地下空間工程樁基礎(chǔ)施工計(jì)算培訓(xùn)2018

1、樁 基 礎(chǔ)2 內(nèi)容提要樁基礎(chǔ)及其分類 樁基礎(chǔ)的施工 單樁豎向抗壓承載力計(jì)算 水平荷載下基樁的內(nèi)力及位移計(jì)算 群樁基礎(chǔ)受力分析 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)簡介 3 組成：基樁和連接于樁頂?shù)某信_。 作用：將上部結(jié)構(gòu)荷載通過承臺傳 遞給基樁，再由基樁傳遞到 地基土體 。 特點(diǎn)：歷史悠久、承載力高、穩(wěn)定 性好、沉降量小而均勻、便 于機(jī)械化施工、適應(yīng)性強(qiáng)。低承臺樁基示意圖 1 樁基礎(chǔ)及其分類 1.1 概述4 單樁基礎(chǔ)群樁基礎(chǔ)承臺基樁上部結(jié)構(gòu)荷載 1.1 概述5 地基土質(zhì)差或軟硬不均，不能滿足上部結(jié)構(gòu)對變形的要求。 地基軟弱或土性特殊，自重濕陷性黃土、膨脹土等。 荷載大，且伴有較大偏心、水平、動力或周期性荷載作用。 水中

2、基礎(chǔ)施工困難，如橋梁、碼頭、鉆采平臺等。 需要長期保存、具有重要?dú)v史意義的建筑物。 1.1 概述樁基礎(chǔ)適用范圍樁的作用：（1）將荷載傳至硬土層（如下圖a），或分配到較大的深度范圍 （如下圖b），以提高承載力。 （2）減小沉降，從而也減小沉降差，故地基強(qiáng)度夠，而變形不合要求時(shí)采用樁基礎(chǔ)。兩塔過近，會相對傾斜，用樁基解決廠房內(nèi)堆載，使柱下基礎(chǔ)傾斜，導(dǎo)致柱子開裂。可用樁基解決。 樁的作用：（3）抗拔：用于抗風(fēng)、抗震、抗浮等；（4）有一定抗水平荷載能力，特別是斜樁：（5）抗液化：深層土不易液化，淺層土液化后，有樁支撐，有助于上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。樁的作用： 所以樁基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，沿海、內(nèi)陸地區(qū)均用。同基坑支護(hù)

3、、地基處理并為土木工程三大熱點(diǎn)。古代已應(yīng)用樁基。例如：上海龍華塔，共7層，高40.4m, 相當(dāng)于13層樓高, 初建于三國東吳時(shí)代 (AD220-280), 重建于宋代AD977年, 用木樁, 樁周用灰土防腐，是軟基上建高層的范例。樁基礎(chǔ)歷史：木樁和石樁基礎(chǔ) 西安灞橋（1834年清道光14年） 以后在 宋、明、清期間曾先后幾次廢毀，到清乾隆四十六年（1781年），陜西巡撫畢沅重建橋，但橋已非過去規(guī)模。直到清道光十四年（1834年）巡撫楊公恢才按舊制又加建造。橋長380米，寬7米，旁設(shè)石欄，橋下有72孔，每 孔跨度為4米至7米不等，橋柱408個(gè)。 灞橋位于西安城東12公里處，是一座頗有影響的古橋。

4、最初的灞橋建于漢代，是座木梁石柱墩橋，墩臺上加木梁并鋪設(shè)灰土石板橋面。是石柱墩的首創(chuàng)者。 木樁基礎(chǔ)上海河南路橋木樁基礎(chǔ)（1875年）新加坡發(fā)展銀行,四墩, 每墩直徑7.3m將荷載傳遞到下部好土層,承載力高大直徑鉆孔樁風(fēng)化砂巖及粉砂巖部分風(fēng)化及不風(fēng)化泥巖新加坡發(fā)展銀行,四墩7.3m現(xiàn)場灌注護(hù)坡樁造價(jià)低現(xiàn)場灌注護(hù)坡樁，造價(jià)低2 特點(diǎn)將荷載傳遞到下部好土層,承載力高；沉降量小；抗震性能好，可穿過液化層；承受抗拔(抗滑樁)及水平力(如風(fēng)載荷)；與其他深基礎(chǔ)比較,施工造價(jià)低。樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)：比淺基礎(chǔ)造價(jià)高；施工環(huán)境影響大； 預(yù)制樁施工噪音大； 鉆孔灌注樁的泥漿。樁基礎(chǔ)的缺點(diǎn)：樁基礎(chǔ)的適用條件：水上建筑物；

5、深持力層、高地下水位；抗震地基；對沉降非常敏感的建筑，如精密儀器。日本阪神地震中發(fā)生的樁基礎(chǔ)的破壞導(dǎo)致墩傾倒22 按承載性狀：摩擦型樁、端承型樁 按施工方法：預(yù)制樁、灌注樁 按設(shè)置效應(yīng)：非擠土樁、部分?jǐn)D土樁、擠土樁 按樁徑大?。盒?250mm)、中等直徑樁(250 800mm)、大直徑樁(800mm) 按使用功能：受壓樁、抗拔樁、橫向受荷樁、錨樁 按截面形狀：圓樁、方樁、多邊形樁、異形樁等 2 樁基礎(chǔ)的類型 基樁分類（P234）按承臺分類 承臺作用:將幾個(gè)樁結(jié)合起來傳遞荷載高承臺樁 承臺在地面以上,橋樁,碼頭,棧橋低承臺樁 承臺在地面以下, 承臺本身承擔(dān)部分荷載軟土層低承臺樁高承臺樁按材料分

6、類 木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁、鋼管（型鋼）樁、復(fù)合樁； 混凝土種類：普通混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土（離心預(yù)制）、高強(qiáng)混凝土。鋼 樁鋼管樁和預(yù)應(yīng)力樁木樁水位以上耐久性差，強(qiáng)度低，我國森林資源不足，應(yīng)盡量少用。鋼樁本身強(qiáng)度高，易加工，接頭容易，運(yùn)輸方便，但造價(jià)是混凝土的3-4倍，用于海洋平臺及陸上重要工程，如寶鋼高爐、金茂大廈用鋼管樁。鋼砼樁取材方便，價(jià)格便宜，耐久性好，可預(yù)制、現(xiàn)澆，尺寸易調(diào)，適用性強(qiáng)，故應(yīng)用廣泛，是主要研究對象。 各種材料樁的優(yōu)缺點(diǎn)：30 要求：截面邊長300500mm，分節(jié)長度12m。預(yù)應(yīng)力 管樁外徑300600mm，每節(jié)長513m； 優(yōu)點(diǎn)：承載力高，耐久性好，質(zhì)量較易保證。

7、缺點(diǎn)：自重大，打樁難，樁長難統(tǒng)一，工藝復(fù)雜。 鋼樁 要求：直徑2501200mm，批量生產(chǎn)。 優(yōu)點(diǎn)：穿透性強(qiáng)，承載能力高，應(yīng)用方便。 缺點(diǎn)：成本高，易銹蝕。 木樁 要求：樁徑160 260mm，樁長4 6m。 優(yōu)點(diǎn)：制作運(yùn)輸方便，打樁設(shè)備簡單。 缺點(diǎn)：承載力低，僅在一些加固工程與臨時(shí)工程中采用?；炷令A(yù)制樁按形狀分類 按縱斷面：楔形樁、樹根樁、螺旋樁、多 節(jié)（分叉）樁、擴(kuò)底樁、支盤樁、微型樁 按橫斷面：圓形，八邊形，十字樁、X形樁 樁身樁身樁端Dd橫斷面按尺寸分類按斷面(直徑）的大?。?大直徑: d800mm 小直徑：d60m 短樁：L10m按承載性狀分類（1）豎直荷載：端承樁（嵌巖樁）、摩擦

8、樁、端承摩擦樁、摩擦端 樁的承載力：Q = Qp+QsQp端承力, Qs側(cè)摩阻力端承樁 主要由樁端承受極限荷載,樁不長,樁端土堅(jiān)硬摩擦樁 主要由樁側(cè)壁與土的摩擦力承受極限荷載,樁長,深端承樁摩擦樁PsPsP按施工方法分類施工方法沉樁方法1 預(yù)制樁 Prefabricated pile 擠土樁2 現(xiàn)場灌注樁 Cast in place 非擠土樁 預(yù)制樁 現(xiàn)場灌注樁氣錘打入振動沉樁靜壓樁引孔,部分?jǐn)D土, 大面積地面隆起不引孔,擠土樁成孔方法人工挖孔螺旋鉆正反循環(huán)地下水以下泥漿護(hù)壁沖擊,夯擴(kuò),爆破沉管灌注澆注法水上水下其他工廠,現(xiàn)場預(yù)制樁優(yōu)點(diǎn)：樁身質(zhì)量易于保證，單樁承載力較高；缺點(diǎn):（1）樁身規(guī)格、

9、長度受限，接樁影響樁質(zhì)量和承載力發(fā)揮；（2）打入或壓入式沉樁存在擠土效應(yīng)問題； （3）噪音污染、接、截樁麻煩。 適用條件： （1）不需考慮噪音污染和震動影響的環(huán)境； （2）持力層上覆蓋為較松軟地層，無堅(jiān)硬夾層； （3）持力層頂起伏變化不大，樁長易于控制； （4）水下樁基工程 （5）大面積打樁工程；擠土效應(yīng)擠土效應(yīng)：這是由于沉樁時(shí)使樁四周的土體結(jié)構(gòu)受到擾動，改變了土體的應(yīng)力狀態(tài)而產(chǎn)生的。擠土效應(yīng)一般表現(xiàn)為淺層土體的隆起和深層土體的橫向擠出，擠土效應(yīng)對周圍路面和建筑物引起破壞，使周圍開挖基坑坍塌或推移增大，對已經(jīng)施打的樁的影響表現(xiàn)為樁身傾斜及淺樁（20 m）上浮。如果壓樁施工方法與施工順序不當(dāng)，每

10、天成樁數(shù)量太多、壓樁速率太快就會加劇擠土效應(yīng)。 預(yù) 制 樁振動沉樁預(yù)制樁113mPile Point離心預(yù)應(yīng)力預(yù)制鋼筋混凝土（接87）48 錘擊 振動下沉 靜壓 預(yù)制樁的施工方法 2.1 預(yù)制樁的施工 2 樁基礎(chǔ)的施工（接87）49 打入第一節(jié)樁體電焊接樁打入末節(jié)樁體 錘擊預(yù)制樁 50 沉樁深度控制以最后貫入度（指沉至某標(biāo)高時(shí)，每次錘擊的沉入量）和樁尖設(shè)計(jì)標(biāo)高兩方面控制。 要求最后兩陣的平均貫入度為10-50mm/陣。 錘擊法：常以10次錘擊為一陣。 振動法：以1min為一陣。4.2.1 預(yù)制樁的施工灌注樁按成孔方法分為:鉆孔法 適于一般土層沉管法 適于土質(zhì)差、水位高爆擴(kuò)法 適于土質(zhì)好、無地下

11、水人工挖孔法 適于樁徑大、土較好4.2.2 灌注樁的施工52 沉管灌注樁 利用錘擊或振動等方法沉管成孔，然后澆灌混凝土拔出套筒?？杀苊饬魃啊⑻准芭旁缺撞?。 錘擊沉管灌注樁 振動沉管灌注樁 4.2.2 灌注樁的施工53 沉管灌注樁 圖4.5 沉管灌注樁的施工程序示意 （a）打樁機(jī)就位；（b） 沉管；（c） 澆灌混凝土；（d） 邊拔管，邊振動；（e） 安放鋼筋籠，繼續(xù)澆灌混凝土；（f） 成型 4.2.2 灌注樁的施工54 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、打樁進(jìn)度快、成本低。 缺點(diǎn)：在土層軟、硬交界處或軟弱土層處易發(fā) 生縮頸、斷樁現(xiàn)象。 克服辦法： 復(fù)打澆灌混凝土并拔管后，立即在原位再次 沉管及澆灌混凝土； 反

12、插法灌滿混凝土后，先振動再拔管，一般 拔0.51.0m，再反插0.30.5m。 沉管灌注樁特點(diǎn)4.2.2 灌注樁的施工55 鉆（沖）孔灌注樁原理 用鉆機(jī)(如螺旋鉆、振動鉆、沖抓錐鉆等)鉆土成孔(需泥漿護(hù)壁)，然后清除孔底殘?jiān)卜配摻罨\，澆灌混凝土。 施工方法 有正循環(huán)、反循環(huán)施工法。 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：入土深，能進(jìn)入巖層，剛度大，承載力高，樁身變形小，并可方便地進(jìn)行水下施工。 缺點(diǎn)：要求有專門的設(shè)備（鉆機(jī)），清孔較難徹底。 4.2.2 灌注樁的施工56 鉆孔灌注樁護(hù)筒埋設(shè)護(hù)筒作用 固定樁位，并作鉆孔導(dǎo)向； 保護(hù)孔口，防止孔內(nèi)土層坍塌 隔水，穩(wěn)固孔壁。4.2.2 灌注樁的施工57 泥漿制備與運(yùn)輸要

13、求：膨脹土或高塑性粘土現(xiàn)場加水?dāng)嚢?，比?.11.15， 粘度1025s，含砂率小于6，膠體率大于95。 作用：護(hù)壁、攜渣、防滲、潤滑鉆頭等。4.2.2 灌注樁的施工58 鉆進(jìn)機(jī)械圖 4.6 沖擊鉆機(jī)示意圖 1滑輪；2主桿；3拉索；4斜撐；5卷揚(yáng)機(jī)；6墊木；7鉆頭 旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn) 沖擊鉆進(jìn) 沖抓鉆進(jìn)4.2.2 灌注樁的施工螺旋鉆 61 圖4.8 反循環(huán)泥漿循環(huán)成孔工藝 1鉆頭；2泥漿循環(huán)方向；3沉淀池；4泥漿池；5泥漿泵；6砂石泵；7水龍頭；8鉆桿；9鉆機(jī)回轉(zhuǎn)裝置 鉆進(jìn)方法圖4.7 正循環(huán)泥漿循環(huán)成孔工藝 1鉆頭；2泥漿循環(huán)方向；3沉淀池；4泥漿池；5泥漿泵；6砂石泵；7水龍頭；8鉆桿；9鉆機(jī)回轉(zhuǎn)裝

14、置4.2.2 灌注樁的施工正循環(huán)和反循環(huán)的區(qū)別正反循環(huán)鉆機(jī)在鉆進(jìn)成孔的工藝上是差不多的，對地質(zhì)要求差別也不是很大，主要的區(qū)別是看其泥漿循環(huán)的方式，正循環(huán)鉆機(jī)的泥漿是從泥漿池里用泥漿泵通過鉆桿打到鉆井里去的,再從井口自然的益出來,同時(shí)把鉆渣帶出來.這種自然循環(huán)的排渣方式只能排出一部分鉆渣,對于叫大顆粒石渣是不能循環(huán)上來排出去的,反循環(huán)鉆機(jī)的泥漿的是用泥漿泵從井的孔口向井里打的,再用我以前說過的氣舉法或泥漿泵,從導(dǎo)管或者鉆桿的中間抽出來,這種循環(huán)方式的排渣能力很好,可以把顆粒很大的石頭都能沖出來,相對而言正循環(huán)鉆機(jī)的泥漿循環(huán)一臺泥漿泵就夠了,對于反循環(huán)鉆一般要配一臺空壓機(jī)，或者兩臺大功率的泥漿泵。

15、 63 清 孔目的除去孔底沉渣，保證孔底砼質(zhì)量及樁的承載力。方法抽漿清孔：用空氣吸泥機(jī)吸出泥漿。 換漿清孔：正、反循環(huán)鉆孔完成后不停鉆、不 進(jìn)尺。 掏渣清孔：孔用掏渣筒掏清孔內(nèi)粗粒鉛渣。 繼續(xù)循環(huán)換漿清渣。 要求孔底0.5m內(nèi)1.25；含砂率8；粘度28s。4.2.2 灌注樁的施工64 將導(dǎo)管居中插入，上接漏斗，設(shè)隔水栓； 放開隔水栓使混凝土向孔底猛落，將水?dāng)D出，并使導(dǎo)管始終埋在混凝土內(nèi)，此后連續(xù)灌注混凝土； 不斷提升導(dǎo)管，直至灌注完畢。水下砼灌注直升導(dǎo)管法施工步驟圖4.9 灌注水下混凝土 1-通混凝土儲料槽；2-漏斗 3-隔水栓；4-導(dǎo)管 4.2.2 灌注樁的施工65 混凝土攪拌必須均勻；防

16、止卡管事故； 必須連續(xù)作業(yè)，避免中斷灌注，并防止混凝土上升頂起鋼筋籠； 隨時(shí)記錄孔內(nèi)混凝土灌注標(biāo)高和導(dǎo)管入孔長度，防止導(dǎo)管提升過猛，形成斷樁； 樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)值愈加一定高度，以確?；炷临|(zhì)量。一般取0.5m。注意事項(xiàng)4.2.2 灌注樁的施工66 基本要求：內(nèi)徑800mm，開挖直徑1000mm，護(hù)壁厚100mm分節(jié)支護(hù)，每節(jié)高5001000mm樁長小于40m。 優(yōu)點(diǎn)：符合國情，經(jīng)濟(jì)，設(shè)備簡單，噪音小，場區(qū)內(nèi)各樁可同時(shí)施工，可直接觀察地層情況，孔底易清除干凈，且樁徑大、適應(yīng)性強(qiáng)。 缺點(diǎn)：可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害氣體、觸電和地面掉重物等危險(xiǎn)而造成傷亡事故。 原理：采用人工或機(jī)械挖掘成孔，逐段

17、邊開挖邊支護(hù)，達(dá)所需深度后再進(jìn)行擴(kuò)孔，利用鉆（沖）孔機(jī)具鉆土成孔，然后清除孔底殘?jiān)惭b鋼筋籠，澆灌混凝土。4.2.3 人工挖孔樁67 圖4.10 人工挖孔樁示例 68 人工挖孔樁人工挖孔樁廣州市亞洲大酒店人工挖孔樁 擴(kuò)底樁人工挖孔擴(kuò)孔樁（芝加哥法）UK英國1.0-3.0 m0.6-0.9 m爆破擴(kuò)底樁內(nèi)夯式擴(kuò)底樁200kN鋼錘碎石混凝土鋼筋籠鉆擴(kuò)樁擠擴(kuò)樁（支盤樁）多節(jié)擴(kuò)孔樁與直孔樁相比,承載力大大提高,沉降小,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。77 4.2.5 樁基的質(zhì)量檢測可能存在的質(zhì)量問題 預(yù)制樁：樁位偏差、樁身裂縫過大、斷樁等 灌注樁：縮頸、夾泥、斷樁、沉渣過厚等。 常用質(zhì)量檢測方法 開挖檢查：只限于

18、對所暴露的樁身進(jìn)行觀察檢查。 抽芯檢查：在灌注樁樁身內(nèi)鉆孔，取混凝土芯樣進(jìn)行觀察，看它的連續(xù)性。 反射波法：測砼的連續(xù)性，是否存在孔洞、斷樁等。 動測法：高應(yīng)變測樁承載力，低應(yīng)變只能測砼質(zhì)量。1 斷樁 原因： 鄰樁施工時(shí)，樁距過小，土體因擠壓隆起造成已灌完的尚未達(dá)到足夠強(qiáng)度的混凝土樁斷裂 ；軟硬土層傳遞水平力大小不同，使樁產(chǎn)生剪應(yīng)力，推擠樁身造成斷樁。 處理措施： 控制樁中心距離3.5d； 打樁方法應(yīng)用跳打法或控制時(shí)間法； 發(fā)現(xiàn)斷樁，應(yīng)拔去后重新補(bǔ)做樁身。4.2.5 樁基的質(zhì)量檢測2 縮徑樁 縮徑樁也稱瓶頸樁，指樁身某部分樁徑縮小 原因： 拔管時(shí)，土體受擾動，產(chǎn)生很高的孔隙水壓，樁管拔出后，水

19、壓作用于砼樁身；砼和易性差；樁間距過小，受鄰樁沉樁時(shí)擠壓。 處理措施： 控制拔管速度0.81.2米/分，慢抽密擊5070次/分；管內(nèi)砼必須略高于地面，保持有足夠的重壓力；有專人測定砼落下情況（浮標(biāo)法） 用復(fù)打法處理。3 吊腳樁 指樁底部混凝土隔空或混凝土混入泥砂而形成軟弱夾層 原因：樁靴打壞擠入管內(nèi)，拔管時(shí)，樁靴未及時(shí)脫離樁管；樁靴與樁管連接不密實(shí)，泥、砂流入；活瓣樁靴拔管到一定高度才張開，砼下落。處理措施： 控制砼樁靴強(qiáng)度； 活瓣樁靴應(yīng)在抽管時(shí)注意砼下落情況。拔管開始500mm范圍，可翻插幾下； 已灌砼時(shí)，用復(fù)打法處理。 樁靴樁靴一般是打樁過程中加在樁尖上的，一般為鋼靴，樁靴的作用：為了保護(hù)

20、樁尖；二是為了打樁方便，因?yàn)闃堆サ膹?qiáng)度很大，容易切入土層中，特別是比較堅(jiān)硬的土層，加上樁靴打入效果很好。 有兩種構(gòu)造，一種是開口，在沉管時(shí)套以鋼筋混凝土預(yù)制樁尖，拔管時(shí)，樁尖留在樁底土中；另一種是管端帶有活瓣 樁尖，其構(gòu)造如圖示，沉管時(shí)，樁尖活瓣合攏，灌注混凝土及拔管時(shí)活瓣打開 。1.樁靴 樁靴可分為鋼筋混凝土預(yù)制樁靴和活瓣式樁靴兩種如圖2.18、2.19、2.20圖 2.18 預(yù)制樁尖圖 2.20樁尖埋設(shè)4 灌注樁的樁頭處理 灌注樁養(yǎng)護(hù)完畢，砼達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，要把樁頭打掉1米左右。 原因：（1） 砼澆灌時(shí)石子先下沉，產(chǎn)生離析，樁頭部分基本上是浮漿，強(qiáng)度達(dá)不到要求；（2） 將樁中的鋼筋打出與承臺

21、鋼筋連接，以形成整體；（3）統(tǒng)一樁頂標(biāo)高。 (一)按承臺 (二)材料(三)形狀(四)承載機(jī)理:摩擦樁、端承樁(五)按尺寸：小直徑、中等直徑、 大直徑(六)施工方法：預(yù)制、 灌注4.樁基礎(chǔ)樁的分類總結(jié)88 2 樁基設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)原則GB50007-2002：基于正常使用極限狀態(tài)的概率設(shè)計(jì)原則 JGJ94-94：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，考慮樁基的兩種極限狀態(tài)，即承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)。并根據(jù)樁基損壞所造成的后果的嚴(yán)重性分為3個(gè)等級。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則：90 樁基的豎向承載力（抗壓和抗拔）、水平承載力計(jì)算 樁端平面以下的軟弱下臥層驗(yàn)算 樁基抗震承載力

22、計(jì)算 承載及樁身結(jié)構(gòu)計(jì)算（包括預(yù)制樁吊運(yùn)和錘擊過程中的強(qiáng)度驗(yàn)算、樁身屈曲穩(wěn)定計(jì)算） 所有樁基均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算 樁基尚應(yīng)進(jìn)行變形驗(yàn)算 樁端持力層為軟弱土的一、二級建筑物（豎向沉降） 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（豎向沉降） 承受較大水平荷載或?qū)λ阶兾灰髧?yán)格的一級建筑樁基（水平變位）樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容如下：91 3 豎向荷載作用下單樁的工作性狀承載機(jī)理 荷載樁壓縮側(cè)摩阻消耗荷載樁底阻力。 土對樁的支撐力 樁側(cè)摩阻力和樁端阻力：何種為主，與樁身壓縮量有關(guān)。 樁的荷載傳遞機(jī)理實(shí)質(zhì)上就是樁側(cè)摩阻力與樁端阻力逐步發(fā)揮的過程。 樁的荷載傳遞機(jī)理單樁承載力的構(gòu)成樁側(cè)阻

23、力樁端阻力 樁土相互作用 3 豎向荷載作用下單樁的工作性狀 樁的荷載傳遞機(jī)理豎向承載力Q的組成: 摩阻力所需位移很小端阻力需要較大位移摩阻力先于端阻力發(fā)揮上部土層摩阻力先于下部土層發(fā)揮不同階段二者分擔(dān)比不同Q/kNQsQpQS/mmQs 樁側(cè)摩阻力Qp 樁端阻力 單樁豎向承載力的組成（轉(zhuǎn)96）單樁軸向應(yīng)力及位移的分布圖：樁土體系荷載傳遞土的剛度及樁身剛度對樁承載性狀的影響4）樁的長徑比：長徑比過大，影響樁端阻力的發(fā)揮，設(shè)計(jì)時(shí)不宜使樁長徑比太大。 樁端的作用大大減弱甚至消失。1）樁底土和樁周土的剛度比 影響樁的承載性狀，越大，則經(jīng)由樁底傳遞的荷載越大3）樁底直徑D 越大，則樁底傳遞的荷載越大。

24、樁底土越硬，2）樁身相對剛度 越大，則經(jīng)由樁底傳遞的荷載越大。（不講）樁側(cè)摩阻力和樁端阻力樁側(cè)摩阻力 Qs產(chǎn)生的原因：樁土的相對位移樁對土的位移樁身的壓縮樁端阻力Qp產(chǎn)生的原因：樁端土壓縮土的極限端阻力影響因素： 土的性質(zhì)、下臥層、 持力層密度、上覆荷載等。（轉(zhuǎn)104）（1）產(chǎn)生原因：樁端土壓縮（2）端阻深度效應(yīng) 端承力與深度有關(guān)，存在臨界深度端阻的臨界深度當(dāng)樁端入土深度小于某一臨界值時(shí)，極限端阻隨深度增加，而大于該深度后則保持恒值不變，這一深度稱為端阻的臨界深度。端阻的臨界厚度當(dāng)樁端持力層下存在軟弱下臥層時(shí)、且樁端與軟弱下臥層的距離小于某一厚度時(shí)，樁端阻力將受軟弱下臥層影響而降低，這一厚度稱

25、端阻的臨界厚度。(3)土的極限端阻力影響因素 土的性質(zhì)、下臥層、 持力層密度、上覆荷載等。樁端阻力Qp（不講）小結(jié)1.單樁軸向荷載傳遞的過程是樁側(cè)摩阻力和樁端阻力發(fā)揮的過程。2.單樁軸向荷載傳遞的過程分析。3.樁的側(cè)阻和端阻都隨深度呈線性增大,但具有深度效應(yīng)。 4.隨著樁頂荷載的逐級增加，樁截面的軸力、位移和樁側(cè)摩阻力不斷變化。 5.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)摩阻力到達(dá)極限所需的樁身截面位移值大得多。 6.樁長對荷載的傳遞有重要的影響.99 樁側(cè)摩阻力影響因素 土的性質(zhì)：如抗剪強(qiáng)度(c, j) 決定摩阻力的可能最大值 樁土相對位移 決定摩阻力的發(fā)揮程

26、度 時(shí)間因素：土的固結(jié)隨 t 增加向下部轉(zhuǎn)移 決定摩阻力發(fā)揮的時(shí)間 樁的剛度：影響樁周應(yīng)力的分布。 土中的應(yīng)力狀態(tài)：主要指側(cè)向壓力 施工方法：a)擠土樁；b)非擠土樁。 3.1 樁的荷載傳遞機(jī)理100 圖a 壓屈破壞圖b 整體剪切破壞圖c 刺入破壞壓屈破壞：沉降量很小，樁端阻為主，樁身材料控制承載力，超長摩擦樁和嵌巖樁（端承樁）都可能發(fā)生這種破壞； 整體剪切：沉降量較大，樁端阻力為主，樁端樁側(cè)土控制承載力，當(dāng)樁底壓力超過持力層承載力時(shí)發(fā)生這種破壞。打入式短樁、鉆孔短樁屬于此類； 刺入破壞：沉降量大，樁側(cè)阻為主，樁頂容許沉降控制承載 力，是均質(zhì)土中摩擦樁的破壞形式。 3.2 單樁的破壞模式 (1

27、)屈曲破壞(樁身材料破壞）荷載-沉降(Q-S)關(guān)系曲線特征：呈“急進(jìn)破壞”的陡降型破壞模式特點(diǎn)：當(dāng)樁底支承在堅(jiān)硬的土層或巖層上，樁周土層極為軟弱，樁身無約束或側(cè)向抵抗力。樁在軸向荷載作用下，如同一細(xì)長壓桿出現(xiàn)縱向撓曲破壞，其沉降量很小，具有明確的破壞荷載（P252圖 5a)樁的承載力取決于樁身的材料強(qiáng)度。穿越深厚淤泥質(zhì)土層中的小直徑端承樁或嵌巖樁，細(xì)長的木樁等多屬于此種破壞。(2)整體剪切破壞荷載-沉降(Q-S)關(guān)系曲線的特征：呈“急進(jìn)破壞”的陡降型破壞模式特點(diǎn)：當(dāng)具有足夠強(qiáng)度的樁穿過較軟弱的土層，達(dá)到較硬持力層時(shí)，且樁的長度不大時(shí)，由于樁底上部土層不能阻止滑動土楔的形成，樁底土體形成滑動面而

28、出現(xiàn)整體剪切破壞。此時(shí)樁的沉降量較小，樁側(cè)摩阻力難以充分發(fā)揮，主要荷載由樁端阻力承受，呈現(xiàn)明確的破壞荷載(圖 5b) 。樁的承載力主要取決于樁端土的支承力。一般打入式短樁、鉆擴(kuò)短樁等均屬于此種破壞。(3)刺入破壞(Q-S)關(guān)系曲線特征： 這是均質(zhì)土中摩擦樁的破壞形式,荷載沉降(Q-S)關(guān)系曲線為呈“漸進(jìn)破壞”的緩變型曲線，無明顯拐點(diǎn)，極限荷載難以判斷.(圖 5c) 當(dāng)樁周土的抗剪強(qiáng)度較高時(shí)，荷載沉降(Q-S)關(guān)系曲線可能為陡降型，有明顯拐點(diǎn)，樁的承載力主要取決于樁周土的強(qiáng)度。破壞模式特點(diǎn)：當(dāng)樁的入士深度較大或樁周土層抗剪強(qiáng)度較均勻時(shí)，樁在軸向荷載作用下將出現(xiàn)刺入破壞，如圖c所示。此時(shí)樁頂荷載主

29、要由樁側(cè)摩阻力承受，樁端阻力極微，樁的沉降量較大。一般情況下的鉆孔灌注樁多屬于此種情況。104 定義：樁周土相對于樁身下沉?xí)r產(chǎn)生的摩阻力。 樁側(cè)負(fù)摩阻力 正摩擦負(fù)摩擦 樁側(cè)摩阻力示意圖（參考P245）105 樁側(cè)大范圍降低地下水，如大面積抽水，基坑降水等 樁側(cè)地面大面積堆載； 樁身穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土層進(jìn)入相對較硬土層； 凍土區(qū)升溫引起樁側(cè)土沉陷。 產(chǎn)生負(fù)摩阻力的條件圖4.6 住宅樓建于有新填土的斜坡上 樁側(cè)負(fù)摩阻力106 中性點(diǎn)中性點(diǎn)：樁土相對位移為零處樁側(cè)摩阻力為零處。 在某深度處樁周土與樁截面沉降相等； 或兩者無相對位移發(fā)生； 或其摩阻力為零。 特點(diǎn)：在中性點(diǎn)處樁身

30、軸力達(dá)到最大值。 樁側(cè)負(fù)摩阻力107 中性點(diǎn)位置還與時(shí)間因素、環(huán)境因素、地質(zhì)條件等有關(guān)，精確計(jì)算有困難，目前采用經(jīng)驗(yàn)估算法:l0樁周變形土層下限深度，即軟弱壓縮層厚度。 自樁頂算起的中性點(diǎn)深度。（可查表11.9按 計(jì)算） 中性點(diǎn)位置的確定中性點(diǎn)的位置取決于樁土間的相對位移： 當(dāng)樁側(cè)壓縮變形大，樁地下土層堅(jiān)硬，抗下沉量小，中性點(diǎn)下移； 反之，中性點(diǎn)位置上移。圖： 有負(fù)摩阻力時(shí)的荷載傳遞樁側(cè)的負(fù)摩阻力負(fù)摩阻力的計(jì)算負(fù)摩阻力產(chǎn)生的下拉荷載計(jì)算：（P246）下拉荷載Qgn：（11.13） 中性點(diǎn)以上第i層土的厚度（m）； 樁身周長（m）； 中性點(diǎn)以上第i層土樁負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，按下式計(jì)算： 樁周第i層土

31、負(fù)摩阻力系數(shù)，查表11.10 樁周第i層土平均豎向有效應(yīng)力（kPa)，（11.14） 由樁周土自重引起的豎向有效應(yīng)力，按式（11.15）計(jì)算見P247【例11.3】 地面均布荷載109 1）在預(yù)制樁表面涂一薄層瀝青；2）對鋼樁再加一層厚度為3mm的塑料薄膜(兼作防銹蝕用)；3）對現(xiàn)場灌注樁也可在樁與土之間灌注土漿等方法，來消除或降低負(fù)摩阻力的影響。 減小負(fù)摩阻力的措施樁側(cè)負(fù)摩阻力110 按樁身強(qiáng)度確定 （） 靜載荷試驗(yàn)法確定 （） 按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定 原位測試法（根據(jù)靜力觸探資料）（） 按經(jīng)驗(yàn)公式確定 （）（重點(diǎn)介紹） 按動力試樁法確定單樁豎向承載力確定(參考P237)111 1）按樁身強(qiáng)

32、度確定單樁豎向承載力特征值 Ra Ra 單樁豎向承載力特征值，kPa 基樁成樁工藝系數(shù)。根據(jù)樁的類型取值fc 砼軸心抗壓強(qiáng)度特征值，mm2 fy 縱向主筋抗壓強(qiáng)度特征值，kPa Aps 樁身橫截面積，mm2As 全部縱向主筋的截面積，mm2 3.3 單樁豎向承載力確定當(dāng)樁身配筋不符合有關(guān)規(guī)定時(shí)，則：（補(bǔ)充） 混凝土預(yù)制樁取0.85，干作業(yè)非擠土灌注樁取0.9，泥漿護(hù)壁非擠土灌注樁取0.70.8，軟土地區(qū)擠土灌注樁取0.6巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值kPa； 嵌巖段側(cè)阻和端阻綜和系數(shù), 查表11.6。 2） 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定單樁豎向承載力 Ra 先按下式確定單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk，則一般預(yù)制樁與

33、 中小直徑灌注樁大直徑樁嵌巖樁800mm 為界 3.8 單樁豎向承載力確定ppkisikpkskukAqlquQQQ+=+=（11.1）ppkpsisiksipkskukAqlquQQQyy+=+=(11.2)(11.3） 分別為i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，查表11.2 及極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，查表11.3 樁身周長,m； 樁周第i層土的厚度大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)，按表11.5取值樁徑為800mm的極限端阻標(biāo)準(zhǔn)值，按表11.4取值(P237)K取2.0例8-1某建筑工程的混凝土預(yù)制樁截面350mm350mm,樁長12.5 mm。樁長范圍內(nèi)有兩層土：第一層為淤泥層，厚5m；第二層為粘土層

34、，厚7.5m，液性指數(shù) 。擬采用3樁沉臺，試按經(jīng)驗(yàn)法確定該預(yù)制樁的基樁豎向承載力特征值 Ra。解：按公式：式(11.1）(1)從表11.2查得：淤泥層qs1k=15kPa黏土層：IL=0.275,按0.25IL0.5內(nèi)插得qs2k=71.6kPa(2)從表11.3查得（用插值法）黏土層：IL=0.275,按0.25IL0.50及980) 可取s=6080mm對應(yīng)的荷載。 沉降速率法s-lgt法 取破壞荷載的前一級荷載作為Qu圖 7 單樁Q-s曲線（轉(zhuǎn)127）單樁豎向極限承載力特征值：K安全系數(shù)，取K=2.0( 3)120 原理：在樁頂施加動荷載，使樁身產(chǎn)生加速度和土阻尼等效應(yīng)，通過設(shè)置于樁頂?shù)?/p>

35、傳感器量測此動力響應(yīng)信號（如位移、速度或加速度），據(jù)此分析確定樁身完整性或承載力。 高應(yīng)變法：一般以重錘敲擊樁頂，使樁貫入，樁土間產(chǎn)生相對位移，從而分析對樁的外來抗力，可同時(shí)測定樁身完整性與承載力。 低應(yīng)變法：施加的荷載遠(yuǎn)小于樁的使用荷載，不足以使樁產(chǎn)生相對位移，而只通過應(yīng)力波的反射和傳播，主要用以檢測樁身砼質(zhì)量。 按動力試樁法確定 3.3 單樁豎向抗壓承載力確定（教材中沒介紹）121 作用機(jī)理：水平荷載(力和彎矩）作用下，樁身產(chǎn)生橫向位移或撓曲變形，并擠壓樁側(cè)土體，同時(shí)樁側(cè)土反作用于樁，產(chǎn)生側(cè)向土抗力，樁土共同作用 破壞模式 剛性樁(ah2.5)：樁身剛體轉(zhuǎn)動破壞，承載力主要由樁的水平位移和

36、傾斜控制 柔性樁(ah2.5)：樁身發(fā)生擾曲變形，破壞時(shí)樁身某點(diǎn)彎矩超過截面抵抗矩或土體屈服失穩(wěn)，承載力由樁身水平位移及最大彎矩值控制 4 單樁水平承載力（不講）122 b1 樁身計(jì)算寬度（簡化為平面受力） EI樁身抗彎剛度時(shí)，對于鋼筋砼樁，取EI 0.85EcI0(建工)或0.80EcI0(路橋)，其中Ec為砼的彈模，I0為樁身截面慣性矩.a為樁的水平變形系數(shù)，量綱為L-1 h為樁的入土深度，m 地基土橫向抗力系數(shù)的比例系數(shù)(MN/m4)，受樁材和剛度、土類及其性質(zhì)、荷載作用方式、荷載水平、樁身水平位移等因素影響，對多層地基可取當(dāng)量m值計(jì)算，取層厚2(d+1)m；如無試驗(yàn)資料，m值可參照規(guī)范

37、表格4.4 單樁水平承載力123 多采用線彈性地基反力法。假設(shè)x與樁的水平位移x成正比。關(guān)鍵在于確定土體抗力系數(shù)沿深度的分布，分為： (a)常數(shù)法；(b)k法；(c)m法；(d) c法 4.4 單樁水平承載力124 微分方程的建立取一基樁微元體，由平衡條件可得撓曲微分方程 ： 采用冪級數(shù)求解：圖4.24 微元體受力示意圖 相關(guān)系數(shù)可查表確定。4.4 單樁水平承載力125 單樁水平靜載荷試驗(yàn)試驗(yàn)裝置： 加荷系統(tǒng)：千斤頂、試樁 位移觀測：百分表圖4.20 單樁水平靜載荷試驗(yàn)4.4 單樁水平承載力126 每級荷載大小 約為預(yù)估水平極限承載力的（1/10-1/15）。 讀數(shù)方法 每級加荷后恒載4min

38、測讀樁頂水平位移，然后卸載至零，停2min測讀殘余水平位移，如此循環(huán)5次，再施加下一級荷載。 終止加載條件 樁身折斷 樁頂水平位移超過3040mm 樁側(cè)地表出現(xiàn)明顯裂縫或隆起。試驗(yàn)方法 單樁水平靜載荷試驗(yàn)127 水平極限承載力的確定兩特征點(diǎn)對應(yīng)的荷載稱為臨界荷載Hcr和極限荷載Hu圖4.21 單樁H0 x0/H0曲線圖4.22 單樁H0g曲線128 4 群樁豎向承載力巖石土圖 13 群樁效應(yīng) 4.1 群樁基礎(chǔ)工作特點(diǎn)群樁效應(yīng)129 端承樁組成的群樁 樁底持力層剛硬，其受壓面積小，各樁間相互影響小，不必考慮群樁效應(yīng)。 群樁承載力各單樁承載力之和摩擦樁組成的群樁 樁頂作用荷載通過側(cè)阻傳至樁周土體，

39、并經(jīng)擴(kuò)散使樁底壓力分布范圍比樁身截面大很多。當(dāng)樁距小于某距離時(shí)（一般為6d），樁底應(yīng)力擴(kuò)散面積交叉重疊，與原來單樁端應(yīng)力疊加，使群樁樁底地基所受壓力比單樁大，故 群樁承載力各單樁承載力之和 4.1 群樁基礎(chǔ)工作特點(diǎn)效率系數(shù)：130 承臺下土對荷載的分擔(dān)作用 復(fù)合樁基: 由樁和承臺底地基土共同承擔(dān)荷載的樁基。 條 件: 樁及樁間土整體下沉，保證承臺底不脫空。 特 性: 承臺底分擔(dān)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(qiáng)，樁身彈性 壓縮產(chǎn)生樁土相對位移也使承臺底反力增 加。通常，沉臺底分擔(dān)荷載的比例可從百 分之十幾直至百分之三十。 4.1 群樁基礎(chǔ)工作特點(diǎn)確定基樁或復(fù)合基樁豎向承載力

40、特征值R（P241) 單樁豎向承載力特征值Ra(11.4）單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）； 安全系數(shù)，取K=2。（1）不考慮沉臺效應(yīng)時(shí)，基樁豎向承載力特征值 R即基樁豎向承載力特征值取單樁豎向承載力特征值（2）考慮沉臺效應(yīng)時(shí)，復(fù)合基樁豎向承載力特征值 R不考慮地震作用時(shí)：（11.5）考慮地震作用時(shí)：（11.6） 單樁豎向承載力特征值，按式（11.4）計(jì)算； 承臺效應(yīng)系數(shù)，按表11.7選取； 承臺下1/2沉臺寬且不超過5m深度范圍內(nèi)個(gè)土層的 地基承載力特征值，按厚度加權(quán)平均值?。?承臺底凈面積： 地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)，查建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 樁的根數(shù)；分別為承臺總面積及樁身截面積Nk Nkmax

41、 NEk NEkmax見教材P242式（11.8）（11.9）（11.10) 群樁豎向承載力計(jì)算1）樁基豎向承載力計(jì)算：樁基豎向承載力的計(jì)算應(yīng)滿足下列計(jì)算式：（1）荷載效應(yīng)基本組合： 軸心豎向力荷載，應(yīng)滿足：偏心豎向力荷載，應(yīng)滿足：（2）地震作用效應(yīng)組合：（11.11）(11.12）軸心豎向力荷載，應(yīng)滿足：偏心豎向力荷載，應(yīng)滿足：R 基樁或復(fù)合基樁豎向承載力特征值，kN（243） 4.2 群樁豎向承載力計(jì)算2）樁基豎向承載力特征值 R ：對于端承型樁基、樁數(shù)小于4根的摩擦型柱下獨(dú)立樁基、或由于某些因素不宜考慮承臺效應(yīng)的樁基，樁基的豎向承載力特征值應(yīng)取單樁豎向承載力特征值。 即 ： 考慮承臺效應(yīng)

42、的摩擦型樁基，復(fù)合基樁豎向承載力特征值可按下式計(jì)算：不考慮地震作用時(shí)：（ 29）考慮地震作用時(shí)：（ 30）承臺效應(yīng)系數(shù)，可按表 13取值。承臺下1/2承臺寬且不超過5m深度范圍內(nèi)各層土的 的厚度加權(quán)平均值，kPa。計(jì)算基樁所對應(yīng)的承臺底凈面積，m2。135 要求 和淺基礎(chǔ)一樣，樁基設(shè)計(jì)也應(yīng)符合安全、合理和經(jīng)濟(jì)的要求。 6 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 基本原則 對樁和承臺有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性； 對地基（主要是樁端持力層）有足夠的承載力 和不產(chǎn)生過量的變形。(P289)136 豎向承載力驗(yàn)算 軟弱下臥層承載力驗(yàn)算 豎向抗拔承載力及負(fù)摩阻力驗(yàn)算 水平承載力驗(yàn)算 沉降驗(yàn)算 樁基礎(chǔ)驗(yàn)算內(nèi)容 6 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)137 設(shè)計(jì)步驟 收集有關(guān)資料； 確定樁基持力層； 選擇樁材，確定樁型、外形尺寸和構(gòu)造； 定單樁承載力設(shè)計(jì)值； 初擬樁的數(shù)量和平面布置； 初擬承臺的輪廓尺寸及承臺底標(biāo)高； 驗(yàn)算作用于單樁上的豎向和橫向荷載； 驗(yàn)算承臺尺寸及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度； 必要時(shí)驗(yàn)算樁基整體承載力和沉降量，若樁端下有軟弱下 臥層，驗(yàn)算軟弱下臥層地基承