工程樁基礎(chǔ)知識(shí)

工程樁基礎(chǔ)1工程樁基礎(chǔ)第1節(jié)概述第2節(jié)樁的分類第3節(jié)單樁軸向荷載的傳遞第4節(jié)單樁豎向承載力的確定第5節(jié)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)2第1節(jié)概述如果建筑場(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、而又不宜采取地基處理措施時(shí)，就需要考慮以下部堅(jiān)實(shí)土層或巖層作為持力層的深基礎(chǔ)方案。樁基礎(chǔ)是應(yīng)用最為廣泛的一類深基礎(chǔ)。3

樁基礎(chǔ)：是由基樁和連接于樁頂?shù)某信_(tái)共同組成。承臺(tái)把樁聯(lián)結(jié)起來并承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，然后通過樁傳遞到地基中去。

樁是垂直或微斜埋置于土中的受力桿件，它的橫截面尺寸比長(zhǎng)度小得多。其作用是將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給土層或巖層。4樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也應(yīng)注意滿足地基承載力和變形這兩項(xiàng)基本要求。

按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94－94），建筑樁基設(shè)計(jì)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一樣，應(yīng)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，并按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式計(jì)算。樁基的極限狀態(tài)分為下列兩類：5

1.承載能力極限狀態(tài)

對(duì)應(yīng)于樁基受荷達(dá)到最大承載能力導(dǎo)致整體失穩(wěn)或發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形；

2.正常使用極限狀態(tài)

對(duì)應(yīng)于樁基變形達(dá)到為保證建筑物正常使用所規(guī)定的限值或樁基達(dá)到耐久性要求的某項(xiàng)限值。6第2節(jié)樁的分類一、按樁的使用功能分類

1.豎向抗壓樁

主要承受豎向下壓荷載（簡(jiǎn)稱豎向荷載）的樁，應(yīng)進(jìn)行豎向承載力計(jì)算，必要時(shí)還需計(jì)算樁基沉降，驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力以及負(fù)摩阻力產(chǎn)生的下拉荷載。7

2.豎向抗拔樁

主要承受豎向上拔荷載的樁，應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂計(jì)算以及抗拔承載力驗(yàn)算。

3.水平受荷樁

主要承受水平荷載的樁，應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂驗(yàn)算以及水平承載力和位移驗(yàn)算。

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4.復(fù)合受荷樁

承受豎向、水平荷載均較大的樁，應(yīng)按豎向抗壓（或抗拔）樁及水平受荷樁的要求進(jìn)行驗(yàn)算。9二、按樁承載性能分類

1.摩擦樁

當(dāng)軟土層很厚，樁端達(dá)不到堅(jiān)硬土層或巖層上時(shí)，則樁頂?shù)臉O限荷載主要靠樁身與周圍土層之間的摩擦力來支承，樁尖處土層反力很小，可忽略不計(jì)。10

2.端承樁

樁穿過軟弱土層，樁端支承在堅(jiān)硬土層或巖層上時(shí)，則樁頂極限荷載主要靠樁尖處堅(jiān)硬巖土層提供的反力來支承，樁側(cè)摩擦力很小，可以忽略不計(jì)。

3.摩擦端承樁

樁頂?shù)臉O限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，但主要由樁端阻力承受。

11

4.端承摩擦樁

樁頂?shù)臉O限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，但主要由樁側(cè)阻力承受。三、按樁身材料分類可分為木樁，混凝土樁，鋼樁，組合樁等。12四、按設(shè)置效應(yīng)分類

1.非擠土樁包括干作業(yè)挖孔樁，泥漿護(hù)壁鉆（沖）孔樁，套管護(hù)壁灌注樁等。

這類在成樁過程中基本對(duì)樁相鄰?fù)敛划a(chǎn)生擠土效應(yīng)的樁，稱為非擠土樁。其設(shè)備噪音較擠土樁小，而廢泥漿、棄土運(yùn)輸?shù)瓤赡軙?huì)對(duì)周圍環(huán)境造成影響。13

2.部分?jǐn)D土樁

當(dāng)擠土樁無法施工時(shí)，可采用預(yù)鉆小孔后打較大尺寸預(yù)制或灌注樁的施工方法，也可打入敞口樁。

3.擠土樁

擠土樁除施工噪音較大外，不存在泥漿及棄土污染問題，當(dāng)施工質(zhì)量好，方法得當(dāng)時(shí)，其單方混凝土材料所提供的承載力較非擠土樁及部分?jǐn)D土樁高。

14五、按樁徑大小分類

1.小樁

樁徑d≤250mm。由于樁徑小，施工機(jī)械，施工場(chǎng)地及施工方法一般較為簡(jiǎn)單。小樁多用于基礎(chǔ)加固（樹根樁或錨桿靜壓樁）及復(fù)合樁基礎(chǔ)。

2.中等直徑樁

250mm<d<800mm。這類樁長(zhǎng)期以來在工業(yè)與民用建筑物中大量使用，成樁方法和工藝繁多。15

3.大直徑樁

樁徑d≥800mm。近年來的發(fā)展較快，應(yīng)用范圍逐漸增大。因?yàn)闃稄酱笄覙抖诉€可以擴(kuò)大，因此，單樁承載力較高。此類樁除大直徑鋼管樁外，多數(shù)為鉆、沖、挖孔灌注樁。通常用于高層或重型建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)，并可實(shí)現(xiàn)柱下單樁的結(jié)構(gòu)型式。正因?yàn)槿绱?，也決定了大直徑樁施工質(zhì)量的重要性。16第3節(jié)單樁軸向荷載

的傳遞孤立的一根樁稱為單樁，群樁中性能不受鄰樁影響的一根樁可視為單樁。單樁工作性能的研究是單樁承載力分析理論的基礎(chǔ)。通過樁土相互作用分析，了解樁土間的傳力途徑和單樁承載力的構(gòu)成及其發(fā)展過程，以及單樁的破壞機(jī)理等，對(duì)正確評(píng)價(jià)單樁軸向承載力具有一定的指導(dǎo)意義。17一．單樁軸向荷載的傳遞

1．樁身軸力和截面位移在軸向荷載作用下，樁身將發(fā)生壓縮變形；同時(shí)樁頂部分荷載通過樁身傳遞到樁底，致使樁底土層發(fā)生壓縮變形，這兩部分壓縮變形之和構(gòu)成樁頂軸向位移。由于樁與樁周土體的緊密接觸，當(dāng)樁相對(duì)于土向下位移時(shí)，樁側(cè)表面受到土向上的摩阻力。18

在樁頂荷載沿樁身向下傳遞的過程中，必須不斷地克服這種摩阻力，故樁身截面的軸向力隨深度逐漸減小，傳至樁底截面的軸向力為樁頂荷載減去全部樁側(cè)摩阻力，并與樁底支承反力（即樁端阻力）大小相等、方向相反。

樁通過樁側(cè)阻力和樁端阻力將荷載傳遞給土體，即土對(duì)樁的支承力由樁側(cè)阻力和樁端阻力兩部分組成。19

由樁底土層的壓縮變形導(dǎo)致的樁端位移加大了由于樁身的壓縮變形引起的樁身各截面的位移，并促使樁側(cè)摩阻力進(jìn)一步發(fā)揮。一般來說，靠近樁身上部土層的摩阻力先于下部土層發(fā)揮出來，樁側(cè)阻力先于樁端阻力發(fā)揮出來。

單樁在軸向荷載作用下，樁身的截面位移、樁側(cè)的摩阻力分布以及軸力分布見下圖。2021二、樁側(cè)摩阻力和樁端阻力

樁側(cè)摩阻力是樁截面對(duì)樁周土的相對(duì)位移的函數(shù)[qs=f(s)]，可用下圖中的曲線OCD表示，且常簡(jiǎn)化為折線OAB。AB段表示一旦樁土界面相對(duì)滑移超過某一極限值，側(cè)摩阻力將保持極限值不變。22樁截面位移樁側(cè)摩阻力OCDAB23

極限摩阻力可用類似于土的抗剪強(qiáng)度的庫倫表達(dá)式：

式中ca和a為樁側(cè)表面與土之間的附著力和摩擦角，x為深度z處作用于樁側(cè)表面的法向壓力，它與樁側(cè)土的豎向有效應(yīng)力成正比例，即：24

式中Ks為樁側(cè)土的側(cè)壓力系數(shù)，對(duì)擠土樁，K0<Ks<Kp；對(duì)非擠土樁，因樁孔中土被清除，而使Ka<Ks<K0。此處，Ka、K0和Kp分別為主動(dòng)、靜止和被動(dòng)土壓力系數(shù)。

采用上述公式計(jì)算深度z處的單位側(cè)阻時(shí)，如取25則側(cè)阻將隨深度線性增大。然而砂土中的模型樁試驗(yàn)表明，當(dāng)樁入土深度達(dá)到某一臨界值后，側(cè)阻就不隨深度增加了，這個(gè)現(xiàn)象稱為側(cè)阻的深度效應(yīng)。

綜上所述，樁側(cè)極限摩阻力與所在的深度、土的類別和性質(zhì)、成樁方法等許多因素有關(guān)。26

但是，樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限值所需的樁土滑移極限值則與土的類別有關(guān)、而與樁徑大小無關(guān)，根據(jù)試驗(yàn)資料約為4~6mm（對(duì)粘性土）或6~10mm（對(duì)砂類土）。27

單樁受荷過程中樁端阻力的發(fā)揮不僅滯后于樁側(cè)阻力，而且其充分發(fā)揮所需的樁底位移值比樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限所需的樁身截面位移值大的多。根據(jù)小型樁試驗(yàn)所得的樁底極限位移值，對(duì)砂類土約為d/12~d/10，對(duì)粘性土約為d/10~d/4（d為樁徑）。因此，對(duì)工作狀態(tài)下的單樁，其樁端阻力的安全儲(chǔ)備一般大于樁側(cè)摩阻力的安全儲(chǔ)備。28

單樁靜載荷試驗(yàn)所得的荷載—沉降（Q~s）關(guān)系曲線可大體分為陡降型（A）和緩變型（B）兩類形態(tài)。29單樁的荷載—沉降曲線30

對(duì)樁底持力層不堅(jiān)實(shí)、樁徑不大、破壞時(shí)樁端刺入持力層的樁，其曲線多呈“急進(jìn)破壞”的陡降型，相應(yīng)于破壞時(shí)的特征點(diǎn)明顯，據(jù)之可確定單樁極限承載力。

對(duì)樁底為非密實(shí)砂類土或粉土、清孔不凈殘留虛土、樁底面積大、樁底塑性區(qū)31隨荷載增長(zhǎng)逐漸擴(kuò)展的樁，則呈“漸進(jìn)破壞”的緩變型，其曲線不具有表示變形性質(zhì)突變的明顯特征點(diǎn)，因而較難確定極限承載力。為了發(fā)揮這類樁的潛力，其極限承載力宜按建筑物所能承受的最大沉降確定。換句話說，這類樁的承載力極限狀態(tài)是受“不適于繼續(xù)承載的變形”制約的。32第4節(jié)單樁豎向承載力

的確定

單樁極限承載力Qu由總極限側(cè)阻力Qsu和總極限端阻力Qpu組成，若忽略二者間的相互影響，可表示為：33式中l(wèi)i、Ui——樁周第i層土厚度和相應(yīng)的樁身周長(zhǎng)；

Ap——樁底面積；qsui、qpu——第i層土的極限側(cè)阻力和持力層極限端阻力。

Qu、qsui、qpu的確定通常采用下列幾種方法：34一、原型試驗(yàn)法

原型靜載荷試驗(yàn)是傳統(tǒng)的也是最可靠的確定承載力的方法。它不僅可確定樁的極限承載力，而且通過埋設(shè)各類測(cè)試元件可獲得樁身軸力、樁側(cè)阻力、樁端阻力、荷載—沉降關(guān)系等諸多資料。35由于土體因打樁擾動(dòng)而降低的強(qiáng)度有待隨時(shí)間而恢復(fù)，在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，樁設(shè)置后開始載荷試驗(yàn)所需的間歇時(shí)間：對(duì)于砂類土不得少于10天；粉土和粘性土不得少于15天，飽和軟粘土不得少于25天。

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在同一條件下，進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)的樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的1%，工程樁總樁數(shù)在50根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于2根，其他情況不應(yīng)少于3根。

關(guān)于單樁豎向靜載（抗壓）試驗(yàn)的方法、終止加載條件以及單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值的確定詳見《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—94。37二、靜力學(xué)計(jì)算法

根據(jù)樁側(cè)阻力、樁端阻力的破壞機(jī)理，按靜力學(xué)原理，分別對(duì)樁側(cè)阻力和樁端阻力進(jìn)行計(jì)算。由于計(jì)算模式、強(qiáng)度參數(shù)實(shí)際的某些差異，計(jì)算結(jié)果的可靠性受到限制，往往只用于一般工程或重要工程的初步設(shè)計(jì)階段，或與其他方法綜合比較來確定承載力。38三、原位測(cè)試法

對(duì)地基土進(jìn)行原位測(cè)試，利用樁的靜載荷試驗(yàn)與原位測(cè)試參數(shù)間的關(guān)系，確定樁的側(cè)阻力和端阻力。常用的原位測(cè)試法有靜力觸探法(CPT)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法(SPT)、旁壓試驗(yàn)法(PMT)。39第5節(jié)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

和淺基礎(chǔ)一樣，樁基的設(shè)計(jì)也應(yīng)符合安全、合理和經(jīng)濟(jì)的要求。對(duì)樁和承臺(tái)來說，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性；對(duì)地基來說，要有足夠的承載力和不產(chǎn)生過量的變形。40一、基本設(shè)計(jì)資料

設(shè)計(jì)樁基之前必須具備各種資料：建筑物類型及其規(guī)模、巖土工程勘察報(bào)告、施工機(jī)具和技術(shù)條件、環(huán)境條件及當(dāng)?shù)貥痘こ探?jīng)驗(yàn)?？辈靾?bào)告應(yīng)符合勘察規(guī)范的一般規(guī)定和樁基工程的專門勘察要求。41二、樁型、截面和樁長(zhǎng)的選擇

樁基設(shè)計(jì)的第一步就是根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及層數(shù)、荷載情況、地層條件和施工能力，選擇樁型（預(yù)制樁或灌注樁）、樁的截面尺寸和長(zhǎng)度。

確定樁長(zhǎng)的關(guān)鍵，在于選擇樁端持力層。堅(jiān)實(shí)土（巖）層（可用觸探試驗(yàn)或其它指標(biāo)作為堅(jiān)實(shí)土層的鑒別標(biāo)準(zhǔn)）最適宜作為樁端持力層。42

對(duì)于10層以下的房屋，如在樁端可達(dá)的深度內(nèi)無堅(jiān)實(shí)土層時(shí)，也可選擇中等強(qiáng)度的土層作為持力層。

對(duì)于樁端進(jìn)入堅(jiān)實(shí)土層的深度和樁端下堅(jiān)實(shí)土層的厚度，應(yīng)該有所要求。一般可以這樣考慮：

1.對(duì)粘性土、粉土進(jìn)入的深度不宜小于2倍樁徑，砂類土不宜小于1.5倍樁徑；43

2.對(duì)碎石類土不宜小于1倍樁徑。

3.樁端以下堅(jiān)實(shí)土層的厚度，一般不宜小于4倍樁徑。穿越軟弱土層而支撐在傾斜巖層面上的樁，當(dāng)風(fēng)化層厚度小于2倍樁徑時(shí)，樁端應(yīng)進(jìn)入新鮮或微風(fēng)化基巖。端承樁嵌入微風(fēng)化或中等風(fēng)化巖體的深度不宜小于0.5m，以確保樁端與巖體接觸。44

嵌巖樁或端承樁樁底下3倍樁徑范圍內(nèi)應(yīng)無軟弱夾層、斷裂帶、洞穴、和空隙的分布。

在確定樁長(zhǎng)之后，施工時(shí)樁的設(shè)置深度必須滿足設(shè)計(jì)要求。如果土層比較均勻，堅(jiān)實(shí)土層層面比較平坦，那么樁的實(shí)際長(zhǎng)度常與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)比較接近；當(dāng)場(chǎng)地土層復(fù)雜，或者樁端持力層層面起伏不平時(shí)，樁的實(shí)際長(zhǎng)度常與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不一致。45

打入樁的入土深度應(yīng)按所設(shè)計(jì)的樁端標(biāo)高和最后貫入度兩方面控制。最后貫入度是指打樁結(jié)束以前每次錘擊的沉入量，通常以最后每陣（10擊）的平均貫入量表示。一般要求最后二、三陣的平均貫入量為10～30mm/陣（錘重、樁長(zhǎng)者取大值，質(zhì)量為7t以上的單動(dòng)蒸汽錘、柴油錘可增至30～50mm/陣）；振動(dòng)沉樁者，可用1min作為一陣。46

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。一般情況下，主要從結(jié)構(gòu)要求和方便施工的角度來選擇承臺(tái)深度。季節(jié)性凍土上的承臺(tái)埋深，應(yīng)根據(jù)地基土的凍脹性考慮，并應(yīng)考慮是否需要采取相應(yīng)的防凍害措施。膨脹土的承臺(tái)，其埋深選擇與此類似。47三、樁的根數(shù)和布置

1.樁的根數(shù)

初步估計(jì)樁數(shù)時(shí)，先不考慮群樁效應(yīng)，在確定了單樁承載力設(shè)計(jì)值R后，可對(duì)樁數(shù)進(jìn)行估算。當(dāng)樁基為軸心受壓時(shí)，樁數(shù)n應(yīng)滿足下式要求：48式中F—作用在承臺(tái)上的軸向壓力設(shè)計(jì)值；

G—承臺(tái)及其上方填土的重力。

偏心受壓時(shí)，對(duì)于偏心距固定的樁基，如果樁的布置使得群樁橫截面的重心與荷載合力作用點(diǎn)重合，則仍可按上式估算樁數(shù)，否則，樁的根數(shù)應(yīng)按上式確定的增加10%～20%。49

對(duì)樁數(shù)超過3根的非端承群樁基礎(chǔ)，在求得基樁承載力設(shè)計(jì)值后應(yīng)重新估算樁數(shù)，如有必要，還要通過樁基軟弱下臥層承載力和樁基沉降驗(yàn)算才能最終確定。50

應(yīng)當(dāng)指出，在層厚較大的高靈敏度流塑粘性土（如我國(guó)東南沿海的淤泥、淤泥質(zhì)土）中，不宜采用間距小而樁數(shù)多的打入式樁基，否則，對(duì)這類土的結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，致使土體強(qiáng)度明顯降低。如果加上相鄰各樁的相互影響，這類樁基的沉降和不均勻沉降都將顯著增加。這時(shí)宜采用承載力高而樁數(shù)較少的樁基。51

2.樁的間距

樁的間距（中心距）一般采用3～4倍樁徑。間距太大會(huì)增加承臺(tái)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。

3.樁在平面上的布置

樁在平面內(nèi)可以布置成方形（或矩形）網(wǎng)格或三角形網(wǎng)格（梅花式）的形式，也可采用不等距排列。52

為了使樁基中各樁受力比較均勻，群樁橫截面的重心應(yīng)與荷載合力的作用點(diǎn)重合或接近。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)的荷載有幾種不同的組合時(shí)，承臺(tái)底面上的荷載合力作用點(diǎn)將發(fā)生變化，此時(shí)，可使群樁橫截面重心位于合力作用點(diǎn)變化范圍之內(nèi)，并應(yīng)盡量接近最為不利的合力作用點(diǎn)位置。53第8章內(nèi)容勘誤1.p314：倒數(shù)第4行“…。在O1點(diǎn)之下的土層相對(duì)向下位移，…”上54第8章重點(diǎn)內(nèi)容1.樁的分類（按設(shè)置效應(yīng)分類、按承載性能分類、按樁徑分類）2.單樁豎向承載力的確定方法55第8章作業(yè)p350：8-1，8-256樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。7月-237月-23Saturday,July15,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。21:08:5521:08:5521:087/15/20239:08:55PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。7月-2321:08:5521:08Jul-2315-Jul-23加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。21:08:5521:08:5521:08Saturday,July15,2023安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。7月-237月-2321:08:5521:08:55July15,2023踏實(shí)肯干，努力奮斗。2023年7月15日9:08下午7月-237月-23追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。15七月20239:08:55下午21:08:557月-23嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。七月239:08下午7月-2321:08July15,2023作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/7/1521:08:5521:08:5515July2023好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。9:08:55下午9:08下午21:08:557月-23專注今天，好好努力，剩下的交給時(shí)間。7月-237月-2321:0821:08:5521:08:55Jul-23牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2023/7/1521:08:55Saturday,Jul