工程設(shè)計(jì)原理樁基礎(chǔ)上

第四章樁基礎(chǔ)4.1概述深基礎(chǔ):建筑場(chǎng)地淺層的土質(zhì)不能滿足建筑物對(duì)地基承載力和變形的要求，而又不適宜采取地基處理措施時(shí)，則應(yīng)考慮深基礎(chǔ)方案。深基礎(chǔ)主要有：樁基礎(chǔ)、沉井和地下連續(xù)墻等類(lèi)型。其中以樁基礎(chǔ)應(yīng)用最為廣泛。沉井工作間地下墻樁基礎(chǔ)（1）智利古文化遺址中發(fā)現(xiàn)的木樁距今約有12000年；（2）7000年前我國(guó)的湖上居民已采用木樁支承房屋－浙江河姆渡遺址；（3）3000-4000年前的古羅馬建筑；（4）西安灞橋,北京御河橋等。1、十九世紀(jì)以前－木樁2、十九世紀(jì)開(kāi)始鑄鐵管樁，1824年波特蘭水泥、蒸汽動(dòng)力等提供了材料、動(dòng)力條件。3、十九世紀(jì)末現(xiàn)場(chǎng)鉆孔樁(1897,Raymond)歷史通常將樁基礎(chǔ)中的樁稱(chēng)之為基樁。

由于采用的承臺(tái)類(lèi)型不同，樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式歸納起來(lái)主要有：樁柱基礎(chǔ)、樁梁基礎(chǔ)、樁墻基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)和樁箱基礎(chǔ)。

軟土層基樁硬土層承臺(tái)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：將荷載傳遞到下部好的持力層,承載力高、沉降量小；能承受抗拔、抗滑及水平力；抗震性能好,可穿越液化土層；相比較其它深基礎(chǔ),施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低。缺點(diǎn)：施工對(duì)環(huán)境不利影響－ 施工噪音,泥漿污染；不利于地下工程施工?？紤]采用樁基礎(chǔ)情況:(6)需要長(zhǎng)期保存、具有重要?dú)v史意義的建筑物。(2)地基上層土質(zhì)差而下層土質(zhì)較好或軟弱或特殊地基。如深厚的軟土、可液化土層、自重濕陷性黃土、膨脹土及季節(jié)性?xún)鐾恋?，采用地基改良和加固措施不合適；(3)有較大的偏心荷載、水平荷載、動(dòng)力或周期性荷載作用；(4)上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的不均勻沉降相當(dāng)敏感；或建筑物受到大面積地面超載的影響；(5)地下水位很高，采用其它基礎(chǔ)型式施工困難；或位于水中的構(gòu)筑物基礎(chǔ)，如橋梁、碼頭、采油平臺(tái)等。

(1)地基土層、荷載不均，不能滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻變形要求；(一)按承臺(tái)位置低承臺(tái)樁承臺(tái)在地面(或沖刷線)以下,承臺(tái)本身承擔(dān)部分荷載4.2樁的分類(lèi)高承臺(tái)樁承臺(tái)在地面(或沖刷線)以上，承臺(tái)不承擔(dān)荷載（二）按材料木樁、混凝土、鋼筋混凝土、鋼管（型鋼）樁、復(fù)合樁鋼筋混凝土：普通混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土（離心）、高強(qiáng)混凝土（三）按形狀縱斷面:按橫斷面：（四）按尺寸按斷面(直徑）的大?。捍笾睆?d>80cm;小直徑d<25cm按長(zhǎng)度：L>60m長(zhǎng)樁；L<10m短樁(五)按荷載傳遞方式端承樁主要由樁端承受極限荷載,樁不長(zhǎng),樁端土堅(jiān)硬摩擦樁主要由樁側(cè)壁與土的摩擦力承受極限荷載端承樁（嵌巖樁）、摩擦樁、端承摩擦樁、摩擦端承樁（六）按施工方法（沉樁方法）

1預(yù)制樁：擠土樁2現(xiàn)場(chǎng)灌注樁：非擠土樁成孔方法人工挖孔螺旋鉆正反循環(huán)—地下水以下泥漿護(hù)壁沖擊,夯擴(kuò),爆破沉管灌注現(xiàn)場(chǎng)灌注樁錘擊振動(dòng)沉樁靜壓樁引孔,部分?jǐn)D土不引孔,擠土樁預(yù)制樁人工挖孔樁螺旋鉆

爆破擴(kuò)底樁鉆孔灌注樁施工程序沉管灌注樁與夯擴(kuò)樁施工程序沉管灌注樁工藝夯擴(kuò)樁工藝

預(yù)制樁、沉管灌注樁在錘擊或振動(dòng)法下沉?xí)r，施工噪音大，污染環(huán)境；靜壓法施工可消除噪音污染，是城區(qū)預(yù)制樁的主要施工方法；

鉆孔樁的施工過(guò)程振動(dòng)、噪音小，是城區(qū)建筑的常用樁型。三、各類(lèi)樁的主要特點(diǎn)1．振動(dòng)、噪聲2．?dāng)D土效應(yīng)灌注樁為非擠土樁，對(duì)鄰近建筑物及地下管線危害??；管樁為部分?jǐn)D土樁，端部“土塞”效應(yīng)；預(yù)制鋼筋混凝土樁、沉管灌注樁均屬于擠土樁。單節(jié)長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，一般在30m以?xún)?nèi)，更長(zhǎng)時(shí)需接樁；不易穿透較厚的堅(jiān)硬地層，沉樁困難時(shí)需采用射水輔助振動(dòng)沉樁法；樁長(zhǎng)和界面不可太大；單樁極限承載力一般不超過(guò)6000kN。3.沉樁能力與承載力預(yù)制樁鉆孔灌注樁直徑可大至1～2m，樁長(zhǎng)可達(dá)100m，可適用于各種地層，樁端不僅可進(jìn)入微風(fēng)化基巖而且可擴(kuò)底，挖孔灌注樁直徑更可擴(kuò)大至2～3m；單樁極限承載力可達(dá)15000kN以上。配筋往往是由搬運(yùn)起吊和錘擊時(shí)的施工工況來(lái)控制的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常工作荷載對(duì)強(qiáng)度的要求，因此樁身混凝土標(biāo)號(hào)、含筋率高，主筋要求通長(zhǎng)配置，用鋼量大。4.施工應(yīng)力與配筋量現(xiàn)場(chǎng)成孔澆注混凝土，僅承受軸向壓力時(shí)；按工作荷載要求通常只在上部配筋，一般比預(yù)制樁經(jīng)濟(jì)。灌注樁預(yù)制樁接頭常形成樁身的薄弱環(huán)節(jié)，沉樁的擠土效應(yīng)可使先打設(shè)的樁被抬起，如果接樁不牢固，可使上下兩節(jié)樁脫開(kāi)。擠土效應(yīng)可能使混凝土尚未結(jié)硬的鄰樁被剪斷，對(duì)策是采取“跳打”順序施工，待混凝土強(qiáng)度足夠時(shí)再在它的近旁施打相鄰樁。5．施工質(zhì)量鉆孔灌注樁，在地下、水下灌注混凝土過(guò)程中容易出現(xiàn)斷樁、縮頸、露筋、夾泥、泥皮和沉渣的現(xiàn)象；挖孔樁的施工質(zhì)量比鉆孔樁有保證，但其挖土和澆灌混凝土都必須在無(wú)水環(huán)境下進(jìn)行。灌注樁預(yù)制樁一、單樁的荷載傳遞規(guī)律1.單樁的荷載傳遞過(guò)程

4.3豎向荷載下的樁基礎(chǔ)樁頂作用荷載樁身壓縮量和向下位移樁側(cè)摩阻力逐步發(fā)揮（自上而下）樁端阻力逐漸發(fā)揮樁端土壓縮變形樁土相對(duì)位移繼續(xù)增大極限破壞2．荷載傳遞函數(shù)

荷載傳遞函數(shù)：樁側(cè)和樁端阻力的發(fā)揮，需要一定的樁土相對(duì)位移，即樁側(cè)和樁端阻力是樁土相對(duì)位移的某種函數(shù)。荷載傳遞函數(shù)特性：影響因素復(fù)雜，與土層性質(zhì)、埋深、樁徑等有關(guān)。荷載傳遞函數(shù)主要特征參數(shù)是極限摩阻力和對(duì)應(yīng)的極限位移。摩阻力所需位移很小端阻力需要較大位移;不同階段二者分擔(dān)比不同Q(kN)QsQpQS(mm)粘性土中su＝4～6mm；砂性土中su＝6～10mm；大直徑鉆孔灌注樁孔壁粗糟：su

＝20mm～40mm(≈2.0%D)孔壁光滑：su

＝3~4mm(1)樁側(cè)極限位移su粘性土：spu

＝25％D，砂性土spu

＝8％～10％D；注：孔底虛土、沉渣壓縮導(dǎo)致發(fā)揮端阻極限位移更大。(2)樁端極限位移spus(mm)qs(kPa)su1su2su3qsu1qsu2qsu23.極限樁端、樁側(cè)阻力的影響因素

當(dāng)樁端進(jìn)入均勻持力層的深度h小于某一深度時(shí)，其端阻力一直隨著深度線性增大；當(dāng)進(jìn)入深度大于某個(gè)深度后，極限端阻力基本保持恒定不變，該深度稱(chēng)為端阻力的臨界深度hcp，相應(yīng)的極限端阻力為端阻穩(wěn)定值qpl。當(dāng)樁端持力層下臥軟弱層，若樁端距離軟弱層小于某一厚度，端阻力將降低，這一臨界厚度稱(chēng)為端阻的臨界厚度tc。上海：粉砂層試驗(yàn)：hcp≥7d，tc=5~7d；硬粘性土hcp≈tc

≈7d。(1)樁端深度效應(yīng)

tchcp(2)成樁效應(yīng)擠土樁、部分?jǐn)D土樁的成樁效應(yīng)砂土中成樁過(guò)程使樁周土因擠壓而趨于密實(shí)，導(dǎo)致樁側(cè)、樁端阻力提高；飽和粘土中的擠土樁，成樁過(guò)程中樁周土受到擠壓、擾動(dòng)、重塑，產(chǎn)生超孔隙水壓力－時(shí)效性（即軟粘土中擠土摩擦型樁的承載力隨時(shí)間而增長(zhǎng)）。(b)非擠土樁的成樁效應(yīng)成孔過(guò)程中孔壁側(cè)向應(yīng)力釋放，出現(xiàn)側(cè)向土松弛變形，降低側(cè)壁摩阻力；泥漿護(hù)壁成孔的灌注樁，在樁土界面之間將形成“泥皮”效應(yīng)；在樁端出現(xiàn)“沉渣”現(xiàn)象單樁的破壞模式同樁的荷載－沉降曲線以及樁身材料特性有關(guān),“急進(jìn)型破壞”、“漸進(jìn)型破壞”和“曲折型破壞”。如圖所示:4.單樁的破壞模式曲線A變化特征(樁周土的破壞特征)可確定單樁極限承載力。對(duì)應(yīng)樁基承載力極限狀態(tài)。

根據(jù)曲線B的極限沉降控制值確定單樁極限承載力。對(duì)應(yīng)樁基正常使用極限狀態(tài)。端承型樁、純摩擦樁和抗拔樁，整體剪切或純剪切破壞屬于急進(jìn)型破壞。摩擦型樁，均質(zhì)土層的刺入破壞，屬于漸進(jìn)型破壞。超長(zhǎng)樁和樁身有缺陷的樁，樁身材料強(qiáng)度破壞，Q－s曲線呈陡降型，屬于曲折型破壞。BASOQS'uQ'uQ''uS''uQuS'uC根據(jù)曲線C的極限沉降控制值確定單樁極限承載力。對(duì)應(yīng)樁基承載力極限狀態(tài)。s0sb樁側(cè)土體位移Q0軸向力Qs0sbqs摩阻力5、荷載傳遞基本方程的建立荷載傳遞基本方程以微小樁段為對(duì)象，由豎向力的平衡條件u為樁的周長(zhǎng)理想彈塑性模型的求解結(jié)果

假定樁側(cè)土模型

理想彈塑性荷載傳遞函數(shù)假定樁端土模型

其中Al

為樁端截面面積su單樁的Q-s理想化曲線(a)樁側(cè)土彈性階段（0～1段）直線段，樁身各點(diǎn)側(cè)摩阻力都小于極限側(cè)摩阻力，即(b)樁側(cè)土彈塑性階段（1～2段）樁側(cè)土塑性范圍逐漸由淺到深發(fā)展，直至樁側(cè)土均達(dá)到塑性狀態(tài)。(c)

樁側(cè)土完全塑性階段（2～3段）新增加荷載全部由樁端承擔(dān)，直至持力層破壞，即二、單樁豎向承載力確定鋼筋混凝土樁承載力R=jcfcAp1.經(jīng)驗(yàn)參數(shù)方法按樁身材料確定j-穩(wěn)定系數(shù)，低承臺(tái)j＝1.0c－基樁施工工藝參數(shù)：預(yù)制樁取c

＝0.9；干作業(yè)非擠土灌注樁c

＝0.85；其它灌注樁c

＝0.7~0.8;軟土區(qū)擠土灌注樁c

＝0.6。K—安全系數(shù)，一般K＝2。單樁極限承載力：?jiǎn)螛冻休d力特征值為：Ra＝Quk/K

按樁周土確定3.靜載荷試驗(yàn)獲得單樁承載力最可靠的方法錨樁反力梁

次梁錨筋錨樁主梁千斤頂百分表基準(zhǔn)柱（a）試驗(yàn)裝置（b）試驗(yàn)方法加載方式：采用逐級(jí)加載方式，一般按預(yù)估極限荷載的1/10~1/15Pu施加，第一級(jí)荷載可加倍施加；穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每級(jí)加載后，按5、10、15、30、60分鐘間隔測(cè)讀沉降。當(dāng)每小時(shí)沉降不超過(guò)0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次，則認(rèn)為沉降已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。終止加載條件：符合下列條件之一即可：(1)樁沉降量為前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍；(2)樁沉降量為前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且24小時(shí)尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定；(3)樁頂加載達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的最大加載量；(4)已達(dá)錨樁最大抗拔力或壓重平臺(tái)最大重量；(5)Q-s緩變型時(shí)，加載至樁頂沉降60~80mm(特殊時(shí)考慮樁頂沉降80mm以上)；破壞荷載回彈變形:中止加載后，每級(jí)基本卸載量按每級(jí)基本加載量的2倍控制，并按15、30、60、90分鐘測(cè)讀回彈量，然后進(jìn)行下一級(jí)的卸載。全部卸載后，隔3～4小時(shí)再測(cè)回彈量一次。上面方法為慢速維持荷載法常規(guī)試驗(yàn)方法還有快速維持荷載法（每隔1小時(shí)加一級(jí)荷載）和循環(huán)加卸載方法（每級(jí)荷載相對(duì)穩(wěn)定后卸載至零）。（c）試驗(yàn)成果與承載力確定（1）Q－s曲線，表示樁頂荷載與沉降關(guān)系；（2）s－lgt曲線，表示對(duì)應(yīng)荷載下沉降隨時(shí)間變化關(guān)系陡降型Q－s曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值。s－lgt曲線尾部明顯向下彎曲的前一級(jí)的荷載值。單樁沉降時(shí)間s－lgt曲線單樁荷載－沉降Q－s曲線QuQuQ-s緩變型時(shí)，取s=40mm對(duì)應(yīng)Qu，或s=0.05D對(duì)應(yīng)Qu

（D≥800mm）；

注： 在同一條件下的試樁數(shù)量大于3根時(shí)，可取平均值為Quk

（極差≤30%），小于等于3根，取其中最小值為Quk。單樁承載力特征值為

Ra＝Quk/KK=2.0為安全系數(shù)。

甲、乙級(jí)建筑或施工質(zhì)量不易保證的樁基礎(chǔ)，單樁靜載試樁數(shù)量≥1%總樁數(shù)，且≥3根。工程總樁數(shù)≤50根，檢測(cè)試樁≥2根；養(yǎng)護(hù)時(shí)間28d，因時(shí)效性間歇時(shí)間考慮為7d~25d。（d）檢測(cè)數(shù)量與養(yǎng)護(hù)三、群樁承載力確定（一）群樁效應(yīng)的基本概念巖石土壓力擴(kuò)散深度>6d土土≤6d

群樁在豎向荷載作用下，由于承臺(tái)、樁、土之間相互影響和共同作用下，群樁效應(yīng)表現(xiàn)為：（1）群樁承載力將不等于各單樁承載力之和；（2）群樁沉降明顯超過(guò)單樁。群樁效應(yīng)可用群樁效率系數(shù)η和沉降比ζ表示：群樁效率系數(shù)：η=Pu/(nQu)n為群樁中的樁數(shù)。沉降比：ζ=sn/s≥1.0

群樁效率主要取決于土質(zhì)條件、樁距、樁數(shù)，樁徑、樁的類(lèi)型及排列方式等因素。c

－承臺(tái)效應(yīng)系數(shù)，查表4－3；群樁極限承載力基樁承載力特征值（二）考慮承臺(tái)效應(yīng)的基樁承載力（建筑樁基技術(shù)規(guī)范、建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范）fuk,fak

－承臺(tái)底0.5倍承臺(tái)寬度深度（≤5m）范圍內(nèi)地基土極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與特征值；復(fù)合疏樁承載力特征值xp＝1.1~1.2xc＝1.1hc

當(dāng)承臺(tái)底面以下是可液化土、欠固結(jié)土、新填土、或沉樁過(guò)程產(chǎn)生高孔隙水壓力和土體隆起時(shí)，不能考慮承臺(tái)效應(yīng)，即取c＝0;《公路橋涵地基基礎(chǔ)規(guī)范》c＝0。偏心荷載（標(biāo)準(zhǔn)組合）作用下,各樁頂荷載為:（三）樁頂作用效應(yīng)驗(yàn)算

在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合情況下，基樁豎向承載能力的極限狀態(tài)表達(dá)式為

Nik≤R

在偏心豎向荷載作用下，尚應(yīng)滿足下式：

Nikmax≤1.2R當(dāng)Nikmin≤0時(shí)，尚需驗(yàn)算抗拔承載力。（1）樁距較小，樁與樁間土的性狀類(lèi)似于實(shí)體墩基礎(chǔ)，而可能會(huì)引起整體沖剪破壞；（2）如果樁距較大(或單樁基礎(chǔ))且硬持力層厚度較小，基樁可能會(huì)產(chǎn)生基樁沖剪破壞。（四）群樁軟弱下臥層承載力驗(yàn)算

樁端平面以下荷載影響范圍內(nèi)存在軟弱下臥層時(shí)，需驗(yàn)算下臥層承載力：FlB0G

zF

lB0G

zfa－為經(jīng)深度修正的軟弱下臥層承載力特征值驗(yàn)算原則：擴(kuò)散到軟臥層頂面的附加應(yīng)力與軟臥層頂面土自重應(yīng)力之和要小于軟臥層的設(shè)計(jì)承載力，即sz按下列公式計(jì)算：A0、B0——樁群外緣矩形面積的長(zhǎng)、短邊長(zhǎng)。Gk——承臺(tái)及臺(tái)上土體重量。Fk

lB0tzGk

z1、負(fù)摩擦的產(chǎn)生條件(1)樁周附近地面大面積堆載 如橋頭路提高填土的橋臺(tái)樁基礎(chǔ)，地坪大面積堆放重物的車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)建筑樁基礎(chǔ)。(2)大面積降低地下水位 土層產(chǎn)生自重固結(jié)下沉。(3)欠固結(jié)土,新填土

自重固結(jié)下沉(4)濕陷性黃土遇水濕陷、凍土融化(5)密集群樁打樁或者砂土液化正摩阻力負(fù)摩阻力四、樁的負(fù)摩阻力成為荷載的一部分2、負(fù)摩擦力的確定 對(duì)于下部為巖石的端承樁,可能全樁為負(fù)阻力,對(duì)于一般樁,視二者的相對(duì)位移量和方向。ln負(fù)摩阻力樁土位移-+摩阻力軸向力Nsssp中性點(diǎn)基樁承載力驗(yàn)算：負(fù)摩阻力ln=

0.5~1.0l0(表4-5)五、樁基的抗拔承載力基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別按下式計(jì)算：—抗拔折減系數(shù)，砂土0.50~0.70，粘性土、粉土0.7~0.8(L/d<20時(shí)，取小值)，

1、現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)2、半經(jīng)驗(yàn)半理論公式抗拔承載力驗(yàn)算單樁群樁單樁群樁Gp

為基樁的自重,水下為浮重抗拔承載力的確定ui—破壞表面周長(zhǎng)(等直徑取pd，擴(kuò)底樁底5d樁長(zhǎng)取pD)(1)Mindlin積分法

得到附加應(yīng)力，采用有限壓縮層地基模式按單向壓縮計(jì)算樁基礎(chǔ)沉降。將計(jì)算K根樁作用于計(jì)算點(diǎn)的附加應(yīng)力進(jìn)行疊加：樁基沉降主要取決于樁端土的壓縮量。需要進(jìn)行沉降計(jì)算：（1）甲級(jí)、乙級(jí)建筑物的建筑物樁基（2）對(duì)沉降有嚴(yán)格要求的建筑物樁基（3）體型復(fù)雜或樁端以下存在軟弱土層六、樁基沉降計(jì)算（一）地基中的豎向附加應(yīng)力計(jì)算基于Geddes應(yīng)力解（以Mindlin解為基礎(chǔ)）

單樁荷載：Q＝Qp＋Qs＝Qp＋Qr＋Qt

土中豎向應(yīng)力：Kp、Kr、Kt都是的豎向應(yīng)力函數(shù)。QpQrQt假想實(shí)體深基礎(chǔ)的計(jì)算圖式（不考慮樁側(cè)擴(kuò)散作用）“等效作用面積”采用承臺(tái)面積；實(shí)體范圍不考慮應(yīng)力擴(kuò)散；實(shí)體以下應(yīng)力分布按Mindlin線彈性理論；按分層總和法計(jì)算群樁沉降。對(duì)于不考慮群樁基礎(chǔ)側(cè)面應(yīng)力擴(kuò)散和樁間土壓縮變形情況，Mindlin解群樁計(jì)算沉降SM與Boussinesq解矩形基礎(chǔ)計(jì)算沉SB之比（應(yīng)力面積法）為：（2）等代實(shí)體深基礎(chǔ)法《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》采用。不同樁數(shù)計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行回歸分析得到：s——按淺基礎(chǔ)分層總和法算出的樁基沉降量樁基最終沉降量按即這里c0、c1、c2——根據(jù)距徑比Sa/d、長(zhǎng)徑比l/d及基礎(chǔ)長(zhǎng)寬比Lc/Bc

查表求得。ψ——樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

計(jì)算c0、c1、c2時(shí)，其中的參數(shù)