樁基礎(chǔ)的設(shè)計

1、一、 樁基礎(chǔ)的設(shè)計、施工與檢測一、 樁基礎(chǔ)的設(shè)計1 樁基分類1） 按材料有木樁、鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力混凝土樁、鋼樁2） 按受力特點有摩擦樁、柱樁3） 按施工方法有打入樁、鉆孔樁、挖孔樁2 樁基內(nèi)力計算1） 計算方法（1） 極限地基反力法即極限平衡法，假定樁側(cè)土體處于極限平衡狀態(tài)，按土的極限靜力平衡來推求樁的橫向承載力，不考慮樁本身的撓曲變形，該法僅適用于剛性短樁。（2） 彈性地基反力法彈性地基反力指對應(yīng)于樁的位移x所產(chǎn)生的反力。將土體假定為彈性體，用梁的彎曲理論求解樁的橫向抗力。有線彈性地基反力法和非線性彈性地基反力法。q=kznxm線彈性地基反力假定地基為服從虎克定律的彈性體，地基反力q與樁

2、上任一點的位移成正比，但未考慮地基土的連續(xù)性，對于某些如剪切剛度較大的巖石地基不成立。張氏法：假定地基系數(shù)沿深度為一常數(shù)，即n=0（我國張有齡30年代提出）。按此得出地面處土的側(cè)向抗力最大（因地面處位移最大），與試驗證明的非粘性土和正常固結(jié)粘性土的地面處側(cè)向抗力較小相矛盾。只在堅硬巖石中地基系數(shù)才可能沿深度不變。q=khxK法：假定樁側(cè)土地基系數(shù)在第一彈性零點t至地面間隨深度增加，而t以后為常數(shù)。該法由蘇聯(lián)人提出，所計算得的樁身最大彎矩大于實測值，偏于安全，現(xiàn)在已取消。m法：假定樁側(cè)土地基系數(shù)隨深度呈線性增加，即n=1。該法我國目前應(yīng)用較多，幾乎所有樁基規(guī)范均用此法，但該法假定的地基系數(shù)隨深度

3、無限增長，與實際情況不符。q=mzxC法：假定樁側(cè)土地基系數(shù)沿深度呈拋物線增加，即n=0.5。該法由日本人提出，公路橋規(guī)在推薦m法的同時也推薦了該法。q=cz1/2xm法、C法適用于一般粘性土和砂性土，張氏法比較適用于超固結(jié)粘性土、地表有硬層的粘性土和地表為密實的砂土等情況。非線性彈性地基反力法適用于棧橋及柔性系纜浮標等有較大位移的結(jié)構(gòu)計算。（3） 復(fù)合地基反力法即py曲線法，假定樁側(cè)土上部為塑性區(qū)，采用極限地基反力法；下部為彈性區(qū)，采用彈性地基反力法。適用于承受反復(fù)荷載、在地基中產(chǎn)生較大應(yīng)變時的樁基（如海洋結(jié)構(gòu)物樁基）。（4） 彈性理論法假定樁埋置于各向同性半無限彈性體中并假定土的彈性系數(shù)為

4、常數(shù)或隨深度按某種規(guī)律變化。其最大缺點是不能計算出在地面以下位移、轉(zhuǎn)角及彎矩、土壓力等。2） 內(nèi)力計算樁基內(nèi)力計算有剛性基礎(chǔ)和彈性基礎(chǔ)之分，其中剛性基礎(chǔ)采用極限地基反力法計算，彈性基礎(chǔ)一般采用彈性地基反力的m法計算。h2.5 剛性基礎(chǔ) h2.5 彈性基礎(chǔ)（1） 單樁計算寬度b0b0=kk0b式中：k基礎(chǔ)形狀的換算系數(shù)。 k0考慮基礎(chǔ)實際的空間工作條件不同于假設(shè)的平面工作條件的系數(shù)，對于垂直于力的作用方向有多根樁時，nb0B1（B為該排樁的外邊距）（2） 地基比例系數(shù)mm為樁側(cè)土水平地基系數(shù)C的比例系數(shù)，用來表征樁側(cè)土對樁身產(chǎn)生彈性抗力大小的一個系數(shù)。m與土的類別和物理性質(zhì)（特別是壓縮性）有關(guān)，

5、對于同一類土，樁身側(cè)向位移越大，m則越?。粯渡韨?cè)向位移越小，m則越大。非巖石類土的比例系數(shù)m和m0值土的分類m或m0值（KN/m4）地面處水平位移6mm10mm地面處水平位移6mm流塑性粘土Il1、淤泥1000200030005000軟塑性粘土1Il0.5、粉砂20004000500010000硬塑性粘土0.5Il0、細砂、中砂400060001000020000堅硬、半堅硬粘性土Il0、粗砂6000100002000030000礫砂、角礫、圓礫、碎石、卵石10000200003000080000密實粗砂夾卵石、密實漂卵石80000120000C=my，是指y深度處基礎(chǔ)底面土的地基系數(shù)。注：a

6、)當基礎(chǔ)地面或局部沖刷線以下hm=2（d1）米深度內(nèi)為不同土層時，則m應(yīng)取該深度內(nèi)各土層的換算值。b)當基礎(chǔ)側(cè)面設(shè)有斜坡或臺階，且其坡度或臺階總寬與深度之比超過1：20時，表中m值應(yīng)減小50%。（3） 樁身計算長度lp由于樁基與一般的桿件不同，樁身埋于土中，受到樁側(cè)土的側(cè)向約束作用，且每一根樁所承受的力也不相等，承臺對樁頂也有約束作用，當樁基礎(chǔ)中的一根或某幾根樁發(fā)生縱向彎曲或屈曲時，承臺會調(diào)整各樁樁頂?shù)暮奢d作用；另外，樁身軸向力沿深度變化，樁側(cè)摩阻力隨土的類別和物理性質(zhì)而變。因此，確定樁身縱向彎曲計算長度比較復(fù)雜，設(shè)計中可根據(jù)樁身特點、樁側(cè)土類別和物理性質(zhì)及單樁和多樁按下表公式計算。樁身縱向彎

7、曲計算長度lp樁基情況樁底支于非巖石土中樁底嵌于巖石內(nèi)樁側(cè)土對樁基的約束情況H4.0/H4.0/H4.0/H4.0/單樁或位于垂直外力作用面內(nèi)的單排樁lp=1.0(L0+h)lp=0.7(L0+4.0/)lp=0.7(L0+h)lp=0.7(L0+4.0/)位于與外力作用面相平行面內(nèi)的多排樁lp=0.7(L0+h)lp=0.5(L0+4.0/)lp=0.5(L0+h)lp=0.5(L0+4.0/)3） 剛性樁基礎(chǔ)計算（1） 置于非巖石地基上基礎(chǔ) 地面或局部沖刷線以下任一點深度y處側(cè)向應(yīng)力、彎矩為： （2） 嵌入巖層內(nèi)的基礎(chǔ) 地面或局部沖刷線以下任一點深度y處側(cè)向應(yīng)力、彎矩為： 基礎(chǔ)嵌入處的橫向

8、力為： 以上式中各符號意義如下： N作用于基礎(chǔ)底面的豎向力； A0基底面積； a基礎(chǔ)底面順外力作用方向的基礎(chǔ)長度； W基底截面抵抗矩。（3） 基礎(chǔ)側(cè)面土的容許應(yīng)力 式中：土的內(nèi)摩擦角； 土的容重（為透水層時取浮容重）； C土的凝聚力； 1系數(shù)，對超靜定拱橋墩臺取1=0.7，其他結(jié)構(gòu)取1=1.0； 2總荷載中恒載所占的比例系數(shù)， Mn、M分別為恒載、總荷載對基礎(chǔ)底面中心的彎矩。（4） 墩臺頂水平位移 置于非巖石地基上基礎(chǔ)：（包括置于風(fēng)化層內(nèi)和風(fēng)化層面上） 嵌入巖石內(nèi)基礎(chǔ)：式中：l地面或局部沖刷線至墩臺頂高度； 0在地面或局部沖刷線至墩臺頂高度范圍內(nèi)由其本身產(chǎn)生的位移； k1、k2考慮基礎(chǔ)實際剛度

9、的系數(shù)，按下表采用；換算深度h=h系數(shù)/h12351.6k11.01.01.01.01.0k21.01.11.11.11.11.8k11.01.11.11.11.1k21.11.21.21.21.32.0k11.11.11.11.11.2k21.21.31.41.41.42.2k11.11.21.21.21.2k21.21.51.61.61.72.4k11.11.21.31.31.3k21.31.81.91.92.02.5k11.21.31.41.41.4k21.41.92.12.22.3 注： 表中=M / H。 當僅有偏心豎向力作用時，/h=。4） 彈性樁基礎(chǔ)計算 計算中需采用的一些參數(shù)：

10、（1） 樁的外徑、內(nèi)徑、方樁邊長、樁身混凝土的彈性模量、填芯部分的彈性模量；（2） 樁的自由長度、樁的入土深度、地層m值、樁尖處m值、樁尖處C值；（3） 單樁計算寬度、樁尖作用半徑、系數(shù)、承臺入土深度；（4） 承臺底面處（應(yīng)為群樁中心）豎向力、彎矩、水平力、墩頂至承臺底高度；（5） 樁的類型數(shù)（承臺底的坐標、傾斜度相同者為同一類型）；（6） 每一類型樁的X坐標、傾斜比、樁數(shù)。對于第（3）條中的系數(shù)，打入樁=2/3，鉆（挖）孔摩擦樁=0.5，柱樁=1。3 樁基檢算1） 檢算內(nèi)容樁基檢算的主要內(nèi)容有：單樁容許承載力、樁身強度、樁身裂縫寬度、群樁基礎(chǔ)檢算。2） 單樁容許承載力檢算單樁容許承載力根據(jù)樁

11、的受力特點按摩擦樁、柱樁分別采用不同的公式計算。（1） 鉆（挖）孔摩擦樁Nmax1/2G式中：U樁周長（m），采用成孔直徑計算； li局部沖刷線以下各土層的深度（m）； i局部沖刷線以下各土層的極限摩阻力（KPa）； A樁底面積（m2），采用設(shè)計樁徑計算； R樁底處土的極限承載力（KPa），R=2m00k22（h3）； 0樁尖處土的容許承載力（KPa）； h樁的入土深度（m），從天然地面（或?qū)嶋H開挖后地面、或一般沖 刷線計算起，當h大于40m時，取h=40m； k2深度修正系數(shù)； 2樁尖以上土的容重（KN/m3）； 樁入土深度修正系數(shù)； m0清底系數(shù)。鐵路規(guī)范中將、m0合并為一個修正系數(shù)。（為

12、什么采用t/d的形式來表達清底系數(shù)？主要因為樁徑越大，樁底反力越能傳向深處，則相同厚度的沉渣在不同樁徑時所起的影響有所不同；同時樁徑越大，灌注混凝土?xí)r孔底的沉渣就易被沖動而翻浮起來，不致大量沉積在樁底。） （2） 打入（震動）摩擦樁 樁底不開口時：Nmax1/2G 式中：i、分別為震動沉樁對各土層樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的影響 數(shù)，查表采用，對于打入樁二者均取1.0。 樁底開口時：Nmax1/2G 式中：p樁端閉塞效應(yīng)系數(shù)，對于閉口樁p=1，對于開口樁按下式計算；當hb/ds5時，當hb/ds5時，hb樁底進入持力層深度（m）；ds樁內(nèi)徑（m）；s側(cè)阻擠土效應(yīng)系數(shù)，對于閉口樁s=1，對于開口樁按下

13、表確定。樁內(nèi)徑（mm）6007008009001000s1.000.930.870.820.77（3） 柱樁P=（C1AC2Uh）RaNmaxG式中：Ra天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度（KPa），試件直徑為710cm，試件高度與直徑相等；h樁嵌入基巖深度（m），h應(yīng)大于0.5m；U樁嵌入基巖部分的周長（m），按設(shè)計樁徑計；A樁底截面面積（m2），按設(shè)計樁徑計。C1、C2根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等確定的系數(shù)。（4） 抗拔樁Nmax注意：在主力作用下，樁不宜出現(xiàn)上拔力。3） 樁身強度檢算根據(jù)運營、施工狀態(tài)下計算出的樁身內(nèi)力，按規(guī)范中有關(guān)構(gòu)件的計算方法進行強度檢算，計算中最好仍采用容許應(yīng)力法，以便

14、前后統(tǒng)一。對于預(yù)制打入樁，還應(yīng)檢算吊裝時的樁身強度及在錘擊力作用下的樁身強度。4） 樁身裂縫寬度計算當樁身鋼筋應(yīng)力超過一定數(shù)值時，應(yīng)檢算樁身裂縫寬度，可參考鐵路橋規(guī)中的有關(guān)公式進行計算。5） 樁基沉降計算單樁在豎向荷載作用下，其沉降量由以下三部分組成：ü 樁本身的彈性壓縮量ü 由于樁側(cè)摩阻力向下傳遞，引起樁端土體壓縮產(chǎn)生的樁端沉降ü 由于樁端荷載引起土體壓縮產(chǎn)生的樁端沉降單樁沉降計算方法：ü 彈性理論分析法ü 荷載傳遞分析法ü 剪切變形傳遞法ü 分層總和法ü 有限元分析法ü 簡化法上述方法中以分層總和法、

15、簡化法的計算簡便，應(yīng)用較多，現(xiàn)有的規(guī)范基本以此兩種來計算樁基沉降量。（1） 簡化法S=CK式中：C由樁身壓縮變形產(chǎn)生的沉降量；K由樁端土壓縮變形產(chǎn)生的沉降量。柱樁沉降量：摩擦樁沉降量：式中：C0樁底地基土的豎向地基系數(shù)；A0樁尖土的作用面積，單樁作用范圍可假定樁頂反力借助土的摩阻力自地面以角擴散至樁底處，但擴散半徑不應(yīng)大于樁中心距的一半。樁側(cè)土的內(nèi)摩擦角，當樁側(cè)土為多層土?xí)r，應(yīng)取其加權(quán)平均值。（2） 分層總和法該法主要是針對大直徑的短粗樁，樁的沉降主要由樁端反力所引起，可參照擴大基礎(chǔ)采用分層總和法來計算。樁底附加應(yīng)力為樁底土壓縮層的計算深度按有關(guān)規(guī)范確定。6） 群樁基礎(chǔ)檢算當樁間距小于6倍樁徑

16、時，摩擦樁群樁基礎(chǔ)除按以上內(nèi)容檢算各單樁的承載力、強度和沉降外，還應(yīng)作為一個整體基礎(chǔ)來檢算其基底應(yīng)力和沉降量。（1） 基底應(yīng)力式中：N作用于基底中心處的垂直力，包括土體和樁的重量；M承臺底面或局部沖刷線以上外力對樁群中心處的彎矩；注：當樁基礎(chǔ)底面以下土層含有軟弱地層時，應(yīng)驗算軟弱層處的地基應(yīng)力。（2） 沉降量群樁基礎(chǔ)的沉降量主要由樁間土的壓縮變形Ss和樁端以下地基土的整體壓縮變形Sg組成。目前通常采用的計算方法是將群樁基礎(chǔ)視為假想的實體基礎(chǔ)按分層總和法計算。式中：Zi第i層土頂面與底面附加應(yīng)力的平均值（MPa）；hi第i層土的厚度（cm），土的分層厚度宜不大于基礎(chǔ)寬度（短邊或直徑）的0.4倍；

17、Esi第i層土的壓縮模量（MPa）；e1i、e2i分別為第i層土受到平均自重應(yīng)力（qzi）和平均最終應(yīng)力（qziZi）壓縮穩(wěn)定時的土的孔隙比；ms沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，可參考下表選用。壓縮模量Es（MPa）1.04.04.07.07.015.015.020.0大于20.0ms1.81.11.10.80.80.40.40.20.2注：Es為地基壓縮層范圍內(nèi)土的壓縮模量，當壓縮土層由多層土組成時，可按厚度的加權(quán)平均值采用。壓縮層計算深度可以下原則確定： 取至地基附加應(yīng)力與地基自重應(yīng)力比（）等于20%處，當?shù)鼗鶠橛倌嗷蛴倌噘|(zhì)土?xí)r，取至10%處； 按下式計算：式中：Sn在深度z處，向上取計算層為1m的壓縮

18、量（cm）；Si在深度z范圍內(nèi)，第i層土的計算壓縮量（cm）。（3） 樁基礎(chǔ)施工期間沉將量ü 對于高壓縮性飽和粘性土，為最終總沉降量的520%；ü 對于中壓縮性飽和粘性土，為最終總沉降量的2040%；ü 對于低壓縮性飽和粘性土，為最終總沉降量的5080%；ü 對于砂類土，為最終總沉降量的95%以上。4 樁基構(gòu)造要求1） 樁基布置在同一樁基中，除特殊設(shè)計外，不宜同時采用摩擦樁和柱樁；不宜采用直徑不同、材料不同和樁尖深度相差過大的樁。2） 樁徑（1） 設(shè)計直徑ü 鉆孔樁：不宜小于80cmü 挖孔樁：直徑或邊長不宜小于120cmü

19、 鋼筋混凝土管樁：4050cm，壁厚不宜小于8cmü 管柱：柱徑不宜小于150cm，壁厚宜為814cm（2） 成孔直徑樁基成孔直徑隨成孔所用鉆頭的類型不同而不同。ü 旋轉(zhuǎn)鉆：直徑增大35cmü 沖擊鉆：直徑增大510cmü 沖抓鉆：直徑增大1020cm3） 樁身混凝土標號ü 鉆（挖）孔樁：不低于水下混凝土C20ü 沉樁：不低于C25（包括打入樁和震動下沉樁）ü 管柱：不低于C25，填心混凝土不低于C154） 樁基埋深ü 摩擦樁：入土深度不小于4m（從地面或局部沖刷線算起）ü 柱樁：圓形樁，矩形樁，且h應(yīng)不

20、小于0.5m。其中，MH為基巖頂面處的彎矩；為系數(shù)，=0.51.0，根據(jù)巖層側(cè)面構(gòu)造而定，節(jié)理發(fā)育的取小值，節(jié)理不發(fā)育的取大值。5） 樁基間距（1） 摩擦樁ü 打入樁：樁尖處不小于3倍樁徑（或邊長），承臺底面處不小于1.5倍ü 震動樁：樁尖處不小于4倍樁徑（或邊長），承臺底面處不小于1.5倍ü 鉆（挖）孔樁：不小于2.5倍成孔樁徑ü 管柱：不小于外徑的2.53.0倍（2） 柱樁ü 打入（或震動）樁：不宜小于2.5倍樁徑（或邊長）ü 鉆（挖）孔樁：不小于2.0倍成孔樁徑ü 管柱：不小于外徑的2.0倍，不考慮覆蓋層抗力時可酌情減

21、少6） 樁身與承臺的邊距ü 對于樁徑（或邊長）1m的樁，不小于0.5倍樁徑（或邊長）且不小于25cm； ü 對于樁徑1m的樁，不小于0.3倍樁徑（或邊長）且不小于50cm；ü 樁身與蓋梁直接相連時，可不受上述限制。7） 樁身配筋 （1） 鉆（挖）孔樁主筋：直徑不宜小于14mm，根數(shù)不宜小于8根，凈距大于8cm，保護層凈距大于5cm。箍筋：直徑大于8mm，間距2040cm。加強箍：直徑1418mm，間距200250cm。（2） 管柱主筋：直徑不宜大于20mm，配筋率1.8%，壁厚較大時可采用雙層配置；入土深度大于25m時，應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力。箍筋：直徑大于8mm，間距保證

22、管壁不出現(xiàn)縱向裂縫。8） 樁與承臺的連接（1） 鋼筋連接式樁身嵌入承臺內(nèi)1020cm（主要是加強樁和承臺連接處抵抗水平力的能力），樁頂主筋按15°做成喇叭形，主筋錨固長度為級鋼筋30d（設(shè)彎鉤）、級鋼筋40d（不設(shè)彎鉤），且不小于100cm。箍筋間距1020cm。（2） 埋入式主要適用于預(yù)制樁，其埋入長度如下：Ø 樁徑（或邊長）小于0.6m時，埋入長度大于2D（或b）；Ø 樁徑（或邊長）為0.61.2m時，埋入長度大于1.2m；Ø 樁徑（或邊長）大于1.2m時，埋入長度大于D（或b）5 樁基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)注意的問題1） 關(guān)于承臺底面土與樁基的共同受力對于承臺

23、底面土能否與樁基共同受力，目前國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范中均未考慮，主要是不能確保承臺底面與土不發(fā)生脫離。承臺底面與土是否發(fā)生脫離，與土的類別、地下水位和地面水的變化、樁基礎(chǔ)的施工方法、樁基礎(chǔ)所承受的荷載性質(zhì)（靜、動）及樁基的受力狀態(tài)（拉或壓）等因素有關(guān)。另外，樁基的壓縮剛度與土的壓縮剛度相差很大，二者共同受力非常難保證。2） 柱樁是否考慮樁側(cè)土的摩阻力作用對于打入或震動下沉支承于巖層上的柱樁，在下沉?xí)r，樁側(cè)土對樁產(chǎn)生向上的正摩阻力，當樁底達到堅硬的或壓縮性很低的土層時，錘擊力或震動力將使樁身產(chǎn)生向上的回彈力，從而使樁側(cè)土對樁產(chǎn)生向下的負摩阻力。此負摩阻力可能與下沉?xí)r樁側(cè)土產(chǎn)生的正摩阻力互相抵消，或部分抵

24、消，還剩余一部分負摩阻力，當樁基荷載施加后，由此產(chǎn)生的正摩阻力與原先已存在的負摩阻力全部（或一部分）抵消，或剩下部分正摩阻力，但數(shù)量很難確定，故從安全考慮，樁基承載力不計樁側(cè)正摩阻力。對于鉆（挖）孔柱樁，雖說樁基荷載施加后，因樁身變形會產(chǎn)生樁側(cè)摩阻力，但考慮到柱樁通常不長，樁身軸向壓縮不大，也即正摩阻力不大，更不好確定，故樁基承載力不計樁側(cè)正摩阻力。如果采用的柱樁較長，可根據(jù)樁側(cè)土的類別適當考慮一部分正摩阻力。實際設(shè)計中，一般將樁側(cè)摩阻力作為安全儲備。3） 地震作用下樁基設(shè)計中計算地面線的確定由于樁基礎(chǔ)的地震荷載與樁基礎(chǔ)的側(cè)向剛度有關(guān)，以一般沖刷線計算時，樁基礎(chǔ)的側(cè)向剛度比以局部沖刷線計算的要

25、大，其地震荷載也大，故從結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)強度方面考慮，應(yīng)以一般沖刷線作為地震荷載作用時的計算地面線。但如果從結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)的側(cè)向位移考慮，則還應(yīng)以局部沖刷線作為計算地面線。4） 地震作用下土的力學(xué)指標折減樁基礎(chǔ)在地震荷載作用下，地面以下約20m深度范圍內(nèi)的樁側(cè)土可能發(fā)生液化，其各種力學(xué)指標如地基比例系數(shù)、樁側(cè)摩阻力、內(nèi)摩擦角和凝聚力等均會發(fā)生變化，在進行樁基計算時可將各力學(xué)指標考慮如下折減系數(shù)。FlZ（m）Fl0.6Z10010Z200.330.6Fl0.8Z100.3310Z200.660.8Fl1.0Z100.6610Z201.0注： Z為標準貫入或靜力觸探試驗點的深度； Fl為液化土的抗液化指數(shù)

26、，當采用標準貫入試驗時，F(xiàn)l=N/Ncr（N為現(xiàn)場實測標準貫入數(shù)，Ncr為液化臨界標準貫入數(shù)）；當采用靜力觸探試驗時，F(xiàn)l=Psca/Ps（Psca為現(xiàn)場實測靜力觸探計算貫入阻力，Ps為液化臨界靜力觸探貫入阻力）。5） 承受側(cè)面土壓力樁基礎(chǔ)的計算對于承受側(cè)面土壓力的樁基礎(chǔ)，較常見的結(jié)構(gòu)有橋臺樁基及海港工程中護岸，如右圖所示。計算時可按以下步驟進行：（1） 聯(lián)列解下列方程，求出直接承受側(cè)向土壓力樁在地面及承臺底面處產(chǎn)生的彎矩和水平力；（2） 把所有承受側(cè)向土壓力樁在承臺底面處產(chǎn)生的彎矩和水平力組合至承臺底的群樁中心處，按一般方法求解各樁樁頂內(nèi)力；（3） 按單獨構(gòu)件則可求出承受側(cè)向土壓力樁各截面處

27、的樁身內(nèi)力。6） 承受負摩阻力的樁基計算（1）負摩阻力產(chǎn)生的條件 所謂負摩阻力，即當樁周地基土由于某種原因，產(chǎn)生的沉降變形大于樁身的沉降變形時，在樁側(cè)表面的全部或一部分面積上出現(xiàn)的向下作用的摩阻力。 造成樁周出現(xiàn)負摩阻力的原因是多方面的，主要有以下幾種情況。 樁穿過新沉積的欠固結(jié)軟粘土或新填土（河口或海岸新的沉積土層、人工水力沖填土層）而支承在硬持力層上時，土層產(chǎn)生固結(jié)下沉。 飽和軟土中打入密集的樁群，引起超孔隙水壓力，土體大量上涌，隨后土體因超孔隙水壓力消散而重新固結(jié)時。 在正常固結(jié)粘土和粉土地基中，由于下臥砂層或礫石層中抽取地下水或其他原因，地下水位降低，使土層產(chǎn)生自重固結(jié)下沉。 樁側(cè)地面

28、因大面積堆載或大面積填土而大量下沉?xí)r。 在黃土、凍土中的樁，因黃土濕陷、凍土融化產(chǎn)生地面下沉。 由于地層應(yīng)力松弛，如擋土工程中板樁撓曲變形、隧道施工等引起地基沉降時，樁周非粘性土在動力作用下被夯、振密實時。 判斷樁基是否作用有負摩阻力的主要標準：是看樁周土的位移是否大于樁的位移。（2）負摩阻力的特性 中性點 、中性點的特性 樁身負摩阻力并不一定發(fā)生于整個軟弱壓縮土層中，其深度是樁側(cè)土層對樁產(chǎn)生相對下沉的范圍，與樁側(cè)土的壓縮、固結(jié)、樁身彈性壓縮變形及樁端下沉等有關(guān)。 樁側(cè)土的壓縮與地表作用荷載及土壓縮性質(zhì)有關(guān)，隨深度逐漸減少；而樁在外荷載作用下，樁端下沉量為一定值，樁身壓縮變形隨深度相應(yīng)減少，故

29、當?shù)揭欢ㄉ疃群?，樁?cè)土的下沉量與樁身的位移量相等，樁土無相對位移，亦即摩阻力為零，此斷面稱為中性點。 中性點以上樁的位移小于樁側(cè)土的位移，軸向力隨深度遞增；中性點以下樁的位移大于樁側(cè)土的位移，軸向力隨深度遞減。 、中性點的位置 中性點位置一般可根據(jù)樁的沉降與樁側(cè)土沉降相等來確定，設(shè)計中可按以下經(jīng)驗公式計算。h1=h2 式中：h1產(chǎn)生負摩阻力的深度； h2可壓縮的軟弱土層厚度； 中性點的相對深度系數(shù)，根據(jù)樁的持力層特點和樁的施工方 法，可按下表選用。樁類樁端持力層較密實砂層N20一般砂或礫砂層巖土或硬土層打入樁0.80.91.0灌注樁0.80.80.9 影響中性點深度的因素主要有：ü

30、樁底持力層的剛度，持力層越硬，中性點h1越深，柱樁的h1大于摩擦樁。ü 樁周土層的變形性質(zhì)和應(yīng)力歷史。壓縮性越高，欠固結(jié)度越大，土層越厚，則中性點深度h1越大。ü 如負摩阻力系由沉樁后外部條件引起的或在樁頂荷載作用下沉降已完成的情況下，h1較大；當堆載強度和面積、地下水降低幅度和面積越大，則h1越大。ü 樁的長徑比越小，截面剛度越大，則h1越大。 時間效應(yīng) 負摩阻力系由樁側(cè)土層的固結(jié)沉降引起，其產(chǎn)生和發(fā)展需經(jīng)歷一定時間，時間長短取決于樁側(cè)土固結(jié)完成的時間和樁身沉降所完成的時間。當后者先于前者完成時，負摩阻力達到峰值后穩(wěn)定不變；反之，當樁的沉降遲于樁側(cè)土的沉降時，則

31、負摩阻力達到峰值后又會有所降低。固結(jié)土層越厚，滲透性越低，負摩阻力達到峰值所需的時間越長。 中性點位置同樣存在時間效應(yīng)。（3）負摩阻力的計算計算假定：ü 同一土層的樁周負摩阻力是均勻分布的。ü 對于同一土層，作用于樁周單位面積的負摩阻力和正摩阻力在數(shù)值上大致相等。計算方法： 有效應(yīng)力法建筑樁基技術(shù)規(guī)范中采用此方法。式中：v土的豎向有效應(yīng)力（KPa）。 當降低地下水位時：v=z 當?shù)孛嬗袧M布荷載時：v=pz fn樁的負摩阻力強度（KPa）； 土的有效容重（KN/m3），地下水位以下采用浮容重； z計算點深度（m）； K土的側(cè)壓力系數(shù)； 土的有效內(nèi)摩擦角； p地面均布荷載； 系

32、數(shù)，主要由土質(zhì)條件確定，也與樁型（材料、表面狀態(tài)、 樁端形式及尺寸等）、沉樁方法、支承條件等因素有關(guān)，一 般由實驗確定，可按下表數(shù)值采用。土 類土 類飽和軟土0.150.25砂土0.350.50粘性土、粉土0.250.40自重濕陷性黃土0.200.35注：在同一類土中，打入樁或沉管灌注樁取表中較大值，鉆挖孔灌注樁取較小值； 填土按其組成取表中同類土的較大值； 當fn計算值大于正摩阻力時，取正摩阻力值。 按室內(nèi)外測定的土的力學(xué)參數(shù)確定單位負摩阻力對于軟粘土層： 或式中：qu土的無側(cè)限抗壓強度（KPa）； cu土的不排水抗剪強度（KPa），可采用十字板現(xiàn)場測定。對于砂類土：式中：NN63.5標準貫

33、入擊數(shù)。單樁荷載計算：負摩阻力作為一種外荷載作用在樁上，是一種長期作用的荷載。單樁負摩阻力計算與正摩阻力計算相同，即（最大），則單樁容許承載力按下式計算：對于群樁基礎(chǔ)，受樁間土體積、重量的限制影響可使群樁的負摩阻力降低，（即由于負摩阻力是由樁側(cè)土體的沉降引起的，若樁群中各樁表面單位面積所分擔(dān)的土體重量小于單樁的負摩阻力極限值，則會導(dǎo)致樁群的負摩阻力降低。）另外，外圍樁對于地面堆載附加應(yīng)力起遮擋作用可使群樁的負摩阻力降低。（3）減少負摩阻力的措施 預(yù)制混凝土樁和鋼樁對于預(yù)制混凝土樁和鋼樁，一般采用涂層的辦法減少負摩阻力，即對中性點以上的樁身部分涂以軟瀝青涂層，能降低負摩阻力值70%80%左右。為

34、防止樁身側(cè)面所涂瀝青在沉樁時被破壞，可將樁底做得比樁身稍大一些。當樁沉入土中時，在樁身所涂瀝青的外側(cè)壓注膨潤土泥漿，既可有利于樁的打入，又可保護樁壁瀝青，還可有利于在樁沉入土中后，減少樁側(cè)負摩阻力。近些年來，日本對鋼樁采用樁身側(cè)面涂0.5mm厚的粘彈性物質(zhì)，在這種物質(zhì)的外面涂上1.8mm厚的合成樹脂保護層，效果較好。另外，在樁的外面采取套管，樁與套管之間涂以潤滑油，套管起到不讓側(cè)面土層的負摩阻力傳至樁上的作用，可減少相當一部分負摩阻力。 灌注樁對穿過欠固結(jié)土層而支承于堅硬持力層上的灌注樁，可采用以下兩種措施之一來降低負摩阻力。1）在沉降土層范圍內(nèi)插入比鉆孔直徑小510cm的預(yù)制混凝土樁段，樁段

35、外圍充填稠度較高的膨潤土泥漿以形成隔離層。（方法：在泥漿護壁成孔的情況下，可在澆注完下段混凝土后，填入高稠度膨潤土泥漿，然后插入預(yù)制混凝土樁段。）2）在干作業(yè)成樁條件下，可采用雙層筒形塑料薄膜預(yù)先置于沉降土層范圍內(nèi)，然后在其中澆注混凝土，使塑料薄膜在樁身與孔壁之間形成可自由滑動的隔離層。7） 提高樁基礎(chǔ)水平承載力的措施影響樁基礎(chǔ)水平承載力的因素較多，主要有樁徑、樁材、樁側(cè)土的力學(xué)性能、樁頂和樁端的約束條件及作用于樁頂荷載的大小和特性（如動荷載、傾斜荷載等）。在樁基礎(chǔ)設(shè)計中，可通過采用如下措施來提高其水平承載力。（1） 提高樁的剛度和強度ü 提高樁身混凝土標號ü 提高樁身鋼筋

36、的配筋率及采用較小直徑的主鋼筋ü 對于鋼管樁，可填充混凝土（2） 對樁身采取構(gòu)造措施ü 采用剛度較大的承臺，改善樁頂約束條件ü 將各樁樁頂用系梁聯(lián)結(jié)，提高樁基整體剛度ü 適當增加樁身上部8d12d范圍內(nèi)的樁徑ü 在承臺上加設(shè)翼板，提高土體對樁基的抗力ü 增加承臺底摩阻力（如在承臺底設(shè)置10cm混凝土或碎石墊層）（3） 提高樁側(cè)土的抗力ü 在地面圍繞樁身開挖一深36d的圓形坑，填以級配砂石或灰土等低壓縮性材料并夯實，以提高樁側(cè)地基土水平抗力系數(shù)；ü 在樁身上部約48d范圍內(nèi)將樁側(cè)土挖除，澆注素混凝土；ü 對

37、于低樁承臺，承臺外側(cè)的回填土可采用灰土或爐渣、砂石等材料，分層夯實，以提高土的水平抗力。8） 關(guān)于公路橋規(guī)與鐵路橋規(guī)中樁身自重取值不同的問題按公路橋規(guī)中i計算時，局部沖刷線以下1/2樁重作為外力。因為規(guī)范中值和R值都是以或R值只由靜載試驗的千斤頂為依據(jù)而確定的，靜載試驗前樁身自重已在土中取得平衡，設(shè)計中不必計入樁重，但考慮到目前樁基基本上都是1.0m以上直徑和40m以上樁長，試驗分析中的和R值內(nèi)所包含的樁重因素不足以與大直徑或長仗的自重力相抵消，因此還應(yīng)增加其不足部分的樁重力。故取其一半。按鐵路橋規(guī)中i計算時，須將局部沖刷線以下樁重與同體積土體重量之差作為外力。9） 關(guān)于樁基豎向達到極限承載力

38、所需位移的問題摩擦樁的受力特性：在豎向荷載作用下，由于樁身和樁底土的彈性壓縮，樁與樁側(cè)土體之間將產(chǎn)生相對位移，從而導(dǎo)致樁側(cè)土對樁身產(chǎn)生向上的摩阻力。樁頂荷載在沿樁身向下傳遞的過程中，必須不斷克服這種摩阻力，因此樁身軸向力將隨深度逐漸減小，當傳至樁底時，樁端軸向力等于樁頂豎向荷載減去全部樁側(cè)摩阻力。但樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的極限值不在同一時間發(fā)生，與樁土間的變形性狀有關(guān)，且各自達到極限值時所需的位移量也不相同。樁側(cè)摩阻力達到極限值時，所需的樁土相對位移極限與土的類別有關(guān)，而與樁徑大小無關(guān)，對于粘性土：57mm，對于砂類土：10mm。樁端阻力達到極限值時，所需的樁端位移根據(jù)小直徑樁的試驗結(jié)果，一般粘

39、性土為d/4，硬粘土為d/10，砂類土為d/12d/10，d為樁的直徑。10） 關(guān)于樁側(cè)土水平地基系數(shù)的比例系數(shù)m值的確定M是用來表征樁側(cè)土對樁身產(chǎn)生彈性抗力大小的一個指數(shù)，與土的類別和土的物理性質(zhì)有著密切的關(guān)系，特別與土的抗壓縮性能有關(guān)。因此，對于不同類別的土、不同物理性質(zhì)指標的土及樁身不同的側(cè)向位移量，其m值是不同的。對于同一類土，如具有相同的物理性質(zhì)，當樁身側(cè)向位移愈大時，m值就愈??；樁身側(cè)向位移愈小時，m值就愈大。規(guī)范中，鋼樁、預(yù)應(yīng)力混凝土樁和預(yù)制鋼筋混凝土樁在樁頂承受較大側(cè)向荷載時，樁頂即使產(chǎn)生較大的側(cè)向位移而不致使樁產(chǎn)生斷裂，該種樁是以樁頂產(chǎn)生10mm較大側(cè)向位移來確定m值；鉆孔灌

40、注樁樁頂產(chǎn)生較大側(cè)移時就會出現(xiàn)較寬的裂縫而破壞，該類樁是以樁頂產(chǎn)生6mm較小側(cè)向位移來確定m值。11） 地震區(qū)樁側(cè)土的地基系數(shù)的比例系數(shù)m的確定地震區(qū)一般土中的樁基，當樁頂承受反復(fù)振動作用的地震荷載時，樁頂?shù)膫?cè)移量往往大于非地震荷載作用時的側(cè)移量，因此樁側(cè)地基系數(shù)的比例系數(shù)m值應(yīng)降低取用。如果樁基位于飽和松散粉、細砂土和粘粒（粒徑小于0.05mm）含量小于1520%的飽和粘砂土（在強烈地震時，還包括飽和松散中砂）中，在地震力反復(fù)作用下，土的顆粒骨架結(jié)構(gòu)可能被振密，使土中孔隙水壓力突然增大，因此，土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，造成土的顆粒之間的抗剪強度下降，甚至不再具有抗剪強度，出現(xiàn)所謂的飽和砂土液化現(xiàn)象，

41、此時樁側(cè)土的地基系數(shù)的比例系數(shù)m值大大降低，甚至降低到零，結(jié)構(gòu)的側(cè)移則增大。如果樁基置于淤泥或飽和粉質(zhì)粘土等高靈敏度土中，在地震力反復(fù)作用下，土的抗剪強度也降低，呈現(xiàn)所謂的粘土觸變現(xiàn)象，此時m值也大大降低，結(jié)構(gòu)的側(cè)移也增大。如果樁基置于無水的砂類土中，地震時土的顆粒可能會被擠密，也可能會變得疏松。當土變得疏松時樁側(cè)土的m值就會降低，結(jié)構(gòu)的側(cè)移增大。當土的顆粒被擠密時，地面或沖刷線處樁身的側(cè)移量減小，m值增大。根據(jù)結(jié)構(gòu)物按地震反應(yīng)譜理論分析，m值增大時結(jié)構(gòu)物承受的地震荷載會增大，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生強度破壞。因此，地震時對于大多數(shù)土，地面處樁身側(cè)移較大，樁側(cè)土的地震系數(shù)的m值減小，則可能使結(jié)構(gòu)的側(cè)向

42、位移控制設(shè)計。只有在無水砂類土中可能存在由于地震而擠密時，使樁側(cè)土地基系數(shù)的m值增大，有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的強度控制設(shè)計。12） 關(guān)于補樁的合理布置樁基礎(chǔ)在施工中，因施工不慎或其他緣故，造成某根樁報廢而需另外補樁，其最小樁間距應(yīng)滿足以下要求：對于鉆孔樁，補增的樁與報廢的基樁的中心距最好不小于2.5倍成孔樁徑，確有困難時不應(yīng)小于2倍成孔樁徑，并在補增的基樁施工時，設(shè)置較深的護筒，以防止補增的基樁施工時孔壁發(fā)生坍塌；對于預(yù)制打入樁，補增的樁與報廢的基樁的中心距應(yīng)盡量不小于1.5倍樁徑。二、 樁基礎(chǔ)的施工1 施工機械1） 預(yù)制樁施工機械ü 落錘打樁機ü 柴油打樁機ü 蒸汽打樁

43、機ü 振動沉拔樁錘ü 靜力壓樁機ü 履帶式打樁機2） 鉆孔樁施工機械（1） 螺旋鉆機根據(jù)鉆頭螺旋葉片的長短常分為短螺旋和長螺旋鉆機，其中長螺旋鉆機除用于混凝土灌注樁外，還可用于砂樁、深層攪拌樁、混凝土預(yù)制樁鉆打結(jié)合等施工。（2） 正、循環(huán)鉆機正、反循環(huán)鉆機主要根據(jù)泥漿循環(huán)和排渣方式來區(qū)分，其鉆桿和鉆頭也有區(qū)別，正循環(huán)鉆桿直徑一般不大于114mm，而反循環(huán)鉆桿直徑均大于150mm。（3） 貝諾特鉆機俗稱“全套管鉆機”，即在成孔和灌注混凝土過程中，完全依靠套管護壁。（4） 沖擊鉆機是比較古老的鉆機，靠大比重泥漿攜渣和掏渣筒掏渣。（5） 潛水鉆機主機與鉆頭直接連為一個整

44、體，沉入孔底施工。2 常用施工方法1） 預(yù)制樁施工2） 灌注樁施工（1） 鉆具 鉆具的組成與作用鉆具的主要組成部件有：鉆頭、配重塊、鉆桿、主動鉆桿、穩(wěn)定器及水龍頭等。配重塊用于在鉆進中向鉆頭施加軸向壓力。穩(wěn)定器可增加鉆頭與鉆桿的工作穩(wěn)定性，防止鉆桿折斷、偏磨與孔斜，減少孔內(nèi)事故。鉆桿在鉆進過程中傳遞扭矩、連接鉆頭、穩(wěn)定器等，桿內(nèi)空腔輸送循環(huán)液。水龍頭承擔(dān)鉆桿以下的所有重量，并將壓縮空氣和水在密封狀態(tài)下供入鉆桿。 鉆具類型螺旋鉆具、翼狀鉆頭（刮刀鉆頭）、鉆斗、擴底鉆頭。（2） 泥漿 泥漿質(zhì)量的控制因素泥漿比重：泥漿比重在保證正常工作的前提下，應(yīng)盡量低，否則因粘度大、流動性差而使循環(huán)阻力增加。在粘

45、土和亞粘土中，可采用清水鉆，利用原土造漿護壁。其排渣泥漿比重應(yīng)控制在1.11.2（正循環(huán)）。在砂土和較厚的夾砂層中成孔時，泥漿比重控制在1.11.3。在穿過砂夾卵石層或容易塌孔的土層中成孔時，泥漿比重應(yīng)控制在1.31.5。泥漿粘度和切力：粘度和切力的好壞決定排渣效果，靜切力過大，則流動阻力大，過小則排渣效果差，易下沉。泥漿失水量和泥餅：失水量小，則泥餅薄而密，有利于鞏固槽壁。泥漿含砂量：泥漿含砂量高，易磨損鉆具，損壞泥漿泵，應(yīng)不大于4%。泥漿膠體率和穩(wěn)定性： 泥漿的成分組成泥漿的成分主要有：大于10%的粘性土、膨潤土、水、增粘劑、分散劑。 泥漿的作用泥漿的主要作用如下：ü 防止孔壁坍

46、塌ü 懸浮鉆渣ü 冷卻鉆頭泥漿泥皮的厚度宜控制在0.61.5mm，極限3mm；正循環(huán)施工時，泥漿面應(yīng)高于地下水位1m以上；反循環(huán)施工時，泥漿面應(yīng)高于地下水位2m以上。（3） 成孔方法灌注樁的成孔方法主要有： 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進泥漿通過鉆桿進入，由鉆頭射出，孔口排出鉆渣。缺點是粒徑45cm以上的卵石將沉積在孔底，適用于樁徑小于1m以下的樁基；優(yōu)點是費用低、可在狹窄的地方施工。 反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進泥漿循環(huán)路線與正循環(huán)相反，適用范圍較廣。優(yōu)點：ü 對孔壁施加2KPa以上水頭使孔壁穩(wěn)定，可用非導(dǎo)管法鉆進；ü 與其他方法比，鉆進中只需鉆桿接長，如采用輔助方法排渣時，能施工

47、長樁，且效率相對較高；ü 能適用除沖擊鉆以外其它方法不能施工的2m以上的大直徑樁，并能鉆進硬巖層；ü 適用性廣，特別適合水上施工；ü 鉆機周轉(zhuǎn)率高、施工速度快；ü 能以較低的費用施工大直徑樁缺點：ü 當?shù)貙又杏写笥阢@口直徑的卵石或巨石時，不能鉆進；ü 鉆進時需要大量的水，場內(nèi)被泥水污染，需泥漿處理設(shè)備；ü 對泥漿的處理和護筒的設(shè)置需有豐富的經(jīng)驗，否則易發(fā)生事故；ü 管理不慎時，樁內(nèi)會混入泥砂，樁端殘留泥渣；ü 有時樁偏心較大ü 存在持力層周圍松動受損、樁周地層松動的缺陷；ü 在持力層附

48、近有較大的承壓水和滲流水時，樁體混凝土質(zhì)量不能保證ü 樁徑擴孔率可達720%。 沖擊鉆進是一種簡單、便宜的成孔方法，適用于卵石、礫石、孤石及巖層中的成孔，可通過反循環(huán)法或抽渣筒排出鉆渣。 螺旋鉆進 鉆斗鉆進（土鉆法） 套管法鉆進即在成孔過程中，套管一直跟進直孔底，并隨混凝土的灌注提升。優(yōu)點：ü 可確保樁徑；ü 除硬巖層、含水厚細砂層外，幾乎適用于一切土質(zhì)的地層；ü 無需泥漿，對環(huán)境保護較好；ü 地下水和承壓水對施工影響小。缺點：ü 有時套管比較難拔出，鋼筋籠易隨之拔出；ü 在粘性較大的軟質(zhì)粘土中抓土困難，鉆進效率下降；

49、52; 設(shè)備昂貴。 沉管鉆進 潛孔錘鉆進 套管內(nèi)擊式法鉆進 人工挖孔法護壁方法：ü 現(xiàn)澆鋼筋混凝土護壁ü 預(yù)制混凝土板護壁ü 磚砌護壁ü 鋼板護壁3 鉆孔灌注樁施工工序1） 準備工作鉆孔樁施工前的準備工作主要有場地準備、埋設(shè)護筒、制作泥漿及選擇鉆具等。 場地準備在場地準備時，對于岸上樁基是平整場地，必要時加固地基；對于灘頭或淺水區(qū)樁基，則可采用筑島或搭設(shè)平臺；對于深水區(qū)樁基，則可通過船舶、浮箱或鋼管樁搭設(shè)施工平臺。 鋼護筒埋設(shè)樁基施工時，一般應(yīng)埋設(shè)護筒，護筒直徑應(yīng)大于樁徑20cm以上，可根據(jù)樁徑大小、鉆具類型及施工水深來確定。鋼護筒壁厚一般按D/150。

50、護筒頂端高度按以下確定：² 采用反循環(huán)法施工，高出地下水位2.0m以上；² 采用正循環(huán)法施工，高出地下水位1.0m以上；² 采用其他方法施工，高出地下水位1.52.0m；² 岸上施工時，高出地面0.3m；² 孔內(nèi)有承壓水時，高出穩(wěn)定后的承壓水位2.0m以上；² 潮汐影響區(qū)施工時，高出最高水位1.52.0m。護筒埋置深度：應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、水文情況、有無凍土等因素確定。² 對于粘土層，宜進入不小于1.01.5m；² 砂土層，宜盡量穿過粉、細砂層；² 局部沖刷線以下不小于1.01.5m；² 冰凍線以下0.5