基礎(chǔ)工程-樁基

第4章

樁基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)

4．1概

述

當(dāng)天然地基上的淺基礎(chǔ)不能滿足建筑物的承載力或沉降要求時(shí)，可考慮利用基底以下較深處相對(duì)較好的土層承載。

向深部土層傳遞荷載的方式有樁基礎(chǔ)、墩基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)等。

樁是指垂直或者稍傾斜布置于地基中，其斷面積相對(duì)其長(zhǎng)度是很小的桿狀構(gòu)件。樁的功能是通過(guò)其側(cè)壁摩阻力和端部阻力將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給深處的地基土。在我國(guó)，經(jīng)常將預(yù)制的和現(xiàn)澆的，小直徑與大直徑的這類桿件統(tǒng)稱為樁(pile)。

雖然樁基礎(chǔ)一般比天然地基的淺基礎(chǔ)造價(jià)要高，但它可以大幅度提高地基承載力，減少沉降，還可以承擔(dān)水平荷載和向上拉拔荷載，同時(shí)有較好的抗震(振)性能，所以應(yīng)用很廣泛。樁基礎(chǔ)主要用于以下方面：(1)上部荷載很大，只有在較深處才有能滿足承載力要求的持力層的情況；(2)為了減少基礎(chǔ)的沉降或不均勻沉降，利用較少的樁將部分荷載傳遞到地基深處，從而減少基礎(chǔ)沉降，按沉降控制設(shè)計(jì)，這種樁基礎(chǔ)稱為減沉樁基礎(chǔ)或疏樁基礎(chǔ)；(3)當(dāng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底面比天然地面高或者基礎(chǔ)底部的土可能被沖蝕，形成承臺(tái)與地基土不接觸的高承臺(tái)樁基；(4)有很大的水平方向荷載情況，如風(fēng)、浪、水平土壓力、地震荷載和沖擊力等荷載，可采用垂直樁、斜樁或交叉樁承受水平荷載；

(5)地下水位較高，加深基礎(chǔ)埋深需要進(jìn)行深基坑開(kāi)挖和人工降水，這可能不經(jīng)濟(jì)或者對(duì)環(huán)境有不利影響，這時(shí)可考慮采用樁基礎(chǔ)；(6)在水的浮力作用下，地下室或地下結(jié)構(gòu)可能上浮，這時(shí)用樁抗浮承受上拔荷載；(7)在振動(dòng)機(jī)器基座下，可用樁基礎(chǔ)控制地基基礎(chǔ)系統(tǒng)振幅、自振頻率等；

(8)用樁穿過(guò)濕陷性土、膨脹性土、人工填土、垃圾土和可液化土層，可保證建筑物的穩(wěn)定。目前樁還廣泛用于基坑的支擋結(jié)構(gòu)，用樁作為錨固結(jié)構(gòu)，用于滑坡治理的抗滑樁等。振沖樁方法4．2樁的分類及選用4．2．1樁的分類1．按樁的使用功能分類

按樁的使用功能可以分為如下四類。(1)豎向抗壓樁(2)豎向抗拔樁(3)水平受荷樁(4)復(fù)合受荷樁(1)豎向抗壓樁

這是使用最廣泛、用量最大的一種樁。它組成的樁基礎(chǔ)是為了提高地基承載力和(或)減少地基沉降量。

(2)豎向抗拔樁

例如抗浮樁。隨著大跨度輕型結(jié)構(gòu)(如機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪)和淺埋的地下結(jié)構(gòu)(如地下停車場(chǎng))的大量興建，這類樁的使用也越來(lái)越廣泛。另外在單樁豎向靜載試驗(yàn)中使用的錨樁也承受拉拔荷載。

(3)水平受荷樁

：主要承受水平荷載，最典型的是抗滑樁和基坑支擋結(jié)構(gòu)中的排樁。(4)復(fù)合受荷樁

其豎向、水平荷載均較大。例如碼頭、擋土墻、高壓輸電線塔和在強(qiáng)地震區(qū)中的高層建筑基礎(chǔ)中的樁也都承受較大的豎向及水平荷載。根據(jù)水平荷載的性質(zhì)，這類樁也可設(shè)計(jì)成斜樁和交叉樁。

2．豎向抗壓樁按承載性狀分類

豎向抗壓樁一般是通過(guò)樁身的摩阻力和樁端的端承力將荷載傳到深層地基土中去的。(1)摩擦型樁

又可分為摩擦樁和端承摩擦樁兩種。摩擦樁是指在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載基本由樁側(cè)阻力承受，端阻力一般不超過(guò)荷載的10％。端承摩擦樁是指在極限承載力下，樁頂荷載主要由樁側(cè)阻力承受，是一種最常用的樁。(2)端承型樁

又可分為端承樁和摩擦端承樁兩種。端承樁是指在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載基本由樁端阻力承受。摩擦端承樁是指在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由樁端阻力承受。這四種樁的劃分主要取決于土層分布。但也與樁長(zhǎng)、樁的剛度、樁身形狀、是否擴(kuò)底、成樁方法等條件有關(guān)。隨著樁長(zhǎng)徑比L/d的增大，在極限承載力的狀態(tài)下，傳遞到樁端的荷載就會(huì)減少，樁身下部側(cè)阻和端阻的發(fā)揮會(huì)相對(duì)降低。當(dāng)L/d≥40時(shí)，在均勻土層中端阻分擔(dān)荷載比趨于零；當(dāng)L/d≥100時(shí)，即使樁端位于堅(jiān)硬土(巖)層上，端阻的分擔(dān)荷載值也小到可以忽略。3．按樁身材料分類(1)混凝土樁

一般均由鋼筋混凝土制作。按照施工制作方法又可分為灌注樁和預(yù)制樁。預(yù)制樁又可分為現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制和工廠預(yù)制兩種。預(yù)制樁還可分為預(yù)應(yīng)力樁和非預(yù)應(yīng)力樁。使用高強(qiáng)水泥和鋼筋制作的預(yù)應(yīng)力樁具有很高的樁身強(qiáng)度。預(yù)應(yīng)力樁(2)鋼樁

按照斷面形狀可分為鋼管樁、鋼板樁、型鋼樁和組合斷面樁。鋼樁較易打入土中，由于擠土少，對(duì)地層擾動(dòng)小，但是造價(jià)較高，抗腐蝕性差，需做表面防腐處理。型鋼樁（工字鋼）(3)組合材料樁

這類樁種類很多，并且不斷地有新類型出現(xiàn)。比如在作為抗滑樁時(shí)，在混凝土中加入大型工字鋼承受水平荷載；在用深層攪拌法制作的水泥墻中內(nèi)插入H型鋼，形成地下連續(xù)墻(SMW)。最近在我國(guó)，研究人員在水泥土中插入高強(qiáng)鋼筋混凝土樁作為勁芯，所形成的樁承載能力高于一般的灌注樁。另外一種復(fù)合載體夯擴(kuò)樁則是在樁端夯入磚石，其上夯入干硬性混凝土，再澆注鋼筋混凝土樁身。4．按成樁方法分類

按成樁方法也可有多種依據(jù)進(jìn)行樁的分類，其中，因成樁過(guò)程中擠土與否對(duì)樁和地基土的性狀影響較大，所以常常按此分為三類:非擠土樁

、部分?jǐn)D土樁

和擠土樁

。

(1)非擠土樁

非擠土樁的特點(diǎn)是預(yù)先取土成孔，成孔的方法是用各種鉆機(jī)鉆孔或人工挖孔。人工挖孔通常在地下水位以上；鉆孔可以在水上，也可在水下。水下鉆孔需對(duì)井孔護(hù)壁，通常采用泥漿護(hù)壁，即在井孔中注入泥漿，并保持泥漿水位高于地下水位1—2m，以確保井壁的穩(wěn)定。這種方法往往會(huì)在井底產(chǎn)生浮泥和在井壁形成泥皮，從而降低了樁的承載力，在施工中應(yīng)采取措施盡量減少其影響。另一種護(hù)壁方式是采用套管，常用于不穩(wěn)定的土層。成樁的方法分為現(xiàn)場(chǎng)灌注法和置入預(yù)制樁法；現(xiàn)場(chǎng)灌注樁施工是先向孔內(nèi)放入鋼筋籠，使其就位后澆筑混凝土，在地下水位以下則用導(dǎo)管法澆筑。置入預(yù)制樁法是首先將預(yù)制樁吊裝入井孔中，然后在樁孔間的孔隙中灌漿。(2)擠土樁

擠土樁主要是預(yù)制樁。施工方法：將預(yù)制樁用錘擊、振動(dòng)或者靜壓的方法置入地基土中，這樣就將樁身所占據(jù)的地基土擠到樁的四周了。在合適的土層(如飽和度不高的可擠密土層中)，也可將管底有活動(dòng)瓣門的封閉套管打入地基土中，成孔后邊拔管邊澆筑混凝土，這樣形成的樁稱為擠土的灌注樁。對(duì)于飽和的軟粘土，當(dāng)沉入的擠土樁較多較密時(shí)，可能會(huì)使地面上抬，造成相鄰建筑物或管線損壞，引起已入土的樁上浮、側(cè)移或斷裂；同時(shí)在地基土中會(huì)引起較高的超靜孔隙水壓力，這些都是十分不利的。

(3)部分?jǐn)D土樁

開(kāi)口的沉管取土灌注樁、先預(yù)鉆較小孔徑的鉆孔(稱為引孔)，然后打入預(yù)制樁、打入式敞口的管樁等都屬于部分?jǐn)D土樁。

5．按樁的幾何特性分類1)按樁徑大小分類

按樁徑d的不同樁可分為以下三類：(1)大直徑樁：d≥800mm(2)中等直徑樁：250mm<d<800mm(3)小樁：d≤250mm2)按長(zhǎng)度L或折算樁長(zhǎng)αL分類

通常按樁的長(zhǎng)度可分為如下四類：(1)L≤10m稱為短樁；(2)10m<L≤30m稱為中長(zhǎng)樁；(3)30m<L≤60m稱為長(zhǎng)樁；(4)L>60m稱為超長(zhǎng)樁。

但這種按樁的絕對(duì)長(zhǎng)度分類并不能表述樁的綜合性質(zhì)，也有按折算樁長(zhǎng)αL進(jìn)分類的，其中α為水平變形系數(shù)。α為水平變形系數(shù)E、Ⅰ——樁材料的彈性模量和截面慣性矩；b。———樁的計(jì)算寬度；m——地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)，見(jiàn)表4—10。αL≤2．5為剛性短樁；2．5<aL<4．0為彈性中長(zhǎng)樁；aL≥4．0為彈性長(zhǎng)樁。

3)按樁的幾何形狀分類

按樁的縱向形狀有柱式樁、楔式樁；按樁端是否有擴(kuò)底可分為擴(kuò)底樁和非擴(kuò)底樁；按樁的橫斷面可分為方形樁、三角形樁、圓形樁和圓筒形樁等，如圖4-3所示。

其中擴(kuò)底樁按照擴(kuò)底部分的施工方法又可分為挖擴(kuò)樁、鉆擴(kuò)樁、擠擴(kuò)樁、夯擴(kuò)樁、爆擴(kuò)樁、振擴(kuò)樁等。

4．3豎向承壓樁的荷載傳遞

樁基礎(chǔ)的作用是將荷載傳遞到下部土層，這種荷載傳遞是通過(guò)樁與樁周土間的相互作用進(jìn)行的。

4．3．1承壓的單樁豎向承載力的組成

作用于樁頂?shù)呢Q向壓力由作用于樁側(cè)的總摩阻力Qs和作用于樁端的端阻力Qp共同承擔(dān).歸納為如下幾點(diǎn)：(1)在荷載增加的過(guò)程中，樁身上部的側(cè)阻力先于下部側(cè)阻力發(fā)揮作用；(2)一般情況下，側(cè)阻力先于端阻力發(fā)揮作用；

(3)在工作荷載Qk下，對(duì)于一般摩擦型樁，側(cè)阻力發(fā)揮作用的比例明顯高于端阻力發(fā)揮作用的比例；(4)對(duì)于L/d較大的樁，即使樁端持力層為巖層或堅(jiān)硬土層，由于樁身本身的壓縮，在工作荷載下端阻力也很難發(fā)揮。當(dāng)L/d≥100時(shí)，端阻力基本可以忽略而成為摩擦樁。4．3．2樁的側(cè)阻力1．側(cè)阻力沿樁身的分布很多實(shí)測(cè)的荷載傳遞曲線表明，qs的分布可能為多種形式的曲線，對(duì)打入樁而言在粘性土中，其qs沿深度的分布類似于拋物線形；在極限荷載下，在砂土中，其qs值開(kāi)始時(shí)隨深度近似線性增加，至一定深度后接近于均勻分布，此深度稱為臨界深度.2．qs的主要影響因素

單位側(cè)阻力qs的影響因素很多，最主要取決于土的類型和土性。砂土的單位側(cè)阻力比粘土的大；密實(shí)土的比松散土的大。樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐撵o力現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析得到，當(dāng)缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可參考表4-2。影響側(cè)阻力的另一個(gè)重要的因素是成樁的工藝。對(duì)于打入的擠土樁，如果樁周土是可擠密的土，打入的樁會(huì)將四周的土擠密，可明顯提高單位側(cè)阻力。對(duì)于鉆(挖)孔灌注樁，由于需要預(yù)先成孔，這就可能引起樁周土的回彈和應(yīng)力松弛，從而使樁的側(cè)阻力減少，尤其是對(duì)于d大于800mm的大孔徑樁尤為明顯。對(duì)于水下泥漿護(hù)壁成孔的灌注樁，在樁側(cè)形成的泥皮及水下澆注混凝土的質(zhì)量問(wèn)題也可使側(cè)阻力減小。泥漿護(hù)壁成孔的灌注樁4．3．3樁的端阻力1．經(jīng)典理論計(jì)算法將樁視為一寬度為b(相當(dāng)于樁徑d)，埋深為樁入土深度L的基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。在樁加載時(shí)，樁端土發(fā)生剪切破壞，根據(jù)假設(shè)的不同滑裂面形狀，用土力學(xué)教材中所介紹的地基極限承載力理論求出樁端的極限承載力，確定極限單位端阻力qPu。。根據(jù)極限承載力理論，qpu的一般表達(dá)式為

式中：Nγ，Nc，Nq一一承載力系數(shù)，其值與土的內(nèi)摩擦角有關(guān)，可參考有關(guān)土力學(xué)教材的圖表；b(d)——樁的寬度或直徑，mm；C--土的粘聚力，kPa；q——樁底標(biāo)高處土中的豎向應(yīng)力，q＝γL，kPa。2．樁的端阻力的影響因素樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值可參考表4-3。樁的端阻力受成樁工藝的影響很大。對(duì)于擠土樁，如果樁周圍為可擠密土(如松砂)，則樁端土受到擠密作用而使端阻力提高，并且使端阻力在較小樁端位移下即可發(fā)揮作用。對(duì)于密實(shí)的土或者飽和粘性土，擠壓的結(jié)果可能不是擠密，而是擾動(dòng)了原狀土的結(jié)構(gòu)，或者產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，端阻力反而可能會(huì)受不利影響。對(duì)于非擠土樁，成樁時(shí)可能擾動(dòng)原狀土，在樁底形成沉渣和虛土，則端阻力會(huì)明顯降低。大直徑的挖(鉆)孔樁，由于開(kāi)挖造成的應(yīng)力松弛，使端阻力隨著樁徑增大而降低。對(duì)于水下施工的灌注樁，由于樁底沉渣不易清理，一般端阻力比干作業(yè)灌注樁要小。3．端阻力的深度效應(yīng)樁端阻力有明顯的深度效應(yīng)，即存在著一個(gè)臨界深度ｈc，當(dāng)樁端進(jìn)入均勻持力層的深度小于臨界深度ｈc時(shí)，其極限端阻力隨深度基本上是線性增加；當(dāng)進(jìn)入深度大于臨界深度ｈc，時(shí)，極限端阻力基本不再增加，趨于一個(gè)常數(shù)。

(1)樁的端阻力的臨界深度ｈc隨持力層砂土的相對(duì)密度的提高而提高。

(2)端阻臨界深度ｈc隨樁徑增大而增加。

4．4豎向承壓樁單樁承載力的確定

單樁承載力是由以下三個(gè)條件決定的。(1)在荷載作用下，樁在地基土中不喪失穩(wěn)定性；(2)在荷載作用下，樁頂不產(chǎn)生過(guò)大的位移；(3)在荷載作用下，樁身材料不發(fā)生破壞。2.單樁在軸向受壓荷載作用下的破壞模式

軸向受壓荷載作用下，單樁的破壞是由地基土強(qiáng)度破壞或樁身材料強(qiáng)度破壞所引起。而以地基土強(qiáng)度破壞居多。

縱向撓曲破壞：當(dāng)樁底支承在很堅(jiān)硬的地層，樁側(cè)土為軟土層其抗剪強(qiáng)度很低時(shí)，樁在軸向受壓荷載作用下，如同一受壓桿件呈現(xiàn)縱向撓曲破壞。樁的承載力取決于樁身的材料強(qiáng)度。

整體剪切破壞：當(dāng)具有足夠強(qiáng)度的樁穿過(guò)抗剪強(qiáng)度較低的土層而達(dá)到強(qiáng)度較高的土層時(shí)，樁底土體將形成滑動(dòng)面而出現(xiàn)整體剪切破壞。樁的承載力主要取決于樁底土的支承力，樁側(cè)摩阻力也起一部分作用。刺入式破壞：當(dāng)具有足夠強(qiáng)度的樁入土深度較大或樁周土層抗剪強(qiáng)度較均勻時(shí)，將出現(xiàn)刺入式破壞。樁所受荷載由樁側(cè)摩阻力和樁底反力共同承擔(dān)，一般端承摩擦樁或純摩擦樁多為此類破壞，且基樁承載力往往由樁頂所允許的沉降量控制。4.4.1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法1．單樁豎向靜載荷試驗(yàn)

單樁豎向靜載荷試驗(yàn)既可在施工前進(jìn)行，用以測(cè)定單樁的承載力；也可用以對(duì)施工后的工程樁進(jìn)行檢測(cè)。它適用各種情況下對(duì)于單樁承載力的確定確定單樁軸向承載力的方法:靜荷載試驗(yàn)、理論計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)公式

概念：在樁頂逐級(jí)施加軸向荷載，直至樁達(dá)到破壞狀態(tài)為止，并在試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量每級(jí)荷載下不同時(shí)間的樁頂沉降。

特點(diǎn)：直觀可靠，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，通常只在大型、重要工程或地質(zhì)較復(fù)雜的樁基工程中進(jìn)行試驗(yàn)。是樁基礎(chǔ)研究分析常用的試驗(yàn)方法。

規(guī)范要求:試樁數(shù)量，不宜少于總樁數(shù)的1％，并且不應(yīng)少于3根。工程中常用的單樁豎向靜載荷試驗(yàn)方法有兩種：可以用錨樁；也可在千斤頂上架設(shè)平臺(tái)堆載提供反力。錨樁法靜載試驗(yàn)錨樁法靜載試驗(yàn)錨樁法靜載試驗(yàn)千斤頂及位移傳感器

觀測(cè)系統(tǒng)：主要有樁頂位移和加載數(shù)值的觀測(cè)。位移通過(guò)安裝在基準(zhǔn)梁上的位移計(jì)或百分表量測(cè)。加載數(shù)值通過(guò)油壓表或壓力傳感器觀測(cè)。每根基準(zhǔn)梁固定在兩個(gè)無(wú)位移影響的支點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)上，支點(diǎn)或基準(zhǔn)樁與試樁中心距應(yīng)大于4d且不小于2m（d為試樁直徑或邊長(zhǎng)）。

2、試驗(yàn)方法

分級(jí)加載：試樁加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)荷載約為預(yù)估破壞荷載的1/10~1/15；

遞變加載:開(kāi)始階段每級(jí)荷載取預(yù)估破壞荷載的1/2.5~1/5，終了階段取1/10~1/15。

測(cè)讀沉降時(shí)間：在每級(jí)加荷后的第一小時(shí)內(nèi)，按2、5、15、30、45、60min測(cè)讀一次，以后每隔30min測(cè)讀一次，直至沉降穩(wěn)定為止。沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，通常規(guī)定為對(duì)砂性土為30min內(nèi)不超過(guò)0.1mm；對(duì)粘性土為1h內(nèi)不超過(guò)0.1mm。待沉降穩(wěn)定后，方可施加下一級(jí)荷載。循此加載觀測(cè)，直到樁達(dá)到破壞狀態(tài)，終止試驗(yàn)。

破壞荷載的確定：當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，一般認(rèn)為樁已達(dá)破壞狀態(tài)，所相應(yīng)施加的荷載即為破壞荷載：（1）樁的沉降量突然增大，總沉量大于40mm，且本級(jí)荷載下的沉降量為前一級(jí)荷載下沉降量的5倍。（2）本級(jí)荷載下樁的沉降量為前一級(jí)荷載下沉降量的2倍，且24h樁的沉降未趨穩(wěn)定。確定單樁的豎向極限承載力：

(1)當(dāng)曲線的陡降段明顯時(shí)，取相應(yīng)陡降段的起點(diǎn)的荷載值；(2)當(dāng)曲線是緩變型時(shí)，取樁頂總沉降量S＝40mm所對(duì)應(yīng)的荷載值，當(dāng)樁長(zhǎng)大于40m時(shí)，可考慮樁身彈性壓縮，適當(dāng)增加對(duì)應(yīng)的S值；4．4．2觸探法觸探法確定單樁豎向承載力

4．4．3經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法根據(jù)表4-2和4-3或者靜載荷試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)值獲得極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，按下列公式計(jì)算：

4．4．3經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法嵌巖樁的承載力

4.5樁的抗拔承載力與樁的負(fù)摩擦力1．單樁的抗拔承載力

破壞模式：?jiǎn)螛兜陌纬雠c群樁的整體拔出；確定方法：現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)公式4．5．2樁土的負(fù)摩擦力1．負(fù)摩擦力的概念和形成

在樁頂壓力作用下，樁相對(duì)周圍土體向下運(yùn)動(dòng)，因而土對(duì)樁施加向上的摩擦力，這構(gòu)成了承壓樁的承載力的一部分。這種摩擦力通常被稱為正摩擦力；或簡(jiǎn)稱側(cè)摩阻力或側(cè)阻力。由于某些原因，使承壓樁本身向下的位移量小于周圍土體向下的位移量，從而使作用在樁上的摩擦力向下，這種摩擦力實(shí)際上成為作用在樁上的下拉荷載，被稱為負(fù)摩擦力。負(fù)摩擦力減少了樁的承載力，增加樁上荷載，并可能導(dǎo)致過(guò)量的沉降。產(chǎn)生負(fù)摩擦力的原因有多種，例如：(1)樁周地面上分布大面積的較大荷載，例如倉(cāng)庫(kù)中大面積堆載；(2)樁身穿過(guò)欠固結(jié)軟粘土或新填土層，樁端支承于較堅(jiān)硬的土層上，樁周土在自重作用下隨時(shí)間固結(jié)沉降；(3)由于地下水大面積下降使易壓縮土層有效應(yīng)力增加而發(fā)生壓縮；(4)自重濕陷性黃土浸水下沉，凍土融陷；

(5)在靈敏性土內(nèi)打樁引起樁周圍土的結(jié)構(gòu)破壞而重塑和固結(jié)。2．負(fù)摩擦力的分布

樁身上負(fù)摩擦力的分布范圍視樁身與樁周土的相對(duì)位移情況而定。一般除了支承在基巖上的非長(zhǎng)樁以外，都不是沿樁身全部分布著負(fù)摩擦力。ab線代表樁周土層的下沉量隨深度的分布對(duì)產(chǎn)生負(fù)摩擦力的樁，《樁基規(guī)范》給出的中性點(diǎn)深度與樁長(zhǎng)的比值。3．負(fù)摩阻力的計(jì)算我國(guó)的《樁基規(guī)范》計(jì)算負(fù)摩擦力的標(biāo)準(zhǔn)值：4．6樁在水平荷載下的性狀及承載力確定

對(duì)于工業(yè)與民用建筑工程，大多數(shù)樁基以承受豎向壓荷載為主，但有時(shí)也要承受一定的水平荷載，如瞬時(shí)作用的風(fēng)荷載、吊車制動(dòng)荷載和地震荷載等。由于大多數(shù)情況下水平荷載不大，為了施工便利，往往采用豎直樁同時(shí)抵抗水平力。

4.6.1單樁水平承載力的影響因素

樁在水平荷載的作用下發(fā)生變位(水平位移和轉(zhuǎn)角)，會(huì)促使樁周土發(fā)生變形而產(chǎn)生抗力。當(dāng)變形增大到樁所不能允許的程度，或者樁周土失去穩(wěn)定時(shí)，或者樁折斷就達(dá)到了樁的水平極限承載能力。單樁水平承載力，應(yīng)滿足如下三個(gè)要求：(1)樁周土不會(huì)喪失穩(wěn)定。(2)樁身不會(huì)發(fā)生斷裂破壞。(3)建筑物不會(huì)因樁頂水平位移過(guò)大而影響其正常使用。確定單樁橫向容許承載力有水平靜載試驗(yàn)和分析計(jì)算法兩種。4．6．2樁的水平靜載試驗(yàn)

對(duì)于受水平荷載較大的重要建筑物，單樁水平承載力的特征值應(yīng)通過(guò)單樁水平靜載荷試驗(yàn)確定。首先，可在現(xiàn)場(chǎng)制作兩根相同的試樁，兩樁間水平放置加載用的千斤頂。每級(jí)荷載施加后，恒載4min測(cè)讀橫向位移，然后卸載至零，停2min測(cè)讀殘余橫向位移，至此完成一個(gè)加卸載循環(huán)。5次循環(huán)后，開(kāi)始加下一級(jí)荷載。試驗(yàn)不得中途停頓，直至樁身折斷或者水平位移超過(guò)30～40mm時(shí)，可終止試驗(yàn)。加載方法試驗(yàn)加載方法有兩種：?jiǎn)蜗蚨嘌h(huán)加卸載法或慢速連續(xù)法。一般采用前者，對(duì)于個(gè)別受長(zhǎng)期橫向荷載的樁也可采用后者。

1）單向多循環(huán)加卸載法這種方法可模擬基礎(chǔ)承受反復(fù)水平荷載（風(fēng)載、地震荷載、制動(dòng)力和波浪沖擊力等循環(huán)性荷載）的情形。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可繪制荷載一時(shí)間一位移（H0-T-U0））曲線（圖4-17）。橫向極限荷載可取H0-T-U0曲線明顯陡降（即圖中位移包絡(luò)線下凹）的前一級(jí)荷載作為極限荷載。橫向極限荷載可取H0-T-U0曲線明顯陡降（即圖中位移包絡(luò)線下凹）的前一級(jí)荷載作為極限荷載。

荷載一時(shí)間一位移（H0-T-U0））曲線橫向臨界荷載系指樁身受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂退出工作前的荷載，會(huì)使樁的橫向位移增大。相應(yīng)地可取H0-T-U0曲線出現(xiàn)突變點(diǎn)的前一級(jí)荷載為橫向臨界荷載或取荷載-位移梯度曲線第一直線段終點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的荷載為橫向臨界荷載，綜合考慮。荷載位移梯度（H0—）曲線

荷載位移（H0-U0）曲線對(duì)于鋼筋混凝土樁、配筋率不小于0.65%的灌注樁，也可取地面上水平位移為10mm或6mm所對(duì)應(yīng)的荷載作為單樁水平承載力特征值。2）、慢速連續(xù)加載法此法類似于垂直靜載試驗(yàn)

4.6.2彈性長(zhǎng)樁在水平荷載作用下的理論分析

彈性長(zhǎng)樁的水平變形與承載力通常按橫向彈性地基梁的方法進(jìn)行分析。采用文克爾地基模型研究在橫向荷載和樁側(cè)土抗力共同作用下樁的撓度曲線，通過(guò)撓度曲線微分方程，可求出樁身各截面的彎矩、剪力和變形。（一）、土的水平彈性抗力及其分布規(guī)律

1．土對(duì)樁的水平彈性抗力px——水平土抗力（kN/m）；kh——地基土的水平抗力系數(shù)（kN/m3）x——樁的水平位移（m）。彈性地基上的梁，按文克爾假定：梁身任一點(diǎn)的土抗力和該點(diǎn)的位移成正比2．地基水平抗力系數(shù)

基本概念：地基水平抗力系數(shù)表示單位面積土在彈性限度內(nèi)產(chǎn)生單位變形時(shí)所需要的力。3.隨深度的分布規(guī)律如下：

4.相應(yīng)的基樁內(nèi)力和位移計(jì)算方法為：1）“m”法：假定水平抗力系數(shù)隨深度呈線性增長(zhǎng)，m稱為地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)或者水平抗力系數(shù)的比列系數(shù)（kN/m4）。2）“K”法：假定地基水平抗力系數(shù)隨深度呈折線變化即在樁身第一撓曲變形零點(diǎn)以上抗力系數(shù)隨深度呈凹形拋物線增加；該點(diǎn)以下，地基系數(shù)為常數(shù)（kN/m3）。3）“c”法：假定地基抗力系數(shù)隨深度呈拋物線增加。4）“常數(shù)”法，又稱“張有齡法”：假定地基水平抗力系數(shù)沿深度為均勻分布，不隨深度而變化。5.樁的計(jì)算寬度b0

樁在水平外力作用下，除了樁身寬度范圍內(nèi)樁側(cè)土受擠壓外，在樁身寬度以外的一定范圍內(nèi)的土體都受到一定程度的影響（空間受力），且對(duì)不同截面形狀的樁，土受到的影響范圍大小也不同。為了將空間受力簡(jiǎn)化為平面受力，并綜合考慮樁的截面形狀及多排樁樁間的相互遮蔽作用，將樁的設(shè)計(jì)寬度（直徑）換算成相當(dāng)實(shí)際工作條件下，矩形截面樁的寬度b0,b0稱為樁的計(jì)算寬度。樁基規(guī)范圓形樁：當(dāng)直徑小于等于1m時(shí)，b0=0.9(1.5d+0.5);

當(dāng)直徑大于1m時(shí)，b0=0.9(d+1);方形樁：當(dāng)邊寬小于等于1m時(shí)b0=1.5b+0.5

當(dāng)邊寬大于1m時(shí)b0=b+1

6.樁的撓曲微分方程7.剛性樁與彈性樁、彈性中長(zhǎng)樁與彈性長(zhǎng)樁彈性樁：當(dāng)樁的入土深度時(shí)，樁的相對(duì)剛度小，必須考慮樁的實(shí)際剛度，按彈性樁來(lái)計(jì)算。其中稱為樁的變形系數(shù)，。一般情況下，橋梁樁基礎(chǔ)的樁和房屋基樁多屬?gòu)椥詷丁?/p>

剛性樁：當(dāng)樁的入土深度時(shí)，則樁的相對(duì)剛度較大，可按剛性樁計(jì)算（沉井基礎(chǔ)就可看作剛性樁。）彈性長(zhǎng)樁：αh>4的樁橫向位移順x軸正方向?yàn)檎担晦D(zhuǎn)角逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?；彎矩?dāng)左側(cè)纖維受拉時(shí)為正值；橫向力順x軸方向?yàn)檎?8.坐標(biāo)系統(tǒng)及對(duì)力和位移的符號(hào)規(guī)定：9．彈性長(zhǎng)樁撓度曲線微分方程的求解αL>4按上式可計(jì)算并繪出單樁的水平土抗力、內(nèi)力和變形隨深度的分布。

10．樁頂?shù)乃轿灰苮0彈性長(zhǎng)樁的樁頂水平位移：折算深度為0時(shí)的Ax和Bx值，代入水平位移公式得的位移Xz。對(duì)于彈性中長(zhǎng)樁(2.5<αL<4)及剛性短樁(αL≤2.5)；可由表4-11根據(jù)αL及樁端支承條件查得樁頂處的位移系數(shù)Ax和Bx，代入下式，即可計(jì)算樁頂?shù)乃轿灰啤?/p>

11．樁身最大彎矩及其位置

為進(jìn)行配筋計(jì)算，設(shè)計(jì)受水平荷載樁時(shí)需要確定樁身最大彎矩的大小及位置，當(dāng)配筋率較小時(shí)，樁身能承受的最大彎矩決定了樁的水平承載力。

目的：用于檢驗(yàn)樁的截面強(qiáng)度和配筋計(jì)算。

一般方法：要找出彎矩最大的截面所在的位置及相應(yīng)的最大彎矩Mmax值。一般可將各深度Z處的Mz值求出后繪制Z－Mz圖，即可從圖中求得。

數(shù)解法：

在最大彎矩截面處，其剪力Q等于零，因此Qz=0處的截面即為最大彎矩所在的位置。查得,即可求得最大彎矩所在的位置4.7樁基的沉降計(jì)算《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，對(duì)于樁基，需要進(jìn)行沉降驗(yàn)算的有：地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的建筑物樁基；體型復(fù)雜，荷載不均勻或樁端以下存在軟弱土層的、設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)的建筑物樁基；摩擦型樁基(包括摩擦樁和端承摩擦樁)。4.7.1實(shí)體深基礎(chǔ)法

這類方法的本質(zhì)是將樁端平面作為彈性體的表面，用布辛內(nèi)斯克解計(jì)算樁端以下各點(diǎn)的附加應(yīng)力，再用與淺基礎(chǔ)沉降計(jì)算一樣的單向壓縮分層總和法計(jì)算沉降。所謂假想實(shí)體深基礎(chǔ)，就是將在樁端以上的一定范圍的承臺(tái)、樁及樁周土當(dāng)成一實(shí)體深基礎(chǔ)，也就是說(shuō)不計(jì)從地面到樁端平面間的壓縮變形。這類方法適用于樁距s≤6d的情況。

這種計(jì)算的示意圖如圖所示。應(yīng)力擴(kuò)散法：擴(kuò)散角取為樁所穿過(guò)各土層內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值的1/4。在樁端平面處的附加應(yīng)力p0可用下式計(jì)算：

在計(jì)算出樁端平面處的附加應(yīng)力p。以后，則可按擴(kuò)散以后的面積進(jìn)行分層總和法沉降計(jì)算：

2．扣除樁群側(cè)壁摩阻力法

另一種假想實(shí)體深基礎(chǔ)沉降計(jì)算法為扣除樁群的側(cè)壁摩阻力。這時(shí)樁端平面的附加壓力p。通過(guò)下式計(jì)算：4．8樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

實(shí)際工程中的樁基礎(chǔ)，除了獨(dú)立柱基礎(chǔ)下大直徑樁有時(shí)采用一柱一樁外，一般都是由多根樁組成，上部用承臺(tái)連結(jié)。因而樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中要綜合考慮及驗(yàn)算其承載力和變形。4.8.1群樁及群樁效應(yīng)

由三根或三根以上的樁組成的樁基礎(chǔ)叫作群樁基礎(chǔ)。由于樁、樁間土和承臺(tái)三者之間的相互作用和共同工作，使群樁中的承載力和沉降性狀與單樁明顯的不同。群樁基礎(chǔ)受力(主要是豎向壓力)后，其總的承載力往往不等于各個(gè)單樁的承載力之和，這種現(xiàn)象稱為群樁效應(yīng)。群樁效應(yīng)不僅發(fā)生在豎向壓力作用下，在受到水平力時(shí)，前排樁對(duì)后排樁的水平承載力有屏蔽效應(yīng)；在受拉拔力時(shí)，群樁可能發(fā)生的整體拔出都屬于群樁效應(yīng)。端承樁群樁的沉降量與單樁基本相同，群樁的承載力就等于各單樁承載力之和。摩擦型樁通過(guò)樁側(cè)面的摩擦力將豎向力傳到樁周土，然后再傳到樁端土層上。一般認(rèn)為樁側(cè)摩擦力在土中引起的豎向附加應(yīng)力按某一角度沿樁長(zhǎng)向下擴(kuò)散到樁端平面上。當(dāng)樁數(shù)少，并且樁距S0較大時(shí)。S0>6d，樁端平面處各樁傳來(lái)的附加壓力互不重疊或重疊不多，這時(shí)群樁中各樁的工作狀態(tài)類似于單樁。但當(dāng)樁數(shù)較多，樁距較小時(shí)，常用的樁距S0=(3-4)d時(shí)，樁端處地基中各樁傳來(lái)的壓力就會(huì)相互疊加，使得樁端處壓力要比單樁時(shí)數(shù)值增大，荷載作用面積加寬，影響深度更深。一方面可能使樁端持力層總應(yīng)力超過(guò)土層承載力，從而使群樁的承載力不等于各單樁承載力之和；另一方面由于附加應(yīng)力數(shù)值加大，范圍加寬、加深，使得群樁基礎(chǔ)的沉降大大高于單樁的沉降，則可能由于沉降控制而明顯減小樁的承載力。承臺(tái)在群樁效應(yīng)中也起重要的作用：

承臺(tái)與樁間土直接接觸，在豎向壓力作用下承臺(tái)會(huì)發(fā)生向下的位移，樁間土表面承壓，分擔(dān)了作用于樁上的荷載，有時(shí)承受的荷載高達(dá)總荷載的三分之一，甚至更高的比例。只有在如下幾種情況下，承臺(tái)與土面可能分開(kāi)或者不能緊密接觸，導(dǎo)致分擔(dān)荷載的作用不存在或者不可靠，從而不能考慮承臺(tái)下樁間土的承載作用：(1)樁基礎(chǔ)承受經(jīng)常出現(xiàn)的動(dòng)力作用，如鐵路橋梁的樁基。(2)承臺(tái)下存在可能產(chǎn)生負(fù)摩擦力的土層，如濕陷性黃土、欠固結(jié)土、新近填土、高靈敏度粘土、可液化土。(3)在飽和軟粘土中沉入密集的群樁，引起超靜孔隙水壓力和土體隆起，隨后樁間土逐漸固結(jié)而下沉的情況。(4)樁周堆載或降水而可能使樁周地面與承臺(tái)脫開(kāi)等。不過(guò)在設(shè)計(jì)中出于安全考慮，一般不計(jì)承臺(tái)下樁間土的承載作用。承臺(tái)對(duì)于各樁的摩阻力和端承力也有影響由于在承臺(tái)底部，土、樁、承臺(tái)三者有基本相同的位移，因而減少了樁與土間相對(duì)位移，使樁頂部位的樁側(cè)阻力不能充分發(fā)揮出來(lái)。承臺(tái)底面向地面施加的豎向附加應(yīng)力，又使樁的側(cè)阻力和端阻力有所增加。群樁效應(yīng)系數(shù)

4.8.2樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟

樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)可按下述步驟進(jìn)行。

1．調(diào)查研究，收集設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)前詳細(xì)掌握建筑物場(chǎng)地的工程地質(zhì)勘察資料十分重要。并且對(duì)于勘探孔的深度和間距有特殊的要求。

2．選定樁型、樁長(zhǎng)和截面尺寸針對(duì)土層分布情況，考慮施工條件、設(shè)備和技術(shù)等因素，決定采用端承樁還是摩擦樁，擠土樁還是非擠土樁，最終可通過(guò)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定。由持力層的深度和荷載大小確定樁長(zhǎng)、樁截面尺寸，同時(shí)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)與驗(yàn)算。樁身進(jìn)入持力層的深度應(yīng)考慮地質(zhì)條件，荷載和施工工藝，一般為1到3倍樁徑；對(duì)于嵌巖灌注樁，樁周嵌入的深度不宜小于0.5m。當(dāng)持力層以下存在軟弱下臥層時(shí)，樁端以下硬持力層厚度不宜小于4d。3．確定單樁承載力的特征值，確定樁數(shù)并進(jìn)行樁的布置確定單樁承載力的特征值。然后根據(jù)基礎(chǔ)的豎向荷載和承臺(tái)及其上自重確定樁數(shù)，當(dāng)中心荷載作用時(shí)，樁數(shù)n為式中：Fk——作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力，kN；Gk——承臺(tái)及其上土自重的標(biāo)準(zhǔn)值，kN；Rａ——單樁豎向承載力特征值，kN；n——初估樁數(shù)，取整數(shù)。布置樁并初步確定承臺(tái)的形狀和尺寸。

(1)樁距：摩擦型樁中心距一般不小于3d；擴(kuò)底灌注樁的中心距不小于擴(kuò)底直徑的1.5倍；當(dāng)擴(kuò)底直徑大于2m時(shí)，樁端擴(kuò)底凈距不小于1m，擴(kuò)底直徑不大于3d。(2)群樁的承載力合力作用點(diǎn)應(yīng)與長(zhǎng)期荷載的重心重合，以便使各樁均勻受力；對(duì)于荷載重心位置變化的建筑物，應(yīng)使群樁承載力合力作用點(diǎn)位于變化幅度之中。(3)對(duì)于樁箱基礎(chǔ)，宜將樁布置于墻下；對(duì)于帶肋的樁筏基礎(chǔ)，宜將樁布置在肋下；同一結(jié)構(gòu)單元，避免使用不同類型的樁。4．樁基礎(chǔ)的驗(yàn)算

在完成布樁之后，根據(jù)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行樁基礎(chǔ)的驗(yàn)算。驗(yàn)算的內(nèi)容包括：樁基中單樁承載力的驗(yàn)算及摩擦群樁承載力驗(yàn)算；樁基的沉降驗(yàn)算；

5．承臺(tái)和樁身的設(shè)計(jì)、計(jì)算

內(nèi)容：承臺(tái)的平面尺寸、厚度和構(gòu)造的設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足抗沖切、抗彎、抗剪、抗裂等要求。而對(duì)于鋼筋混凝土樁，要對(duì)于樁的配筋、構(gòu)造和預(yù)制樁吊運(yùn)中的內(nèi)力、沉樁中的接頭進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。對(duì)于豎向受壓荷載的樁，一般按構(gòu)造設(shè)計(jì)或采用定型產(chǎn)品。

4.8.3群樁基礎(chǔ)中單樁承載力的驗(yàn)算及摩擦群樁承載力驗(yàn)算。在荷載作用下剛性承臺(tái)下的群樁基礎(chǔ)中各樁所分擔(dān)的力一般是不均勻的，往往處于很復(fù)雜的狀態(tài)，受許多因素的影響。

當(dāng)作用于樁基上的外力主要為水平力時(shí)，應(yīng)對(duì)樁基的水平承載力進(jìn)行驗(yàn)算。在由相同截面樁組成的樁基礎(chǔ)中，可假設(shè)各樁所受的橫向力

相同，即樁的承載力主要取決于地基巖土對(duì)樁的支承能力，所以樁的承載力按土的支承力確定。荷載采用標(biāo)準(zhǔn)組合。一般而言，樁的承載力主要取決于地基巖土對(duì)樁的支承能力，但是對(duì)于端承樁，超長(zhǎng)樁或者樁身質(zhì)量有缺陷的情況，可能由樁身混凝土強(qiáng)度控制。與材料強(qiáng)度有關(guān)的設(shè)計(jì)，當(dāng)樁頂以下5d范圍內(nèi)箍筋間距大于100mm時(shí)應(yīng)滿足：當(dāng)樁頂以下5d范圍內(nèi)箍筋間距不大于100mm時(shí)應(yīng)滿足：注意：此驗(yàn)算應(yīng)用荷載的基本組合，與上面用土的支承力確定的樁承載力驗(yàn)算用的是標(biāo)準(zhǔn)組合不一樣。對(duì)于豎向受壓摩擦群樁，還要控制樁端地基土的承載力，要求：樁端應(yīng)力小于等于地基承載力特征值。樁底持力層承載力驗(yàn)算摩擦群樁應(yīng)力分布

摩擦型群樁基礎(chǔ)當(dāng)樁間中心距小于6倍樁徑時(shí)，將樁基礎(chǔ)視為相當(dāng)于cdef范圍內(nèi)的實(shí)體基礎(chǔ)，認(rèn)為樁側(cè)外力以φ/4角向下擴(kuò)散，驗(yàn)算樁底平面處土層的承載力：

4.8.4承臺(tái)的設(shè)計(jì)計(jì)算1．承臺(tái)的構(gòu)造基本要求

承臺(tái)可分為柱下或墻下獨(dú)立承臺(tái)、柱下或墻下條形承臺(tái)梁、樁筏基礎(chǔ)和樁箱基礎(chǔ)的筏板承臺(tái)及箱形承臺(tái)等。柱下獨(dú)立承臺(tái)柱下獨(dú)立承臺(tái)筏板承臺(tái)對(duì)于條形承臺(tái)梁，樁的外緣距承臺(tái)梁邊緣距離不小于75mm。

承臺(tái)的尺寸與樁數(shù)和樁距有關(guān)。其尺寸主要滿足抗彎、抗沖切、抗剪的要求。按照基本要求，承臺(tái)的厚度不小于300mm，寬度不小于500mm。承臺(tái)邊緣距邊樁的中心距離不小于樁的直徑或樁的邊長(zhǎng)；且樁的外緣與承臺(tái)邊緣間距離不小于150mm；為了保證樁群與承臺(tái)連接的整體性，樁頂嵌入承臺(tái)的長(zhǎng)度不宜小于50mm。樁主筋插入承臺(tái)的錨固長(zhǎng)度對(duì)于HPB235級(jí)鋼筋不小于30倍鋼筋直徑；對(duì)于HRB335和HRB400級(jí)鋼筋不小于35倍鋼筋直徑。對(duì)于大直徑灌注樁，采用一柱一樁時(shí)，可設(shè)置承臺(tái)或者將樁和柱直接連接起來(lái)。承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C20?？v向鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不小于70mm；當(dāng)設(shè)置混凝土墊層時(shí)，保護(hù)層不小于40mm。矩形承臺(tái)的鋼筋雙向均勻通長(zhǎng)布置；三樁承臺(tái)的鋼筋按三向板帶均勻布置，最里邊的三根鋼筋圍成的三角形應(yīng)在樁的截面范圍之內(nèi)，見(jiàn)圖4—25所示。除滿足設(shè)計(jì)計(jì)算的要求外，一般配筋尚需滿足《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定的最小配筋率要求，并且主筋直徑不小于12mm，架立筋不小于10mm，箍筋不小于6mm。有抗震要求的柱下單樁和兩樁獨(dú)立承臺(tái)常常用聯(lián)系梁連接。承臺(tái)的埋置深度一般不是由承臺(tái)底土

層的承載力決定，主要考慮建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和環(huán)境條件。在滿足這些條件下可盡量淺埋。對(duì)于有抗震要求的樁基，為增加抗水平力可加大承臺(tái)埋置深度。承臺(tái)位于較好土層上可發(fā)揮承臺(tái)、樁、土的共同作用，增加群樁基礎(chǔ)承載力、減少沉降。承臺(tái)周圍回填土應(yīng)采用素土、灰土、級(jí)配砂土等分層夯實(shí)，或者在原坑澆筑混凝土承臺(tái)。

2．承臺(tái)的抗彎計(jì)算

如果承臺(tái)厚度較小，配筋量不足，承臺(tái)在柱傳下的力作用下，可能發(fā)生彎曲破壞。試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明，柱下的獨(dú)立樁基承臺(tái)呈梁式破壞，即撓曲裂縫在平行于柱邊的兩個(gè)方向出現(xiàn)，最大彎矩產(chǎn)生于柱邊處。

1)多樁矩形承臺(tái)

對(duì)于多樁矩形承臺(tái)，計(jì)算截面取在柱邊和承臺(tái)截面變化處，彎矩計(jì)算公式為(見(jiàn)圖4-27)2)等邊三角形三樁承臺(tái)應(yīng)以受力最大的樁計(jì)算設(shè)計(jì)彎矩。

3)等腰三角形三樁承臺(tái)3．柱下樁基獨(dú)立承臺(tái)的沖切計(jì)算

板式承臺(tái)的厚度往往由沖切驗(yàn)算決定。承臺(tái)的沖切破壞主要有兩種形式：由柱邊緣或承臺(tái)變階處沿≥45°斜面拉裂形成沖切錐體破壞；或者是角樁頂部對(duì)于承臺(tái)邊緣形成≥45°的向上沖切半錐體破壞，如圖4-28所示。

1)柱對(duì)承臺(tái)的沖切

柱對(duì)承臺(tái)的沖切有兩種可能破壞形式，即沿柱邊緣或者沿承臺(tái)變階處沖切破壞。由于柱的沖切力要扣除破壞錐體底面下各樁的凈反力，當(dāng)擴(kuò)散角度等于45°時(shí)，可能覆蓋更多的樁，所以沖切力反而減少，因而不一定最危險(xiǎn)。最危險(xiǎn)沖切錐為錐體與承臺(tái)底面夾角≥45°情況，并且此錐體不同方向的傾角可能不等，這時(shí)可按下式進(jìn)行沖切計(jì)算：

2)角樁對(duì)承臺(tái)的沖切計(jì)算

由于假設(shè)相同的樁型在承臺(tái)下按照線性規(guī)律分擔(dān)總的豎向力。在偏心荷載下，某一角樁會(huì)承受最大豎向力。另一方面角樁向上沖切時(shí)，抗沖切的錐面只有一半，亦即對(duì)于四棱臺(tái)只有兩個(gè)抗沖切面。角樁的沖切是最危險(xiǎn)的。承臺(tái)為錐形承臺(tái)為臺(tái)階形(2)三樁三角形承臺(tái)角樁的沖切計(jì)算

4．柱下樁基獨(dú)立承臺(tái)的受剪計(jì)算剪切面為柱(墻)邊與樁內(nèi)邊緣連線形成的斜截面。當(dāng)柱(墻)邊有多排樁形成多個(gè)斜截面時(shí)，也應(yīng)對(duì)每個(gè)斜截面進(jìn)行驗(yàn)算。5．樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇預(yù)制樁時(shí)，一般要按施工條件加以驗(yàn)算。對(duì)于混凝土現(xiàn)場(chǎng)灌注樁一般只按使用階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于承受較大水平荷載作用和彎矩較大的樁以及抗拔樁應(yīng)進(jìn)行計(jì)算確定配筋。4.9樁基技術(shù)和理論的新發(fā)展

4．9．1樁的形式和規(guī)模

為了充分發(fā)揮地基的承載力，人們對(duì)樁進(jìn)行了擴(kuò)底和擴(kuò)徑。擴(kuò)底的施工方法有鉆擴(kuò)、爆擴(kuò)、夯擴(kuò)、振擴(kuò)、擠擴(kuò)、挖擴(kuò)等多種，采用擴(kuò)底樁可大大提高單樁承載力。夯擴(kuò)樁為我國(guó)近年來(lái)涌現(xiàn)的新樁型。它是采用細(xì)長(zhǎng)錘夯擊成孔，將護(hù)筒沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，分批向孔內(nèi)投放廢磚石及干硬性混凝土，反復(fù)擊實(shí)，擠密樁底土體，在樁端形成復(fù)合載體。

DX多節(jié)擠擴(kuò)灌注樁是一種局部擴(kuò)徑的樁型，在鉆孔后向孔內(nèi)放入專用液壓擠擴(kuò)設(shè)備，根據(jù)土層情況在不同部位擠壓出分岔或者圓錐盤式擴(kuò)大腔體，澆筑混凝土后成為支盤和支叉，可明顯提高單樁承載力。

4.9.2樁的施工

為消除和減輕對(duì)于環(huán)境的不利影響，在城區(qū)軟土地區(qū)采用靜壓樁受到歡迎，采用此法施工的樁長(zhǎng)已達(dá)70m以上。為了消除泥漿護(hù)壁鉆孔中循環(huán)泥漿對(duì)環(huán)境的污染，國(guó)內(nèi)外常采用套管鉆進(jìn)法或者用穩(wěn)定液代替泥漿護(hù)壁的無(wú)套管鉆進(jìn)法施工。拔出套管

4.9.3單樁承載力的測(cè)定和樁的檢測(cè)單樁豎向靜載試驗(yàn)法，是一種費(fèi)錢、費(fèi)工、費(fèi)時(shí)的試驗(yàn)方法，不可能在工程中大量應(yīng)用，更不可能用以檢測(cè)每根樁的質(zhì)量和承載力。

1．用動(dòng)測(cè)法代替靜壓法

近二三十年來(lái)用動(dòng)力法檢測(cè)樁的質(zhì)量和確定樁的承載力發(fā)展很快，其法是在樁頂施加動(dòng)態(tài)力(動(dòng)荷載)，量測(cè)在樁頭位移、速度或加速度等動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)，從而對(duì)樁土的性狀作出分析。根據(jù)能否使樁土間產(chǎn)生塑性位移，可把動(dòng)測(cè)樁分為低應(yīng)變法和高應(yīng)變法。低應(yīng)變法中，作用在樁上的動(dòng)荷載遠(yuǎn)小于樁的使用荷載，不能將樁打動(dòng)，常用來(lái)檢測(cè)樁的完整性，直接用以確定樁的承載力則尚有爭(zhēng)議。高應(yīng)變法是指動(dòng)荷載能使樁土間產(chǎn)生較大動(dòng)位移，距樁頂一定距離的樁兩側(cè)對(duì)稱安裝力傳感器和加速度傳感器，測(cè)量力和采集樁土系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)，通過(guò)不同的數(shù)學(xué)模型分析樁身結(jié)構(gòu)的完整性和單樁的承載力。4.9.4樁基的設(shè)計(jì)

1．復(fù)合樁基群樁基礎(chǔ)實(shí)際上是樁、土和承臺(tái)三者的共同作用問(wèn)題。承臺(tái)貼地，常常承擔(dān)相當(dāng)部分的荷載，這種考慮承臺(tái)底樁間土抗力的樁基也叫做復(fù)合樁基，其中的單樁叫做復(fù)合基樁。2．減沉樁基(疏樁基礎(chǔ))

在天然地基的承載力滿足建筑物的要求時(shí)，而沉降過(guò)大。當(dāng)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸或進(jìn)行地基處理來(lái)減小沉降耗費(fèi)資金較多，這時(shí)做成樁基，這種以控制沉降為目的，直接用沉降量指標(biāo)來(lái)確定樁數(shù)量的樁基，此樁基稱為疏樁基礎(chǔ)。疏樁基礎(chǔ)樁距較大，一般為Sｓ＝(4—6)d，甚至更大。減沉樁基中的樁應(yīng)為摩擦樁，但樁端也應(yīng)進(jìn)入較好土層，以防沉降過(guò)大，達(dá)不到預(yù)期的控制沉降的效果。減沉樁在承臺(tái)產(chǎn)生一定沉降時(shí)，樁可充分發(fā)揮其承載力并允許進(jìn)入極限承載狀態(tài)，同時(shí)承臺(tái)也類似淺基礎(chǔ)或復(fù)合地基，很大部分的荷載加在樁間土上，是一種承臺(tái)作用發(fā)揮較大的復(fù)合樁基。4.10墩

基

礎(chǔ)

墩基礎(chǔ)是一種常用的深基礎(chǔ)。從外形和工作機(jī)理上墩(pier)與樁(pile)很難嚴(yán)格區(qū)分。但墩與樁還是有區(qū)別的。墩的斷面尺寸較大，相對(duì)墩身較短，體積巨大。這樣墩身一般不能預(yù)制，也不能打入、壓入地基，只能是現(xiàn)場(chǎng)灌注或砌筑而成。一般認(rèn)為墩的直徑大于0.8m；墩身長(zhǎng)度為6～20m；長(zhǎng)徑比不大于30。墩與樁之間的主要區(qū)別在于：(1)與樁相比，墩的斷面尺寸較大，長(zhǎng)細(xì)比較小，亦即短而粗；(2)墩不能用打入和壓入地基的方法施工；(3)墩常常單獨(dú)承擔(dān)荷載，且承載力比單樁高。

與淺基礎(chǔ)相比，墩的埋深不小于4倍斷面尺度；墩的側(cè)壁摩阻力往往是承載力的重要部分?！岸铡边@個(gè)詞還有另外一層含意，那就是指某些建筑物的基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間的部分。應(yīng)用

為獲得較大的墩的端承力，墩基礎(chǔ)一般支承在較堅(jiān)硬的土層或巖層上，尤其是擴(kuò)底的情況下。墩基礎(chǔ)廣泛地應(yīng)用于橋梁、海洋鉆井平臺(tái)和港口碼頭等近海建筑物中。在我國(guó)西南山區(qū)，常常用直徑(或邊長(zhǎng))達(dá)幾米的大尺寸墩治理滑坡，抵抗滑動(dòng)力。

4.10.2墩的分類1．按墩的承載性狀分類抗壓墩抗滑墩抗拔墩：錨錠結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)時(shí)，一般采用擴(kuò)底的形式以提供更大的抗拔力。

2．按施工方法分類

按施工方法可從成孔、護(hù)壁和澆(砌)筑三個(gè)方面考慮。1)成孔方法

墩按成孔方法分為三類：挖孔墩、鉆孔墩和沖孔墩。2)護(hù)壁方式

墩的成孔與澆筑可以有護(hù)壁，也可無(wú)護(hù)壁。3)澆(砌)筑方式

墩一般是混凝土澆筑而成的，可以是水下澆筑或干作業(yè)澆筑。在山區(qū)，也可用漿砌石、磚砌筑墩基礎(chǔ)。3．按墩的形狀分類

墩的橫斷面一般為圓形，但也有方形和矩形等情況。墩的軸向截面形式

4.10.3墩基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)由于墩和樁的工作機(jī)理相似，所以許多樁基的設(shè)計(jì)方法也適用于墩基。在許多情況下是單墩工作或者少數(shù)墩共同工作，這與群樁基礎(chǔ)不同；墩基承重的復(fù)雜性和設(shè)計(jì)計(jì)算方法不完善。1)用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定墩的承載力2)經(jīng)驗(yàn)公式法

與樁的承載力一樣，在初步設(shè)計(jì)階段估算墩承載力特征值時(shí)，可以使用類似于式(4-7)的公式計(jì)算：1．墩的豎向抗壓承載力墩的水平承載力比一般單樁的水平承載力高得多。在抵抗地震力、波浪力、動(dòng)力機(jī)器振動(dòng)力及船舶撞擊力等水平荷載時(shí)，墩是十分有效的基礎(chǔ)形式。3．墩的沉降估算

墩的沉降一般由三部分組成：式中：S——墩頂沉降量，m；Sp——墩身軸向壓縮量，m；sb——墩底土層壓縮變形，m；

Ｓｓ——墩端以下沉渣壓縮變形，m。4.10.4承臺(tái)

由于墩多數(shù)為單獨(dú)承載或少數(shù)墩共同工作，所以承臺(tái)的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。和樁一樣要求墩頂嵌入承臺(tái)及主筋伸入承臺(tái)。對(duì)于一柱一墩情況，柱下單墩宜在墩頂?shù)膬蓚€(gè)相互垂直的方向設(shè)置聯(lián)系梁。當(dāng)墩與柱的截面積尺寸之比大于2，且柱底的剪力和彎矩較小時(shí)，也可不設(shè)聯(lián)系梁。柱樁基礎(chǔ)4.11沉井基礎(chǔ)

沉井是以現(xiàn)場(chǎng)澆筑、挖土下沉方式進(jìn)入地基中的深基礎(chǔ)。一般為鋼筋混凝土制成，很少情況也可使用磚石、鋼筒等。

江陰長(zhǎng)江大橋(1999年)北錨沉井工程是整個(gè)大橋工程中的重中之重。沉井平面長(zhǎng)69