樁基設(shè)計(jì)不容忽視的十大關(guān)鍵概念

1、樁基設(shè)計(jì)不容忽視的十大關(guān)鍵概念關(guān)于大直徑樁極限側(cè)阻力和極限端阻力的尺寸效應(yīng)大直徑樁端阻力的尺寸效應(yīng)。主要原因是樁成孔卸載造成的孔底土回彈， 造成端阻力的降低， 類似于深基坑的回彈。大直徑樁靜載試驗(yàn)曲線均呈緩變型，反映出其端阻力以壓剪變形為主導(dǎo)的漸進(jìn)破壞。 (1998) 指出，砂土中大直徑樁的極限端阻隨樁徑增大而呈雙曲線減小。大直徑樁側(cè)阻尺寸效應(yīng)系數(shù)，樁成孔后產(chǎn)生應(yīng)力釋放，孔壁出現(xiàn)松弛變形，導(dǎo)致側(cè)阻力有所降低，側(cè)阻力隨樁徑增呈雙曲線型減小 。巖溶地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)原則一不宜采用管樁的原因如下1）管樁一旦穿過(guò)風(fēng)化巖層覆蓋就立即接觸巖層，管樁很容易就破壞，破壞率達(dá)30%50%；2）樁尖接觸巖面后，很容易

2、沿傾斜的巖面滑移，造成樁身傾斜，導(dǎo)致樁身斷裂或傾斜率過(guò)大；3）樁長(zhǎng)難以把握，配樁困難；4）樁尖落在基巖上，周圍土體嵌固力小，樁身穩(wěn)定性差。灌注樁后注漿1）灌注樁成樁后一定時(shí)間，通過(guò)預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿，使樁端、樁側(cè)土體得到加固，從而提高單樁承載力，減小沉降。承載力一般可提高40%100%，沉降可減少20%30%，可使用與除沉管灌注樁外的各種鉆、挖、沖孔樁。2）增強(qiáng)機(jī)理： a、后注漿對(duì)樁側(cè)及樁端土的加固作用，表現(xiàn)為：固化效應(yīng)- 樁底沉渣及樁側(cè)泥皮因漿液滲入而發(fā)生物理化學(xué)作用而固化，充填膠結(jié)效應(yīng)- 對(duì)樁底沉渣及樁側(cè)泥皮因滲入注漿而顯示的充填膠結(jié)，加筋效應(yīng)-

3、因劈裂注漿現(xiàn)成網(wǎng)狀結(jié)石。3） 增強(qiáng)特點(diǎn)：端阻的增幅高于側(cè)阻，粗粒土的增幅高于細(xì)粒土。樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿高于樁端、樁側(cè)單一注漿。這是由于端阻受沉渣影響敏感，經(jīng)后注漿后沉渣得到加固且樁端有擴(kuò)底效應(yīng)，樁端沉渣和土的加固效應(yīng)強(qiáng)于樁側(cè)泥皮的加固效應(yīng)；粗粒土是滲透注漿，細(xì)粒土是劈裂注漿，前者的加固效應(yīng)強(qiáng)于后者。4）注漿后變形特點(diǎn)：非注漿的Q-s 曲線為陡降型，而后注漿為緩變型，使得在相同安全系數(shù)下樁的可靠度提高，沉降減少。沉降減少的主要原因如下：a、固化了樁底沉渣及虛土，同時(shí)樁端有擴(kuò)底效應(yīng)b 、由于注漿壓力較大，對(duì)樁端土進(jìn)行了預(yù)壓。5）設(shè)計(jì)以注意的事項(xiàng)：a、注漿管的連接應(yīng)采用套管連接 b 、當(dāng)注漿管代替鋼

4、筋時(shí)，最好在樁頂處預(yù)埋附加鋼筋，避免由于施工保護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致注漿管在樁頂處折斷c 、注漿管的固定應(yīng)采用綁扎固定。另：對(duì)巖溶發(fā)育地區(qū)高層建筑樁基勘察、設(shè)計(jì)要求和施工的思考見(jiàn)附件。單樁承載力的時(shí)間效應(yīng)所謂的單樁承載力的時(shí)間效應(yīng)是指樁的承載力隨時(shí)間變化，一般出現(xiàn)在擠土樁中，特別是預(yù)制樁。上海的資料顯示，隨著打樁后間歇時(shí)間的增加承載力都有不同程度的增加，間歇一年后的但樁承載力可提高30%60%。分析原因如下：樁 打入時(shí)，土不易被立即擠實(shí)，在強(qiáng)大的擠壓力作用下，使貼近樁身的土體中產(chǎn)生了很大的空隙水壓力，土的結(jié)構(gòu)也造成了破壞，抗剪強(qiáng)度降低。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的間歇后，孔隙水壓力逐漸消散，土逐漸固結(jié)密實(shí)，同時(shí)土的結(jié)構(gòu)

5、強(qiáng)度也逐漸恢復(fù)，抗剪強(qiáng)度逐漸提高。因而摩擦力及樁端阻力也不斷增加。強(qiáng)度提高最快發(fā)生在 13 個(gè)月時(shí)。某種程度上可由高孔隙水壓和排擠開(kāi)的體積的影響，使緊靠樁的土產(chǎn)生迅速的排水固結(jié)來(lái)解釋。實(shí)際上緊靠樁的土往往固結(jié)的很厲害，以至使樁的有效直徑增加。樁的承載力隨時(shí)間的增長(zhǎng)的現(xiàn)象在軟土中比較明顯。但在硬塑土中的變化規(guī)律有待進(jìn)一步研究。不是所有的樁的承載力都隨時(shí)間增加，一些樁的承載力隨時(shí)間降低。樁筏基礎(chǔ)反力呈馬鞍型分布的解釋根據(jù)傳統(tǒng)的荷載分布原則，荷載的分布是根據(jù)剛度進(jìn)行分配 ，基礎(chǔ)中間部位樁的承載力低說(shuō)明土對(duì)樁的支撐剛度降低，也就是樁側(cè)樁端土的剛度降低。原 因是中間部位的樁間土要承受四周樁傳來(lái)的荷載。換

6、一種解釋方法是，中間有限的樁間土不能同時(shí)給周圍的樁提供所要求的承載力，而靠近外側(cè)的樁除依靠基礎(chǔ)內(nèi)側(cè) 的土提供承載力外，還能利用靠近基礎(chǔ)外側(cè)的土提供承載力，而靠近基礎(chǔ)外側(cè)的土受內(nèi)部樁的影響小，能比內(nèi)部的土提供更多的承載力，因此外側(cè)的樁能承受較內(nèi)部 樁更多的荷載，也就是樁反力呈馬鞍型分布的原因。另基坑開(kāi)挖對(duì)樁間土的卸載造成樁間土的回彈，導(dǎo)致靠近基坑邊緣處樁剛度大，中部樁剛度小，更加加劇了基礎(chǔ)反力呈馬鞍型分布。變剛調(diào)平設(shè)計(jì)原則總體思路根據(jù)上部結(jié)構(gòu)布局、荷載和地質(zhì)特征，考慮相互作用效應(yīng)，采取增強(qiáng)與弱化結(jié)合，減沉增沉結(jié)合，整體平整，實(shí)現(xiàn)差異沉降最小化，基礎(chǔ)內(nèi)力最小化和資源消耗最小化。1. 根據(jù)建筑物體型

7、、結(jié)構(gòu)、荷載和地質(zhì)條件，選擇樁基、復(fù)合樁基、剛性樁復(fù)合地基，合理布局，調(diào)整樁土支承剛度，使之與荷載相匹配。2. 為減小各區(qū)位應(yīng)力場(chǎng)的相互重疊堆核心區(qū)有效剛度的削弱，樁土支承體布局宜做到豎向錯(cuò)位或水平向拉開(kāi)距離。3. 考慮樁土的相互作用效應(yīng)，支承剛度的調(diào)整宜采用強(qiáng)化指數(shù)進(jìn)行控制。核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù)宜為 ，外框區(qū)弱化指數(shù)宜為 。4. 對(duì)于主裙連體建筑，應(yīng)按增強(qiáng)主體，弱化裙房的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。5. 樁基的樁選型和樁端持力層的確定，應(yīng)有利于應(yīng)用后注漿技術(shù)，應(yīng)確保單樁承載力有較大的調(diào)整空間?；鶚兑思胁贾糜谥鶋ο拢越档统信_(tái)內(nèi)力，最大限度發(fā)揮承臺(tái)底地基土分擔(dān)荷載的作用，減小柱下樁基與核心筒樁基的相互作用。6.

8、 宜在概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行上部結(jié)構(gòu) - 基礎(chǔ) - 樁土的共同作用分析，優(yōu)化細(xì)部設(shè)計(jì)，差異沉降宜嚴(yán)于規(guī)范值，以提高耐久性可靠度。樁基變剛度設(shè)計(jì)細(xì)則1. 框筒結(jié)構(gòu)核心筒和外框柱的基樁宜按集團(tuán)式布置于核心筒和柱下，以減小承臺(tái)內(nèi)力和減小各部分相鄰影響。以樁筏總承載力特征值與總荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值平衡為前提，強(qiáng)化核心區(qū)，弱化外框區(qū)。核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù)，對(duì)于核心區(qū)與外框區(qū)樁端平面豎向錯(cuò)位或外框區(qū)柱下樁數(shù)不超過(guò) 5 根時(shí)，宜取 ，外框?yàn)橐慌胖鶗r(shí)取低值，二排柱時(shí)取高值；對(duì)于樁端平面處在同一標(biāo)高且柱下樁數(shù)超過(guò)5 根時(shí)，核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù)宜取，一排柱時(shí)取低值，二排柱時(shí)取高值。外框區(qū)弱化指數(shù)根據(jù)核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù)越高，外框區(qū)弱化

9、指數(shù)越低的關(guān)系確定；或按總承載力特征值與總荷載標(biāo)準(zhǔn)值平衡，單獨(dú)控制核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù)，使外框區(qū)弱化指數(shù)相應(yīng)降低?？蚣?，框支剪力墻， 筒中筒結(jié)構(gòu)形式， 參框筒結(jié)構(gòu)確定。2. 剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，墻下荷載分布較均勻，對(duì)于電梯井和樓梯間等荷載集度高處宜強(qiáng)化布樁?；鶚兑瞬贾糜趬ο?，對(duì)于墻體交叉、 轉(zhuǎn)角處應(yīng)予以布樁，當(dāng)單樁承載力較小，按滿堂布樁時(shí)，應(yīng)強(qiáng)化內(nèi)部，弱化外圍。3. 樁基承臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)變剛調(diào)皮設(shè)計(jì)的承臺(tái)，應(yīng)按計(jì)算結(jié)果確定截面和配筋，其最小板厚和梁高，對(duì)于柱下梁板式承臺(tái)，梁的高跨比和平板式承臺(tái)板的厚跨比，宜取1/8；梁板式筏式承臺(tái)的板厚和最大雙向板區(qū)格短邊凈跨之比不宜小于1/16，且厚度不小于4

10、00mm；對(duì)于墻下平板式承臺(tái)厚跨比不宜小于1/20，且厚度不小于400mm；筏板最小配筋率應(yīng)符合規(guī)范要求。筏式承臺(tái)的選型，對(duì)于框筒結(jié)構(gòu)，核心筒和柱下集團(tuán)式布樁時(shí)，核心筒宜采用平板，外框區(qū)宜采用梁板式，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，宜采用平板。承臺(tái)配筋可按局部彎矩計(jì)算確定。4. 共同作用分析與沉降計(jì)算對(duì)于框筒結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行共同作用計(jì)算分析，據(jù)此確定沉降分布、樁土反力分布和承臺(tái)內(nèi)力。當(dāng)不進(jìn)行共同作用分析時(shí)，應(yīng)按規(guī)范計(jì)算沉降，據(jù)此檢驗(yàn)差異沉降等指標(biāo)樁基礎(chǔ)受力的基本規(guī)律隨著豎向荷載的加大，側(cè)阻的發(fā)揮先于端阻。隨著變形的增加，端阻力得以發(fā)揮。一般樁土相對(duì)位移到達(dá)4-10mm左右 ( 根據(jù)土種類而定) ，側(cè)阻力即可以充分發(fā)

11、揮，而端阻力的充分發(fā)揮需要樁土相對(duì)位移達(dá)到d/12d/4 ，d 為樁徑，黏性土為 d/4 ，砂性土為d/12d/10 。樁基沉降的特征1）時(shí)間性。土體中樁基礎(chǔ)的沉降要經(jīng)歷一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間。在上海地區(qū)，一般竣工后57 年的沉降速度才會(huì)降到每年 4mm以下。軟土中樁基礎(chǔ)沉降的主要部分是與時(shí)間因數(shù)有關(guān)的，按目前土力學(xué)的認(rèn)識(shí)，沉降主要部分有固結(jié)變形和土體的流變組成；2）刺入變形。產(chǎn)生刺入變形的解釋入下：在 群樁樁頂逐漸加載過(guò)程時(shí)，單樁頂荷載較小時(shí)，首先使樁的上部樁身產(chǎn)生壓縮，樁的上部質(zhì)點(diǎn)向下位移于土體之間產(chǎn)生了相對(duì)位移，土體要阻止樁的上部的位移就產(chǎn)生了摩阻力。樁頂荷載通過(guò)摩阻力逐漸擴(kuò)散到土體中去。不僅擴(kuò)

12、散到樁于樁之間的土體中，也擴(kuò)散到樁尖以下的土體中。在這一階段，樁側(cè)阻力的分布可能是樁的上端大，下端小，逐步向下發(fā)展。土體中的應(yīng)力主要由于樁上部的摩阻力傳給上部的土體，因此樁間土體的應(yīng)力也大于樁尖以下土體的應(yīng)力。再繼續(xù)加載，樁側(cè)上部滑移區(qū)域不斷向下擴(kuò)大。樁尖承載力開(kāi)始發(fā)揮作用，樁尖以下土體中的應(yīng)力增加的幅度會(huì)大于樁間土體中的應(yīng)力的增加。加 載完成以后，樁間土及樁尖土在應(yīng)力場(chǎng)的作用下由于固結(jié)和流變會(huì)繼續(xù)變形。其中樁間土體的固結(jié)壓縮和流變更為重要，由于樁身的變形基本上是材料的彈性壓縮， 因此在這段時(shí)間內(nèi)，樁間土體質(zhì)點(diǎn)向下的位移要大于同一截面深度處樁質(zhì)點(diǎn)的位移，即在樁的上部，樁身質(zhì)點(diǎn)向下位移與相鄰?fù)临|(zhì)

13、點(diǎn)之間的位移差會(huì)減小，甚至?xí)淖兎较?。由于位移差產(chǎn)生的摩阻力也將隨之減小，甚至產(chǎn)生負(fù)摩阻力。為了使減少了的樁周土體反力與樁頂荷載平衡，必須產(chǎn)生一個(gè)新的沉降增量，增加樁土相對(duì)位移來(lái)增加土反力。在這一工程中就會(huì)發(fā)生新的滑移?？偟内厔?shì)是使樁上部的摩阻力逐漸減少，樁下部的摩阻力和樁端支撐力逐漸增加。當(dāng)樁的數(shù)量較多，樁的布置比較密集，樁間土體中應(yīng)力較大時(shí)，樁上部可能出現(xiàn)負(fù)摩阻力，承臺(tái)下的土體會(huì)與承臺(tái)底面脫開(kāi)。3）土體中摩擦樁基礎(chǔ)的沉降實(shí)際上由樁身壓縮、樁尖的刺入變形及樁尖下土體的壓縮變形。樁土共同工作樁土共同工作是一個(gè)典型的非線性過(guò)程。樁土共同工作的實(shí)驗(yàn)表明：1）樁土共同作用的加載過(guò)程中，樁土是先后發(fā)揮作用