文檔第7章-樁基礎(chǔ)

PAGEPAGE4第7章樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)由設(shè)置于土中的基樁和承接結(jié)構(gòu)荷載的承臺(tái)共同組成如圖7－1所示，根據(jù)承臺(tái)的位置高底，可分為低承臺(tái)樁基礎(chǔ)和高承臺(tái)樁基礎(chǔ)兩種。若樁身全部埋入土中，承臺(tái)底面土體接觸則稱為高承臺(tái)樁基礎(chǔ);若樁身上部露出地面面承臺(tái)底面位于地面以上則稱為高承臺(tái)樁基礎(chǔ)。由于承臺(tái)位置的不同，兩種樁基礎(chǔ)中基樁的力、變形情況也不一樣，因而其設(shè)計(jì)方法也不相同。建筑物樁基礎(chǔ)通常為低承臺(tái)樁基礎(chǔ)，而碼頭、橋梁等構(gòu)筑物經(jīng)常采用高承臺(tái)樁基礎(chǔ)?；鶚妒侵溉簶痘A(chǔ)中的單樁，群樁基礎(chǔ)是由兩根以上基樁組成的樁基礎(chǔ)；單樁基礎(chǔ)是采用一根樁（通常為大直徑樁）承受和傳遞上部結(jié)構(gòu)（通常為柱）荷載的獨(dú)立基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)的功能及適用條件樁基礎(chǔ)的功能樁基礎(chǔ)的主要功能是將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳至地下較深的密實(shí)或低壓縮性的土層中，以滿足承載力和沉降的要求。樁基礎(chǔ)也可用來承受上拔力、水平力，或承受垂直、水平、上拔荷載的共同作用以及機(jī)器產(chǎn)生的振動(dòng)和動(dòng)力作用等。適用條件樁基礎(chǔ)的適用條件主要根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較以及施工條件而定。與其它深基礎(chǔ)相比，樁基礎(chǔ)的適用范圍最廣，一般來說，在下列情況下可考慮選用樁基礎(chǔ)方案：（1）高、重建筑物下的淺層地基土承載力與變形不能滿足要求時(shí)；（2）地基軟弱，而采用地基加固措施在技術(shù)上不可行或經(jīng)濟(jì)上不合理時(shí)，或地基土性特殊，如液化土、濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)性凍土等特殊土?xí)r；（3）除了存在較大的垂直荷載外，還有較大的偏心荷載、水平荷載、動(dòng)力荷載及周期性荷載作用時(shí)；（4）上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的不均勻沉降相當(dāng)敏感，或建筑物受相鄰建筑或大面積地面荷載的影響時(shí)；（5）對(duì)精密或大型的設(shè)備基礎(chǔ)需要減少基礎(chǔ)振幅，減弱基礎(chǔ)振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，或應(yīng)控制基礎(chǔ)沉降和沉降速率時(shí)；（6）地下水位很高，采用其它基礎(chǔ)形式施工困難，或位于水中的構(gòu)筑物基礎(chǔ)，如橋梁、碼頭、采油鉆井平臺(tái)等；（7）需要長(zhǎng)期保存、具有重要?dú)v史意義的建筑物。7-1樁基礎(chǔ)的類型根據(jù)樁的不同分類標(biāo)準(zhǔn)，樁基礎(chǔ)有不同的分類。按承載性狀分類樁在豎向荷載作用下，樁頂荷載由樁側(cè)摩擦阻力和樁端阻力共同承受。根據(jù)樁側(cè)阻力和樁端阻力的發(fā)揮程度和荷載分擔(dān)比，將樁分為摩擦型樁、端承摩擦樁兩大類和摩擦樁、端承摩擦樁、端承樁、摩擦端承樁四個(gè)亞類。摩擦型樁是指在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載全部或主要由樁側(cè)阻力承受。根據(jù)樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載的程度，摩擦型樁分為摩擦樁和端承摩擦樁兩類。在實(shí)際工程中，純粹的摩擦樁是沒有的。在深厚的軟弱土層中當(dāng)無較硬的土層作為樁端持力層或樁端持力層雖然較堅(jiān)硬但樁的長(zhǎng)徑比l/d很大，傳遞到樁端的軸力很小，以致在極限荷載作用下，樁頂荷載絕大部分由樁側(cè)阻力承受，樁端阻力很小可忽略不計(jì)，這類樁可視作摩擦樁；而當(dāng)樁的長(zhǎng)徑比l/d不大，且樁端持力層有較為堅(jiān)硬的土層時(shí)，樁頂荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，但大部分荷載由樁側(cè)阻力承受的樁，稱為端承摩擦樁。端承型樁是指在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承受。根據(jù)樁端阻力分擔(dān)荷載的程度，端承型樁可分為端承樁和摩擦端承樁兩類。若樁端進(jìn)入較堅(jiān)硬的土層如中密以上的砂土、碎石類土或中、微風(fēng)化巖層中，樁頂荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，但主要由樁端阻力承受時(shí)，稱為摩擦端承樁。而當(dāng)樁的長(zhǎng)徑比l/d較?。ㄒ簧硇∮?0），樁端座落在堅(jiān)硬的土層如密實(shí)砂層、碎石類土或中、微風(fēng)化巖層中，樁頂荷載絕大部分由樁端阻力承受，樁側(cè)阻力很小可忽略不計(jì)時(shí)，可視為端承樁。按使用功能分類根據(jù)樁的使用功能可分為豎向抗壓樁（抗壓樁）、豎向抗拔樁（抗拔樁）、水平受荷樁及復(fù)合受荷樁等。豎向抗壓樁主要承受上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載，一般建筑樁基在正常工作條件下都屬于此類樁。設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行豎向承載力驗(yàn)算，必要時(shí)還要驗(yàn)算沉降量和軟弱下臥層的承載力。豎向抗拔樁主要承受豎直向上拉拔荷載，如水下抗浮力的錨樁、靜荷載試驗(yàn)的錨樁、輸電塔和微波發(fā)射塔的樁基等，都屬于此類樁。設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂、抗拔承載力驗(yàn)算。水平受荷樁主要承受水平荷載，此類樁有港口工程的板樁、深基坑的護(hù)坡樁以及坡體抗滑樁等。設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂、抗彎承載力及水平位移驗(yàn)算。復(fù)合受荷樁是指承受豎向、水平荷載均較大的樁，此類樁受力狀態(tài)比較復(fù)雜，應(yīng)按豎向抗壓樁及水平受荷樁的要求進(jìn)行驗(yàn)算。3、按樁身材料分類根據(jù)樁身材料的不同，樁可分為混凝土樁、木樁、鋼樁和組合材料樁。各種混凝土樁是目前使用最廣泛的樁，分為預(yù)制混凝土樁（簡(jiǎn)稱預(yù)制樁）和就地灌注混凝土樁（簡(jiǎn)稱灌注樁）。預(yù)制樁是在工廠或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先制成，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用專用機(jī)械將樁沉入土中形成的樁。灌注樁是在現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)樁位上直接采用機(jī)械或人工成孔，然后灌住混凝土而成的樁，根據(jù)采用的成孔方法和手段不同，又分別稱為鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、人工挖孔灌注樁等。木樁在當(dāng)今已不常用，其承載力不大，壽命也不長(zhǎng)，，一般用于臨時(shí)工程，使用時(shí)宜作防腐處理。常見的鋼樁有型鋼樁兩類，型鋼樁用的較多的是H型鋼樁和工字型鋼樁。由于成本高，我國(guó)只在少數(shù)重點(diǎn)工程中使用，如上海寶鋼曾采用直徑914.4mm、壁厚16mm長(zhǎng)61m等幾種規(guī)格的鋼管樁。組合材料樁是指用兩種或兩種以上材料組合而成的樁，如鋼管內(nèi)填充混凝土形成鋼管混凝土樁、上部樁身和下部樁身采用不同的材料的樁等。4、按成型過程中擠土效應(yīng)分類根據(jù)成型過程中擠土效應(yīng)將樁分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁。非擠土樁是指在設(shè)置樁時(shí)，先將孔中土體取出，對(duì)樁周土不產(chǎn)生擠土作用的樁，如人工挖土灌注樁、鉆孔灌注樁等。部分?jǐn)D土樁是指在設(shè)置樁時(shí)孔中部分或小部分土體取出，對(duì)樁周土有部分?jǐn)D土作用的樁，如預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁、底端開口預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等。擠土樁是指在設(shè)置樁時(shí)孔中土未曾取出，完全是擠入土中的樁，如沉管灌注樁、預(yù)制樁等。按樁徑大小分類根據(jù)樁身直徑的大小可以分為小樁、中等直徑樁、大直徑樁。小樁是指樁徑d≤250mm的樁，一般用于基礎(chǔ)加固和復(fù)合基礎(chǔ)。中樁直徑是指樁徑250<d<800mm的樁，建筑樁基應(yīng)用較多。試樁、錨樁和基準(zhǔn)樁之間的中心距離反力系統(tǒng)試樁與錨樁（或壓重平臺(tái)支座墩邊）試樁與基準(zhǔn)樁基準(zhǔn)樁與錨樁（或壓重平臺(tái)支座墩邊）錨樁橫梁反力裝置壓重平臺(tái)反力裝置≥4d且>2.0m≥4d且>2.m≥4d且>2.m注d――試樁或錨樁的設(shè)計(jì)直徑，取其較大者（如試樁或錨樁為擴(kuò)底樁時(shí)，試樁與錨樁的中心距尚不小于2倍擴(kuò)大端直徑）。對(duì)于灌注樁，應(yīng)在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方能進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。對(duì)于預(yù)制樁，由于沉樁擾動(dòng)強(qiáng)度下降有待恢復(fù)，因此在砂土中沉樁7天后，粘性土中沉樁15天后，飽和軟粘土中沉樁25天后才能進(jìn)行靜載試驗(yàn)。靜載荷試驗(yàn)時(shí)，加荷分級(jí)不應(yīng)小于8級(jí)，每級(jí)加載量宜為預(yù)估限荷載的1/8~1/10。測(cè)讀樁沉降量的間隔時(shí)間為：每級(jí)加載后，第5、10、15min時(shí)各測(cè)讀一次，以后每15min測(cè)讀一次，累計(jì)一小時(shí)后每隔半小時(shí)測(cè)讀一次。在每級(jí)荷載作用下，樁的沉降量連續(xù)兩次在每小時(shí)內(nèi)小于0.1mm時(shí)可視為穩(wěn)定，穩(wěn)定后即可加下一級(jí)荷載。符合下列條件之一時(shí)可終止加載：當(dāng)荷載一沉降曲線上有可判斷極限承載力的陡降段，且樁頂總沉降量超過40mm；后一級(jí)荷載產(chǎn)生的沉降量超過前一級(jí)荷載沉降增量的2倍，且24小時(shí)尚未達(dá)到穩(wěn)定；樁長(zhǎng)25m以上的非嵌巖樁，荷載一沉降曲線呈現(xiàn)緩變型時(shí)，樁頂總沉降量大于60~80mm；在特殊條件下，可根據(jù)具體要求加載至樁頂總沉降量大于100mm。卸載時(shí)，每級(jí)卸載值為加載值的兩倍，卸載后隔15min測(cè)讀一次樁頂百分表讀數(shù)，讀二次后，隔半小時(shí)再讀一次，即可卸下一級(jí)荷載。全部卸載后，隔3~4h再測(cè)讀一次樁頂百分表讀數(shù)。單樁豎抽權(quán)限承載力可以根據(jù)荷載沉降（Q-s）曲線，按下列方法確定：當(dāng)陡降段明顯時(shí)，取相應(yīng)于陡降段起點(diǎn)的荷載值為極限承載力；當(dāng)Q-s曲線呈緩變型時(shí)，取樁頂總沉降量s=40mm所對(duì)應(yīng)的荷載作為極限承載力；當(dāng)試驗(yàn)過程中，因最后一級(jí)荷載24h尚未終止加載時(shí)，取前一級(jí)荷載為極限承載力；按上述方法判斷極限承載力有困難時(shí)，可取沉降－時(shí)間（s-lgt）曲線尾部出現(xiàn)明顯下彎曲的前一級(jí)荷載作為極限承載力；對(duì)樁基沉降有特殊要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況選取極限承載力。將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2，即得到單樁豎向承載力特征值Ra。7－5樁基礎(chǔ)的沉降驗(yàn)算《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，樁基礎(chǔ)的沉降不得超過建筑物的沉降允許值，并不得超過第三章表3－15規(guī)定的地基變形允許值。規(guī)范還規(guī)定下列建筑物的樁基礎(chǔ)必須進(jìn)行沉降驗(yàn)算：地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的建筑物樁基；體型復(fù)雜、荷載不均勻或樁端以下存在軟弱土層的設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)的建筑物樁基；摩擦型樁基。計(jì)算樁基礎(chǔ)沉降時(shí)，最終沉降量可按單向壓縮分層總和法計(jì)算樁端以下壓縮土層的總變形量。考慮到樁端處的應(yīng)力集中，土體的計(jì)算分層厚度在樁端以下規(guī)定范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)加密。實(shí)際工程計(jì)算時(shí)，一般區(qū)域計(jì)算層厚度取1m，加密區(qū)域計(jì)算層厚度取0.1m，已能保證足夠的精度。具體計(jì)算方法參看《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄R及本章第六節(jié)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例。五、樁的負(fù)摩阻力在一情況下，樁在荷載作用下產(chǎn)生沉降，土對(duì)樁的摩阻力與樁的位移方向相反，向上起著支承作用，即為正摩阻力。但如果樁周土層由于某些原因產(chǎn)生了相對(duì)樁向下位移，就會(huì)在樁側(cè)產(chǎn)生向下的摩阻力，稱為負(fù)摩阻力。引起負(fù)摩阻力的原因有多種，如樁周為欠固結(jié)土或新填土，在自重作用下繼續(xù)固結(jié)而下沉；由于地下水們?nèi)嫦陆凳雇恋挠行?yīng)力增大，而引起樁周土的大面積沉降；大面積堆載使樁周土層產(chǎn)生壓縮變形等。負(fù)摩阻力實(shí)際上對(duì)樁施加一個(gè)下拉荷載，使樁身向力增大，而使樁的承載能力降低，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起重視。六、對(duì)于高聳的塔式結(jié)構(gòu)物（如高壓輸電塔、電視塔、微波通訊塔、海洋石油平臺(tái)等）的樁基、承受巨大浮力作用的基礎(chǔ)（如地下室、地下油罐、取水泵房等）、以及承受巨大水平荷載的樁結(jié)構(gòu)（如碼頭、橋頭、擋土墻下的斜樁），都需要驗(yàn)算樁的抗拔承載力。樁的抗拔承載力特征值主要取決于樁身材料強(qiáng)度及樁與土之間抗拔側(cè)阻力和樁身自重。單樁抗拔承載力特征值可以通過抗拔靜載荷試驗(yàn)得到，其試驗(yàn)方法與抗壓靜載荷試驗(yàn)類似。樁的水平承載力建筑工程的樁基礎(chǔ)大多以承受豎向荷載為主,但在風(fēng)荷、地震荷載、機(jī)械制動(dòng)荷載或土壓力、水壓力等作用下,也將承受一定的水平荷載.尤其是橋梁工程中的樁基,除了滿足樁基的豎向承載力要求之外,還必須對(duì)樁基的水平承載里進(jìn)行驗(yàn)算.在水平荷載和彎矩作用下,樁身撓曲變形,并擠壓樁側(cè)土體,土體對(duì)樁側(cè)產(chǎn)生水平抗力,其大小和分布與樁的變形、土質(zhì)條件以及樁的入土深度等因素有關(guān).在出現(xiàn)破壞以前,樁身的水平位移與土的變形的協(xié)調(diào)的,相應(yīng)地樁身產(chǎn)生內(nèi)力.隨著位移和內(nèi)力的增大,對(duì)于低配筋的灌注樁而言,通常樁身首先出現(xiàn)裂縫,然后斷裂破壞;對(duì)于、抗彎性能好的混凝土預(yù)制樁,樁身雖圍斷裂,但樁側(cè)土體明顯開裂和隆起,樁的水平位移將超出建筑物變形允許值,使樁處于破壞狀態(tài).單樁水平承載力特征值取決于仗的材料強(qiáng)度、截面剛度、入土深度、土質(zhì)條件、樁頂水平位移允許值和樁頂嵌固情況等因素,應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)水平荷載試驗(yàn)確定.必要時(shí)可進(jìn)行帶承臺(tái)樁的荷載試驗(yàn).樁基抵抗水平力很大程度上依賴于承臺(tái)底阻力和承臺(tái)側(cè)面抗力,帶承臺(tái)樁基的水平荷載試驗(yàn)?zāi)芊从硺痘谒搅ψ饔孟碌膶?shí)際工作狀況.當(dāng)作用在樁基上的外力主要為水平力時(shí),應(yīng)根據(jù)使用要求對(duì)樁頂變位的限制,對(duì)樁基水平承載力進(jìn)行驗(yàn)算.當(dāng)外力作用面的樁距較大時(shí),樁基的水平承載力可視為各單樁的水平承載力的總和.當(dāng)承臺(tái)側(cè)面的土未經(jīng)擾動(dòng)或回填密實(shí)時(shí),應(yīng)計(jì)算土抗力的作用.當(dāng)水平推力較大時(shí),可設(shè)斜樁來承擔(dān)水平推力.帶承臺(tái)樁基水平荷載試驗(yàn)采用慢速維持荷載法,用一確定長(zhǎng)期荷載下的樁基水平承載力和地基土水平反力系數(shù).加載分級(jí)及每級(jí)荷載穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)可按單樁豎向靜荷載試驗(yàn)的方法.當(dāng)加載至樁身破壞或位移超過30～40mm(軟土去大值)是停止加載.卸載按2倍加載等級(jí)逐漸卸載,每30min卸一級(jí)載,并于每次卸載前測(cè)讀位移.根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制荷載位移Ho-Xo曲線及荷載位移梯度Ho-(△Xo/△Ho)曲線,取Ho-(△Xo/△Ho)曲線的第一拐點(diǎn)為臨界荷載,取第二拐點(diǎn)或Ho-Xo曲線的陡降起點(diǎn)為極限荷載.若裝身設(shè)有應(yīng)力測(cè)讀裝置,還根據(jù)最大彎距點(diǎn)變化特征判定臨界荷載和極限荷載.臨界荷載Hcr是指樁身開裂,受拉區(qū)混凝土不參加工作是的裝頂水平荷載.極限荷載Hu是相當(dāng)于樁身應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)的樁頂水平荷載.對(duì)于鋼筋混凝土預(yù)制樁、鋼柱、樁身全截面配筋率不小于0.65%的灌注柱,可根據(jù)靜荷載試驗(yàn)結(jié)果取地面處水平位移為10mm(對(duì)于水平位移敏感的建筑物去水平位移6mm)所對(duì)應(yīng)的荷載為單樁水平承載力特征值.對(duì)于重要的工程,可模擬承臺(tái)頂豎向荷載的實(shí)際狀況進(jìn)行試驗(yàn).7－6承臺(tái)設(shè)計(jì)當(dāng)基樁數(shù)量、樁距和平面布置形式確定后，即可確定承臺(tái)尺寸。承臺(tái)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便將各基樁連接成整體，從將上部結(jié)構(gòu)荷載安全可靠地傳遞到各個(gè)基樁。同時(shí)承臺(tái)本身也具有類似淺基礎(chǔ)的承載能力。承臺(tái)形式較多，如柱下獨(dú)立承臺(tái)、柱下或墻下條形基礎(chǔ)（梁式承臺(tái)）、筏板承臺(tái)、箱形承臺(tái)等。本書僅介紹最常用的柱下獨(dú)立承臺(tái)的設(shè)計(jì)。承臺(tái)除滿足構(gòu)造要求外，還應(yīng)滿足抗彎曲、抗沖切、抗剪切承載力和上部結(jié)構(gòu)的要求。承臺(tái)埋置深度參照基礎(chǔ)確定。承臺(tái)的構(gòu)造要求承臺(tái)的寬度不小于500mm。邊樁中心至承臺(tái)邊緣的距離不宜小于樁的直徑或邊長(zhǎng)，且樁的外邊緣至承臺(tái)梁邊緣距離不小于75mm。承臺(tái)的最小厚度不應(yīng)小于300mm。承臺(tái)的配筋，對(duì)于矩形承臺(tái)其鋼筋應(yīng)按雙向均勻通長(zhǎng)布置，如圖7－13（C）所示。承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20，縱向鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不小于70mm，當(dāng)有混凝土墊層時(shí)，不應(yīng)小于40mm。承臺(tái)的抗彎承載力設(shè)計(jì)多數(shù)承臺(tái)的鋼筋含量較低，常為受彎破壞、抗彎承載力設(shè)計(jì)的本質(zhì)是配筋設(shè)計(jì)，按承臺(tái)截面最大彎矩進(jìn)行配筋。柱下樁基承臺(tái)的彎矩可按以下算法確定：（1）我樁矩形承臺(tái)計(jì)算截面取在柱邊和承臺(tái)高度變化處（杯口外側(cè)或臺(tái)階邊緣，圖7－14a）Mx=∑NiyiMy=∑NixiMx、My――分別為垂直y軸和x軸方向計(jì)算截面處的彎矩設(shè)計(jì)值，kN.m；Xi、yi――垂直y軸和x軸方向自樁軸線到相應(yīng)計(jì)算截面的距離，m；Ni――扣除承臺(tái)和其上填土自重后相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合的第i樁豎向力設(shè)計(jì)值，kN。（2）三樁承臺(tái)1）等邊三樁承臺(tái)M＝Nmax/3(s-√3/4c)M――由承臺(tái)形心至承臺(tái)邊緣距離范圍內(nèi)板帶的彎矩設(shè)計(jì)值，kN.m；Nmax――扣除承臺(tái)和其上填土自重后的三樁中相就于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的最大單樁豎向力設(shè)計(jì)值，kN；S――樁距，m；C――方柱邊長(zhǎng)，圓柱時(shí)c＝0.866d(d為圓柱直徑)，m。2）等腰三樁承臺(tái)M1＝Nmax/3[s-0.75/√(4-α2)c1]M2＝Nmax/3[αs-0.75/√(4-α2)c2]式中M1、M2――分別為由承臺(tái)形心到承臺(tái)兩腰和底邊的距離范圍內(nèi)板帶的彎矩設(shè)計(jì)值，kN.m；s――長(zhǎng)向樁距，m；α――短向樁距與長(zhǎng)向樁距之比，當(dāng)小于0.5時(shí)，應(yīng)按變截面的二樁承臺(tái)設(shè)計(jì)；c1、c2――分別為垂直于、平行于承臺(tái)底邊的柱截面邊長(zhǎng)，m。承臺(tái)抗沖切承載力設(shè)計(jì)柱下樁基礎(chǔ)獨(dú)立承臺(tái)承受的沖切作用包括柱對(duì)承臺(tái)的沖切和角樁對(duì)承臺(tái)的沖切。如果承臺(tái)厚度不夠，就會(huì)產(chǎn)生沖切破壞錐體。柱對(duì)承臺(tái)的沖切，可按下列公式計(jì)算Fl≤2[βox(bc+aoy)+βoy(hc+aox)]βhpfth0Fl=F-∑Niβox=0.84/(λox+0.2)βoy＝0.84/(λoy+0.2)λox=αox/h0λoy=αoy/h0式中Fl――扣除承臺(tái)及其上填土自重，作用在沖切破壞錐體上相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合的沖切力設(shè)計(jì)值，kN，沖切破壞錐體應(yīng)采用自柱邊或承臺(tái)變階處至相應(yīng)樁頂邊緣邊線構(gòu)成的錐體，錐體與承臺(tái)底面的夾角不小于45°，如圖7－15所示；h0――沖切破壞錐體的有效高度，m；βhp――受沖切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)承臺(tái)高度h≤800mm時(shí)，βhp＝1.0，當(dāng)h≥2000mm時(shí)，βhp＝0.9，其它按線性內(nèi)插法取值；βox、βoy――沖切系數(shù)；λox、λoy――沖跨比；αox、αoy――柱邊或變階處至樁邊的水平距離，當(dāng)αox(αoy)<0.2h0時(shí)，αox（αoy）＝0.2h0；當(dāng)αox（αoy）>h0時(shí)，αox（αoy）＝h0，m；F――柱根部軸力設(shè)計(jì)值，kN；∑Ni――沖切破壞錐體范圍內(nèi)各樁的靜反力設(shè)計(jì)值之和，kN。對(duì)中低壓縮性土上的承臺(tái)，當(dāng)承臺(tái)與地基土之間沒有脫空現(xiàn)象時(shí)，可根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)減少柱下基礎(chǔ)獨(dú)立承臺(tái)受沖切計(jì)算的承臺(tái)厚度。角樁對(duì)承臺(tái)的沖切，可按下列公式計(jì)算：多樁矩形承臺(tái)受角樁沖切的承載力應(yīng)按下式計(jì)算（圖7－16）Nl≤[β1x(c2+α1y/2)+β1y(c1+α1x/2)]βhpfth0Β1x＝0.56/(λ1x+0.2)Β1y＝0.56/(λ1y+0.2)λ1x=α1x/h0λ1y=α1y/h0式中Nl――扣除承臺(tái)和其上填土自重后的角樁樁頂相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的豎向力設(shè)計(jì)值，kN；β1x、β1y――角樁沖切系數(shù)；λ1x、λ1y――角樁沖跨比，其值滿足0.2～1.0；c1、c2――從角樁內(nèi)邊緣至承臺(tái)外邊緣的距離，m；λ1x、λ1y――從承臺(tái)底角樁內(nèi)邊緣引45°沖切線與承臺(tái)變階處相交點(diǎn)至角樁內(nèi)邊緣的水平距離；h0――承臺(tái)外邊緣的有效高度，m。三樁三角形承臺(tái)受角樁沖切的承載力可按下列公式計(jì)算（7－17）底部角樁Nl≤β11（2c1+α11）tan(θ1/2)βhpfth0Β11＝0.56/(λ11+0.2)頂部角樁Nl≤β12（2c2+α12）tan(θ2/2)βhpfth0Β12＝0.56/(λ12+0.2)λ11＝α11/h0λ12＝α12/h0式中λ11、λ12――角樁沖跨比；α11、α12――從承臺(tái)底角樁內(nèi)邊緣向相鄰承臺(tái)邊引45°沖切線與承臺(tái)頂面相交點(diǎn)至角樁內(nèi)邊緣的水平距離，m，當(dāng)柱們位于該45°線以內(nèi)時(shí)則取柱邊與樁內(nèi)邊緣邊線為沖切錐體的錐線。對(duì)圓柱及圓樁，計(jì)算時(shí)可將圓形截面換算為正方形截面，換算后正方形邊長(zhǎng)為圓直徑的0.8倍。承臺(tái)斜截面抗剪切承載力設(shè)計(jì)承臺(tái)在基樁反力作用下，剪切破壞面位于柱邊和樁邊聯(lián)線形成的斜截面或承臺(tái)變階處和樁邊聯(lián)線形成的斜截面（圖7－18）。當(dāng)柱外邊有多排樁形成多個(gè)剪切斜截面時(shí)，應(yīng)對(duì)每個(gè)斜截面進(jìn)行抗剪切承載驗(yàn)算。驗(yàn)算時(shí)，圓柱和圓樁也換算成正方形截面。斜截面抗剪切承載力可按下列公式計(jì)算V≤βhsβftb0h0Β＝1.75/(λ+1.0)λx＝αx/h0λy＝αy/h0βhs＝(0.8/h0)1/4式中V――扣除承臺(tái)及上填土自重后相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)斜截面的最大剪力設(shè)計(jì)值，kN；b0――承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算寬度，m，階梯形承臺(tái)變階處的計(jì)算寬度、錐形承臺(tái)的計(jì)算寬度應(yīng)按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄S確定；h0――計(jì)算寬度處的承臺(tái)有效高度，m;β――剪切系數(shù)；λ――計(jì)算截面的剪跨比，當(dāng)λ<0.3；當(dāng)λ>3時(shí)，取λ＝3；αx、αy――柱邊或承臺(tái)變階處到x、y方向計(jì)算一排樁的樁邊的水平距離，m；βhs――受剪切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)<0.8m時(shí)，h0取0.8m，、h0>2m時(shí)，h0取2m。5、局部受壓基礎(chǔ)承臺(tái)，當(dāng)承臺(tái)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于柱或樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，應(yīng)按現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》驗(yàn)算柱下或樁上承臺(tái)的局部受壓承載力。7－7樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)時(shí),應(yīng)力要求做到安全、合理和經(jīng)濟(jì).從保證安全的角度出發(fā),樁基礎(chǔ)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性.對(duì)地基來說,樁持力層要有足夠的強(qiáng)度以及不能產(chǎn)生過大的變形.同時(shí),采用的施工方法應(yīng)滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境要求.樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟如下:進(jìn)行調(diào)查研究,場(chǎng)地勘察,收集有關(guān)設(shè)計(jì)資料;綜合地質(zhì)勘察報(bào)告、荷載情況、使用要求、上部結(jié)構(gòu)條件等確定持力層;確定樁的類型、外型尺寸和構(gòu)造;確定單樁承載力特征值;根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載情況,初擬樁的數(shù)量和平面布置;根據(jù)樁平面布置,初擬承臺(tái)尺寸及承臺(tái)底標(biāo)高;單樁承載力驗(yàn)算;驗(yàn)算樁基的沉將量;繪制樁和承臺(tái)的結(jié)構(gòu)及施工詳圖.收集設(shè)計(jì)資料樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料包括:建筑物上部結(jié)構(gòu)的情況結(jié)構(gòu)形式、平面布置、荷載大小、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、使用要求等;工程地質(zhì)勘察資料;建筑場(chǎng)地與環(huán)境的有關(guān)資料;施工條件的有關(guān)資料如沉樁設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備等;當(dāng)?shù)厥褂脴痘A(chǔ)的經(jīng)驗(yàn).二選擇樁型、樁長(zhǎng)和截面尺寸樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),首先應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類型、荷載條件、地質(zhì)條件、施工能力和環(huán)境限制(噪音、震動(dòng)、對(duì)周圍建筑物地基的影響等)選擇樁的類型.如城市中不宜選用的擠土樁.在深厚軟土中不宜采用大片密集有擠土效應(yīng)的樁基,可考慮用擠土效應(yīng)軟弱的餓樁端口的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁或鉆孔灌注樁等非擠土樁。樁長(zhǎng)主要取決于樁端持力層的選擇。樁端最好進(jìn)入進(jìn)應(yīng)土層或巖層，采用端承樁的型式。當(dāng)堅(jiān)硬土層埋藏很深時(shí)，則宜采用摩擦樁，但樁端也應(yīng)盡量達(dá)到壓縮性較低、強(qiáng)度中等的土層（持力土）。樁端進(jìn)入持力層的深度宜為樁身直徑的1～3倍，嵌樁嵌入完整或較完整的未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化硬質(zhì)巖體的最小深度為0.5m，確保樁端與巖體面接觸。若持力層下有軟弱下臥層時(shí)，樁端以下營(yíng)持力層厚度不宜小于4倍樁徑，否則端承力將降低甚至喪失。樁的餓截面尺寸應(yīng)與仗長(zhǎng)相適應(yīng)，樁的長(zhǎng)徑比主要根據(jù)樁身不產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)及考慮施工現(xiàn)場(chǎng)條件來確定。對(duì)預(yù)制樁而言，摩擦樁長(zhǎng)徑比不宜大于100；端承樁或摩擦樁需穿越一定厚度的硬土層，起長(zhǎng)徑比不宜大于80。對(duì)灌注而言，端承樁的長(zhǎng)徑比不宜大于60，當(dāng)穿越淤泥、自重濕陷性黃土?xí)r不宜大于40，摩擦樁的長(zhǎng)徑比不受限制。當(dāng)有保證樁身質(zhì)量的可靠措施和成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，長(zhǎng)徑比可適當(dāng)增大。三、確定樁數(shù)和樁位平面布置樁數(shù)的確定承臺(tái)下樁的數(shù)量可按以下公式確定：軸心豎向力作用下n≥Fk+GkRa偏心豎向力作用下Fk+Gkn≥1.2Ra-Mxkyimax-Mykximax∑y2i∑x2i水平力作用下n≧HkRHa式中Fk――相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力，KN；Gk――樁基承臺(tái)自重及承臺(tái)上土重標(biāo)準(zhǔn)值，KN；n―樁基中的樁數(shù)；Hk――相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用于承臺(tái)底面的水平力，KN；Xi、yi樁的中心至樁群形心坐標(biāo)的Y軸、X軸距離，m；Mxk、Myk效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合作用于承臺(tái)底面通過樁群形心的X軸、Y軸的力矩，kN.m；Ra單樁豎向承載力特征值kN；RHa水平承載力特征值kN。樁的平面布置樁的中心距不小于樁徑的3倍，以減少摩擦樁側(cè)阻力的疊加效應(yīng)，但也不宜大于樁徑的6倍，避免承臺(tái)過大。布樁時(shí)要使長(zhǎng)期荷載的全力作用點(diǎn)與樁群形心盡可能接近，減少偏心荷載；要盡量對(duì)結(jié)構(gòu)受力有利，如對(duì)墻體落地的結(jié)構(gòu)宜沿墻下布樁；盡量使樁基在承受水平力和力矩較大的方向有較大的斷面抵抗矩，如承臺(tái)的長(zhǎng)邊與力矩較大的平面取得一致。常見的樁位布置見圖7－12。四、樁身截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度應(yīng)滿足樁的承載力設(shè)計(jì)要求。樁軸心受壓時(shí)，樁身強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求Q≤ApfcΨc式中Q――相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)單樁豎向力設(shè)計(jì)值，kN；Ap――樁身橫截面積，Mfc――混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，見第六章表6－10，kPa；Ψc――工作條件系數(shù)，預(yù)制樁取0.75，灌注樁取0.6～0.7（水下灌注樁或長(zhǎng)樁時(shí)取低值）。對(duì)抗拔樁按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求進(jìn)行樁身混凝土抗裂驗(yàn)算。其它深基礎(chǔ)簡(jiǎn)介除樁基礎(chǔ)外，沉井、墩基、地下連續(xù)墻、沉箱都屬于深基礎(chǔ)。沉井多用于工業(yè)建筑和地下構(gòu)筑物，與大開挖相比，它具有挖土量少，施工方便、占地少和對(duì)鄰近建筑物影響較小的特點(diǎn)。墩基是指一種利用機(jī)械或人工在地基中開挖成孔后灌注混凝土形成的大直徑樁基礎(chǔ)，由于其直徑粗大如墩，故稱墩基礎(chǔ)，它與樁基礎(chǔ)有一定的相似之處，因此，墩基和大直徑樁尚無明確的界限。沉箱是將壓縮空氣壓入一個(gè)特殊的沉箱室內(nèi)以排除地下水，工作人員在沉箱內(nèi)操作，比較容易排除障礙物，使沉箱順利下沉，由于施工人員易患職業(yè)病，甚至發(fā)生事故，目前較少采用。地下連續(xù)墻是20世紀(jì)50年代后民起來的一種基礎(chǔ)形式，具有無噪聲、無振動(dòng)，對(duì)周圍建筑物影響小，并有節(jié)約土方量、縮短工期、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用日益廣泛。下面僅簡(jiǎn)要介紹井基礎(chǔ)和地下連續(xù)墻。沉井基礎(chǔ)沉井是一種豎直的井筒結(jié)構(gòu)，常用鋼筋混凝土或磚石、混凝土等材料制成，一般分?jǐn)?shù)節(jié)制作。施工時(shí)，在筒內(nèi)挖土，使沉井失去支承而下沉，隨下沉再逐節(jié)接長(zhǎng)井筒，井筒下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，澆筑混凝土封底。沉井適用于平面尺寸緊湊的重型結(jié)構(gòu)物如重型設(shè)備、煙囪的基礎(chǔ)。沉井還可作為地下結(jié)構(gòu)物使用，如取水結(jié)構(gòu)物、污水泵房、礦山豎井、地下油庫(kù)等。沉井適合在粘性土和較粗的砂土中施工，但土中有障礙物時(shí)會(huì)給下沉造成一定的困難。沉井按橫斷面形狀可分為圓形、方形或橢圓形等，根據(jù)沉井孔的布置方式又有單孔、雙孔及多孔之分。沉井結(jié)構(gòu)沉井結(jié)構(gòu)由刃腳、井筒、內(nèi)隔墻、封底底板及頂蓋等部分組成，如圖7－25所示刃腳。刃腳在井筒下端，形如刀刃。下沉?xí)r刃腳切入土中，其底面叫踏面，不小于150cm，土質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)，踏面用鋼板或角鋼保護(hù)。刃腳內(nèi)側(cè)的傾斜角為40~60。井筒。豎直的井筒是沉井的主要部分，它須具有足夠的強(qiáng)度以擋土，又需有足夠的重量克服外壁與土之間的摩阻力和刃腳土的阻力，使其自重作用下節(jié)節(jié)下沉。為便于施工，沉井井孔凈邊長(zhǎng)最小尺寸為0.9m。內(nèi)隔墻。內(nèi)隔墻能提高沉井結(jié)構(gòu)的剛度，內(nèi)隔墻把沉井分隔成幾個(gè)井孔，便于控制下沉和糾偏；墻底面標(biāo)高應(yīng)比刃腳踏面高0.5m，以利沉井下沉。封底。沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用混凝土封底。刃腳上方井筒內(nèi)壁常設(shè)計(jì)有凹槽，以使封底與井筒牢固連接。頂蓋。沉井作地下構(gòu)筑物時(shí)，頂部需澆筑鋼筋混凝土頂蓋。沉井施工沉井施工時(shí)，應(yīng)將場(chǎng)地平整夯實(shí)，在基坑上鋪設(shè)一定厚度的砂層，在刃腳位置再鋪設(shè)墊土或澆筑混凝土墊層，然后在墊木或墊層上制作刃腳和第一節(jié)沉井。當(dāng)?shù)谝还?jié)沉井的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，才可拆除墊木或混凝土墊層，挖土下沉。其余各節(jié)沉井混凝土