(shù)愈多則群樁與獨立單樁的沉降量之比愈大 摩擦型群樁基礎(chǔ)的荷載一沉降曲線屬緩變型,群樁效率系數(shù)可能小于1,也可能大于1。 第一百零五頁，共195頁。群樁效應(yīng)比影響因素承臺剛度的影響: 剛性承臺 ：角樁最大、中心樁最小、邊樁居中樁數(shù)愈多，樁頂荷載配額的差異愈大。隨著承臺柔度的增加,各樁的樁頂荷載分配將逐漸與承臺上荷載的分布一致。基土性質(zhì)的影響: 砂類土和粉土：摩阻力增值都以中間樁為大，邊樁、角樁相 對較小。與承臺剛度的影響相反樁距s的影響: 樁距過小 ,應(yīng)力重疊嚴重 ;樁距很大,

23、接近于獨立單樁; 因此樁距是影響摩擦型群樁基礎(chǔ)群樁效應(yīng)的主導因素。第一百零六頁，共195頁。(2)承臺底面貼地的情況(復合樁基)承臺底面土反力分擔荷載,使承臺兼有淺基礎(chǔ)的作用,而被稱為復合樁基 承臺分擔荷載既然是以樁基的整體下沉為前提, 剛性承臺底面土反力呈馬鞍形分布。內(nèi)區(qū)反力比外區(qū)小而且比較均勻,樁距增大時內(nèi)外區(qū)反差明顯降低。 第一百零七頁，共195頁。承臺貼地引起的群樁效應(yīng)可概括為下列三方面 對樁側(cè)阻力的削弱作用: 承臺迫使上部樁間土壓縮而下移,這就減少了上部的樁土相對滑移 對樁端阻力的增強作用: 提高對樁底土側(cè)方擠出的約束能力,從而增強樁端極限承載力。 對基土側(cè)移的阻擋作用: 對上部樁間

24、土的側(cè)向擠動產(chǎn)生阻擋作用,同時也引起樁身的附加彎矩。對發(fā)揮臺底土反力的有利因素是: 樁頂荷載水平高、樁端持力層可壓縮、承臺底面下土質(zhì)好、樁身細而短、布樁少而疏。 第一百零八頁，共195頁。4.3.4 減沉樁基 1、當天然地基承載力已基本接近于滿足建筑物荷載要求、或雖能滿足建筑物荷載要求，但沉降量過大時; 2、采用在基礎(chǔ)下天然地基中設(shè)置少量的、大間距的摩擦型樁,按控制沉降設(shè)計, 不僅彌補承載力不足,而且顯著減少沉降量。 3、這種減沉樁基以減少沉降量為目的，考慮了樁土承臺的相互作用, “復合樁基”,但其設(shè)計概念與常規(guī)意義的復合樁基完全不同。 常規(guī)意義的復合樁基通常采用按外荷載由樁和承臺以某一固定比

25、例分擔 ； 而減少沉降量為目的的樁基設(shè)計,則應(yīng)按控制沉降。 第一百零九頁，共195頁。樁基沉降計算并應(yīng)滿足下列要求:樁身強度應(yīng)按樁頂荷載設(shè)計值驗算:樁、土荷載分配應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)與地基共同作用分析確定;樁端進入較好的土層,樁端平面處土層應(yīng)滿足下臥層承載力設(shè)計要求;樁距可采用4d6d(8為樁身直徑)。第一百一十頁，共195頁?！皽p沉樁基”設(shè)計。 首先,根據(jù)初步確定的筏基埋深及其底面尺寸,假定若干種不同用樁數(shù)量的方案,分別計算出相應(yīng)的沉降量,得出樁數(shù)與沉降的關(guān)系曲線; 其次,根據(jù)建筑物允許沉降量從樁數(shù)與沉降的關(guān)系曲線上確定所需的用樁數(shù)量; 第三,驗算樁基承載力,要求按承載力特征值計算的樁基承載力與土承

26、載力之和應(yīng)大于等于荷載效應(yīng)標準組合作用于樁基承臺頂面的豎向力與承臺及其上土自重之和,以確保樁基有合理的安全度,必要時可適當調(diào)整筏基埋深及其底面尺寸。第一百一十一頁，共195頁。 4.4樁基礎(chǔ)沉降的計算 單樁沉降的計算 豎向荷載作用下的單樁沉降由下述三部分組成:(1)樁身彈性壓縮引起的樁頂沉降;(2)樁側(cè)阻力引起的樁周土中的附加應(yīng)力以壓力擴散角向下傳遞(圖4-l5a),致使樁端下土體壓縮而產(chǎn)生的樁端沉降;(3)樁端荷載引起樁端下土體壓縮所產(chǎn)生的樁端沉降。目前單樁沉降計算方法主要有下述幾種:(1)荷載傳遞分析法;(2)彈性理論法;(3)剪切變形傳遞法;(4)有限單元分析法;(5)其他簡化方法。 第

27、一百一十二頁，共195頁。群樁沉降的計算群樁的沉降包括: 1.樁間土的壓縮變形; 2.樁端平面以下土層的整體壓縮變形兩部分組成。 規(guī)范GB50007推薦的群樁沉降計算方法 : 單向壓縮分層總和法 第一百一十三頁，共195頁。地基內(nèi)的應(yīng)力分布 采用各向同性均質(zhì)線性變形體理論,按實體深基礎(chǔ)計算: (1)實體深基礎(chǔ) 第一百一十四頁，共195頁。實體深基礎(chǔ)樁底平面處的基底附加壓力按下列方法考慮 1)考慮擴散作用時(圖4-l7a)2)不考慮擴散作用時(圖4-l7b) 第一百一十五頁，共195頁。規(guī)范方法第一百一十六頁，共195頁。(2)明德林( Mindlin )應(yīng)力公式 單樁豎向荷載由樁端阻力和樁側(cè)摩

28、阻力共同承擔. 樁側(cè)摩阻力可假定為沿樁身均勻分布和沿樁身線性增長分布兩部分. 第一百一十七頁，共195頁。疊加原理將各根樁在該點所產(chǎn)生的附加應(yīng)力逐根疊加按下式計算的:第一百一十八頁，共195頁。4.5樁的負摩擦問題產(chǎn)生負摩擦的條件和原因 正摩阻力 負摩阻力 正摩阻負摩阻引起樁側(cè)負摩阻力的條件是：樁側(cè)土體下沉必須大于樁的下沉。樁土之間相對位移的方向決定了樁側(cè)摩阻力的方向。第一百一十九頁，共195頁。產(chǎn)生負摩阻力的情況:1. 位于樁周欠固結(jié)的軟粘土或新填土在重力作用產(chǎn)生固結(jié);2.大面積堆載使樁周土層壓密;3.在正常固結(jié)或弱超固結(jié)的軟粘土地區(qū),由于地下水位全面降低(例如長期抽取地下水),致使有效應(yīng)力

29、增加,因而引起大面積沉降;4.自重濕陷性黃土浸水后產(chǎn)生濕陷;5.地面因打樁時孔隙水壓力增而隆起、其后孔壓消散而固結(jié)下沉等。第一百二十頁，共195頁。中性點 :樁土之間不產(chǎn)生相對位移的截面位置, 下拉荷載 :負摩阻力的累計值 第一百二十一頁，共195頁。4.5.2 負摩阻力的計算1.單樁負摩阻力的計算(1)中性點的位置 取決于樁與樁側(cè)土的相對位移,目前多采用近似的估算方法。 第一百二十二頁，共195頁。(2)負摩阻力強度 第一百二十三頁，共195頁。土中有效覆蓋壓力 即地面荷載與土的自重壓力之和。 第一百二十四頁，共195頁。(3)下拉荷載的計算下拉荷載F為中性點深度范圍內(nèi)負摩阻力的累計值,可按

30、下式計算:負摩阻力強度的取值不能大于正摩阻力強度。第一百二十五頁，共195頁。2.群樁負摩阻力的計算 （1）對于樁距較小的群樁,群樁所發(fā)生的負摩阻力因群樁效應(yīng)而降低,即小于相應(yīng)的單樁值。（2）群樁效應(yīng)可按等效圓法(遠騰,1969)計算 假設(shè)獨立單樁單位長度的負摩阻力由相應(yīng)長度范圍內(nèi)半徑形成的土體重量與之等效. 第一百二十六頁，共195頁。第一百二十七頁，共195頁。減小負摩阻力的工程措施 1.預制混凝土樁和鋼樁 一般采用涂以軟瀝青涂層的辦法來減小負摩阻力,涂層施工時應(yīng)注意不要將涂層擴展到需利用樁側(cè)正摩阻力的樁身部分。 2.灌注樁 在預制樁段外圍形成隔離層。 對干作業(yè)成孔灌注樁, 在樁身與孔壁之

31、間形成可自由滑動的塑料薄膜隔離層。第一百二十八頁，共195頁。4.6樁的水平承載力水平荷載 水平荷載下樁的工作性狀(l) 剛性樁 剛性樁的破壞一般只發(fā)生于樁周土中,樁體本身不發(fā)生破壞。 (2) 彈性樁 一般半剛性樁的樁身位移曲線只出現(xiàn)一個位移零點 柔性樁則出現(xiàn)兩個以上位移零點和彎矩零點 第一百二十九頁，共195頁。4.6.2 水平荷載作用下彈性樁的計算地基反力系數(shù)法、彈性理論法和有限元法等 1.基本假設(shè):第一百三十頁，共195頁。地基反力系數(shù)法假定的4種較為常用的分布圖式:(1)常數(shù)法: (2)“k”法: (3)m法:目前在我國應(yīng)用最廣。 (4)“c值”法:在我國多用于公路。第一百三十一頁，共

32、195頁。2、計算參數(shù)計算寬度b0 :方形截面樁:當實際寬度b lm時,ho = b + 1; 當blm時,bo = l.5b +0.50 圓形截面樁:當樁徑dlm時,ho=0.9(d + 1); dlm時,ho = 0.9(1 .5 d + 0.5) 。樁身抗彎剛度 : 混凝土樁,可采用混凝土的彈性模量E的0.85倍 第一百三十二頁，共195頁。第一百三十三頁，共195頁。3.單樁計算第一百三十四頁，共195頁。第一百三十五頁，共195頁。第一百三十六頁，共195頁。(3)樁身最大彎矩及其位置 設(shè)計者最關(guān)心樁身的最大彎矩值和最大彎矩截面的位置。 第一百三十七頁，共195頁。單樁水平靜載荷試驗

33、1.試驗裝置 第一百三十八頁，共195頁。2.加荷方法 對于承受反復作用的水平荷載的樁基,其單樁試驗宜采用多循環(huán)加卸載方式。 承受長期作用的水平荷載的樁基,宜采用分級連續(xù)的加載方式, 3.終止加荷的條件 當出現(xiàn)下列情況之一時,即可終止試驗: (1)樁身已斷裂 (2)樁側(cè)地表出現(xiàn)明顯裂縫或隆起; (3)樁頂水平位移超過3040mm,(軟土取40mm);(4)所加的水平荷載已超過按下述方法所確定的極限荷載。第一百三十九頁，共195頁。4.資料整理繪制樁頂水平荷載一時間一樁頂水平位移曲線 水平荷載一位移梯度曲線 樁身應(yīng)力分布圖以及水平荷載與最大彎矩截面鋼筋應(yīng)力曲線 (橫軸為時間)第一百四十頁，共19

34、5頁。第一百四十一頁，共195頁。5.水平臨界荷載與極限荷載 各曲線中兩個特征點, 所對應(yīng)的樁頂水平荷載,可稱為臨界荷載和極限荷載。水平臨界荷載 水平極限荷載 第一百四十二頁，共195頁。單樁水平承載力特征值影響樁的水平承載力的因素較多,如樁的材料強度、截面剛度、入土深度、土質(zhì)條件、樁頂水平位移允許值和樁頂嵌固情況等。 第一百四十三頁，共195頁。 當作用于樁基上的外力主要為水平力時,應(yīng)根據(jù)使用要求對樁頂變位的限制,對樁基的水平承載力進行驗算。 水平荷載作用下樁的水平位移和水平極限承載力主要受地面以下深度為34倍樁直徑范圍內(nèi)的土性決定。 設(shè)計時要特別注意這一深度范圍內(nèi)的土性調(diào)查、評定和沉樁以及

35、加載方式等的影響。第一百四十四頁，共195頁。第一百四十五頁，共195頁。第一百四十六頁，共195頁。4.7 樁的平面布置原則一般原則 平面布置可采用對稱式、梅花式、行列式和環(huán)狀排列。 對柱下單獨樁基和整片式的樁基,宜采用外密內(nèi)疏的布置方式。布置樁位時,樁的間距(中心距)一般采用34倍樁徑。間距太大會增加承臺的體積和用料,太小則將使樁基(摩擦型樁)的沉降量增加,且給施工造成困難。 第一百四十七頁，共195頁。第一百四十八頁，共195頁。布樁方法舉例第一百四十九頁，共195頁。4.8樁承臺的設(shè)計承臺的作用是將各樁聯(lián)成一整體,把上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載轉(zhuǎn)換、調(diào)整、分配于各樁。承臺設(shè)計包括選擇承臺的材料及

36、其強度等級、幾何形狀及其尺寸、進行承臺結(jié)構(gòu)承載力計算,并使其構(gòu)造滿足一定的要求。構(gòu)造要求第一百五十頁，共195頁。第一百五十一頁，共195頁。柱下樁基獨立承臺1.受彎計算(1)柱下多樁矩形承臺 其破壞特征呈梁式破壞。所謂梁式破壞,指撓曲裂縫在平行于柱邊兩個方向交替出現(xiàn), 第一百五十二頁，共195頁。(2)柱下三樁三角形承臺 柱下三樁承臺分等邊和等腰兩種形式,其受彎破壞模式有所不同,后者呈明顯的梁式破壞特征。1)等邊三樁承臺第一百五十三頁，共195頁。2)等腰三樁承臺 第一百五十四頁，共195頁。2.受沖切計算 當樁基承臺的有效高度不足時,承臺將產(chǎn)生沖切破壞。承臺沖切破壞的方式, 一種是柱對承臺

37、的沖切,另一種是角樁對承臺的沖切。 第一百五十五頁，共195頁。第一百五十六頁，共195頁。第一百五十七頁，共195頁。第一百五十八頁，共195頁。3.受剪切計算 樁基承臺的抗剪計算,在小剪跨比的條件下具有深梁的特征。 第一百五十九頁，共195頁。階梯形承臺變階處及錐形承臺的計算寬度按以下方法確定: 第一百六十頁，共195頁。第一百六十一頁，共195頁。4.局部受壓計算 當承臺的混凝土強度等級低于柱或樁的混凝土強度等級時,尚應(yīng)驗算柱下或樁上承臺的局部受壓承載力。 當進行承臺的抗震驗算時,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范的規(guī)定對承臺的受彎、受剪切承載力進行抗震調(diào)整。第一百六十二頁，共195頁。4.9

38、樁基礎(chǔ)設(shè)計的一般步驟樁基設(shè)計應(yīng)符合安全、合理和經(jīng)濟的要求。對樁和承臺來說,應(yīng)有足夠的強度、剛度和耐久性;對地基(主要是樁端持力層)來說,要有足夠的承載力和不產(chǎn)生過量的變形?？紤]到樁基相應(yīng)于地基破壞的極限承載力甚高,因此,大多數(shù)樁基的首要問題在于控制沉降量,即樁基設(shè)計應(yīng)按樁基變形控制設(shè)計。第一百六十三頁，共195頁。樁基礎(chǔ)的設(shè)計步驟No結(jié)構(gòu)、地質(zhì)和環(huán)境資料樁型、樁長、斷面樁數(shù)和布置驗算單樁承載力樁基沉降驗算承臺與樁身設(shè)計計算設(shè)計結(jié)束單樁承載力特征值RaNo荷載、持力層、相鄰建筑根據(jù)施工條件決定樁型根據(jù)持力層深度確定樁長根據(jù)荷載大小決定樁截面樁端進入持力層深度：13d，進入較好巖體0.5m。樁端下

39、持力層厚度 4d。根據(jù)第二節(jié)的方法確定單樁承載力特征值1單樁的靜載荷試驗2 其他現(xiàn)場試驗3原位測試4 經(jīng)驗方法初估樁數(shù)nFk 豎向荷載效應(yīng)的標準組合Gk 設(shè)計地面下承臺底面以上結(jié)構(gòu)和土的自重，容重用19.6kN/m3樁距 摩擦樁一般3d擴底灌注樁擴底直徑的1.5倍群樁承載力合力作用點與長期荷載的重心重合承載力驗算采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標準組合沉降驗算采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準永久組合承臺和樁身強度驗算時采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合承臺尺寸、厚度承臺的抗沖切、抗彎、抗剪驗算鋼筋混凝土樁的配筋等設(shè)計第一百六十四頁，共195頁。必要的資料準備 樁基設(shè)計前必須具備的資料主

40、要有:1、建筑物類型及其規(guī)模2、巖土工程勘察報告3、施工機具4、技術(shù)條件5、環(huán)境條件6、檢測條件7、當?shù)貥痘こ探?jīng)驗等,其中,巖土工程勘察資料是樁基設(shè)計的主要依據(jù)。 第一百六十五頁，共195頁。選定樁型.確定單樁豎向及水平承載力1.樁的類型、截面和樁長的選擇 樁類選擇應(yīng)考慮的主要因素： 場地的地層條件、各類型樁的成樁工藝和適用范圍。 樁的截面尺寸選擇應(yīng)考慮的主要因素是成樁工藝和結(jié)構(gòu)的荷載情況。 樁的設(shè)計長度,主要取決于樁端持力層的選擇。 2.確定單樁豎向及水平承載力 初定出承臺底面標高后,便可按4.3節(jié)、4.6節(jié)的方法計算單樁豎向及水平承載力了。 第一百六十六頁，共195頁。樁的平面布置及承載

41、力驗算1.樁的根數(shù)和布置1)樁的根數(shù)第一百六十七頁，共195頁。管樁單樁承載力特征值的取值300，壁厚70，單樁承載力特征值700800KN。400，壁厚90，單樁承載力特征值12001300KN。400，壁厚95，單樁承載力特征值1400KN。500，壁厚100，單樁承載力特征值20002200KN。500，壁厚125，單樁承載力特征值2300KN。第一百六十八頁，共195頁。2)樁在平面上的布置 樁在平面上的布置應(yīng)遵循4.7節(jié)的原則。 在有門洞的墻下布樁時,應(yīng)將樁設(shè)置在門洞的兩側(cè)。梁式或板式承臺下的群樁,布樁時應(yīng)多布設(shè)在柱、墻下,減少梁和板跨中的樁數(shù),以使梁、板中的彎矩盡量減小。 樁數(shù)較少

42、而樁長較大的摩擦型樁基,無論在承臺的設(shè)計和施工方面,還是在提高群樁的承載力以及減小樁基沉降量方面,都比樁數(shù)多而樁長小的樁基優(yōu)越。 第一百六十九頁，共195頁。樁在平面內(nèi)可布置成方形、矩形、三角形和梅花形等。第一百七十頁，共195頁。2.樁基承載力驗算 樁頂荷載簡圖（1）樁頂荷載計算 （1）軸心豎向力作用下: （2)偏心豎向力作用下: （3)水平力作用下: 上式假設(shè)：承臺是剛性的; 各樁剛度相同; x，y是樁基平面的慣性主軸。 第一百七十一頁，共195頁。(2)單樁承載力驗算 軸心豎向力作用 偏心豎向力作用 水平力作用 抗震設(shè)防區(qū)的樁基 軸心豎向力作用下偏心豎向力作用下 第一百七十二頁，共195頁。