第四章+樁基礎(chǔ)4.3

第四章+樁基礎(chǔ)4.3第一頁，共56頁。樁頂沉降＝樁端沉降＋樁身壓縮量樁頂軸力Q＝樁側(cè)總阻力Qs+樁端總阻力Qp樁側(cè)摩阻力與樁側(cè)表面的法向壓力及樁土界面相對位移成正比。側(cè)阻的深度效應(yīng)FACTS單樁軸向荷載的傳遞機(jī)理2023/4/222第二頁，共56頁。樁側(cè)(端)阻力與樁體位移的關(guān)系（1）直徑0.8m,樁長20m極限荷載：7MN工作荷載：3.5MN6mm100mm2023/4/223第三頁，共56頁。樁側(cè)阻力的發(fā)揮所需的樁身位移遠(yuǎn)小樁端阻力的所需的位移。樁側(cè)阻力發(fā)揮先于樁端阻力。工作狀態(tài)下，摩擦樁的位移遠(yuǎn)小于端承樁的位移。2023/4/224第四頁，共56頁。樁側(cè)(端)阻力與樁體位移的關(guān)系（2）極限樁側(cè)阻力對應(yīng)的δu數(shù)值：粘性土4~6mm;砂類土6~10mm極限樁端阻力對應(yīng)的δu數(shù)值：粘性土d/10~d/4（d為樁徑）；砂類土d/12~d/102023/4/225第五頁，共56頁。樁的長徑比l/d(1)

影響荷載傳遞的另一個主要因素短樁<10中長樁10~40長樁40~100超長樁>100長徑比很大的樁都屬于摩擦樁。2023/4/226第六頁，共56頁。樁的長徑比l/d(2)樁越長，端阻力所占的比例越低2023/4/227第七頁，共56頁。影響荷載傳遞的因素

基于Mattes－Poulos線彈性理論Eb/Es愈大，傳到樁端荷載愈大

Ep/Es愈大，傳到樁端荷載愈大D/d愈大，傳到樁端荷載愈大l/d愈大，傳到樁端荷載愈小Es:樁周土層的剛度Eb:樁端土層的剛度Ep:樁身材料的剛度D:樁端的直徑d:樁身的直徑l:樁長2023/4/228第八頁，共56頁。單樁受力

的控制方程?2023/4/229第九頁，共56頁。

極限摩阻力可用類似于土的抗剪強(qiáng)度的庫倫表達(dá)式：

式中ca和a為樁側(cè)表面與土之間的附著力和摩擦角，x為深度z處作用于樁側(cè)表面的法向壓力，它與樁側(cè)土的豎向有效應(yīng)力成正比例，即：樁側(cè)摩阻力

樁截面位移樁側(cè)摩阻力OCDAB2023/4/2210第十頁，共56頁。樁側(cè)摩阻力計算深度z處的單位側(cè)阻時，如取則側(cè)阻將隨深度線性增大。然而砂土中的模型樁試驗表明，當(dāng)樁入土深度達(dá)到某一臨界值后，側(cè)阻就不隨深度增加了，這個現(xiàn)象稱為側(cè)阻的深度效應(yīng)。樁側(cè)極限摩阻力與所在的深度、土的類別和性質(zhì)、成樁方法等許多因素有關(guān)。2023/4/2211第十一頁，共56頁。摩擦退化現(xiàn)象

(FRICTIONDEGRADATION)2023/4/2212第十二頁，共56頁。樁端阻力按土體極限平衡理論導(dǎo)得的、用于計算樁端阻力的極限平衡理論公式有很多?？山y(tǒng)一表達(dá)為端阻的深度效應(yīng)當(dāng)樁端入土深度小于某一臨界值時，極限端阻隨深度線性增加。而大于該深度后則保持不變。該深度隨持力層密度的提高、上覆荷載的減小而增大。2023/4/2213第十三頁，共56頁。樁側(cè)阻和端阻的安全儲備通常情況下，單樁受荷過程中樁端阻力的發(fā)揮不僅滯后于樁側(cè)阻力，而且其充分發(fā)揮所需的樁底位移位比樁側(cè)摩阻力到達(dá)極限所需的被身截面位移值大得多。對于粗短的支承于堅硬基巖的樁，一般清底好、且樁不太長，樁身壓縮量小和樁端沉降小，在樁側(cè)阻力尚未充分發(fā)揮時便因樁身材料強(qiáng)度的破壞而失效。因此．對工作狀態(tài)下的單樁，除支承于堅硬基巖的粗短的樁外，樁端阻力的安全儲備一般大于樁側(cè)摩阻力的安全儲備。規(guī)范采用單一的安全系數(shù)是否合理？2023/4/2214第十四頁，共56頁。

單樁靜載荷試驗所得的荷載—沉降（Q~s）關(guān)系曲線可大體分為陡降型（A）和緩變型（B）兩類形態(tài)。陡降型緩變型（變形控制）2023/4/2215第十五頁，共56頁。單樁承載力的確定決定因素樁身材料強(qiáng)度地層的支承力方法：理論計算，按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定靜載荷試驗規(guī)范公式2023/4/2216第十六頁，共56頁。樁身材料強(qiáng)度按材料強(qiáng)度計算低承臺樁基的單樁承載力時，可把樁視作軸心受壓桿件，而且不考慮縱向壓屈的影響（取縱向彎曲系數(shù)為1），這是由于樁周存在土的約束作用之故。對于通過很厚的軟粘土層而支承在巖層上的端承型樁或承臺底面以下存在可液化土層的樁以及高承臺樁基，則應(yīng)考慮壓屈影響。2023/4/2217第十七頁，共56頁。按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定以土力學(xué)原理為基礎(chǔ)。根據(jù)樁側(cè)阻力、樁端阻力的破壞機(jī)理，按靜力學(xué)原理，分別對樁側(cè)阻力和樁端阻力進(jìn)行計算。由于計算模式、強(qiáng)度參數(shù)實際的某些差異，計算結(jié)果的可靠性受到限制，往往只用于一般工程或重要工程的初步設(shè)計階段，或與其他方法綜合比較來確定承載力。2023/4/2218第十八頁，共56頁。按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定一般的表達(dá)式2023/4/2219第十九頁，共56頁。軟土中樁的承載力長期？短期？排水？不排水？軟土中，長期的、排水樁端承載力很多情況下比不排水承載力高很多。但多采用不排水承載力。為什么?軟土中發(fā)揮長期承載力時變形大，往往超過大多數(shù)結(jié)構(gòu)物所能承受的變形。樁需要足夠短期承載力防止發(fā)生不排水破壞。2023/4/2220第二十頁，共56頁。軟土中樁的承載力（不排水）樁端Qbu

Qbu=Nccu

Nc=9樁側(cè)Qsu Qsu=aCu2023/4/2221第二十一頁，共56頁。靜載荷試驗法靜載荷試驗是評價單樁承載力諸法中可靠性較高的一種方法。缺點(diǎn)：時間長；費(fèi)用高。

千斤頂

基

準(zhǔn)

梁

試樁

錨樁試驗裝置示意圖

次梁

拉桿

錨樁主筋

錨樁

試樁

次梁

基準(zhǔn)梁

基準(zhǔn)樁

主梁

錨樁主梁

錨樁橫梁反力方式2023/4/2222第二十二頁，共56頁。錨樁橫梁方式

千斤頂

基

準(zhǔn)

梁

試樁

錨樁試驗裝置示意圖

次梁

拉桿

錨樁主筋

錨樁

試樁

次梁

基準(zhǔn)梁

基準(zhǔn)樁

主梁

錨樁主梁

2023/4/2223第二十三頁，共56頁。壓重平臺方式次梁

主梁

支

承

墩

支

承

墩

千斤頂

千斤頂

堆載試驗裝置示意圖

2023/4/2224第二十四頁，共56頁。地錨方式

傘形地錨裝置示意圖

拉桿

立柱

橫梁

千斤頂

地

錨

試樁

2023/4/2225第二十五頁，共56頁。錨樁斜拉方式2023/4/2226第二十六頁，共56頁。錨樁斜拉方式2023/4/2227第二十七頁，共56頁。試驗加荷分級要求及數(shù)據(jù)處理加荷分級不應(yīng)少于8級，每級加載量宜為預(yù)估極限荷載的1/8~1/10。025507510012515017520003672108144180s(mm)

Q(kN)×100第二拐點(diǎn)Qu

第一拐點(diǎn)

0510152025303540455055606570110100100010000lgt

(min)300kN400kN500kN600kN700kN800kNY0

(mm)2023/4/2228第二十八頁，共56頁。試驗中止條件符合下列條件之一時可終止加載：當(dāng)荷載～沉降(Q~s)曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且樁頂總沉降量超過40mm;Δsn+1/Δsn≥2，且經(jīng)24h尚未達(dá)到穩(wěn)定；25m以上的非嵌巖樁，Q~s曲線呈緩變型時，樁頂總沉降量大于60~80mm；在特殊情況下，可根據(jù)具體要求加載至樁頂總沉降量大于100mm。2023/4/2229第二十九頁，共56頁。單樁豎向極限承載力Qu的確定作荷載～沉降(Q~s)曲線和其他輔助分析所需的曲線。當(dāng)陡降段明顯時，取相應(yīng)于陡降段起點(diǎn)的荷載值。當(dāng)出現(xiàn)終止加載條件第二款的情況，取前一級荷載值。Q~s曲線呈緩變型時，取樁頂總沉降量s=40mm所對應(yīng)的荷載值，當(dāng)樁長大于40m時，宜考慮樁身的彈性壓縮。2023/4/2230第三十頁，共56頁。Davisson’smethod第三十一頁，共56頁。檢測樁數(shù)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計檢測數(shù)量在同一條件下不應(yīng)少于3根，且不宜少于總樁數(shù)的1%；當(dāng)工程樁總數(shù)在50根以內(nèi)時，不應(yīng)少于2根。計算參加統(tǒng)計的極限承載力的平均值，當(dāng)滿足其極差不超過平均值的30%時，可取其平均值為單樁豎向極限承載力Qu；當(dāng)極差超過平均值的30%時，宜增加試樁數(shù)并分析離差過大的原因，結(jié)合工程具體情況確定極限承載力Qu。對樁數(shù)為3根及3根以下的柱下樁臺，則取最小值為單樁豎向極限承載力Qu。單樁豎向承載力特征值

Ra=Qu/22023/4/2232第三十二頁，共56頁。擠土樁試驗的休止時間

土的類別

休止時間（d）砂土7粉土10粘性土非飽和15飽和252023/4/2233第三十三頁，共56頁。規(guī)范經(jīng)驗公式(1)式中Ra——單樁豎向承載力特征值；qpa、qsia——樁端端阻力、樁側(cè)阻力特征值，由當(dāng)?shù)仂o載荷試驗結(jié)果統(tǒng)計分析算得（查表）；Ap——樁底橫截面面積；up——樁身周邊長度；li——第i層巖土的厚度。2023/4/2234第三十四頁，共56頁。規(guī)范經(jīng)驗公式(2)當(dāng)樁端嵌入完整或較完整的硬質(zhì)巖中時，單樁豎向承載力特征值可按下式估算：

Ra=qpaAp（4-23）式中qpa為樁端巖石承載力特征值,可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》附錄H用巖基載荷試驗方法確定，或根據(jù)室內(nèi)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算：

qpa=ψrfrk（4-24）式中frk——巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》附錄J確定；ψr——折減系數(shù)。2023/4/2235第三十五頁，共56頁。例題某承臺下設(shè)置了3根直徑為480mm的灌注樁，樁長10.5m，樁側(cè)土層自上而下依次為：淤泥，厚6m，qsia=7kPa；粉土，厚2.5m，qsia=28kPa；粘土，很厚（樁端進(jìn)入該層2m），qsia=35kPa，qpa=1800kPa。試計算單樁豎向承載力特征值。2023/4/2236第三十六頁，共56頁。豎向荷載作用下群樁效應(yīng)群樁效應(yīng)樁基一般由多根樁和連接上部結(jié)構(gòu)的承臺組成，群樁中的每根樁稱為基樁。由于承臺、樁、土相互作用，基樁的承載力和沉降性狀往往與相同地質(zhì)條件和設(shè)計方法的單樁有顯著區(qū)別，這種現(xiàn)象稱為群樁效應(yīng)。問題：單樁承載力加起來等于群樁承載力？群樁效應(yīng)系數(shù)η：>1=1<12023/4/2237第三十七頁，共56頁。端承型群樁基礎(chǔ)端承型群樁中基樁（樁群中的單樁）與（獨(dú)立）單樁相近，樁與樁的相互作用、承臺與土的相互作用，都小到可忽略不計，端承型群樁的承載力可近似取為各單樁承載力之和。η＝1。

巖石土2023/4/2238第三十八頁，共56頁。摩擦型群樁基礎(chǔ)

承臺底面脫離地面的情況

（非復(fù)合樁基）當(dāng)樁距小于3d（d為樁徑）時，樁端處應(yīng)力重疊現(xiàn)象嚴(yán)重；當(dāng)樁距大于6d時，應(yīng)力重疊現(xiàn)象較小。對打入較疏松的砂類土和粉土中的擠土群樁，其樁間土和樁端土被明顯擠密，所以群樁效應(yīng)系數(shù)η常大于1。應(yīng)力重疊沉降增加單樁承載力下降，η<1。

2023/4/2239第三十九頁，共56頁。摩擦型群樁基礎(chǔ)

承臺底面貼地的情況（復(fù)合樁基）由摩擦型樁組成的群樁基礎(chǔ)，當(dāng)其承受豎向荷載而沉降時，承臺底面一般與地基土緊密接觸，因此承臺底面必產(chǎn)生土反力，從而分擔(dān)了一部分荷載，使樁基承載力隨之提高。考慮到一些因素可能會導(dǎo)致承臺底面與基土脫開（例如擠土樁施工時產(chǎn)生的孔隙水壓力會在承臺修筑后繼續(xù)消散而引起地基土固結(jié)下沉），為了保證安全可靠，設(shè)計時一般不考慮承臺貼地時承臺底反力對樁基承載力的貢獻(xiàn)。

2023/4/2240第四十頁，共56頁。經(jīng)驗總結(jié)設(shè)計群樁基礎(chǔ)時，一般可不考慮群樁效應(yīng)對單樁豎向承載力的影響，即取群樁效應(yīng)系數(shù)η＝1，但對摩擦型樁基、設(shè)計等級為甲級以及部分乙級的建筑物樁基，必須進(jìn)行沉降驗算，以確保樁基沉降不超過允許值。2023/4/2241第四十一頁，共56頁。減沉樁基

按淺基礎(chǔ)設(shè)計時，若地基強(qiáng)度足夠或略差一些，但地基變形不滿足要求，這時可設(shè)置少量的樁以減少地基變形。減沉樁特點(diǎn)：1)是摩擦型樁；2)樁頂荷載接近或達(dá)到其極限承載力(樁身材料強(qiáng)度要有一定的安全儲備）；3)樁距大減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)見行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ94－2008)

淺基礎(chǔ)

減沉樁基礎(chǔ)樁筏基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)

復(fù)合樁基

筏基分擔(dān)比例100%≥50%<50%02023/4/2242第四十二頁，共56頁。

樁的質(zhì)量檢驗采用某種方法設(shè)置于土中的預(yù)制樁，或在地下隱蔽條件下成型的灌注樁，均應(yīng)進(jìn)行施工監(jiān)督、現(xiàn)場記錄和質(zhì)量檢測，以保證質(zhì)量，減少隱患。特別是大直徑樁采用一柱一樁的工程，樁基的質(zhì)量檢測就更為重要。2023/4/2243第四十三頁，共56頁。檢測常用的方法1）開挖檢查這種方法只能對所暴露的樁身進(jìn)行觀察檢查。2）抽芯法。在灌注樁樁身內(nèi)鉆孔（直徑100～150mm），了解混凝土有無離析、空洞、樁底沉渣和入泥等情況，取混凝土芯樣進(jìn)行觀察和單軸抗壓試驗。有條件時可采用鉆孔電視直接觀察孔壁孔底質(zhì)量。2023/4/2244第四十四頁，共56頁。2023/4/2245第四十五頁，共56頁。3）聲波檢測法。利用超聲波在不同強(qiáng)度（或不同彈性模量）的混凝土中傳播速度的變化來檢測樁身質(zhì)量。為此，預(yù)先在樁中埋入3～4根金屬管，然后，在其中一根管內(nèi)放入發(fā)射器，而在其它管中放入接收器，并記錄不同深度處的檢測資料。2023/4/2246第四十六頁，共56頁。第四十七頁，共56頁。4）動測法。包括PDA（打樁分析儀）等大應(yīng)變動測、PIT（樁身結(jié)構(gòu)完整性分析儀）和其它（如錘擊激振、機(jī)械阻抗、水電效應(yīng)、共振等）小應(yīng)變動測。對于等截面、質(zhì)地較均勻的預(yù)制