樁基礎的設計計算講義

第四章樁基礎的設計計算橫向荷載作用下樁身內力與位移的計算方法國內外已有不少，我國普遍采用的是將樁作為彈性地基上的梁，按文克爾假定（梁身任一點的土抗力和該點的位移成正比）進行求解，簡稱彈性地基梁法。根據(jù)求解的方法不同，通常有半解析法（冪級救解、積分方程解、微分算子解等）、有限差分法和有限元解等。以文克爾假定為基礎的彈性地基梁解法從土力學的觀點認為不夠嚴密。但其基本概念明確，方法較簡單，所得結果一般較安全，故國內外使用較為普遍。我國鐵路、水利、公路及房屋建筑等領域在樁的設計中常用的“m”法以及“K”法、“常數(shù)”法（或稱張有齡法）、“C”法等均屬于此種方法。第一節(jié)單排樁基樁內力和位移計算

（一）、土的彈性抗力及其分布規(guī)律1．土的彈性抗力樁基礎在荷載（包括軸向荷載、橫軸向荷載和力矩）作用下產(chǎn)生位移（包括豎向位移、水平位移和轉角），樁的豎向位移引起樁側土的摩阻力和樁底土的抵抗力。樁身的水平位移及轉角使樁擠壓樁側土體，樁側土必然對樁產(chǎn)生一橫向土抗力zx，它起抵抗外力和穩(wěn)定樁基礎的作用，土的這種作用力稱為土的彈性抗力。zx即指深度為Z處的橫向（X軸向）土抗力，其大小取決于土體性質、樁身剛度、樁的入土深度、樁的截面形狀、樁距及荷載等因素。一、基本概念假定土的橫向土抗力符合文克爾假定，即式中：zx——橫向土抗力（kN/m2）；C——地基系數(shù)（kN/m3）xz——深度Z處樁的橫向位移（m）。2．地基系數(shù)

基本概念：地基系數(shù)C表示單位面積土在彈性限度內產(chǎn)生單位變形時所需要的力。它的大小與地基土的類別、物理力學性質有關。如能測得xz并知道C值，zx值即可解得。地基系數(shù)C值是通過對試樁在不同類別土質及不同深度進行實測xz及zx后反算得到。

C值隨深度的分布規(guī)律：地基系數(shù)C值不僅與土的類別及其性質有關，而且也隨深度而變化。由于實測的客觀條件和分析方法不盡相同等原因，所采用的C值隨深度的分布規(guī)律也各有不同。常用的幾種地基系數(shù)分布規(guī)律如下所示。地基系數(shù)變化規(guī)律相應的基樁內力和位移計算方法為：1）“m”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈線性增長，即C=mZ，如上圖a）所示。m稱為地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)（kN/m4）。2）“K”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈折線變化即在樁身第一撓曲變形零點（上圖b）所示深度t處）以上地基系數(shù)C隨深度呈凹形拋物線增加；該點以下，地基系數(shù)C=K（kN/m3）為常數(shù)。3）“c”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈拋物線增加，即Ｃ=cZ0.5，當無量綱入土深度達4后為常數(shù)，如上圖c）所示。c為地基系數(shù)的比例系數(shù)（kN/m3.5）。4）“常數(shù)”法，又稱“張有齡法”：假定地基系數(shù)C沿深度為均勻分布，不隨深度而變化，即C=K0（kN/m3）為常數(shù)，如上圖d）所示。上述四種方法各自假定的地基系數(shù)隨深度分布規(guī)律不同，其計算結果有所差異。本節(jié)介紹目前應用較廣并列入《公橋基規(guī)》中的“m”法。按“m”法計算時，地基系數(shù)的比例系數(shù)m值可根據(jù)試驗實測決定，無實測數(shù)據(jù)時可參考下表中的數(shù)值選用；非巖石類土的比例系數(shù)m值序號土的分類m或m0（MN/m4）1流塑粘性土IL>1、淤泥3～52軟塑粘性土1>IL>0.5、粉砂5～103硬塑粘性土0.5>IL>0、細砂、中砂10～204堅硬、半堅硬粘性土IL<0、粗砂20～305礫砂、角礫、圓礫、碎石、卵石30～806密實粗砂夾卵石，密實漂卵石80～120關于“m”值的說明1）由于樁的水平荷載與位移關系是非線性的，即m值隨荷載與位移增大而有所減少，因此，m值的確定要與樁的實際荷載相適應。一般結構在地面處最大位移不超過10mm，對位移敏感的結構及橋梁結構為6mm。位移較大時，應適當降低表列m值。2）當基礎側面為數(shù)種不同土層時，將地面或局部沖刷線以下hm深度內各土層的mi，根據(jù)換算前后地基系數(shù)圖形面積在深度hm內相等的原則，換算為一個當量m值，作為整個深度的m值。3）樁底面地基土豎向地基系數(shù)Co為：C0=m0h（二）單樁、單排樁與多排樁

單樁、單排樁：指在與水平外力H作用面相垂直的平面上，由單根或多根樁組成的單根（排）樁的樁基礎，如下圖a）、b）所示，對于單樁來說，上部荷載全由它承擔。對于單排樁，若作用于承臺底面中心的荷載為N、H、My，當N在承臺橫橋向無偏心時，則可以假定它是平均分布在各樁上的，即式中：n——樁的根數(shù)。當豎向力N在承臺橫橋向有偏心距e時，即Mx=Ne，因此每根樁上的豎向作用力可按偏心受壓計算，即單樁、單排樁及多排樁多排樁如上圖c），指在水水平外力作作用平面內內有一根以以上的樁的的樁基礎（（對單排樁樁作橫橋向向驗算時也也屬此情況況），不能能直接應用用上述公式式計算各樁樁頂作用力力，須應用用結構力學學方法另行行計算（見見后述），，所以另列列一類。（三）樁樁的計算寬寬度樁在水平外外力作用下下，除了樁樁身寬度范范圍內樁側側土受擠壓壓外，在樁樁身寬度以以外的一定定范圍內的的土體都受受到一定程程度的影響響（空間受力），且對不同截面形形狀的樁，土受受到的影響響范圍大小小也不同。。為了將空空間受力簡簡化為平面面受力，并并綜合考慮慮樁的截面面形狀及多多排樁樁間間的相互遮蔽作作用，將樁的設設計寬度（（直徑）換換算成相當當實際工作作條件下，，矩形截面面樁的寬度度b1,b1稱為樁的計計算寬度。。根據(jù)已有有的試驗資資料分析，，現(xiàn)行規(guī)范范認為計算算寬度的換換算方法可可用下式表表示：上式中：b（或d）——與外力H作用方向相相垂直平面面上樁的寬寬度（或直直徑）；Kf——形狀換算系系數(shù)。即在在受力方向向將各種不不同截面形形狀的樁寬寬度，乘以以Kf換算為相當當于矩形截截面寬度，，其值見下下表；K0——受力換算系系數(shù)。即考考慮到實際際上樁側土土在承受水水平荷載時時為空間受受力問題，，簡化為平平面受力時時所給的修修正系數(shù)，，其值見下下表；（四）剛性性樁與彈性性樁彈性樁：當樁的入土土深度時時，樁的的相對剛度度小，必須考慮樁樁的實際剛剛度，按彈彈性樁來計計算。其中中稱稱為樁—土變形系數(shù)數(shù)，（（詳見后述述）。一般般情況下，，橋梁樁基基礎的樁多屬屬彈性樁。。剛性樁：當樁的入土土深深度度時，則樁樁的相對剛剛度較大，可按剛剛性樁計算算（第五章章介紹的沉沉井基礎就就可看作剛剛性樁構件件），其內內力位移計計算方法詳詳見第五章章。二、“m”法彈性單排排樁基樁內內力和位移移計算如前所述，，“m”法的基本假假定是認為為樁側土為為文克爾離離散線性彈彈簧，不考考慮樁土之之間的粘著著力和摩阻阻力，樁作作為彈性構構件考慮，，當樁受到到水平外力力作用后，，樁土協(xié)調調變形，任任一深度Z處所產(chǎn)生的的樁側土水水平抗力與與該點水平平位移xz成正比，即即zx=Cxz，且地基系系數(shù)C隨深度成線線性增長，，即C=mz?；谶@一基基本假定，，進行樁的的內力與位位移的理論論公式推導導和計算。。在公式推導導和計算中中，取下圖圖1和圖2所示的坐標標系統(tǒng)，對對力和位移移的符號作作如下規(guī)定定：橫向位位移順x軸正方向為為正值；轉轉角逆時針針方向為正正值；彎矩矩當左側纖纖維受拉時時為正值；；橫向力順順x軸方向為正正值，如下下圖2所示。圖1樁身受力圖圖示圖2力與位移的的符號規(guī)定定（一）樁的的撓曲微分分方程的建建立及其解解樁頂若與地地面平齊（（Z=0），且已知知樁頂作用用有水平荷荷載Q0及彎矩M0，此時樁將將發(fā)生彈性性撓曲，樁樁側土將產(chǎn)產(chǎn)生橫向抗抗力zx，如圖1所示。從材材料力學中中知道，梁梁軸的撓度度與梁上分分布荷載q之間的關系系式，即梁梁的撓曲微微分方程為為式中：E、I——梁的彈性模模量及截面面慣矩。因此可以得得到圖1所示樁的撓撓曲微分方方程為上式中：：E、I——樁的彈性性模量及及截面慣慣矩zx——樁側土抗抗力zx=Cxz=mZxz，C為地基系系數(shù)；b1——樁的計算算寬度；；xz——樁在深度度z處的橫向向位移（（即樁的的撓度））。將上式整整理可得得：或式中：——樁—土變形系系數(shù)，從上式中中不難看看出：樁樁的橫向向位移與與截面所所在深度度、樁的的剛度（（包括樁樁身材料料和截面面尺寸））以及樁樁周土的的性質等等有關，，是與樁土土變形相相關的系系數(shù)。（1）式（1）為四階階線性變變系數(shù)齊齊次常微微分方程程，在求求解過程程中注意意運用材材料力學學中有關關梁的撓撓度xz與轉角z、彎矩Mz和剪力Qz之間的關關系即若地面處處（Z=0）樁的水水平位移移、轉角角、彎矩矩和剪力力分別以以x0、0、M0和Q0表示，解解方程組組（1），得到到樁身任任一截面面的轉角角Z、彎矩MZ，及剪力力QZ的計算公公式：（2）（3）（4）（5）A1、B1……C4、D4——16個無量綱綱系數(shù)，，根據(jù)不不同的無無量綱深深度可將將其制成成表格供供查用（（參見《公橋基規(guī)規(guī)》）。根據(jù)土抗抗力的基基本假定定，可求得得樁側土土抗力的計算算公式：：（6）以上求算算樁的內內力位移移和土抗抗力的式式（2）～（6）五個基基本公式式中均含含有x0、0、M0、Q0這四個參參數(shù)。其其中M0、Q0可由已知知的樁頂頂受力情情況確定定，而另另外兩個個參數(shù)x0、0則需根據(jù)據(jù)樁底邊邊界條件件確定。。由于不不同類型型樁，其其樁底邊邊界條件件不同，，現(xiàn)根據(jù)據(jù)不同的的邊界條條件求解解x0、0如下。1．摩擦樁樁、支承承樁x0、0的計算摩擦樁、支承承樁在外荷作作用下，樁底底將產(chǎn)生位移移xh、h。當樁底產(chǎn)生生轉角位移h時，樁底的土土抗力情況如如右圖所示，，與之相應的的樁底彎矩值值Mh為式中：A0——樁底面積；I0——樁底面積對其其重心軸的慣慣性矩；C0——基底土的豎向向地基系數(shù)，，Co=m0h。這是一個邊界界條件，此外外由于忽略樁樁與樁底土之之間的摩阻力力，所以認為為Qh=0，這為另一個個邊界條件。。將分別代入式（（4）、（5）中得又解以上聯(lián)立方方程，并令，則得根據(jù)分析，摩摩擦樁且ah>2.5或支承樁且ah≥3.5時，Mh幾乎為零，且且此時Kh對、……等影響極小，，可以認為Kh=0，則上式可可簡化為均為Z的函數(shù)，已根根據(jù)Z值制成表格，可參考考《公橋基規(guī)》。(7)2.嵌巖樁、、的的計算如果樁底嵌固固于未風化巖巖層內有足夠夠的深度，可可根據(jù)樁底xh、h等于零這兩個個邊界條件，，解得也都是Z的函數(shù)，根據(jù)據(jù)Z值制成表格，可查查閱有關規(guī)范范。(8)（二）計算樁樁身內力及位位移的無量綱綱法按上述方法，，用基本公式式（2）、（3）、（4）、（5）計算xz、z、Mz、Qz時，計算工作作量相當繁重重。若樁的支支承條件及入入土深度符合合一定要求，，可采用無量量綱法進行計計算，即直接接由已知的M0、Q0求解。1．的的摩擦樁及及的的支承承樁將式（7）代入式（2）得式中：（9a）同理，將式（（7）分別代入式式（3）、（4）、（4-5）再經(jīng)整理歸歸納即可得（9b）（9c）（9d）2．h>2.5的嵌巖樁將式(8)分別代入式(2)、(3)、(4)、(5)再經(jīng)整理得（10a）（10b）（10c）（10d）（三）樁身最最大彎矩位置置ZMmax和最大彎矩Mmax的確定目的：用于檢驗樁的的截面強度和和配筋計算（（關于配筋的的具體計算方方法，見結構構設計原理教教材內容）。。一般方法：要找出彎矩最最大的截面所所在的位置及及相應的最大大彎矩Mmax值。一般可將將各深度Z處的Mz值求出后繪制制Z－Mz圖，即可從圖圖中求得。數(shù)解法：在最大彎矩截截面處，其剪剪力Q等于零，因此此Qz=0處的截面即為為最大彎矩所所在的位置。。（四）樁頂位位移的計算公公式右圖為置于非非巖石地基中中的樁，已知知樁露出地面面長l0，若樁頂為自自由，其上作作用了Q及M，頂端的位移移可應用疊加加原理計算。。設樁頂?shù)乃轿灰茷閤1，它是由：樁樁在地面處的的水平位移x0、地面處轉角角0所引起在樁頂頂?shù)奈灰?l0、樁露出地面面段作為懸臂臂梁樁頂在水水平力Q作用下產(chǎn)生的的水平位移xQ以及在M作用下產(chǎn)生的的水平位移xm組成，即樁頂位移計算算樁頂轉角1則由：地面處處的轉角0，樁頂在水平平力Q作用下引起的的轉角Q及彎矩作用下下所引起的轉轉角m組成即經(jīng)計算和經(jīng)整整理歸納，可可得到如下計計算結果：（五）單樁、、單排樁計算算步聚及驗算算要求綜上所述，對對單樁及單排排樁基礎的設設計計算，首首先應根據(jù)上上部結構的類類型，荷載性性質與大小，，地質與水文文資料，施工工條件等情況況，初步擬定定出樁的直徑徑、承臺位置置、樁的根數(shù)數(shù)及排列等，，然后進行如如下計算：1．計算各樁樁樁頂所承受的的荷載Pi、Qi、Mi；2．確定樁在最最大沖刷線下下的入土深度度（樁長的確確定）；3．驗算單樁軸軸向承載力；；4．確定樁的計計算寬度b1；5．計算樁—土變形系數(shù)值；6．計算地面處處樁截面的作作用力Q0、M0，并驗算樁在在地面或最大大沖刷線處的的橫向位移x0不大于6mm。然后求算樁樁身各截面的的內力，進行行樁身配筋及及樁身截面強強度和穩(wěn)定性性驗算；7．計算樁頂位位移和墩臺頂頂位移，并進進行驗算；8．彈性樁樁側側最大土抗力力是否驗算，，目前無一致致意見，現(xiàn)行行《公橋基規(guī)》對此也未作要要求。第二節(jié)多多排樁基樁內內力與位移計計算如右圖所示多多排樁基礎，，其具有一個個對稱面的承承臺，且外力力作用于此對對稱平面內，，在外力作用用面內由幾根根樁組成，并并假定承臺與與樁頭的聯(lián)結結為剛性的。。由于各樁與與荷載的相對對位置不盡相相同，樁頂在在外荷載作用用下其變位也也就不同，外外荷載分配到到樁頂上的Pi、Qi、Mi也各異，因此此，Pi、Qi、Mi的值就不能用用簡單的單排排樁計算方法法進行計算。。此時，可將將外力作用平平面內的樁作作為一平面框框架，用結構構位移法解出出各樁頂上的的作用力Pi、Qi、Mi后，再應用單單樁的計算方方法來進行樁樁的承載力與與位移驗算。。計算過程從從略。第三節(jié)群群樁基礎的豎豎向分析及其其驗算1．端承型群樁樁基礎端承型樁樁底底平面的應力力分布端承型群樁基基礎通過承臺臺分配到各基基樁樁頂?shù)暮珊奢d，絕大部部分或全部由由樁身直接傳傳遞到樁底，，由樁底巖層層（或堅硬土土層）支承。。由于樁底持持力層剛硬，，樁的貫入變變形小，低樁樁承臺的承臺臺底面地基反反力與樁側摩摩阻力和樁底底反力相比所所占比例很小小，可忽略不不計。群樁基基礎中的各基基樁的工作狀狀態(tài)近同于獨獨立單樁，可可以認為端承型群樁基礎礎的承載力等于于各單樁承載力力之和，其沉降降量等于單樁沉沉降量。2．摩擦型群樁基基礎摩擦型樁樁底平平面的應力分布布由摩擦樁組成的的群樁基礎，在在豎向荷載作用用下，樁頂荷載載主要通過樁側側土的摩阻力傳傳遞到樁周和樁樁端土層中。由由于樁側摩阻力力引起的土中附附加應力通過樁樁周土體的擴散散作用，使樁底底處的壓力分布布范圍要比樁身身截面積大得多多（如右圖所示示），以致群樁樁中各樁傳遞到到樁底處的應力力可能疊加，群群樁樁底處地基基土受到的壓力力比單樁大。同同時由于群樁基基礎的尺寸大，，荷載傳遞的影影響范圍也比單單樁深，因此樁樁底下地基土層層產(chǎn)生的壓縮變變形和群樁基礎礎的沉降都比單單樁大。在樁的承載力方方面，群樁基礎礎的承載力也決決不是等于各單單樁承載力總和和的簡單關系。。群樁效應摩擦型群樁基礎礎受豎向荷載后后，由于承臺、、樁、土的相互互作用使其樁側側阻力、樁端阻阻力、沉降等性性狀發(fā)生變化而而與單樁明顯不不同，這種群樁樁不同于單樁的的工作性狀所產(chǎn)產(chǎn)生的效應，稱稱其為群樁效應應，它主要表現(xiàn)現(xiàn)在對樁基承載載力和沉降的影影響上。影響群樁基礎承承載力和沉降的的因素：與土的性質、樁樁長、樁距、樁樁數(shù)、群樁的平平面排列和承臺臺尺寸大小等因因素有關。模型型試驗研究和現(xiàn)現(xiàn)場測定結果表表明，上述諸因因素中，樁距大大小的影響是主主要的，其次是是樁數(shù)?，F(xiàn)通常常認為當樁間中中心距離≥6b1（b1為單樁的計算寬寬度）時，可不不考慮群樁效應應。3．群樁基礎承載載力驗算由柱樁組成的群群樁基礎，群樁樁承載力等于單單樁承載力之和和，群樁基礎沉沉降等于單樁沉沉降，群樁效應應可以忽略不計計，不需要進行行群樁承載力驗驗算。即使由摩摩擦樁組成的群群樁基礎，在一一定條件下也不不需要驗算群樁樁基礎的承載力力。例如建筑樁樁基礎規(guī)定根數(shù)數(shù)少于3根的群樁基礎，橋梁工程規(guī)規(guī)定樁距≥6倍樁徑時，只要要驗算單樁的承承載力就可以了了。但當不滿足足規(guī)范條件要求求時，除了驗算算單樁承載力外外，還需要驗算算樁底持力層的的承載力，持力力層下有軟弱土土層時，還應驗驗算軟弱下臥層層的承載力。（1)樁底持力層承載載力驗算摩擦群樁應力分分布摩擦型群樁基礎礎當樁間中心距距小于6倍樁徑時，如右右圖所示，將樁基礎礎視為相當于cdef范圍內的實體基基礎，認為樁側側外力以φ/4角向下擴散，可可按下式驗算樁樁底平面處土層層的承載力：≤（2）軟弱下臥層強強度驗算軟弱下臥層驗算算方法是按土力力學中的土應力力分布規(guī)律計算算出軟弱土層頂頂面處的總應力力不得大于該處處地基土的容許許承載力，可參參見第二章有關關部分。4．群樁基礎沉降降驗算驗算目標：超靜定結構橋梁梁或建于軟土、、濕陷性黃土地地基或沉降較大大的其它土層的的靜定結構橋梁梁墩臺的群樁基基礎應計算沉降降量并進行驗算算。當柱樁或樁的中中心距大于6倍樁徑的摩擦型型群樁基礎，可可以認為其沉降降量等于在同樣樣土層中靜載試試驗的單樁沉降降量。樁的中心距小于于6倍樁徑的摩擦型型群樁基礎的沉沉降計算，則作為實體基基礎考慮，可采采用分層總和法法計算沉降量。。《公橋基規(guī)》規(guī)定墩臺基礎的的沉降應滿足下下式要求：式中：S——墩臺基礎的均勻勻總沉降值（不不包括施工中的的沉降）（cm）；——相鄰墩臺基礎均均勻總沉降差值值（不包括施工工的沉降）（cm）；L——相鄰墩臺間最小小跨徑長度，以以m計；跨徑小于25m時仍以25m計算。第四節(jié)承臺臺的計算承臺的作用：承臺是樁基礎的的一個重要組成成部分。承臺應應有足夠的強度度和剛度，以便便把上部結構的的荷載傳遞給各各樁，并將各單單樁聯(lián)結成整體體。承臺設計內容：：包括承臺材料、、形狀、高度、、底面標高和平平面尺寸的確定定以及強度驗算算，并要符合構構造要求。除強強度驗算外，上上述各項均可根根據(jù)本章前敘有有關內容初步擬擬定，經(jīng)驗算后后若不能滿足有有關要求，仍須須修改設計，直直至滿足為止。。承臺驗算內容：：一般應進行局部部受壓、抗沖剪剪、抗彎和抗剪剪驗算。一、樁頂處的局局部受壓驗算樁頂作用于承臺臺混凝土的壓力力，如不考慮樁樁身與承臺混凝凝土間的粘著力力，局部承壓時時，按下式計算算：≤如驗算結果不符符合上式要求，，應在承臺內樁樁的頂面以上設設置1～2層鋼筋網(wǎng)，鋼筋筋網(wǎng)的邊長應大大于樁徑的2.5倍，鋼筋直徑不不宜小于12mm，網(wǎng)孔為100×100mm，如右圖。二、樁對承臺的的沖剪驗算樁頂?shù)匠信_頂面面的厚度，應根根據(jù)樁頂對承臺臺的沖剪強度，，按下式近似計計算確定（參看看右圖）承臺沖剪驗算截截面一般不應小于0.5～1.0m，如不符上式要要求，也在樁樁頂設鋼筋網(wǎng)。。如基樁在承臺的的布置范圍不超超過墩臺邊緣以以剛性角向外擴擴散范圍，可不不驗算樁對承臺臺的沖剪強度。。注意三、承臺抗彎及及抗剪強度驗算算（一）承臺抗彎彎驗算按照上圖所示樁樁及橋墩在承臺臺布置情況，承承臺最大彎矩將將發(fā)生在墩底邊邊緣截面A-A及B-B。按單向受彎計計算，該截面彎彎矩計算公式為為在確定承臺的驗驗算截面彎矩后后，可根據(jù)鋼筋筋混凝土矩形截截面受彎構件按按極限狀態(tài)設計計法進行承臺縱縱橋向及橫橋向向配筋計算或驗驗算截面抗彎強強度。（二）承臺抗剪剪切強度驗算承臺應有足夠的的厚度，防止沿沿墩身底面邊緣緣A-A、B-B截面處產(chǎn)生剪切切破壞。各截面面剪切力分別為為及，，按此驗驗算承臺厚度，，必要時在承臺臺縱橋向及橫橋橋向配置抗剪鋼鋼筋網(wǎng)或加大承承臺厚度。在驗算承臺強度度時，承臺厚度度可自頂面算至至承臺底層鋼筋筋網(wǎng)。第五節(jié)樁基基礎的設計設計樁基礎的一一般程序：首先應該搜集必要的的資料，包括上上部結構型式與與使用要求，荷荷載的性質與大大小，地質和水水文資料，以及及材料供應和施施工條件等。據(jù)據(jù)此擬定出設計計方案（包括選選擇樁基類型、、樁長、樁徑、、樁數(shù)、樁的布布置、承臺位置置與尺寸等），，然后進行基樁和承臺臺以及樁基礎整整體的強度、穩(wěn)穩(wěn)定、變形驗驗驗，經(jīng)過計算、、比較、修改，，以保證承臺、、基樁和地基在在強度、變形及及穩(wěn)定性方面滿滿足安全和使用用上的要求，并并同時考慮技術術和經(jīng)濟上的可可能性與合理性性，最后確定較較理想的設計方方案。一、樁基礎類型型的選擇（一）承臺底面面標高的考慮低樁承臺：穩(wěn)定性較好，但但在水中施工難難度較大，因此此可用于季節(jié)性性河流、沖刷小小的河流或旱地地上其它結構物物的基礎。當作作用在樁基礎上上的水平力和彎彎矩較大，或樁樁側土質較差時時，為減少樁身身所受的內力，，可適當降低承承臺底面標高。。高樁承臺：對于常年有流水水，沖刷較深，，或水位較高，，施工排水困難難，在受力條件件允許時，應盡盡可能采用高樁樁承臺。有時為為節(jié)省墩臺身圬圬工數(shù)量，則可可適當提高承臺臺底面標高。當承臺埋設于凍脹土層中時，為了避免免由于土的凍脹脹引起樁基礎損損壞，承臺底面面應位于凍結線線以下不少于0.25m，承臺如在水中或有流冰的的河道，承臺底面也應應適當放低，以以保證基樁不會會直接受到撞擊擊，否則應設置置防撞裝置。（二）柱樁樁基基和摩擦樁樁基基的考慮柱樁和摩擦樁的的選擇主要根據(jù)據(jù)地質和受力情況況確定。柱樁：柱樁樁基礎承載載力大，沉降量量小，較為安全全可靠，因此當當基巖埋深較淺淺時，應考慮采采用柱樁樁基。。摩擦樁：若巖層埋置較深深或受施工條件件的限制不宜采采用柱樁，則可可采用摩擦樁，，在同一樁基礎中中不宜同時采用用柱樁和摩擦樁樁，同時也不宜宜采用不同材料料、不同直徑和和長度相差過大大的樁，以避免免樁基產(chǎn)生不均均勻沉降或喪失失穩(wěn)定性。注意：（三）樁型與施施工方法的考慮慮樁型與施工方法法的選擇應按照照基礎工程的方方案選擇原則根根據(jù)地質情況、、上部結構要求求、樁的使用功功能和施工技術術設備等條件來來確定。一般程序：設計時，首先擬擬定尺寸，然后后通過基樁計算算，驗算所擬定定的尺寸是否經(jīng)經(jīng)濟合理，再作作最后確定。二、樁徑、樁長長的擬定樁徑與樁長的設設計，應綜合考考慮荷載的大小小、土層性質與與樁周土阻力狀狀況、樁基類型型與結構特點、、樁的長徑比以以及施工設備與與技術條件等因因素后確定，力力爭做到既滿足足使用要求，又又造價經(jīng)濟，最最有效地利用和和發(fā)揮地基土和和樁身材料的承承載性能。設計時，首先擬擬定尺寸，然后后通過基樁計算算，驗算所擬定定的尺寸是否經(jīng)經(jīng)濟合理，再作作最后確定。（一）樁徑擬定定樁的類型選定后后，樁的橫截面面（樁徑）可根根據(jù)各類樁的特特點與常用尺寸寸選擇確定。（二）樁長擬定定設計時，可先根根據(jù)地質條件選選擇適宜的樁端端持力層初步確確定樁長，并應應考慮施工的可可行性（如鉆孔孔灌注樁鉆機鉆鉆進的最大深度度等）。一般情況下：應將樁底置于巖巖層、堅硬的土土層上、壓縮性性較低、強度較較高的土層，以以得到較大的承承載力和較小的的沉降量。避免免使樁底坐落在在軟土層上或離離軟弱下臥層的的距離太近，以以免樁基礎發(fā)生生過大的沉降。。對于摩摩擦樁樁，有有時樁樁底持持力層層可能能有多多種選選擇，，此時時確定定樁長長與樁樁數(shù)兩兩者相相互牽牽連，，遇此此情況況，可可通過過試算算比較較，選選擇較較合理理的樁樁長。。摩擦擦樁的的樁長長不應應擬定定太短短，一一般不不應小小于4m。此外外，為為保證證發(fā)揮揮摩擦擦樁樁樁底土土層支支承力力，樁樁底端端部應應盡可可能達達到該該土層層的樁樁端阻阻力的的臨界界深度度，一一般不不宜小小于1m。三、確確定基基樁根根數(shù)及及其平平面布布置（一））樁的的根數(shù)數(shù)估算算一個基基礎所所需樁樁的根根數(shù)可可根據(jù)據(jù)承臺臺底面面上的的豎向向荷載載和單單樁容容許承承載力力按下下式估估算：：式中：：——樁的根根數(shù)；；——作用在在承臺臺底面面上的的豎向向荷載載，kN；——單樁容容許承承載力力，kN；——考慮偏偏心荷荷載時時各樁樁受力力不均均而適適當增增加樁樁數(shù)的的經(jīng)驗驗系數(shù)數(shù)，可可取=1.1～1.2。（二））樁間間距的的確定定鉆（挖挖）孔孔灌注注樁的摩擦擦樁中中心距距不得得小于于2.5倍成孔孔直徑徑，支支承或或嵌固固在巖巖層的的柱樁中心距距不得得小于于2.0倍的成成孔直直徑（（矩形形樁為為邊長長），，樁的的最大大中心心距一一般也也不超超過5-6倍樁徑徑。打入樁樁的中心心距不不應小小于樁樁徑（（或邊邊長））的3.0倍，在在軟土土地區(qū)區(qū)宜適適當增增加。。如設設有斜斜樁，，樁的的中心心距在在樁底底處不不應小小于樁樁徑的的3.0倍，在在承臺臺底面面不小小于樁樁徑的的1.5倍；若若用振振動法法沉入入砂土土內的的樁，，在樁樁底處處的中中心距距不應應小于于樁徑徑的4.0倍。管柱的中心心距一一般為為管柱柱外徑徑的2.0～3.0倍（摩摩擦樁樁）或或2.0倍（柱柱樁））。（三））樁的的平面面布置置多排樁樁:穩(wěn)定性性好，，抗彎彎剛度度較大大，能能承受受較大大的水水平荷荷載，，水平平位移移小，，但多多排樁樁的設設置將將會增增大承承臺的的尺寸寸，增增加施施工困困難，，有時時還影影響航航道；；單排樁樁:能較好好地與與柱式式墩臺臺結構構形式式配用用，可可節(jié)省省圬工工，減減小作作用在在樁基基的豎豎向荷荷載。。因此，，當橋橋跨不不大、、橋高高較矮矮時，，或單單樁承承載力力較大大，需需用樁樁數(shù)不不多時時常采采用單單排排排架式式基礎礎。公公路橋橋梁自自采用用了具具有較較大剛剛度的的鉆孔孔灌注注樁后后，選選用蓋蓋梁式式承臺臺雙柱柱或多多柱式式單排排墩臺臺樁柱柱基礎礎也較較廣泛泛，對對較高高的橋橋臺、、拱橋橋橋臺臺、制制動墩墩和單單向水水平推推力墩墩基礎礎則常常需用用多排排樁。。多排樁樁的排排列形形式：：常采用用行列列式（（下圖圖a）和梅梅花式式（下下圖b），在在相同同的承承臺底底面積積下，，后者者可排排列較較多的的基樁樁，而而前者者有利利于施施工。?？紤]荷荷載合合力作作用點點的樁樁的布布置：：為使各各樁受受力均均勻，，充分分發(fā)揮揮每根根樁的的承載載能力力，設設計布布置時時，應應盡可可能使使樁群群橫截截面的的重心心與荷荷載合合力作作用點點重合合或接接近，，通常常橋墩墩樁基基礎中中的基基樁采采取對對稱布布置，，而橋橋臺多多排樁樁樁基基礎視視受力力情況況在縱縱橋向向采用用非對對稱布布置。?？紤]彎彎矩的的樁的的布置置：當作用用于樁樁基的的彎矩矩較大大時，，宜盡盡量將將樁布布置在在離承承臺形形心較較遠處處，采采用外外密內內疏的的布置置方式式，以以增大大基樁樁對承承臺形形心或或合力力作用用點的的慣性性距，，提高高樁基基的抗抗彎能能力。?？紤]使使承臺臺受力力的樁樁的布布置：：例如樁樁柱式式墩臺臺應盡盡量使使墩柱柱軸線線與基基樁軸軸線重重合，，蓋梁梁式承承臺的的樁柱柱布置置應使使承臺臺發(fā)生生的正正負彎彎矩接接近或或相等等，以以減小小承臺臺所承承受的的彎曲曲應力力。四、樁樁基礎礎設計計計算算與驗驗算內內容（一））單根根基樁樁的驗驗算1．單樁樁軸向向承載載力驗驗算1）按地地基土土的支支承力力確定定和驗驗算單單樁軸軸向承承載力力目前通通常仍仍采用用單一一安全全系數(shù)數(shù)即容容許應應力法法進行行驗算算。首首先根根據(jù)地地質資資料確確定單單樁軸軸向容容許承承載力力，對對于一一般性性橋梁梁和結結構物物，或或在各各種工工程的的初步步設計計階段段可按按經(jīng)驗驗（規(guī)規(guī)范））公式式計算算；而而對于于大型型、重重要橋橋梁或或復雜雜地基基條件件還應應通過過靜載載試驗驗或其其他方方法，，作詳詳細分分析比比較，，較準準確合合理地地確定定。檢檢算單單樁容容許承承載力力，應應以最最不利利荷載載組合合計算算出受受軸向向力最最大的的一根根基樁樁進行行驗算算。要求：2）按樁身身材料強強度確定定和驗算算單樁承承載力驗算時，，把樁作作為一根根壓彎構構件，按按概率極極限狀態(tài)態(tài)設計方方法以承承載能力力極限狀狀態(tài)驗算算樁身壓壓屈穩(wěn)定定和截面面強度，，以正常常使用極極限狀態(tài)態(tài)驗算樁樁身裂縫縫寬度（（參見規(guī)規(guī)范）。。