《樁基設計與計算》 課件 2 豎向受荷樁基的承載力

樁基設計與計算第一章緒論1第二章豎向受荷樁基的承載力2第三章豎向受荷樁基的沉降3第四章水平受荷樁基的承載力與位移4第五章樁基礎的常規(guī)設計方法（一般步驟、高層建筑樁基、橋梁樁基、樁基礎的抗震設計）5第六章復合疏樁基礎的設計6第七章抗滑樁的設計與計算7*第八章樁基施工與檢測8目錄CONTENTS第二章豎向受荷樁基的承載力第一節(jié)單樁的豎向抗壓承載性狀第二節(jié)單樁豎向抗壓承載力的確定第三節(jié)群樁的豎向抗壓承載性狀第四節(jié)群樁豎向抗壓承載力的確定第五節(jié)樁的豎向抗拔承載力第六節(jié)樁的負摩阻力第一節(jié)單樁的豎向抗壓承載性狀把樁頂荷載P傳遞給地基通過樁側摩阻力QS及樁端阻力QP傳遞PQSQP總摩阻力總端阻力樁的作用一、樁的荷載傳遞荷載傳遞過程：復雜的、動態(tài)樁側、樁端阻力發(fā)揮：與樁土相對位移有關，有極限值樁側阻力qS、樁端阻力qP與樁土相對位移S的函數曲線形狀復雜，與土層性質、埋深、施工工藝和樁徑等有關1、荷載傳遞函數（一）影響樁側阻力qS

及樁端阻力qP的因素PQSQP荷載傳遞函數？分類加工軟化型加工硬化型土非軟化硬化型主要特征參數極限阻力qu極限位移suqsu1su1qsu3qsu2su2su3發(fā)揮極限值pSu、qSu所需的極限位移Su不同發(fā)揮端阻極限值qSu所需位移較大（樁底直徑10％以上）發(fā)揮側阻極限值pSu所需位移較小

（粘性土為4～6mm，

砂性土為6～10mm）研究人員擬合實測曲線，提出荷載傳遞函數表達式代表性：指數曲線，雙曲線和理想彈塑性關系樁側摩阻力的傳遞函數樁端阻力的傳遞函數

影響樁的荷載傳遞(樁側阻端阻的大小及分布)因素很復雜主要因素：荷載大小荷載傳遞函數（與土層性質、埋深、施工工藝和樁徑等有關）荷載大小不同，相應的QS及QP大小和分布不同2、樁頂荷載繼續(xù)增大，樁端處：QZ不為零，樁端反力(端阻QP

）發(fā)揮，樁端出現豎向位移。持續(xù)增大，位移繼續(xù)增大，樁側摩阻力全部達極限，新增荷載將全由樁端土承擔。荷載很大，樁端阻力達極限，樁將急劇下沉、破壞。PQSQPPQSQZ＝0PQSQZ＝0荷載較小，上部樁身壓縮，側阻QS發(fā)揮，樁身軸力QZ=P-QS，QZ隨深度遞減。某截面處Q＝0增大，QS自上而下發(fā)揮荷載大小不同，相應的QS及QP大小和分布不同，即樁的荷載傳遞情況不同某級荷載作用下樁的荷載傳遞情況Q0樁頂荷載QP樁端反力位移SZ摩阻力qsz軸力QZ如何求解Q0作用下的SZ、qsz、QZ的分布呢？QS=qsUL理論分析試驗研究(1)深度效應（端阻）qPZhcptc臨界深度：入土深度超過一定深度后，

端阻不再隨深度增加而增大。3、影響qS、qP

的其它因素臨界厚度：樁端持力層下有軟弱下臥層，

樁端與軟弱下臥層距離小于某一厚度時，

端阻力將受影響而降低。(2)成樁效應擠土樁：增強非擠土樁：減弱(3）尺寸效應（樁端）隨著樁尺寸的增大，樁端極限阻力變小。

①對于軟土（c≤1MPa），尺寸效應并不顯著，在工程上可以不考慮；②對于硬土層，如中密－密實砂土（c≥10MPa），尺寸效應明顯，值得注意。Φpa隨d的增大呈雙曲線型減小砂土密實度愈大，Φpa愈小Φpa：表征樁端阻力尺寸效應系數Meyerhof（1988）不同密實度砂土，φpa隨樁徑d變化關系(4）荷載工況靜載試驗，快、慢速加載對試驗結果有一定影響。同一根鉆孔灌注樁經過一次靜載試驗后（獲得Qu1），再進行第二次試壓（獲得Qu2），兩次試樁的結果，往往Qu1

≠Qu2。

粉土、砂土，Qu2>Qu1一次超載預壓作用，樁周及樁底非粘性土剪切硬化，孔底沉渣被壓實第二次比第一次增加20%~45%粘性土，Qu2<Qu1一次試壓后，樁周土體被剪切破壞擾動，短時間內無法充分恢復初壓Qu1=1920kN，隔天復壓（快速法）Qu2=1440kN，降低了25.0%間隔較長時間后復壓，承載力可能又會增加第2次試驗不能得到客觀真實的結果（二）樁的荷載傳遞分析影響樁的荷載傳遞主要因素：荷載大小、荷載傳遞函數。求解Q0作用下的qz、SZ、QZ的分布？Q0樁頂荷載QP樁端反力QS=qsUL位移SZ摩阻力qsz軸力QZ①基本公式樁身軸力QzQ0QSQZsZzS0Spl1、荷載傳遞的理論分析樁頂位移S0任意截面位移SZQz求一次導SZ求二階導②基本微分方程③方程解根據邊界條件及假定荷載傳遞函數（qZ-SZ關系式）求解。按照求解微分方程的途徑不同，荷載傳遞分析主要有解析法、位移協調法。解析法傳遞函數為簡單曲線方程，直接代入微分方程求得解析解。代表性的傳遞函數模型：理想彈塑性模型(佐藤?悟,1965)位移協調法傳遞函數復雜，難以直接求得解析解將樁劃分成許多單元體，從樁端開始分析，考慮每個單元的內力與位移協調關系，用迭代法求解樁的荷載傳遞及樁頂沉降量。qs邊界條件結果某級荷載Q0下的SZ、qz、QZ沿深度Z的分布樁頂荷載QO與樁頂沉降S0的關系理想彈塑性模型的解析解方法Z=L時，Z=0時，QZ=Q0QZzQ0Qpl2、荷載傳遞的實測試驗分析樁的靜載荷試驗,同時測得樁身軸力QZ②某級Q0下

樁側摩阻力qz

樁端反力qp③某級Q0下SZ的分布④得到一些參數qz-sz的關系參數qp-sp的關系參數。①Q0-S0關系曲線即：測定Q0、S0、QZ→求得qs、qp、Sz荷載傳遞函數長10m、直徑600mm的鋼筋混凝土灌注樁，樁身埋設鋼筋計，經靜載荷試驗測得樁身不同深度處的樁身軸力QZ如下表所示，試計算沿樁身各部位的樁側摩阻力qs和樁端土阻力qp。U=πd=3.14×0.6=1.884(m)0―2m,2―4m,4―6m,解：深度(m)0246810樁身軸力Qz(KN)700650480260140100【例題2-1】6―8m,8―10m,QP=Qz=100(KN)；校核：qsz（三）影響荷載傳遞性狀的因素1）Eb/Es2）Ep/Es3）L/d4）D/d二、單樁樁頂荷載沉降Q—S曲線及單樁破壞模式（1）樁側土彈性階段0-1段（直線）樁身各點的摩阻力<極限側阻，qs(z)<qsu

（2）樁側土彈塑性階段1－2段（曲線）樁頭附近側阻力達到極限（1點），Q～s為曲線。樁側土達塑性狀態(tài)后，不再具有抗變形剛度，樁位移增大，即Δs/ΔQ不斷增大。（3）樁側土完全塑性階段2－3段（直線），樁側阻力全部達到極限,新增荷重全部由樁端承擔，直到持力層破壞。（一）樁的理想化Q-S曲線Q/kNs/mm123O該Q-s曲線為理想化的曲線均質地基傳遞函數為理想彈塑性實際工程樁：Q-s曲線復雜得多摩擦型樁樁端持力層地基反力小，2-3段較陡。整個Q-s曲線呈陡降型。端承型樁樁端持力層地基反力大，2-3段較緩。整個Q-s曲線呈緩變型緩。Q/kNs/mm123O（二）單樁破壞模式及Q-S曲線形式1、樁身材料破壞（端承樁/柱樁）樁底支承在堅實的基巖上，樁側為軟土破壞：樁身壓曲Q-S曲線：呈現明顯破壞荷載樁承載力：取決于樁身材料強度破壞拐點前，曲線是平緩型樁身強度大，樁端穿過抗剪強度較低土層，達到強度較高土層破壞：樁底土體：逐漸形成滑動面樁底持力層以上軟土層：不能阻止滑動土楔的形成土體整體剪切破壞樁頂急劇下沉Q-S曲線：出現明顯拐點、明確破壞荷載樁承載力：取決于樁底土層支承力，樁側摩阻力作用很小2、樁端土整體剪切破壞（端承型摩擦樁）破壞拐點前，曲線是緩變型3、刺入剪切破壞（摩擦型樁）樁身強度大，樁入土深，樁周土強度均勻破壞：樁側：剪切破壞樁端：刺入破壞樁身貫入土中Q-S曲線：沒有明顯轉折點強度=樁側摩阻力+樁底阻力曲線上無明顯拐點曲線屬于陡變型4、樁側純剪切破壞（純摩擦樁）樁端土層軟弱破壞：樁側純剪切破壞Q-S曲線：豎直向切線強度：側摩承擔，端阻不起作用破壞拐點前，曲線是陡變型Q-S曲線形式的小結端承型樁：破壞前，Q-S曲線緩變型摩擦型樁：破壞前，Q-S曲線陡變型*關于端承型樁與摩擦型樁的劃分主要取決于土層分布，但也與樁長、樁的剛度、樁端是否擴底、成樁方法等有關。舉例：樁的長徑比l/d增大l/d≥40，均勻土層端阻分擔荷載比趨于0l/d≥100，即使樁端位于堅硬地層，端阻分擔荷載值也可以忽略第二節(jié)單樁豎向抗壓承載力的確定一、概述樁基極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)沿樁身全長摩阻力和樁端阻力達到極限，或樁身材料強度達極限。再增加荷載，將產生整體失穩(wěn)或出現不適于繼續(xù)承載的變形。正常使用極限狀態(tài)樁基變形達到建筑物正常使用允許極限值。單樁在荷載作用下到達破壞狀態(tài)前或出現不適于繼續(xù)承載變形時所對應的最大荷載。1、單樁極限承載力2、單樁容許承載力（承載力特征值）、承載力設計值單樁極限承載力單樁承載力特征值（容許值）單樁承載力設計值安全儲備——定值設計法——可靠度設計法設計方法承載力定值特征值特征值/容許值=標準值/安全系數可靠度分析方法概率極限狀態(tài)設計值設計值=標準值/分項系數（1）安全系數法（建筑樁基規(guī)范08版）（2）分項系數法

（上海市地基基礎設計規(guī)范）Ra——特征值（橋涵規(guī)范稱容許值）Qu——標準值K——安全系數(＝2)，經驗確定R——承載力設計值Qsk——側阻標準值Qpk——端阻標準值γs——側阻抗力分項系數，概率理論γp——端阻抗力分項系數，概率理論我國相關規(guī)范對此采用的方法及術語不同承載力驗算，荷載與承載力確定方法配套行業(yè)標準《建筑樁基技術規(guī)范》國標《建筑地基基礎規(guī)范》《公路橋涵地基基礎規(guī)范》靜載試驗單樁承載力特征值上海地基基礎規(guī)范設計值（分項系數法）設計方法荷載承載力定值標準組合特征值/容許值=標準值/安全系數概率極限狀態(tài)基本組合設計值=標準值/分項系數注意：3、單樁極限承載力的確定方法靜載荷試驗法經驗參數法靜力計算法靜力觸探等原位測試動力法單樁極限承載力：反映樁身材料、樁側土和樁端土性狀、施工方法等的綜合指標主要由土阻力方面確定由樁身材料強度方面確定軸心受壓、偏心受壓、樁身壓曲破壞JGJ94-2008樁基規(guī)范設計等級對應方法甲級靜載試驗乙級1地質條件簡單靜力觸探等原位測試+經驗參數2其余單樁靜載試驗丙級原位測試+經驗參數設計采用的極限承載力標準值JGJ94-2008樁基規(guī)范靜載試驗《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106大直徑端承樁深層平板（直徑一致）試驗確定端阻力嵌巖樁直徑0.3m巖基平板載荷試驗——極限端阻力直徑0.3m嵌巖短墩載荷試驗——極限側阻力/端阻力經驗參數法極限側/端阻力標準值——軸力測試元件由靜載試驗確定建立標準值與土的原位測試指標間的經驗關系包括：土層物理指標、巖石飽和單軸抗壓強度、靜力觸探等豎向承載力標準值、側阻和端阻的標準值確定二、豎向靜載荷試驗1、試驗裝置：加載系統(tǒng)+量測系統(tǒng)加載加載千斤頂反力架：錨樁、壓重量測荷載傳感器位移計2、試驗方法加載：逐級等量加載慢速維持荷載法循環(huán)加卸載法快速維持和再發(fā)測定每級荷載下的樁頂沉降終止加載條件3、試驗成果曲線與承載力的確定荷載位移曲線曲線有陡降拐點時Q-s曲線s－lgt曲線Q－s曲線無明顯拐點時一般取s＝40～60mm對應的荷載s-lgt曲線靜載試驗：確定單樁承載力標準值Q-s曲線發(fā)生明顯陡降的起始點對應的荷載尾部明顯向下彎曲的前一級荷載值三經驗參數法土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系規(guī)范給出樁側、樁端阻力經驗參數表《建筑樁基技術規(guī)范》《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》《水運工程樁基設計規(guī)范》選用各行業(yè)、各地方承載力參數表全國各地地基性質差別很大各行業(yè)樁基也有各自特點*混凝土預制樁及中小直徑灌注樁*鋼管樁

λp——樁端土塞效應系數*大直徑樁（d≥800mm)

ψsi、ψ

p——樁側阻、端阻尺寸效應系數*混凝土空心樁λp——樁端土塞效應系數Aj——空心樁樁端凈面積AP1——空心樁敞口面積*嵌巖樁ζr——嵌巖段側阻和端阻綜合系數

與嵌巖深度、巖石軟硬有關frk——巖石單軸抗壓強度標準值土中、極限側阻力嵌巖段、極限側端阻力*后注漿灌注樁βsi

βp

——后注漿側阻力、端阻力增強系數無當地經驗,按表2-5取值樁徑>800mm，尺寸效應修正非豎向增強段極限側阻后注漿豎向增強段極限側阻后注漿極限端阻lgi——后注漿豎向增強段內第i層土厚度（m）泥漿護壁成孔灌注樁，單一樁端后注漿，樁端以上12m樁端樁側復式注漿，樁端以上12m及各樁側注漿斷面以上12m，重疊扣除干作業(yè)灌注樁，樁端以上、樁側注漿斷面上下各6m解：表2-3查得極限側阻標準值qsik①黏土層：qs1k=55kPa②粉土層：qs2k=46~66kPa，取qs2k=56kPa

③粉細砂層：qs3k=48~66kPa，取qs3k=57kPa

④中砂層：qs4k=74~95kPa，取qs4k=85kPa

有效樁長（承臺底至樁端）16.5-1.5-0.5=14.5m，表2-4查得極限端阻標準值:qpk=5500~7000kPa，取qpk=6300kPa

某預制樁截面尺寸為450mm×450mm樁尖高度0.5m樁尖入土深度16.5m（天然地面）承臺埋深1.5m試確定該預制樁的豎向承載力特征值依次穿越土層：①厚度h1=4m、液性指數IL=0.75的黏土層②厚度h2=5m、孔隙比e=0.805的粉土層③厚度h3=4m、中密的粉細砂層④樁尖進入密實的中砂層3.5m豎向極限承載力標準值豎向承載力特征值【例題2-2】四靜力計算法土力學原理、靜力分析1、極限端阻力的計算以剛塑體理論為基礎，假定不同的破壞面形態(tài)，便可導出不同的極限端阻力理論公式，如太沙基公式：Nc、Nr、Nq——承載力系數，與土的φ有關ζc、ζr、ζq——樁端形狀系數B、h——樁端直徑及樁的入土深度C——土的內聚力γ、γ0——樁端以下土的有效重度\樁端以上土的有效重度2、極限側阻力的計算qsu計算總應力法：α法(粘性土)有效應力法：β法(非粘性土)

λ法(粘性土)1)α法（屬于總應力法）Cu——樁側粘土層的平均不排水剪切強度α——取決于cu和樁進入粘土層的厚度2）β法(有效應力法)

3)λ法(綜合了α法、β法的特點)λ根據大量靜載荷試驗資料回歸分析得出隨樁入土深度l增加而遞減，至20米以下變化較小反映了側阻的深度效應。λ～l的關系五靜力觸探法靜力觸探資料1、單橋探頭qsik——靜力觸探比貫入阻力值估算，查規(guī)范表格psk——樁端附近靜力觸探比貫入阻力標準值

應考慮樁端全截面以上8d（d為樁徑）和以下4d范圍內土層的影響探頭——錐尖角度600，錐底截面積15cm2，側壁高度7cm。單橋——只有一個橋路測量系統(tǒng)，只能測量一個參數（比貫入阻力ps）2、雙橋探頭fsi——第i層土的探頭平均側阻力qc——樁端平面以上4d、以下1d范圍內的探頭阻力平均值雙橋——有兩個橋路測量系統(tǒng)，分別測量錐頭阻力qc及側壁摩阻力fs。六動力法間接方法：打樁公式、動測法1、打樁公式理論基礎：剛體（樁）碰撞能量守恒打樁：樁受錘沖擊貫入土中過程貫入度：打入樁受到錘一次沖擊貫入土中距離打樁公式：貫入度與樁錘錘擊能量、土的阻力（相當于極限承載力）

關系的表達式（1）能量守恒Q——錘重H——落距e——貫入度R——樁的貫入阻力h——樁錘回彈高度α——損耗系數，0<α<1錘擊功QH轉化有效功：樁沉入土所作功Re無效功樁錘回彈Qh其它能量消耗αQH（如發(fā)聲、發(fā)熱、錘墊的變形等）（2）打樁公式確定承載力精度較低α值影響因素復雜，變化范圍大與樁材料、打樁方法（有無樁墊、樁帽等）、土性質等有關，很難確定假設樁為剛體，采用簡化彈性碰撞模式條件：長樁、樁錘能量不足、樁身剛度不足、貫入度很小，結果：錘擊能量消耗在樁身彈性變形，該模式與實際相差大樁的極限承載力打樁公式應用貫入度e樁承載力Qu計算承載力√？施工停錘標準？√（預期）2、動測法樁頂施加動力作用，通過測定樁的動力響應，分析樁的工作性狀動力響應信號的時域信號、頻率信號、傳遞函數分析應力（應變）、加速度、速度、頻率、振幅動力作用大錘小錘設備瞬態(tài)瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)沖擊力脈沖荷載持續(xù)周期荷載高應變法低應變法承載力確定樁身質量檢測（完整性）樁土永久位移樁土彈性變形高應變法低應變法激振能量：足以使樁土之間發(fā)生相對位移，樁產生永久貫入度用于承載力測定激振能量較小只能激發(fā)樁土體系某種彈性變形不能使樁土之間產生相對位移土的彈性變形與其強度之間并沒有內在的因果關系僅用于樁身質量（完整性）測定高應變動測法測定樁基強度錘擊貫入法（其原理類似打樁公式法）Smith法（波動方程分析法）Case法波形擬合法對應力波和速度波等進行分析得到打樁時的阻力具體參見第八章七由樁身強度確定單樁承載力

1.樁身軸心受壓承載力2）當樁身不符合上述規(guī)定時

樁自由長度較大的高承臺樁周為可液化土層地基承載力特征值<25kPa

2.樁身偏心受壓承載力一般不考慮偏心距的增大影響高承臺樁距樁身穿越液化土土的不排水抗剪強度<10kPa考慮偏心距

3.樁身壓屈計算打入式鋼管樁，驗算樁身局部壓屈1)當t/d=1/80~1/50，ds<600mm，

最大錘擊壓應力<鋼材屈服強度設計值

3)當ds≥900mm2）當ds>600mm時

可不進行局部壓曲驗算t-鋼管樁壁厚，d-鋼管樁外徑

第三節(jié)群樁的豎向抗壓承載性狀一、群樁效應基本概念群樁效應——承臺、樁、土之間相互影響和共同作用群樁效率系數η和沉降比ζ基樁極限承載力單樁極限承載力群樁沉降量單樁沉降量η越小、ζ越大，群樁效應越強，即群樁承載力越低、群樁沉降越大。承載力沉降工作性狀復雜，樁群中任一基樁工作性狀都不同于孤立的單樁。群樁承載力≠各單樁承載力之和群樁沉降明顯超過單樁二、群樁效應的機理分析群樁基礎通過樁頂承臺連接群樁－土－承臺形成相互影響、共同作用的體系群樁的工作性狀與單樁有很大的區(qū)別相互作用樁與土樁與樁承臺與樁土樁1樁2承臺土1、樁與土相互作用擠土樁非密實砂土及非飽和粘性土擠土效應使土擠密，增加樁的側阻力飽和軟土擠土引起超孔隙水壓力，隨后孔壓消散、樁間土再固結觸變恢復側阻、端阻有顯著時間效應軟粘土中擠土樁承載力隨時間增長土的再固結還會發(fā)生負摩阻力樁所承受的力由側阻及端阻傳遞到地基土荷載傳遞類型（端承樁及摩擦樁）、樁距都會影響群樁效應端承樁，群樁效應不明顯摩擦樁，群樁效應明顯樁距越小，群樁效應越明顯2、樁與樁相互作用巖石土壓力擴散深度端承樁大間距小間距摩擦樁承臺下樁間土分擔荷載摩擦型樁基，承受荷載可高達總荷載三分之一甚至更高承臺與土面可能分開，分擔荷載作用不存在、不可靠3、承臺與樁土相互作用承臺對于各樁的摩阻力和端承力有影響承臺底部土、樁、承臺三者有基本相同的位移，減少了樁土相對位移，樁頂附近樁側阻力不能充分發(fā)揮。承臺底面向地基施加附加應力，樁側阻力和端阻力增加。剛性承臺調節(jié)各樁受力中心荷載下樁頂豎向位移基本相等，各樁分擔豎向力不等

受力：角樁>邊樁>中心樁，馬鞍形分布整體作用會使質量好、剛度大的樁多受力，質量差、剛度小的樁少受力，增加了樁基礎的總體可靠度端承樁大部分荷載由樁端傳遞樁側摩阻力及承臺土反力傳遞荷載較小樁－土－承臺相互影響小，

群樁效應弱摩擦樁大部分荷載由樁側摩阻力傳遞承臺土反力傳遞荷載樁－土－承臺相互影響大

群樁效應強常規(guī)樁距為3～4d群樁效應是樁－土－承臺相互影響、共同作用的結果。影響因素很多，主要取決于樁型、樁數和樁距。小結群樁效應弱端承型樁基樁數小于4根的摩擦型樁基承載力群樁＝單樁之和基樁＝單樁群樁效應強摩擦型群樁上部結構剛度好、體型簡單的建筑物差異沉降適應性較強的排架結構和柔性構筑物變剛度調平設計的樁基剛度相對弱化區(qū)軟土地基的減沉復合疏樁承載力群樁≠單樁之和基樁≠單樁群樁＝基樁之和群樁效應有很多影響因素，主要取決于樁型、樁數和樁距：如何考慮群樁效應？三、群樁的荷載傳遞特性低承臺樁基，由于承臺-地基土-樁的相互作用，樁基的工作性狀、荷載傳遞均趨于復雜，明顯不同于獨立單樁群樁基礎中，樁的側阻和端阻、承臺土反力、樁頂反力等都隨著群樁的樁距、樁數、樁長、承臺寬度等變化而呈現出一定的變化規(guī)律樁距承臺樁長土性側阻樁距承臺土性端阻樁距樁端持力層樁群內外面積比承臺底土性擠土固結荷載水平承臺土反力樁距承臺與上部結構剛度樁數土性荷載水平樁頂反力四、群樁的破壞模式整體破壞非整體破壞群樁承載力計算模式：由群樁破壞模式確定群樁破壞模式理論上：群樁側阻破壞、群樁端阻破壞實用上：整體破壞、非整體破壞土性、樁距、承臺設置方式、成樁工藝有關整體破壞砂土、粉土、非飽和松散黏性土中的擠土樁，

樁距較小低承臺群樁非整體破壞無擠土效應的鉆孔群樁1、側阻破壞側阻呈非整體破壞，單樁單獨破壞整體剪切破壞樁端持力層為密實砂土或硬黏土，上覆層為軟土，樁不太長局部剪切破壞上覆土層為非軟土刺入破壞存在軟弱下臥層、樁端持力層為松散、中密砂土、粉土、高壓縮性黏土

2、端阻破壞整體剪切、局部剪切、刺入破壞，與側阻破壞模式有關側阻呈整體破壞，樁端演變成單獨實體墩基

局部剪切/刺入破壞

基礎底面大、埋深大

群樁整體失穩(wěn)

存在軟弱下臥層整體剪切破壞樁短、持力層土層密實

第四節(jié)群樁豎向抗壓承載力的確定一、群樁承載力確定方法群樁效率系數法極限平衡法側阻呈樁土整體破壞

（忽略群樁效應）模式一模式二（等代墩基法）側阻呈樁土非整體破壞1、群樁效率系數法：單樁承載力為參數Ru——基樁極限承載力Qu——單樁極限承載力η

——群樁效率系數2、極限平衡法：土體強度為參數（1）側阻呈樁土整體破壞小樁距（s≤3d）擠土型低承臺群樁側阻呈整體破壞，側阻剪切破裂面發(fā)生于群樁、土形成的實體基礎外圍側表面群樁承載力計算：視群樁為“等代墩基”（實體深基），有兩種計算模式第一種實體深基礎承載力Pu樁群周邊極限側摩阻力樁端平面處樁群外包尺寸面積上土的極限承載力Pu＝Psu＋Ppu＝2(A0＋B0)∑li·qsui＋qpu·A0·B0

qsui——第i層土的極限側阻力qpu——實體基礎底面單位面積承載力

可按淺基礎承載力公式計算

A0、B0、L——實體基礎長邊、短邊長和樁長

Pu＝qpuA·B考慮/4的擴散角樁端平面面積擴大，其上承載力作為Puqpu——實體基礎底面單位面積承載力

可按淺基礎的極限承載力公式計算

A0、B0、L——實體基礎長邊、短邊長和樁長

第二種——樁側各土層內摩擦角加權平均值（2）側阻呈樁土非整體破壞

各樁單獨破壞，側阻剪切破裂面發(fā)生于各基樁樁土界面或近樁表面土體中多見于非擠土型樁群及飽和土中擠土型高承臺群樁忽略群樁效應,極限承載力的計算qsui、qpu按靜力法計算二、規(guī)范中采用的計算方法樁距<6d，高樁承臺

樁距≥3d-6d,且樁端進入良好持力層樁距≥6d

《建筑樁基技術規(guī)范》樁距<

6d，≥4根樁,摩擦樁，群樁效率系數法《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》樁距<

6d，≥

9根樁，多排摩擦樁，極限平衡法/(等代墩基法)（第二種：樁端平面處土的承載力）樁距>6d，不考慮群樁效應,單樁承載力xN不考慮群樁效應,樁承載力xN《水運工程樁基設計規(guī)范》樁距<3d-6d，且樁端進入良好持力層群樁效率系數法群樁效率系數η基樁極限承載力單樁極限承載力94版規(guī)范：引入考慮承臺、樁、土相互作用的分項群樁效應系數各因素對群樁效應效果不同，單一系數難以如實反映群樁問題側阻：ηs端阻：ηp承臺：ηc08版規(guī)范：只考慮承臺效應系數ηc，為簡化計算且留更多安全儲備粘性土：側阻削弱效應與端阻增強效應某種程度上相互抵銷非粘性土：側阻與端阻效應ηs、ηp一般大于1試驗表明：低樁承臺的分擔荷載作用明顯，不可忽視分項群樁效應系數1、94版規(guī)范復合基樁承載力設計值RQsk

、Qpk——單樁側阻端阻標準值Qck——有效承臺面積地基土承載力總極限阻力標準值

A

c——承臺底與土接觸的面積

f

ck——承臺底1/2承臺寬度深度范圍（≤5m）內地基土極限承載力標準值基樁：群樁基礎中的單個樁復合基樁：考慮承臺效應的基樁荷載試驗時：樁側阻力與樁端阻力未分離

R＝ηspQsp/γsp＋ηcQck/γc

Qsp——載荷試驗確定的單樁極限承載力標準值ηsp——樁側阻力樁端阻力綜合群樁效應系數復合基樁承載力特征值RRa—單樁承載力特征值fak—承臺底1/2承臺寬度深度范圍(≤5m）內地基土的承載力特征值Ac—基樁所對應分配的承臺底與土接觸的凈面積A—承臺底面積Ap—單樁截面積當承臺底面以下是軟土、欠固結土、濕陷性黃土等，不考慮承臺作用2、08版規(guī)范只考慮承臺效應三、群樁軟下臥層的承載力計算樁端持力層厚度有限，其下為軟弱下臥層時，軟弱下臥層驗算群樁可能出現的破壞模式

（1）基樁沖剪破壞（2）群樁沖剪破壞基樁沖剪破壞群樁整體驗算原則附加應力+自重應力<承載力特征值位置：軟弱下臥層頂面處σz＋σcz≤faz

σz——附加應力σcz——地基土自重應力

faz——深度修正后地基土承載力特征值軟弱下臥層頂面處1、基樁單獨沖剪破壞樁距>6d高樁承臺群樁低承臺下地基土可能出現自重固結、液化、濕陷、震陷、擠土隆起后再固結等的群樁樁距略小于6d，但樁側土層很軟弱假設樁端應力擴散不重疊，擴散角θ（查表）

N——樁頂豎向荷載qsi——第i層土的極限側摩阻力de——單樁直徑

t——樁端以下持力層的厚度2、群樁整體沖剪破壞樁距≤6d基樁樁端沖剪錐體擴散線在持力層中相互交叉重疊σz二種方法計算（1）擴散角法（2）近似線彈性理論假設群樁和樁間土為實體基礎（1）擴散角法壓力以θ角向下擴散，扣除實體基礎周邊極限側阻力

F——樁承臺頂面豎向力設計值

G——承臺及臺上土的自重

A0、B0——實體基礎長邊、短邊長

qsi——第i層土的極限側摩阻力

ht——樁端以下持力層的厚度

P0深基礎基底附加壓力P0基底附加壓力向下擴散作用在軟弱層頂附加應力σzFGGfθθA0Az0zLtQsσz（2）按線彈性理論近似計算

σz＝a（σh－γ1h）

有條件時可按Mindlin應力解計算

壓縮模量Gh——實際基礎自重，承臺+樁土第五節(jié)樁的豎向抗拔承載力一、概述（1）塔式高聳結構物的樁基礎如高壓輸電塔、電視塔、微波通信塔、煙囪、海洋石油平臺等的樁基礎。

抗拔樁應用（2）拉錨體系或結構的樁基礎如懸索橋中的錨樁基礎或其錨碇塊底下的樁基礎地基土或單樁靜載荷試驗中所用的錨樁。（3）承受較大浮托力作用的樁基礎如上部荷載較小且受地下水浮力作用的的地下車庫、地下商場、地鐵車站等地下空間結構、以及船閘、船塢等水工結構物的樁基礎。（4）承受巨大水平荷載的叉樁結構，

如碼頭、橋臺、擋土墻下的斜樁。（5）特殊條件及特殊地基上的建筑物，如地震荷載作用下的建筑物、膨脹土及凍脹土地基上的建筑物。上拔力分類恒定上拔力拉拔與下壓反復交替風載、地震、交變荷載設計時滿足抗壓、抗拔兩方面僅抗壓、并驗算抗拔力設計滿足抗拔抗拔承載力受兩方面因素制約等截面抗拔樁抗拔能力十分有限應變軟化，即抗拔能力超過峰值后，隨著上拔位移的增加會逐漸降低，趨于一個終值并非理想形式樁身材料的抗拉強度樁周表面特性(即樁側壁的幾何特征)土的物理力學特性非等截面抗拔樁，如擴底樁(夯擴、爆擴、機擴、掏擴)不僅發(fā)揮樁側摩阻力還能充分發(fā)揮擴大部分的擴孔阻力二、等截面樁的工作形狀及機理分析（一）上拔破壞形態(tài)1）沿樁土側壁界面剪破2）樁周土體破壞3）復合剪切面破壞4）樁身拔斷

常見軟巖中粗短灌注樁完整通長的沿巖土破壞如倒錐體或喇叭形土體破壞硬粘土較長鉆孔灌注樁樁側不平滑，粘土與樁身表面粘結較好（二）上拔工作性狀1、荷載－位移關系抗拔樁與抗壓樁：荷載位移曲線不同抗拔1）特點第一、第二拐點：相距近、難區(qū)分接近極限荷載曲線變化：不顯著變形量：抗拔力達極限值后陡變上升抗壓Q/kNs/mm123O2）軟化現象超過極限抗拔力的變形后，隨著樁的上拔量的增加，抗拔力相反地下降，樁迅速破壞。上拔力與上拔量關系曲線原因：抗拔樁周圍土的松動受荷邊界條件改變樁周表面積減小樁側土的抗剪強度由峰值強度跌落為殘余強度3）上拔荷載形式對比砂土中，短期維持荷載、循環(huán)荷載循環(huán)荷載上拔量大，承載力降低約30％2、入土深度試驗反映：約為20倍樁徑當l>20d時，承載力增量隨入土深度增加迅速增長原因上拔作用下，

樁周土松動占整個入土深度比例較大

抵抗樁拔出剪應力要有足夠入土深度才會增長抗拔力與入土深度的關系最優(yōu)化的入土深度三、等截面樁抗撥承載力的確定1、現場抗拔試驗試驗裝置：液壓千斤頂試驗方法：逐級加載、應力控制數據：上拔荷載P與上拔位移量Δ的關系曲線定義：單樁樁頂能穩(wěn)定承受的最大抗拔荷載確定方法：抗拔試驗、靜力計算公式、規(guī)范法（一）單樁抗拔承載力承載力判定（1）P-S曲線陡升起始點荷載（破壞荷載的前一級荷載）（2）S－lgt曲線尾部顯著彎曲的前一級荷載（3）上拔位移量控制樁頂變形量為0.025d時的荷載2、靜力計算法豎向受壓樁側摩阻力的靜力計算公式（1）圓柱狀剪切破壞（2）復合剪切面破壞（1）圓柱狀剪切破壞灌注樁實際破壞面：界面以外附近土體內，非直接在界面上，只需土的抗剪強度β法α法——樁周土平均有效內摩擦角飽和粘性土：總應力計算不排水荷載條件下(如作用時間較短)，不排水分析法α法（1）破壞時所能動員的樁徑dm>鉆孔樁樁徑d砂性土實際剪切面：樁土界面外6mm

（2）與樁身應力范圍相適應的土內摩擦角直剪試驗確定（3）破壞時土的側壓力系數β法（2）復合剪切面破壞估算出可能的錐形體幾何尺寸Wp，Ws——樁和錐形土體有效重力Z1——倒錐形土體高度，估算或者試算靜力計算公式注意：（1）側壁阻力上拔時地面附近可能產生錐形剪切面。若出現復合剪切面，淺層土體實際水平土壓力降低（2）在一定條件下，樁材料的泊松效應影響不容忽視受壓，側向膨脹，水平應力增加受拉，側向收縮，水平應力減小條件：中硬或軟黏土可忽略硬黏土和巖石地基，土體不可忽略與變形模量有關3、規(guī)范法抗拔樁折減系數λ樁土界面法向應力：上拔<下壓灌注樁試驗表明：λ<1，隨樁入土深度增加而增大抗拔，較長樁經濟合理取值砂土：0.50~0.70粘性土、粉土：0.70~0.80l/d<20：取小值計算驗算λ<1（二）等截面樁群的抗拔承載力樁身材料強度(包括樁與承臺的連接部強度)基于地層抗拔承載力：單樁、群樁以其中小者作為計算依據

群樁抗拔承載力

現場靜載荷試驗，困難驗算：理論或經驗公式驗算模式：（1）整體破壞（2）非整體破壞整體破壞模式非整體破壞模式1、群樁呈非整體破壞2、群樁呈整體破壞《建筑樁基技術規(guī)范》

基樁抗拔承載力標準值基樁極限承載力標準值

ul——樁群外圍周長3、抗拔承載力驗算地基承載力，同時驗算：群樁、基樁基樁材料的受拉承載力：《混凝土結構設計規(guī)范》Gp——基樁自重，地下水位以下為浮重度

Ggp——樁土總自重設計值/總樁數,地下水位以下取浮重度優(yōu)點：增加不多材料，顯著增加抗拔承載力四、擴底樁的上拔工作形狀與機理分析（一）擴底樁的上拔破壞形態(tài)各種形狀復合剪切破壞面圓柱形沖剪式剪切面基本破壞形式狀如喇叭曲線滑動面靠近地表：倒錐形擴大頭處：破壞形態(tài)復雜多變，隨施工方法、基礎埋深、土的特性而變土層埋藏條件對上拔破壞形態(tài)影響極大淺層軟土，擴大頭在下臥硬土層完整滑動面限制在下臥土層上層軟土層不出現清晰滑動面呈大變形位移(塑流)均勻的軟粘土地基土體內部

不出現明顯滑動面擴大頭底部真空吸力吸引四周軟土，填補空隙地面呈現淺平的凹陷圈相當大范圍內土體在不同程度上被牽動（二）擴底樁的上拔工作性狀與機理1、荷載傳遞規(guī)律擴大頭抗拔阻力占比大樁側摩阻力發(fā)揮，與擴大頭端地基土擠壓引起土抗力發(fā)揮不同步。擴大頭頂部附近側壁側摩阻力忽略擴大頭存在導致該段樁土相對位移很小地表較早出現一條或多條環(huán)向裂縫、淺部樁一土脫開擴大頭上移帶動相當大范圍土體一起運動不考慮樁側地表下1.0m范圍內的樁土界面摩阻力軟黏土中擴大頭底部真空吸力不容忽視，長期不存在2、荷載－位移曲線擴底樁(1、2、3):“有后勁”等截面樁(4、5):“峰后低頭減強”等截面樁相對位移達到4~10mm時達到峰值，其后逐漸下降。曲線有明顯轉折點，甚至峰后低頭減強。擴底樁樁側摩阻力達到峰值后，擴大頭抗拔阻力繼續(xù)增長樁上拔位移量相當大(有時可達數百毫米)，才可能因土體整體破壞而失去穩(wěn)定相當大上拔變位變化幅度內，上拔阻力可隨上拔位移持續(xù)同步增長，呈現后勁擴大頭抗拔阻力百分比隨著上拔位移逐漸增加接近破壞荷載時，擴頭阻力往往是決定因素五、擴底樁抗拔極限承載力的計算QSQB基本計算模式擴底樁破壞機理復雜、破壞形態(tài)多樣，不存在普遍適用公式兩種常見模式公式，僅供初步設計估算施工設計應按現場試驗確定摩擦圓柱法QSQB基本計算模式1、基本計算公式側壁摩阻力QS與等截面樁相同QS計算長度地面到擴大頭頂部

硬裂隙土，扣除靠近地面1.0m范圍側壁摩阻力樁長L

地面至擴大頭中部

若最大斷面不在中部，則算到最大斷面處。擴底部分承載力QB(1)粘性土(按不排水狀態(tài)考慮)

(2)砂性土(按排水狀態(tài)考慮)w——擴底擾動引起的抗剪強度折減系Nc、Nq——承載力因素

QSQB基本計算模式2、摩擦圓柱法直徑=擴大頭最大直徑(1)粘性土(不排水狀態(tài)下)(2)砂性土(排水狀態(tài)下)L——樁長，系從地面算至擴大頭最大斷面處六、等截面樁與擴底樁的受力性狀比較1、承載力大小2、受力體系3、荷載位移曲線4、計算樁側摩阻力的有效樁長第六節(jié)樁的負摩阻力定義因某種原因