項目八 樁基礎及其他深基礎

項目八樁基礎及其他深基礎了解樁基礎的作用及適用條件了解樁的分類熟悉單樁豎向承載力的確定掌握樁基礎設計了解深基礎形式能力目標概述軟土層將荷載傳遞到下部好土層,承載力高承臺樁側(cè)阻端阻

樁基礎通常作為荷載較大的建筑物基礎，與其他深基礎比較，適用范圍最廣，其應用場合可歸納如下：（1）地基的上層土質(zhì)太差而下層土質(zhì)較好；或地基軟硬不均或荷載不均，不能滿足上部結(jié)構(gòu)對不均勻變形的要求。（2）地基軟弱，采用地基加固措施不合適；或地基土性特殊，如存在可液化土層、自重濕陷性黃土、膨脹土及季節(jié)性凍土等。（3）除了存在較大的垂直荷載外，尚有較大的偏心荷載、水平荷載、動力荷載及周期性荷載作用。（4）上部結(jié)構(gòu)對基礎的不均勻沉降相當敏感；或建筑物受到相鄰建筑物或大面積地面超載的影響。（5）地下水位很高，采用其他深基礎形式施工時排水困難；或位于水中的構(gòu)筑物基礎，如橋梁、碼頭、鉆采平臺等。（6）需要長期保存、具有重要歷史意義的建筑物。樁——設置于土中的豎直或傾斜的柱型構(gòu)件，在豎向荷載作用下，通過樁土之間的摩擦力（樁側(cè)摩阻力）和樁端土的承載力（樁端阻力）來承受和傳遞上部結(jié)構(gòu)的荷載。樁基礎——樁與連接樁頂?shù)某信_共同組成樁基礎，簡稱樁基。

樁基礎的設計內(nèi)容：（1）選擇樁的類型和幾何尺寸；（2）確定單樁豎向（和水平向）承載力特征值；（3）確定樁的數(shù)量、間距和布樁方式；（4）驗算樁基的承載力和沉降；（5）樁身結(jié)構(gòu)設計；（6）承臺設計；（7）繪制樁基施工圖。樁基設計原則：《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94—2008）規(guī)定，建筑樁基采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法，并按極限狀態(tài)設計表達式計算，且樁基的極限狀態(tài)分為兩類：（1）承載能力極限狀態(tài)；（2）正常使用極限狀態(tài)。建筑樁基安全等級安全等級破壞后果建筑物類型一級很嚴重重要的工業(yè)與民用建筑物；對樁基變形有特殊要求的工業(yè)建筑物二級嚴重一般的工業(yè)與民用建筑物三級不嚴重次要的建筑物要求進行如下計算和驗算：（1）所有樁基均應進行承載能力極限狀態(tài)計算，包括：①樁基的豎向（抗壓或抗拔）承載力和水平承載力計算；②樁端平面以下軟弱下臥層承載力驗算；③樁基抗震承載力驗算；④承臺及樁身承載力計算。（2）以下樁基尚應進行變形驗算：①樁端持力層為軟弱土的一、二級建筑物以及樁端持力層為粘性土、粉土或存在軟弱下臥層的一級建筑樁基的沉降驗算，并宜考慮上部結(jié)構(gòu)與樁基的相互作用；②承受較大水平荷載或?qū)λ阶兾灰髧栏竦囊患壗ㄖ痘乃阶兾或炈?。樁基豎向承載力1.承載能力極限狀態(tài)

承載能力極限狀態(tài)指樁基達到最大承載能力或整體失穩(wěn)或發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形。

單樁極限承載力標準值

指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的最大荷載。

單樁豎向極限承載力標準值除以安全系數(shù)K（K=2.0）的承載力值。單樁豎向承載力特征值

2.正常使用極限狀態(tài)

達到建筑物正常使用所規(guī)定的變形限值或達到耐久性要求的某項限值。樁的分類與質(zhì)量檢驗根據(jù)樁的受力情況、施工方法、功能及樁徑等，樁可劃分為各種類型。一、按樁身材料分類：木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁、鋼樁以及組合材料樁。二、按承臺標高位置分類：

低承臺樁、高承臺樁。三、按樁的使用功能分類：

豎向抗壓樁、豎向抗拔樁、水平受荷樁以及復合受荷樁。四、按承載性狀分類：

根據(jù)豎向荷載下樁土共同作用特點，樁側(cè)與樁端阻力的發(fā)揮程度和分擔荷載比例，將樁分為摩擦型樁和端承型樁兩大類。（1）摩擦型樁：

在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁側(cè)阻力承受。

（2）端承型樁：在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承受。

端承型樁摩擦樁端承摩擦樁摩擦型樁端承樁摩擦端承樁五、按樁的施工方法分類：預制樁和灌注樁兩大類。1、預制樁：

在施工前預先制作成型，再用各種機械設備把它沉入地基至設計標高的樁，稱為預制樁。預制樁可以是木樁、鋼樁或鋼筋混凝土樁等。２、灌注樁：

灌注樁為在建筑工地現(xiàn)場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁可分為鉆（沖）孔灌注樁、沉管灌注樁和挖孔灌注樁等幾大類。①鉆（沖）孔灌注樁：優(yōu)點：施工過程中無擠土、無振動、噪音小，且樁徑不受限制。缺點：泥漿沉淀不易清除，影響端部承載力的充分發(fā)揮，并造成較大沉降。③挖孔灌注樁：

挖孔樁主要適用于粘性土和地下水位較低的條件，最忌在含水砂層中施工，因易引起流砂坍孔，十分危險。六、按成樁方法和成樁過程的擠土效應分類：

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。

七、按樁徑大小分類：

按樁徑大小分為小樁（d≤250mm）、中等直徑樁（250≤d≤800）和大直徑樁（d≥800mm）等。

豎向荷載下單樁的工作性能一、樁土體系的荷載傳遞樁的破壞二、單樁的破壞模式

單樁豎向承載力的確定

單樁的豎向承載力主要取決于地基土對樁的支承能力和樁身的材料強度。1、按材料強度確定對于鋼筋混凝土樁：2、按單樁豎向抗壓靜載試驗確定——設計依據(jù)對于甲級、乙級建筑物，必須通過靜載荷試驗。在同一條件下的試樁數(shù)量，不宜少于總數(shù)的1%，并不應少于3根。工程總樁數(shù)在50根以內(nèi)時不應少于2根。對于地基條件復雜，樁施工質(zhì)量可靠性低等情況下的建筑樁基也須通過靜載荷試驗。（1）靜載荷試驗裝置及其方法：………………..（2）終止加載條件：當出現(xiàn)下列情況之一時即可終止加載：①某級荷載下，樁頂沉降量為前一級荷載下沉降量的5倍；②某級荷載下，樁頂沉降量大于前一級荷載下沉降量的2倍，且經(jīng)過24h尚未達到相對穩(wěn)定；③已達到錨樁最大抗拔力或壓重平臺的最大質(zhì)量時。（3）按試驗結(jié)果確定單樁承載力①根據(jù)沉降隨荷載的變化特征確定對于陡降型曲線，可取曲線發(fā)生明顯陡降的起始點所對應的荷載為②根據(jù)沉降量確定對于緩變型曲線，一般可取

s=40～60mm對應的荷載值為對于大直徑樁可取所對應的荷載值。此外，也可根據(jù)終止加載條件②中的前一級荷載值作為

圖1：Q-S曲線圖

560KN560KN圖2：

S-Log(t)曲線靜力觸探試驗靜力觸探試驗是通過一定的機械裝置，將某種規(guī)格的金屬探頭用靜力壓入土層中，同時用傳感器或直接量測儀表測試土層對觸探頭的貫入阻力，以此來判斷、分析、確定地基土的物理力學性質(zhì)。適用：粘性土、粉土、砂土作用：劃分土層、估算地基土的物理力學指標參數(shù)、評定地基土的承載力、估算單樁承載力及判定砂土地基的液化等級等靜力觸探試驗

1、靜力觸探試驗的技術(shù)要求靜力觸探儀的組成：1）貫入裝置－控制等速貫入2）傳動系統(tǒng)－液壓和機械兩種3）量測系統(tǒng)－探頭、電纜、電阻應變儀（或電位差自動記錄儀）探頭分單橋探頭和雙橋探頭靜力觸探試驗

1）單橋探頭一個觸探指標－比貫入阻力psps=P/AP－總貫入阻力A－探頭錐尖底面積2）雙橋探頭兩個觸探指標－錐尖阻力qc、側(cè)壁摩阻力fsqc=Qc/Afs=Pf/F靜力觸探過程中，探頭應勻速、垂直地壓入土層中（1.2±0.3）m/min3）根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預制樁單樁豎向極限承載力標準值時，對于粘性土、粉土和砂土，如無當?shù)亟?jīng)驗時可按下式計算：

3、按經(jīng)驗公式法確定《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》推薦如下豎向承載力估算公式：（1）對直徑d<800mm的灌注樁和預制樁，單樁豎向極限承載力標準值：（2）大直徑樁（d≥800mm）：對于混凝土護壁的大直徑挖孔樁，其設計樁徑取護壁外直徑。

（3）嵌巖樁

《樁基規(guī)》指出，確定單樁豎向極限承載力標準值尚需滿足下列規(guī)定：①甲級建筑樁基應采用現(xiàn)場靜載荷試驗；②乙級建筑樁基應根據(jù)靜力觸探、標準貫入、經(jīng)驗參數(shù)等估算，并參照地質(zhì)條件相同的試樁資料綜合確定。無可參照的試樁資料或地質(zhì)條件復雜時，應由現(xiàn)場靜載荷試驗確定；③丙級建筑樁基，如無原位測試資料，可利用承載力經(jīng)驗參數(shù)估算。4、單樁豎向承載力特征值：按《地基規(guī)范》，單樁豎向承載力應為不超過樁頂荷載—變形曲線線性變形階段的比例界限荷載，即表示正常使用極限狀態(tài)計算時采用的單樁承載力值，以發(fā)揮正常使用功能時所允許采用的抗力特征值，稱為單樁豎向承載力特征值。

《地基規(guī)范》指出，單樁豎向承載力特征值的確定應符合下列規(guī)定：（1）單樁豎向承載力特征值應通過單樁豎向靜載荷試驗確定。在同一條件下的試樁數(shù)量，不宜少于總樁數(shù)的1%，且不應少于3根。單樁豎向承載力特征值取單樁豎向靜載荷試驗所得單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2。2橫向受力樁及其承載力橫向靜力載荷試驗理論公式計算橫向的彈性地基梁文克爾地基模型xzkh－土的水平抗力系數(shù)x－水平位移常數(shù)法m法k法c法樁的位移kh－土的水平抗力系數(shù)樁基礎計算1、群樁的工作特點端承型群樁基礎摩擦型群樁樁端平面上的壓力分布（不考慮）當樁數(shù)少，樁中心距較大時（）（b）當樁數(shù)較多，樁距較小時（）巖石土群樁效應系數(shù)2、群樁的豎向承載力特征值：

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：從而可求得復合基樁或基樁的豎向承載力特征值R為：3、承臺下土對荷載的分擔作用樁基在荷載作用下，由樁和承臺底地基土共同承擔荷載，構(gòu)成復合樁基。復合樁基中基樁的承載力含有承臺底的土阻力，故稱為復合基樁。承臺底分擔荷載的作用隨樁群相對于地基土向下位移幅度的加大而增強。設計復合樁基時應注意：承臺分擔荷載是以樁基的整體下沉為前提，故只有在樁基沉降不會危及建筑物的安全和正常使用，且臺底不與軟土直接接觸時，才宜于開發(fā)利用承臺底土反力的潛力。

復合樁基

1一臺底土反力；2一上層土位移3一樁端貫入、樁基整體下沉在下列情況下，通常不能考慮承臺的荷載分擔效應：①承受經(jīng)常出現(xiàn)的動力作用，如鐵路橋梁樁基；②承臺下存在可能產(chǎn)生負摩擦力的土層，如濕陷性黃土、欠固結(jié)土、新填土、高靈敏度軟土以及可液化土，或由于降水地基土固結(jié)而與承臺脫開；③在飽和軟土中沉入密集樁群，引起超靜孔隙水壓力和土體隆起，隨著時間推移，樁間土逐漸固結(jié)下沉而與承臺脫離等。

樁基設計1設計步驟1.收集資料2.確定樁型、樁長、斷面3.確定單樁承載力4.確定樁數(shù)及平面布置FlB05.樁基礎驗算：承載力，沉降驗算6.承臺和結(jié)構(gòu)設計一、樁型的選擇：樁基設計時，首先應根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類型、荷載情況、地層條件、施工能力及環(huán)境限制（噪音、振動）等因素，選擇預制樁或灌注樁的類別。1、環(huán)境條件

在居民生活、工作區(qū)周圍應當盡量避免使用錘擊、振動法沉樁的樁型，當周圍環(huán)境存在市政管線或危舊房屋，對擠土效應較敏感時，就不能使用擠土樁。如必須選用預制樁，可采用壓樁法沉樁，并采取減小擠土效應的措施。2、結(jié)構(gòu)荷載條件荷載的大小是選擇樁型時考慮的重要條件之一。受建筑物基礎下布樁數(shù)量的限制，一般建筑層數(shù)越多，所需要的單樁承載力越高。對于預制小方樁、沉管灌注樁受樁身穿越硬土層能力和機具施工能力的限制，不能提供很大的單樁承載力，因此僅適用于多層、小高層建筑；而對于大直徑鉆孔（擴底）灌注樁、鋼管樁、嵌巖樁等幾種樁型，可以提供很大的豎向、側(cè)向單樁承載力，可滿足超高層建筑和橋梁、碼頭的要求。二、基樁幾何尺寸確定確定基樁幾何尺寸應綜合考慮各種有關的因素，主要考慮如下幾個方面：1、同一結(jié)構(gòu)單元宜避免采用不同樁長的樁一般情況下，同一基礎相鄰樁的樁底標高差，對于非嵌巖端承型樁，不宜超過相鄰樁的中心距。對于摩擦型樁，在相同土層中不宜超過樁長的1/10。2、選擇較硬土層作為樁端持力層根據(jù)土層的豎向分布特征，盡可能選定硬土層作為樁端持力層和下臥層，從而可初步確定樁長，這是樁基礎要具備較好的承載變形特性所要求的。強度較高、壓縮性較低的粘性土、粉土、中密或密實砂土、礫石土以及中風化或微風化的巖層，是常用的樁端持力層，如果飽和軟粘土地基深厚，硬土層埋深過深，也可采用超長摩擦樁方案。3、樁端全斷面進入持力層的深度樁端全斷面進入持力層的深度，對于粘土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石類土不宜小于1d。當存在軟弱下臥層時，樁基以下硬持力層厚度不宜小于4d。嵌巖灌注樁的周邊嵌入微風化或中等風化巖體的最小深度不宜小于0.5m,以確保樁端與巖體接觸。4、同一建筑物應該盡量采用相同樁徑的樁基一般情況下，同一建筑物應該盡量采用相同樁徑的樁基，但當建筑物基礎平面范圍內(nèi)的荷載分布很不均勻時，可根據(jù)荷載和地基的地質(zhì)條件采用不同直徑的基樁。5、考慮經(jīng)濟條件當所選定樁型為端承樁而堅硬持力層又埋藏不太深時，盡可能考慮采用大直徑（擴底）單樁；對于摩擦樁，則宜采用細長樁，以取得樁側(cè)較大的比表面積，但要滿足抗壓能力的要求。8.7.3樁數(shù)及樁的平面布置1)樁數(shù)估算軸心受壓時:偏心受壓時:2)樁的平面布置①樁的中心距②樁的平面布置進行樁的平面布置時，應注意以下幾點：A.盡量不偏心。宜使群樁的承載力合力點與長期荷載重心重合。B.盡量使樁基受水平力和力矩較大方向有較大的截面模量，即承臺的長邊與所受彎矩較大的平面取向一致。C.同一結(jié)構(gòu)單元，盡量避免采用不同類型的樁。樁身截面強度計算樁身結(jié)構(gòu)強度驗算需考慮整個施工階段和使用階段期間的各種最不利受力狀態(tài)。在許多場合下，對于預制混凝土樁，在吊運和沉樁過程中所產(chǎn)生的內(nèi)力往往在樁身結(jié)構(gòu)計算中起到控制作用；而灌注樁在施工結(jié)束后才成樁，樁身結(jié)構(gòu)設計由使用荷載確定。1、按材料強度確定單樁抗壓承載力對低承臺下的單樁：式中——建筑樁基重要系數(shù)，對于安全等級為一、二、三級的建筑物分別取1.1，1.0，0.9——樁頂軸向壓力特征值；

——縱向彎曲系數(shù)，對低樁承臺，取

——混凝土軸心抗壓強度特征值，對干作業(yè)非擠土灌注樁應乘以0.9的施工工藝系數(shù)，對泥漿護壁和套管護壁非擠土灌注樁、部分擠土灌注樁、擠土灌注樁應乘0.8的施工工藝系數(shù)；——樁身截面面積。

五、承臺設計

1、構(gòu)造要求

2、承臺結(jié)構(gòu)承載力計算承臺設計和計算承臺構(gòu)造要求：承臺尺寸