《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008應(yīng)用常見問題解析.ppt

建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008 應(yīng)用常見問題解析,中國建筑技術(shù)集團有限公司,2009.11,中國建筑科學(xué)研究院,邱明兵,目錄 一、人工挖孔嵌巖樁 1、概述 2、豎向受壓承載力性狀 3、工程樁檢測 4、某工程案例解析 二、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的擠土效應(yīng)及有關(guān)問題 三、地基整體穩(wěn)定與地基承載力 四、兩類共同作用的基本概念 五、抗浮設(shè)計應(yīng)注意的問題 六、剪力墻下布樁要點 七、樁基礎(chǔ)的抗震設(shè)計,1、概述 （1）.人工挖孔嵌巖樁適用及不適用范圍 每種樁型都有其適用條件，沒有一種萬能的樁型可以供工程師使用。 判斷人工挖孔嵌巖樁是否合適，可以參考以下幾個方面： 1）地質(zhì)土層分布：上覆土層較淺；有完整性較好及強度較高的基巖； 回填土最好應(yīng)壓實以避免施工中護壁脫落；巖溶發(fā)育地區(qū)應(yīng)謹(jǐn)慎嵌巖； 2）水文地質(zhì)條件：如果是粉、砂類土，地下水埋藏應(yīng)較深以保證施工安全； 3）上部結(jié)構(gòu)荷載：單樁承載力高，適合于荷載大的高層，以達(dá)到較高的 經(jīng)濟性；如果荷載較小，那么會造成浪費； 4）施工設(shè)備條件：沒有水源的山區(qū)，制備泥漿困難； 落后地區(qū)或國家（非洲），沒有先進設(shè)備 5）在地下水位較高，有承壓水的砂土層、滯水層、厚度較大的流塑狀淤泥、 淤泥質(zhì)土層中，不得選用。,一、人工挖孔嵌巖樁,（2）人工挖孔嵌巖樁的工程特性 釋疑：摩擦型樁的樁間凈距如何取用？人工挖孔的嵌巖樁，最小中心距2.5d中的d是否包含護壁尺寸？ 1）非擠土；2）嵌巖 如圖，新加坡港務(wù)局某10層倉庫工程 應(yīng)用的一根嵌巖樁的樁頂荷載傳遞曲線。 樁長l=10m，樁徑d=1.35m，l/d=7.85。 樁中心距2d，群樁效應(yīng)使得樁身上段 摩阻力發(fā)生蠕變，導(dǎo)致阻力下移。 端阻荷載比為14%。 嵌巖段阻力比約40%。,如何執(zhí)行“傾斜度大于30%的中風(fēng)化巖，宜根據(jù)傾斜度及巖石完整性 適當(dāng)加大嵌巖深度”？ 地面附近基巖由于風(fēng)化情況復(fù)雜，常常在一棟建筑物范圍內(nèi)形成坡度急劇變化的 巖面，如圖，當(dāng)樁基礎(chǔ)必須嵌巖時，應(yīng)合理設(shè)置嵌巖深度，并注意以下要點： （1）嵌巖深度應(yīng)從巖面下端起算。 （2）嵌入平整、完整的堅硬巖和較硬巖的深度不宜小于0.2d，且不應(yīng)小于0.2m。 （3）對于嵌入傾斜度不大于30%的完整和較完整巖的全斷面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m。 （4）傾斜度大于30%的中風(fēng)化巖，樁端至外側(cè)巖面水平距離s不宜小于0.7d且不小于0.9m（僅供參考）。,2、豎向受壓承載力性狀,（1）豎向受壓的極限破壞模式； 上覆土層段的破壞可能在兩個界面上，1）樁芯與護壁界面；2）護壁與土體界面。實際總是在第2）界面破壞。,實測樁側(cè)阻力分布模式（1）,如圖，為美國L.C.Reese等在1969年發(fā)表的一根埋設(shè)測量元件的嵌巖樁 的樁頂荷載隨深度傳遞的實測曲線。上覆堅硬黏土層5.5m，嵌入黏土 頁巖3.2m，d=0.76m，l/d=11.7，l/h=4.2。 端阻比例系數(shù)15%25%。嵌巖段阻力系數(shù)約80%。,實測樁側(cè)阻力分布模式（2）,不管樁端是強風(fēng)化還是微風(fēng)化，樁端阻力都很小。 嵌巖段提供了主要的側(cè)阻力和總阻力，上覆土層提供的阻力約20%。,嵌巖長樁和非嵌巖長樁的實測比較：上覆土層為黏性土和砂土,二者豎向荷載下的樁身應(yīng)力一致，說明長樁承載力性狀 與樁端持力層關(guān)系不大。上覆土層提供了主要的側(cè)摩阻力。,A3 嵌入中風(fēng)化 泥巖2.2m 60m,A1 未嵌巖 55m,端阻比例系數(shù)5%20%。,8.5.5-3，當(dāng)樁端嵌入完整及較完整的硬質(zhì)巖中，可按下式估算 單樁豎向承載力特征值：,為樁端巖石承載力特征值。,折減系數(shù),此公式基于天然地基破壞模式，未考慮樁阻力傳遞機理，故僅適用于 埋藏極淺，置于巖體表面的（qpa試驗即是置于巖體表面）情況。多數(shù) 工程中采用的淺層擴底基礎(chǔ)屬于這類情況。 一般的，有一定埋深、嵌入巖體一定深度的樁基礎(chǔ)，均不宜用此公式。 否則計算承載力極低，將導(dǎo)致樁端直徑增大或者樁數(shù)增多。,釋疑：（1）人工挖孔嵌巖樁端承（型）樁 從上述表格中的數(shù)據(jù)來看，當(dāng)樁稍長一些，則嵌巖樁也是摩擦型樁。 因此不應(yīng)當(dāng)作端承樁僅計算端阻力。但配筋時宜全長配筋。 （2）基樁有沒有最短長度或最小長徑比的要求？ 有人認(rèn)為基樁長徑比很小的情況下，樁側(cè)阻力就可以不用考慮。下圖是 美國費城自由廣場一號塔樓下的一根嵌巖樁的長期觀測資料。樁長8.8m，樁身 上段直徑3.0m，嵌巖段直徑2.6m。觀測數(shù)據(jù)表明始終有60%以上的荷載由樁側(cè) 承擔(dān)。可見用最小長徑比的概念來控制樁長并無意義。,右圖為某工程中長度為3m的樁，嵌巖段長2m，此樁按嵌巖樁設(shè)計而非端承樁，計入嵌巖段側(cè)阻力是必要的。,（3）計算公式,令,則,為嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)。,釋疑：（1）嵌巖0.5米的樁按端承還是按嵌巖樁考慮？ 應(yīng)按嵌巖樁考慮。從試驗來看，嵌巖段樁側(cè)阻力占比較大，不宜忽略。 （2）樁端進入較破碎巖時能否按嵌巖樁計算單樁豎向極限承載力？ 答：宜按碎石類土提供參數(shù)并計算。 （3）利用frk計算的單樁豎向極限承載力極高以至當(dāng)?shù)貨]有條件進行靜載荷試驗時，能否用檢測frk來代替單樁靜載荷試驗？ 答：不能。 （4）嵌巖樁通過直徑為0.3m巖基平板載荷試驗確定極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值Quk，與采用飽和單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值frk計算的結(jié)果差異較大時，用哪個結(jié)果更為合理？ 宜以巖基平板載荷試驗數(shù)據(jù)為主（計算樁承載力安全系數(shù)取2，計算地基承載力安全系數(shù)取3）。但此時承載力極高，故可參考frk進行綜合經(jīng)驗選取。從工程經(jīng)驗來看取用任何一個參數(shù)，結(jié)果均是以樁身強度控制。 （5）巖石單軸飽和抗壓強度frk與混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值有何對應(yīng)關(guān)系？ 巖樣為圓柱體50X100mm，混凝土立方體為150mm3， 一般的圓柱體150X300mm的fcu1=0.8fcu 50X100mm的frk對150X300mmfrk1，尺寸效應(yīng)系數(shù)約為1.15 那么 frk=1.15fcu1=1.15x0.8fcu=fcu,frk與fcu，不同的工程意義，這是因為： （1）frk要根據(jù)結(jié)構(gòu)面開展情況（即完整程度），折減一定的系數(shù)（0.10.5）才能使用；而混凝土是不開裂的，故沒有折減系數(shù)。 （2） 當(dāng)前frk僅用于抗壓，并且要除以2后使用，其對應(yīng)的荷載效應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)值。 混凝土強度則有多項指標(biāo)。 （3）巖石受壓后，同時是三向巨大側(cè)限（圍壓）下工作；而混凝土的側(cè)限是有限的。鋼筋混凝土試件的抗壓試驗表明，圍壓能極大提高混凝土強度；而基巖應(yīng)當(dāng)同樣如此，但目前的設(shè)計方法中還沒有考慮此有利因素。當(dāng)前的試驗成果發(fā)現(xiàn)：基巖受壓很難破壞，總是以變形控制為主。因此樁身強度常常成為控制因素。,載荷板試驗，等同于在半無限空間中的測試，有類似局壓的效果，因此可以 推測的是，其承載力要提高。這大概是載荷板試驗數(shù)據(jù)偏高的原因。,混凝土局壓強度,完整巖試驗,巖體結(jié)構(gòu)面,吳其芳等通過孔底載荷板（d=0.3m）試驗得到增大系數(shù)1.384.50，相應(yīng)的巖石frk=1.25.2MPa，載荷板在巖石中埋深0.54m。,與94規(guī)范的比較,第i層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，當(dāng)樁的長徑比不大(l/d30)，樁端置于 新鮮或微風(fēng)化硬質(zhì)巖中且樁底無沉渣時，對于黏性土、粉土取0.8； 對于砂類土及碎石類土取0.7；其他情況取1.0。,08規(guī)范取消此參數(shù)，主要是考慮到基巖剛度愈大，側(cè)摩阻力應(yīng)發(fā)揮愈高， 故側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)應(yīng)1.0，偏于保守的取1.0。,（1）取消側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù),（2）調(diào)高嵌巖承載力綜合系數(shù)，尤其是極軟巖、軟巖frk15MPa,綜合系數(shù)：,清底干凈的人工挖孔嵌巖樁，還應(yīng)乘以增大系數(shù)1.2。,嵌巖承載力綜合系數(shù)比較,08規(guī)范的嵌巖段綜合系數(shù)較94規(guī)范有所提高，但總體相對偏于安全。,（3）對于泥巖，不能用飽和單軸抗壓強度，應(yīng)取用天然濕度下的單軸抗壓強度。 （4）94規(guī)范以微風(fēng)化、中風(fēng)化對巖體分類； 08規(guī)范以完整、較完整對巖石分類。結(jié)構(gòu)面愈密，強度愈低。 （實際應(yīng)為“微風(fēng)化、中風(fēng)化”的完整巖、較完整巖） （5）08規(guī)范：清底干凈的人工挖孔嵌巖樁，還應(yīng)乘以增大系數(shù)1.2。 94規(guī)范：無。 （6）94規(guī)范：當(dāng)嵌巖段為中風(fēng)化巖時，表中數(shù)字乘以0.9折減。 08規(guī)范：無。,人工挖孔大直徑樁（d800mm）極限側(cè)阻和端阻的尺寸效應(yīng) （1）人工挖孔樁上覆土層端，在樁成孔后產(chǎn)生應(yīng)力釋放，孔壁出現(xiàn)松弛變形，導(dǎo)致側(cè)阻力有所降低，側(cè)阻力隨樁徑增大呈雙曲線型減?。℉.Brand1.1988）。本規(guī)范建議采用如下表達(dá)式進行側(cè)阻尺寸效應(yīng)計算。,式中 d樁身直徑； m 經(jīng)驗指數(shù)，對于粘性土、粉土，m=1/5； 對于砂土、碎石土，m=1/3。 對于嵌巖段側(cè)阻，不需要考慮折減。 （2）端阻在基巖上，也不需考慮端阻的 尺寸效應(yīng)系數(shù)。,人工挖孔嵌巖樁擴大頭,擴底樁變截面以上2d長度范圍內(nèi)不計側(cè)阻力。原因有二： （1）施工中土壁應(yīng)力松弛； （2）受荷后擴大頭下沉導(dǎo)致與斜壁托空， 使得斜壁附近土體應(yīng)力松弛。 實測結(jié)果表明，按94規(guī)范計算的擴底樁承載力偏高。,人工挖孔嵌巖擴底樁承載力， 幾乎不會在樁端土發(fā)生整體剪切破壞。 總是以變形控制。,人工挖孔樁的樁身強度： 1）因假定護壁不連續(xù)，故不考慮護壁強度，僅計算樁芯面積。 2）因護壁施工可見，樁基質(zhì)量能有效控制，故成樁工藝系數(shù)較 其他樁型高，取0.9。 3）人工挖孔嵌巖樁通常全長配筋，當(dāng)樁較短且粗時，箍筋加密區(qū)未設(shè)置5d，故就不利用縱筋強度；,釋疑： （1）JGJ94-2008第6.6.6條 護壁配筋直徑不應(yīng)小于8，是否可據(jù) 土質(zhì)情況好壞酌減？ 可以。比如北京地區(qū)一般土質(zhì)較好，最小直徑取6mm。北京地標(biāo),箍筋加密區(qū)5d時：,（2）護壁砼標(biāo)號與樁填心同一標(biāo)號，護壁施工每段進行振搗密度變困難，且形成大量施工縫，按施工縫處理達(dá)不到要求，不能整體起共同作用，是否不考慮護壁參加計算，即可降低護壁砼標(biāo)號? 樁身承載力計算取內(nèi)徑而不包括護壁厚度，那么設(shè)計可要求護壁混凝土按C30C40配料，施工后護壁混凝土取芯強度達(dá)到C15也是允許的。 （3）為何豎向承載力計算時有時用樁身直徑，有時用護壁外直徑？ 計算樁身強度用樁芯直徑；計算土對樁的支撐力用護壁外直徑。 （4）地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中樁身強度計算，工作條件系數(shù)灌注樁取0.60.7，是強規(guī)；樁基中5.8.2條，灌注樁取0.9，應(yīng)按哪條取值？ 按樁基取值。,人工挖孔嵌巖樁的檢測 （1）工程樁應(yīng)進行承載力和樁身質(zhì)量檢驗。 當(dāng)豎向承載力過大時，并不適合做靜載荷試驗（堆載平衡或錨樁平衡）。 （2）單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值、極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列規(guī)定確定： 1）對于大直徑端承型樁（樁端為非基巖時，如卵石層），也可通過深層平板（平板直徑應(yīng)與孔徑一致）載荷試驗確定極限端阻力； 某些情況下，平板直徑可能不與孔徑一致，其實測值較實際值偏低，等于說偏于安全。 2）對于嵌巖樁，當(dāng)樁端置于基巖頂面時，可通過直徑為0.3m巖基平板載荷試驗確定極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（qpk）；當(dāng)樁端進入巖層一定深度時，宜通過直徑為0.3m嵌巖短墩載荷試驗確定嵌巖段極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值； （見地基規(guī)范附錄H），對應(yīng)的設(shè)計方法應(yīng)為： 3）用其他方法（如自平衡法）測得樁側(cè)摩阻力。,1、工程概況 貴州某住宅樓，26981m2，為1+301+32層，采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)間距7.6x8.5m，主樓單柱最大軸力為30000KN/柱（設(shè)計值），裙樓單柱最大軸力為4500KN/柱（設(shè)計值）。 注：如果該設(shè)計值取自SETWE“底層柱墻內(nèi)力” ，則應(yīng)/1.25，作為與樁基承載力特征值Ra對應(yīng)的荷載參數(shù)。 2、場地特性 該項目場地由于受附近斷層活動影響，巖體差異變化較大，所在地塊同時存在中風(fēng)化泥巖（fak=1200Kpa）、強風(fēng)化泥巖(fak=500Kpa)和中風(fēng)化灰?guī)r(fak=5000Kpa)幾種承載力差異較大的巖體。通過自平衡法在泥質(zhì)單元進行基樁靜荷載試驗，得出各項力學(xué)指標(biāo)：強風(fēng)化泥巖端阻力特征值795Kpa,側(cè)阻力特征值335Kpa，變形模量43.2Mpa; 中風(fēng)化泥巖端阻力特征值1650Kpa,側(cè)阻力特征值225Kpa，變形模量79.7Mpa。,工程案例 貴州某住宅樓挖孔樁設(shè)計 剖析,3、承載力計算（剖析） 對樁芯直徑2m和1.5m的樁（護壁150mm）進行計算。,2m單樁承載力特征值，按非嵌巖樁公式計算：,說明（1）上述方法為按護壁外側(cè)計算樁側(cè)摩阻力，應(yīng)改為,計算承載力至少應(yīng)提高50%。,（2）,是按干作業(yè)鉆孔工藝提供的參數(shù)（有沉渣） 實際宜按“預(yù)制樁”提供參數(shù)或者通過載荷板試驗確定。,如果,干作業(yè)挖孔樁（清底干凈，D=800mm） 極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值,缺軟質(zhì)巖參數(shù)，可參考表5.3.5-2“混凝土預(yù)制樁”參數(shù)。,1.5m單樁承載力特征值，按非嵌巖樁公式計算：,說明（1）上述方法為按護壁外側(cè)計算樁側(cè)摩阻力，應(yīng)改為,計算承載力至少應(yīng)提高15%。 因不是按嵌巖樁公式計算，故不能乘以清底系數(shù)1.2。,計算承載力至少應(yīng)提高46%。,如果,（2）,是按干作業(yè)鉆孔工藝提供的參數(shù)（有沉渣） 實際宜按“預(yù)制樁”提供參數(shù)或者通過載荷板試驗確定。,4、樁基布置 （1）見樁基平面布置圖 （2）見基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面圖 優(yōu)化建議：鑒于嵌巖樁承載力潛力較高，變形極小，建議提高樁基承載力， 使得樁基在柱下、墻下布置，那么承臺高度可以降低，或者承臺取消。 理論上講，人工挖孔嵌巖樁，總是可以做到柱下、墻下布樁。 這是因為：上部結(jié)構(gòu)柱截面由軸壓比控制， Ns傳遞到樁頂，作用到樁身，那么 一般而言，只要（1）樁基承載力由樁身強度控制；（2）人工挖孔 嵌巖樁的樁芯面積大于柱截面面積（一般都很容易滿足，抗震等級高的構(gòu)件， 樁芯面積要求大一些），那么一柱一樁就夠了。,所以問題的關(guān)鍵在于：如何使得樁基承載力由樁身強度控制？這就要求： （1）充分發(fā)揮上覆土層的側(cè)摩阻力，計算時應(yīng)取護壁外徑； （2）充分發(fā)揮嵌巖端側(cè)摩阻力。嵌巖深徑比，較硬巖、堅硬巖在1.0左右 經(jīng)濟效益比較好；對于較軟巖則在13左右，極軟巖、軟巖則可能在4左右 較為經(jīng)濟。當(dāng)承載力需要時，也可加深，但嵌巖段承載力提高有限。 （3）樁芯混凝土強度可用到C40。工程結(jié)構(gòu)柱常用C50混凝土，相應(yīng)的樁芯 混凝土強度提高，可有效提高樁身承載力。 （4）計入清底干凈的提高系數(shù)1.2，同時對施工單位提出相應(yīng)的要求。,重點：按樁芯強度控制的設(shè)計過程 （1）按最小施工樁芯直徑計算承載力，一般取C40混凝土,記憶,如樁芯800,如樁芯900,如樁芯1000,如樁芯1500,（2）根據(jù)樁身強度設(shè)計相應(yīng)的嵌巖深度，一般的，較硬、堅硬巖hr/d=1可滿足；極軟、軟巖，hr/d大于3.5；較軟巖130MPa。 這說明（a）從某種程度上講，較硬、堅硬巖嵌巖深徑比大于1幾乎是沒有效果的。 （b）那些在較硬、堅硬巖中的擴底樁，如果進入巖層達(dá)到1d的，并無必要擴底。,假設(shè)無上覆土層的極軟巖、軟巖，僅用嵌巖段阻力，那么 用C40混凝土， hr/d=4，那么 因極軟巖、軟巖 ，故深徑比應(yīng)大于3.5方能使得樁身強度充分發(fā)揮。 這要求對于極軟巖、軟巖應(yīng)充分發(fā)揮上覆土層側(cè)摩阻力。 對于較軟巖(15frk30)，深徑比13之間較為合理。,（3）上部結(jié)構(gòu)荷載用標(biāo)準(zhǔn)值，與樁基承載力特征值對應(yīng)。 上部結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計值，與樁身強度對應(yīng)。 選擇合適的樁徑，通常一個項目中，23個樁徑即可滿足工程需要。,無上覆土層的最大嵌巖深度：,當(dāng)上覆土層的有一定厚度時，需要的嵌巖深度會更淺， 務(wù)必計入上覆土層提供的側(cè)摩阻力。,二、預(yù)應(yīng)力管樁的擠土效應(yīng)及有關(guān)問題,隨著施工技術(shù)發(fā)展和經(jīng)驗積累，近些年管樁從沿海軟土地區(qū)向內(nèi)陸非軟土地區(qū)蔓延，由低烈度區(qū)向高烈度區(qū)蔓延。同時也出現(xiàn)了不少工程事故，設(shè)計及施工應(yīng)掌握其中原理并積累相關(guān)經(jīng)驗以有利于該樁型的發(fā)展。 1、按擠土程度分類 與混凝土灌注樁比較，預(yù)應(yīng)力管樁無泥皮、沉渣，從這個角度講，其單樁豎向承載力應(yīng)比灌注樁高，但管樁是擠土施工，不可避免的擾動原狀土、使地下水滲流變化、破壞整個場地原有的應(yīng)力場，使之失衡，從而導(dǎo)致諸多工程問題。由于擠土效應(yīng)這是管樁工程事故較多的原因之一。因此有必要根據(jù)擠土程度分類： （1）擠土樁：閉口管樁 （2）部分?jǐn)D土樁：開口管樁，引孔施工的管樁 （3）非擠土樁,一般而言，（1）如果選擇管樁，那么在有條件的場地（地區(qū)）應(yīng)使用部分?jǐn)D土樁（2）用大口徑空心樁（3）長樁，這能較大程度上減少擠土效應(yīng)；同時在一定程度上保留了管樁側(cè)摩阻力和端阻力較灌注樁高的優(yōu)點。,擠土量的比較,2、擠土施工場地土的影響 擠土施工將在引發(fā)場地土在施工期間發(fā)生以下變化： （1）擾動原狀土體。對于對于高靈敏度的軟土，可能破壞土體結(jié)構(gòu)； （2）飽和軟粘土中引起較高超孔隙水壓力，對周圍設(shè)施產(chǎn)生不利影響； （3）改變場地滲流規(guī)律。大面積擠土施工當(dāng)沉樁速率過快將改變原有滲流規(guī)律，使得水壓力發(fā)生變化。 （4）土體偏離原位，朝場地外擴展，同時場地隆起。,土體位移及引發(fā)的破壞,3、場地土變化對樁基礎(chǔ)沉降及承載力的影響 樁基礎(chǔ)工程中是通過考察樁基承載力、沉降量以及施工期間土體位移來評價樁型選擇的合理性，因此可以將場地土變化對樁基礎(chǔ)沉降、承載力及施工期間對周圍環(huán)境的影響稱為擠土效應(yīng)。 （1）擠土對樁基試樁承載力的影響,突變型（樁端脫空）,陡降型,預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的靜載荷試驗Q-s曲線多數(shù)（除樁端嵌巖以外）呈現(xiàn)陡降型的特征，這與（1）預(yù)應(yīng)力管樁應(yīng)用的場地多為軟土有關(guān)（2）可能與樁直徑較小有關(guān)。,預(yù)應(yīng)力混凝土管樁豎向抗壓承載力的計算及說明 當(dāng)根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定敞口預(yù)應(yīng)力混凝土空心樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時，可按下列公式計算：,此公式計算基于以下假定 （1）土體未擾動，樁與土體緊密接觸，故側(cè)摩阻力較泥漿護壁的高。 （2）樁端與持力層緊密接觸，土塞效應(yīng)方能發(fā)揮。 （3）未計入土體再固結(jié)形成的側(cè)摩阻力增強效果。,擠土恢復(fù)的時效性是雙刃劍。隨著時間推移，場地土恢復(fù)穩(wěn)定，但這個時間可能長達(dá)一至數(shù)年。在這個過程中雖然側(cè)摩阻力增加，但是沉降也在增加。設(shè)計提高基樁承載力那么樁數(shù)將減少，導(dǎo)致實際總沉降增加；同時由于再固結(jié)可能導(dǎo)致承臺底脫空，那么荷載全部由樁承擔(dān)，也可能額外增加沉降。,預(yù)應(yīng)力混凝土管樁qsk,qpk,（2）擠土對樁基沉降的影響,建筑物關(guān)注的是樁基長期沉降量。沉樁結(jié)束后，孔隙水壓力逐漸消散，土體再固結(jié)，建筑物隨之下沉；對于土層分布比較均勻的場地，再固結(jié)在平面內(nèi)較均勻，將不增加建筑物兩點間差異沉降，但對建筑物總沉降產(chǎn)生較大影響。,飽和土中采用預(yù)制樁（不含復(fù)打、復(fù)壓、引孔沉樁）時，應(yīng)根據(jù)樁距、土質(zhì)、沉樁速率和順序等因素，對按等效作用分層綜合法計算的沉降乘以1.31.8擠土效應(yīng)系數(shù)，土的滲透性低，樁距小，樁數(shù)多，沉樁速率快時取大值。,天津某工程沉降實測資料,住宅，地下1層，地上9層，異形柱剪力墻結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力管樁。上圖為竣工時沉降。 Smax=39mm,住宅，地下2層，地上27層，剪力墻結(jié)構(gòu)，灌注樁后注漿。上圖為竣工時沉降。Smax=17mm 上面兩棟樓位于同一小區(qū)。雖然樁基礎(chǔ)提供了等效的承載力，但沉降差別相當(dāng)大。可見荷載量大并不是產(chǎn)生大沉降量的主要因素，主要還是擠土效應(yīng)。,4、減小擠土效應(yīng)的措施 （1）設(shè)計措施：增大基樁的最小中心距,（2）施工措施： 1）可用預(yù)鉆孔來減少排土量。預(yù)鉆孔孔徑可比樁徑（或方樁對角線）小50100mm，深度可根據(jù)樁距和土的密實度、滲透性確定，宜為樁長的1/31/2； 通常預(yù)鉆孔深度范圍內(nèi)地基圖體內(nèi)的超孔隙水壓力可減小40%50%，地基變位可減小30%50%。 2）應(yīng)設(shè)置排水措施，如袋裝砂井或塑料排水板，可提高土的在施工期間的壓縮性。袋裝砂井直徑宜為7080mm，間距宜為1.01.5m，深度宜為1012m；塑料排水板的深度、間距與袋裝砂井相同； 其目的是改善地基土的排水特性，加快孔隙水壓力的消散，防止砂土液化。,3）可在沉樁區(qū)內(nèi)外開挖地面防震溝或應(yīng)力釋放孔，并可與其他措施結(jié)合使用。防震溝溝寬可取0.50.8m，深度按土質(zhì)情況決定； 可減小淺層土體的擠土效應(yīng)，對于深基坑效果有限。 4）管樁施工不能搶工期。應(yīng)限制每天的沉樁數(shù)量（即打樁速率），合理安排沉樁流程，使得超孔隙水壓力能及時消散； 在軟黏性土中，沉樁速度過快，不但顯著增加水壓力、地基土變位，還可使得鄰近土體剪切破壞。施工順利則影響水力梯度的大小和方向。實測表明，地基變位方向與沉樁施工方向一致。 5）沉樁結(jié)束后，宜普遍實施一次復(fù)打，使樁端置于持力層上，能充分發(fā)揮樁端土體承載力，還可隨時間增長；,（3）基坑開挖 1）基坑開挖前應(yīng)對邊坡支護型式、降水措施、挖土方案、運土路線及堆土位置編制施工方案，若樁基施工引起超孔隙水壓力，宜待超孔隙水壓力大部分消散后開挖。 2）基坑施工順序宜先深后淺。場地土允許的地區(qū)應(yīng)先開挖基坑，后沉樁。 3）挖土應(yīng)均衡分層進行，對流塑狀軟土的基坑開挖，高差不應(yīng)超過1m。 4）挖出的土方不得堆置在基坑附近。 5）機械挖土?xí)r須避開樁位，行進路線須避開樁位且距離樁位一定距離，否則應(yīng)采取其他措施確?；觾?nèi)的樁體不受損壞。 （4）施工監(jiān)測 1）對于擠土預(yù)制樁和擠土灌注樁，施工過程均應(yīng)對樁頂和地面土體的豎向和水平位移進行系統(tǒng)觀測；若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)采取復(fù)打、復(fù)壓、引孔、設(shè)置排水措施及調(diào)整沉樁速率等措施。 2）沉樁過程中應(yīng)加強鄰近建筑物、地下管線等的觀測、監(jiān)護。,（5）預(yù)應(yīng)力管樁施工常見問題及處理措施 1）平面偏位，樁身完整性為I、II類。 措施：處理承臺。尤其對一柱一樁和二樁的情況。（見武漢某工程實例） 2）樁身開裂，對水平承載力有影響。 措施：（a）灌芯（b）補樁（?。?。（見唐山某項目） 3）樁端未到設(shè)計標(biāo)高（樁長未滿足設(shè)計要求）。 措施（a）預(yù)鉆孔（b）保留該持力層。,處理類似問題應(yīng)著眼于對承臺和上部結(jié)構(gòu)的影響： （a）承臺內(nèi)力與原設(shè)計不同； （b）建筑物沉降可能不均勻。,4）沉樁終壓力與設(shè)計不符 （沉樁終壓力Rsm與極限承載力Quk關(guān)系按地區(qū)經(jīng)驗較為真實）。 終止壓力與土層分布特性密切相關(guān)，應(yīng)注意當(dāng)?shù)赝翆臃植继攸c。,（a）,（b）,（c）,規(guī)范：最大壓樁力不宜小于設(shè)計的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，必要時可由現(xiàn)場試驗確定，可根據(jù)地區(qū)靜壓經(jīng)驗確定。,5、樁端封口的必要性,預(yù)應(yīng)力管樁樁端持力層土體可能因滲水而影響承載力： (1)原為非飽和土，因含水量增加而降低承載力。當(dāng)樁較長時承載力以樁側(cè)摩阻力為主的，這種不利效應(yīng)影響較小。 (2)樁側(cè)持力層為粉、細(xì)砂時，可能因水頭壓力而使之流失，局部掏空。 (3)樁端嵌入遇水易軟化的強風(fēng)化巖、全風(fēng)化巖，則會極大的損失承載力。 為避免地下水對樁端持力層的影響，應(yīng)用閉口樁且填芯。在施工第一節(jié)樁時即對樁端以上2m左右范圍內(nèi)灌入微膨脹細(xì)石混凝土，封閉以防止?jié)B水。,鑒于當(dāng)前預(yù)應(yīng)力混凝土管樁擠土產(chǎn)生的一系列問題的復(fù)雜性，故應(yīng)強調(diào)在實踐中總結(jié)經(jīng)驗，強調(diào)地區(qū)經(jīng)驗的重要性。,1、偏心荷載下的承載力理論的基本圖示,主應(yīng)力線,整體失穩(wěn)示意,三、地基整體穩(wěn)定與地基承載力,2、整體失穩(wěn) （1）實例1,巴西某十一層大廈。 1955年始建的巴西某十一層大廈長25m，寬12m，支承在99根21m長的鋼筋混凝土樁上。 1958年大廈建成后，發(fā)現(xiàn)其背后明顯下沉。1月30日，該建筑物的沉降速度高達(dá)每小時4mm，晚8時許，大廈在20s內(nèi)倒塌。 后查明該大廈下有25m厚的沼澤土，而其下的樁長僅有21m，未深入其下的堅固土層，倒塌是由于地基產(chǎn)生整體剪切破壞所致。,（2）實例2,加拿大特朗斯康谷倉 。 建于1914年。該谷倉由65個圓柱形筒倉構(gòu)成，高31m，寬23.5m，其下為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，由于事前不了解基礎(chǔ)下埋藏有厚達(dá)16m的軟粘土層，谷倉建成后初次貯存谷物達(dá)27000t后，發(fā)現(xiàn)谷倉明顯下沉，結(jié)果谷倉西側(cè)突然陷入土中7.3m，東側(cè)上抬1.5m，倉身傾斜近27o。后查明谷倉基礎(chǔ)底面單位面積壓力超過300kPa，而地基中的軟粘土層極限承載力才約250kPa，因此造成地基產(chǎn)生整體破壞并引發(fā)谷倉嚴(yán)重傾斜。該谷倉由于整體剛度極大，因此雖傾斜極為嚴(yán)重，但谷倉本身卻完好無損。后于土倉基礎(chǔ)之下做了七十多個支承于下部基巖上的混凝土墩，使用了388個50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)才把倉體逐漸扶正，單其位置比原來降低了近4.0m。,（3）實例3,上海蓮花河畔景苑 7號樓 鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。 地上13層，地下一層。 基底為淤泥土，承載力約6t。 條形基礎(chǔ)+預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。 樁長約30m，樁數(shù)112根。 傾覆后樁完全折斷。 事故原因：,3、檢視規(guī)范規(guī)定 （1）非巖石地基的基礎(chǔ)：最小埋深0.5m，應(yīng)滿足承載力、變形、穩(wěn)定性要求。 筏基則大于1/15H，樁筏則大于1/181/20 H。 需要指出的是：非巖石地基的基礎(chǔ)埋深，應(yīng)與抗震設(shè)防烈度，地基土性質(zhì)相關(guān)。當(dāng)設(shè)防烈度高且場地土為四類時，應(yīng)適當(dāng)加深。對于樁基礎(chǔ)不宜小于1/18H。 （2）巖石地基：無最小埋深要求，承載力、變形、穩(wěn)定性容易滿足。 當(dāng)基礎(chǔ)置于巖面時，僅需滿足抗滑移要求。,在非巖石地基土上，高層建筑應(yīng)設(shè)置地下室。 高層建筑無地下室，通?；A(chǔ)擱置在基巖上，從以上闡述可見，抗滑移總是滿足要求，故不管有沒有樁，均不存在滑移問題。也不需要加厚樁頂承臺。大直徑樁設(shè)計只要考慮其承載力即可。,抗滑移驗算示意圖,（4）地下水對地基承載力的影響？計算樁頂作用時，是否需要減去水浮力？,天然地基承載力驗算公式為，,地下水位在基底時驗算公式為，,地下水位在基底以上時驗算公式為，,如持力層為中砂,當(dāng)水位上升至地面時，,（a）,可見，當(dāng)水位上升時（圖（a），天然地基承載力降低10d(d-0.5)，同時荷載減去水浮力之后的總壓力減少10d?？傮w而言，地下水位上升，承載力較低幅度大一些；地基土質(zhì)也好，幅度更大；但多數(shù)情況還難以從根本上改變不等式的方向。 對于樁基礎(chǔ)，地下水位從承臺底上升（圖（b），基樁承載力并不降低，這是因為基樁計算承載力與承臺周圍土體重度的無關(guān)；如果水位常年穩(wěn)定，那么荷載減去水浮力是可行的。從某種程度上講，這可以減少樁數(shù)。,（b）,四、兩類的共同作用的基本概念 （一）豎向荷載作用的的共同作用（第一類共同作用） 豎向荷載作用下建筑結(jié)構(gòu)中的參與共同作用有三個要件：上部結(jié)構(gòu)、筏形承臺和樁土體系。其中上部結(jié)構(gòu)靠整體抗彎剛度參與工作，筏形承臺靠自身截面抗彎剛度參與工作，樁土體系靠樁-土相互作用提供的豎向支撐剛度參與工作，三者共同作用，協(xié)調(diào)變形。,第一類共同作用示意,（1）框架結(jié)構(gòu)整體抗彎剛度,（a）梁彎曲變形引起的節(jié)點轉(zhuǎn)動,（b）梁彎曲變形引起的層間轉(zhuǎn)動,（c）柱彎曲變形引起的層間轉(zhuǎn)動,（2）鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)整體抗彎剛度,引用上述框架結(jié)構(gòu)整體抗彎剛度計算方法，因墻肢線剛度較連梁大的多，故可忽略墻肢彎曲變形引起的節(jié)點轉(zhuǎn)動和跨間轉(zhuǎn)動，僅計算連梁彎曲引起的跨間轉(zhuǎn)動，,（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（筏板）整體抗彎剛度,均勻布樁或天然地基時，中心沉降是角點的3.03.7倍。剛度則是1/3.03.7,（4）樁土體系豎向支撐剛度,（5）整體抗彎剛度比較 1）從計算結(jié)果可以看出，厚1.5m的筏形承臺，其整體抗彎能力是一層單跨框架的70倍； 2）厚1.5m的筏形承臺，其整體抗彎能力與二層單跨剪力墻相當(dāng)； 3）當(dāng)筏形承臺跨數(shù)更多時，其等效整體抗彎剛度將隨計算長度的約三次方冪趨勢降低； 4）剪力墻結(jié)構(gòu)整體抗彎剛度極大，抵抗差異變形的能力極強。,水平力作用下的共同作用,（二）水平荷載下的共同作用（第二類共同作用）,基樁水平受荷模型,彈性地基梁模型,令,令,（1）基樁水平受荷模型,水平變形系數(shù),可用級數(shù)展開求解，求解過程略。,（2）兩個重要參數(shù)： M（MN/m4）：地基土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)。 （1/m） ：樁的水平變形系數(shù)。(0.50.7),彈性樁基樁彎矩和剪力及樁頂位移,（3）剛性樁、半剛性樁、彈性樁 剛性樁： 2.5/ h 半剛性樁：4.0/ h2.5/ 彈性樁： h4.0/ ,演示程序使用。,二種分析模式的比較,此外，現(xiàn)為廣大工程師所熟悉的SETWE軟件，引入了地下室側(cè)壁土體的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m，來考慮結(jié)構(gòu)物與土體的共同作用；程序在“地下室”參數(shù)對話框中提供了側(cè)壁回填土的m值的輸入接口。需要明確的是，這里是將結(jié)構(gòu)地下室側(cè)壁土作為整體分析的，與規(guī)范附錄C的區(qū)別見下圖。二者的共同點是均利用了巖土工程中的重要參數(shù)m來考慮的承臺側(cè)壁土對水平地震作用的分擔(dān)效果。,五、抗浮設(shè)計應(yīng)注意的問題 （1）抗浮設(shè)防水位如何取值比較合理？ 基礎(chǔ)工程設(shè)計時當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，應(yīng)進行抗浮驗算。近年來由于對抗浮水位的確定不合理以及抗浮樁設(shè)計不合理而導(dǎo)致的建筑物上浮事故已有多起，造成極大的經(jīng)濟損失；此外抗浮水位設(shè)置過高，對工程造價有重大影響，因此合理確定抗浮水位是個重要的問題。 抗浮設(shè)防水位是巖土工程師綜合建筑基礎(chǔ)埋置深度、場地巖土工程條件、地下水類型及賦存狀態(tài)、含水層分布、區(qū)域性氣候資料、地下水補給排泄條件等等，提出的合理化建議。需要明確的是，在有滲流時，地下水的水頭宜通過滲流計算進行分析評價；對節(jié)理不發(fā)育的巖體宜通過實測數(shù)據(jù)確定，有確切經(jīng)驗時可根據(jù)經(jīng)驗確定。有工程師認(rèn)為將歷年最高水位作為抗浮設(shè)防水位是安全的，并不竟然。 徐州某地下水泵房建于山腰基巖上，山頂人工湖面距水泵房基底高差大于7m，勘察期間未見地下水，工程師未按抗浮設(shè)計。建成后局部浮起，造成泵房整體傾斜。究其原因是因為施工爆破基巖，造成基巖裂隙，形成貫通的地下水，對基底產(chǎn)生巨大壓力。對于此類工程在施工中發(fā)現(xiàn)地下水，即應(yīng)砌筑水井以觀測水位，并以穩(wěn)定水位作為抗浮設(shè)防水位。,（2）抗浮水頭壓力的確定 當(dāng)前抗浮設(shè)計，習(xí)慣將水頭壓力直接作用于基礎(chǔ)底板作為抗浮設(shè)計水位，這是不合理的。為使抗浮設(shè)計更經(jīng)濟，應(yīng)區(qū)別對待水頭壓力。當(dāng)基礎(chǔ)埋置在分布穩(wěn)定且連續(xù)的含水層土中時，基礎(chǔ)底板承受水頭高度為h的水浮力（圖（a）；當(dāng)埋置在非飽和隔水層中，且采取措施保障地基土工作期間始終處于不飽和狀態(tài)，則認(rèn)為基礎(chǔ)底板不受上層水的浮力作用（圖（b）；若隔水層飽和則應(yīng)考慮浮力作用，但宜計入滲流作用，對水浮力進行折減（圖（c），折減水頭應(yīng)由有經(jīng)驗的勘察單位確定。,（a）置于透水層中（b）置于非飽和隔水層中（c）置于飽和隔水層中,基底土質(zhì)不同對抗浮設(shè)防水位的影響,（3）幾種抗浮措施 降低抗浮水位：結(jié)構(gòu)用無梁樓板；用機械停車替代兩層地下車庫。 增加配重：素填土，素混凝土，鋼渣混凝土 其中素填土具有良好的經(jīng)濟效益。 抗拔樁：小直徑短樁，后注漿長樁，擴底樁 抗浮錨桿：用于基巖較淺場地。 工程中應(yīng)根據(jù)實際情況選擇其中一種或兩種組合的抗浮方案。不要拘泥于一種方式。通常一個經(jīng)濟合理的抗浮方案均是采取多項措施的結(jié)果。 （4）抗浮的安全度問題！ 長久以來抗浮的安全度并未得到足夠重視，常常引發(fā)工程事故。 首先，荷載分項系數(shù)以前取0.9，現(xiàn)在取1.0，導(dǎo)致荷載項沒有安全儲備。 再者，結(jié)構(gòu)自重取值偏大，某些地下車庫工程每層結(jié)構(gòu)自重取13kN/m2， 實際上，結(jié)構(gòu)自重僅有梁板及面層，往往達(dá)不到。 抗浮水位一般取值比勘察時期水位高12m，但當(dāng)豐水期水位達(dá)到地面時，水浮力往往大于結(jié)構(gòu)自重。,需要指出的是：用配重抗浮的設(shè)計，其安全系數(shù)僅為1.0。 采用抗浮樁或者抗浮錨桿的，安全系數(shù)為2.0。 這是工程師要重點重視的。 此外，基底土層的隔水性相當(dāng)關(guān)鍵。如果基底土層為非隔水層（如粗砂等），那么實際水頭浮力則與靜水壓力相當(dāng)，同時用配重抗浮，那么安全系數(shù)僅為1.0。如果沒有其他措施，一旦豐水期使得地下水上升，可能使得建筑物上浮。 （5）抗拔樁（錨桿）布置應(yīng)注意的問題！ 抗浮樁的設(shè)計關(guān)鍵在于布樁。工程實踐中，根據(jù)單樁抗拔承載力特征值與浮力超重部分相平衡的原則。設(shè)荷載標(biāo)準(zhǔn)值換算的均布荷載為40kN/m2，水浮力90 kN/m2，那么布樁所需抵抗的浮力為50 kN/m2，由此可能出現(xiàn)圖（a）、（b）兩種布樁模式。在假定基礎(chǔ)筏板剛度極大的情況下，樁頂反力均勻分布，這兩種方式并無不妥之處。 通常筏板厚度在設(shè)計時并不是根據(jù)剛度來確定板厚，基礎(chǔ)筏板剛度并不足以調(diào)整樁頂作用的均勻分布。雖然按樁頂承擔(dān)均勻的拉力來設(shè)計，但用于筏板受到極大的浮力上拱，使得靠近柱的基樁分擔(dān)的浮力較小，而遠(yuǎn)離柱的基樁分擔(dān)的浮力偏大。,（b）均布于筏板下,（a）集中于柱下,抗浮樁布樁模式,筏板剛度愈小，這種不均勻分布的趨勢則更為劇烈；極端的，當(dāng)筏板抗彎剛度為0時，可以發(fā)現(xiàn)柱以外的基樁所平衡的水浮力并不是計算的50 kN/m2，而是90 kN/m2。 工程實踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)因為不合理布樁設(shè)計導(dǎo)致的工程事故。某些工程采用預(yù)應(yīng)力管樁抗浮，少數(shù)基樁遠(yuǎn)離柱布置，那么這些基樁則率先破壞，從而余下的基樁被各個擊破，導(dǎo)致抗浮樁設(shè)計失敗。 因此應(yīng)避免采?。╞）方案，而應(yīng)盡量將樁布置在柱下、基礎(chǔ)梁下。 （6）抗浮錨桿可否當(dāng)作支座？ 當(dāng)抗浮錨桿具備足夠剛度時，可當(dāng)作彈性支座；彈性剛度宜由抗拉試驗確定?？蓸O大減小基礎(chǔ)梁板配筋。 （7）主裙相連的建筑物，裙房采用樁基礎(chǔ)抗浮時，應(yīng)用短樁。,六、剪力墻下布樁要點 1、剪力墻下布樁與承臺設(shè)置 對于鋼筋混凝土剪力墻下布樁的問題，應(yīng)重點把握以下幾點： 1）應(yīng)盡量做到剪力墻下布樁。剪力墻自身具備極大抗彎剛度，可視為承臺；,2）地震作用下剪力墻承受巨大的傾覆彎矩，因此在較長的墻肢兩端應(yīng)布置基樁，如圖；,3）多層剪力墻結(jié)構(gòu)未設(shè)置地下室時，考慮鋼筋錨固和施工方便以及局部受壓的問題，宜設(shè)置條形承臺梁，如圖（a）。 4）多層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)置地下室時，若采用墻下布樁，則抗水板常取200250mm，此時可參考圖（a）設(shè)置條形承臺梁；當(dāng)抗水板厚達(dá)400mm時，則可在墻下設(shè)置暗梁（圖（b）。 5）高層剪力墻結(jié)構(gòu)，常因基礎(chǔ)埋深要求設(shè)置地下室且由于要承受基底反力，筏板厚度不小于400mm，此時按圖（b）設(shè)置暗梁即可。,（a）,（b）,剪力墻下條形承臺梁構(gòu)造,2、短肢剪力墻下布樁的合理化建議 上部結(jié)構(gòu)采用短肢剪力墻而又不能墻下布樁，按荷載重心與樁群形心 重合的原則，工程中常常形成類似圖（a）的布樁模式，致使承臺的抗沖 切承載力、抗剪切承載力以及彎矩計算都極為困難。,（a）未優(yōu)化設(shè)計,工程師在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時即應(yīng)當(dāng)預(yù)見到這種情況，從而采取有效措施。 （1）選擇承載力更大的樁型。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)上述不利情況的多數(shù)采用預(yù)應(yīng)力管樁，管樁樁長有限，承載力低，需要樁數(shù)多，樁距要求也大，自然無法做到墻下布樁。因此選擇灌注樁，增加樁長，再用后注漿提高承載力，自然能墻下布樁，如圖（b），嚴(yán)格的說此時荷載重心與樁群形心并不重合，但由于結(jié)構(gòu)剛度參與及承臺基樁變形協(xié)調(diào)后，會重新獲得平衡。實踐證明，這種方式也具有更好的經(jīng)濟性。 （2）按復(fù)合樁基設(shè)計。當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較好，可考慮按復(fù)合樁基設(shè)計（c），如15層的剪力墻結(jié)構(gòu)，總荷載225kPa，地基土承載力特征值140kPa，承臺效應(yīng)系數(shù)取0.6，那么可減少樁數(shù)37%，原5樁承臺可按3樁承臺設(shè)計即可，此時筏板厚度應(yīng)滿足沖切承載力要求。,（b）加大基樁承載力,（c）按復(fù)合樁基設(shè)計,（3）補充墻肢，使原結(jié)構(gòu)墻肢加長，便于墻下布樁。對于無地下室的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，可以在地面以下至承臺底面高度范圍加設(shè)墻體，將獨立墻肢聯(lián)系起來如圖（d），兼具承臺梁的作用，由于這類梁高通常達(dá)1.52m，具有較大剛度，完全可以作為承臺使用，按連續(xù)深梁計算即可，一般此類深梁按構(gòu)造配筋均可滿足要求。多數(shù)情況下短肢剪力墻結(jié)構(gòu)會設(shè)置地下室，則可延長墻肢，留出洞口如圖（e），仍然可以墻下布樁，一般地下室高約2.53m，而懸臂部分1.21.5m，按懸臂深梁分析；多數(shù)按構(gòu)造配筋即可。,（d）連接墻肢（無地下室） （e）延伸墻肢（有地下室） 短肢剪力墻的布樁,釋疑： （1）大直徑樁需要在樁頂以下5d范圍內(nèi)箍筋加密么？ 規(guī)范規(guī)定一般在樁頂以下5d范圍內(nèi)加密箍筋，當(dāng)不需要計入鋼筋強度時，可僅加密至3d范圍。特別的，對于人工挖孔嵌巖的大直徑樁，一般直徑在1.22.5m，當(dāng)位于6度區(qū)時，確實沒有必要將箍筋加密至3d，一般加密1.52m即可。 （2）當(dāng)設(shè)計中不滿足“邊樁中心至承臺邊緣的距離不應(yīng)小于樁的直徑或邊長，且樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不應(yīng)小于150mm”？ 邊樁中心至承臺邊緣的距離不應(yīng)小于樁的直徑或邊長，是一種歷史沿襲的做法；正是在這種做法的基礎(chǔ)上，進行了若干試件的試驗，其經(jīng)驗系數(shù)也是與此構(gòu)造密切相關(guān)，所以沒有特殊情況，宜滿足此要求。 當(dāng)新建建筑緊鄰舊建筑，承臺邊緣寬度無法滿足上述構(gòu)造時，則應(yīng)驗算角樁抗沖切承載力滿足；當(dāng)抗沖切承載力不滿足時，則應(yīng)加厚承臺。 （3）此外對大直徑樁是否必須滿足“邊樁中心至承臺邊緣的距離不應(yīng)小于樁的直徑或邊長”？ 大直徑樁承載力高，一般為柱下一樁或者二樁，此時樁的外邊緣至承臺梁邊緣的距離不應(yīng)小于75mm；對于二樁承臺應(yīng)注意驗算抗剪切承載力。當(dāng)為三樁承臺時，樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不應(yīng)小于150mm，并注意驗算角樁抗沖切承載力。,七、樁基礎(chǔ)抗震設(shè)計 樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)破壞、地基土失效以及樁基整體失穩(wěn)，常常引起上部結(jié)構(gòu)的整體性破壞；地震引發(fā)樁基沉降、傾斜、樁基結(jié)構(gòu)輕度受損，將影響正常使用和使用壽命。因此樁基礎(chǔ)的抗震，應(yīng)從建筑物整體抗震的角度出發(fā)，確定相應(yīng)的抗震設(shè)計原則，采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，進行相應(yīng)的抗震計算，以達(dá)到抗震設(shè)防目標(biāo)。 從1976年唐山地震建筑震害的調(diào)查結(jié)果表明，樁基建筑與其他基礎(chǔ)形式的建筑物相比，前者震害明顯較后者為輕。換言之，樁基對于降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)起到明顯作用。樁基礎(chǔ)自身的震害也較淺埋的獨立基礎(chǔ)、條基為輕。但是從我國和其他多地震國家特別是1995年日本阪神地震震害調(diào)查分析表明，樁基的震害仍然不少。樁基震害與地質(zhì)條件特點密切關(guān)聯(lián)，上部結(jié)構(gòu)形式與荷載特點、樁基抗震設(shè)計的合理性也是重要的影響因素。就地質(zhì)因素而言，大體可以分別按非液化土和液化土兩大類土中的樁基進行闡述和分析。,（一）震害特征 1、非液化土中樁基的震害 （1）軟土中樁基的震陷 設(shè)置于深厚軟土中且樁端未進入良好持力層的基樁，地震時因軟土觸變樁側(cè)阻力降低，樁端發(fā)生刺入式破壞，樁基發(fā)生突陷。如1975年墨西哥城地震時一座16層高的樁基大廈產(chǎn)生34m的震陷。該建筑打入火山灰沉積軟土層，土的壓縮性和含水量極高，樁側(cè)、樁端持力層相近，從而導(dǎo)致在地震作用下引起外部荷載增加、基樁抗力降低的雙重不利因素下發(fā)生突陷。 我國1976年唐山地震，發(fā)生過望海樓軟土地基上34層住宅筏形基礎(chǔ)的1050cm的震陷。主要是由于該住宅區(qū)場地軟土地基容許承載力為3040kPa，而實際采用57kPa進行設(shè)計，形成地基土較大的塑性區(qū)，震前沉降達(dá)2585cm，傾斜最大達(dá)19.8%，地震時在靜荷載與地震作用力共同作用下，引起塑性區(qū)進一步開展，土體震陷。 1976年唐山地震時，天津市樁基建筑震陷量一般不超過1cm，其主要原因是天津軟土層性質(zhì)相對較好，樁端進入較好持力層所致。,（2）軟硬土層交界面處基樁的破壞 唐山地震中，采煤井多在810m處開裂。經(jīng)調(diào)查在該地區(qū)，地層上下均為砂層，811m間有一層粉質(zhì)粘土層，據(jù)華北勘察院資料，砂的波速實測為330525m/s，粉質(zhì)粘土的波速實測為245293m/s，二者相差較大，在地面運動過程中，會對井筒產(chǎn)生反復(fù)作用，致使井筒局部開裂。,如圖，為新瀉地震中開挖調(diào)查的基樁破壞之一。該承臺埋深約1.7m，樁長約11m，樁端持力層在中密的砂層上，在距承臺下3m左右的松散砂層中夾著一層稍密砂，距承臺下8m左右的稍密砂層中夾著一側(cè)松散砂，震害表明，在這些N值突變的地方，基樁發(fā)生了彎剪破壞。,基樁樁身破壞,根據(jù)基樁在分層土體中地震響應(yīng)的初步研究，在土層水平剛度突變處，樁身彎、剪應(yīng)力加大，因此在這些部位應(yīng)加強箍筋和縱筋的配置。日本阪神地震后集中對施工中的基樁震害進行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，那些還沒有施工承臺的基樁，其樁身也有震害，如圖，顯然，樁身的裂縫是由于土層位移所致，與上部結(jié)構(gòu)慣性力無關(guān)。,尚未施工承臺的樁身破壞,（3）樁頂破壞 樁頂與承臺連接形式一般為樁頂嵌入承臺深度510cm，樁頂鋼筋錨入承臺35倍鋼筋直徑，這種連接呈非理想嵌固狀態(tài)。在水平地震作用下，樁頂承載力水平剪力和固端彎矩，彎剪應(yīng)力集中，首先在連接處形成塑性鉸。對于荷載大重心高埋深較淺的樁基，樁頂受循環(huán)作用的壓、拔、彎、剪應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)樁頂混凝土壓碎、鋼筋壓曲、鋼筋拉脫、剪損等破壞形式，如圖左2為灌注樁，右2為管樁 。,（4）承臺震害 1995年阪神地震之前，世界各國對承臺的震害調(diào)查資料相當(dāng)缺乏，人們對承臺在地震下的工作性狀也了解甚少；阪神地震后，對承臺震害做了專門調(diào)查和研究，發(fā)現(xiàn)承臺在地震下也能破壞，下面介紹兩例。 實例1：柱下多樁承臺的震害 該工程為住宅樓，鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，無地下室，PC樁基礎(chǔ)，樁長不明，樁徑600mm，承臺埋深2.25m，地上11層，1987年竣工。本次調(diào)查其中的A、B兩棟。,基礎(chǔ)平面圖,場地土層柱狀圖,BX1與BY1軸相交處承臺破壞詳圖,BY1軸承臺拉梁破壞詳圖,實例2：單柱單樁承臺與連梁的震害 該工程為住宅樓，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，無地下室，鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，樁長不明，樁徑1200mm1400 mm，承臺埋深2.2m，地上8層，1979年竣工。,基礎(chǔ)平面圖,基礎(chǔ)立面圖,2、液化土中樁基的震害 （1）液化而無側(cè)擴情況下的震害 1）日本新瀉地震，采用短樁基礎(chǔ)的多層公寓樓，因地基土液化而整體傾覆失穩(wěn)，房屋傾斜達(dá)80（a）。 2）震后數(shù)小時至一、二天后，帶有超靜水孔壓的液化土沖破覆蓋層，形成噴水冒砂現(xiàn)象，潛存于液化土中的能量釋放后，土顆粒開始沉淀，出現(xiàn)土體再固結(jié)，對基樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力形成下拉荷載，樁基由低承臺演變?yōu)楦叱信_，樁基的豎向承載力和水平承載力均大幅降低，樁基出現(xiàn)整體下沉（b）。,（a）,（b）,3）同一樁基中懸置于液化土中的短樁失效引發(fā)偏沉導(dǎo)致長樁折斷 下圖所示天津散裝糖庫樁基，柱下4樁獨立樁基一側(cè)的樁長為18m，另一側(cè)樁長為9m、12m，液化土層深度下界為15m。液化后，導(dǎo)致懸置于液化土層中的9m、12m樁承載力失效而偏沉，進入穩(wěn)定土層的18m長樁負(fù)荷加大且承受偏心彎矩而折斷。由此可見，樁端進入液化土層以下穩(wěn)定土層足夠深度是必要的，更應(yīng)避免同一基礎(chǔ)下部分樁懸置于液化土層中。,4）液化土層中樁基的地面單側(cè)堆載 左圖所示天津鋼廠柱基地面，單側(cè)堆載導(dǎo)致液化土產(chǎn)生側(cè)向推擠而致樁身折斷。 5）液化而無側(cè)向擴展地基土中的基樁，由于側(cè)向土體約束衰弱，完全靠樁身抵抗地震作用，因此樁頂受壓破壞嚴(yán)重。,（a）PC樁縱筋壓屈 （b）PHC樁頭壓碎,3、液化側(cè)擴地基上樁基的震害 液化且有側(cè)向擴展的情況，不僅導(dǎo)致液化層范圍基樁承載力削弱，基樁還要承受側(cè)擴液化層的側(cè)向推力和水平地震作用，因而液化側(cè)擴地段樁基的震害程度要重于液化而無側(cè)擴的地段。鑒于樁基所受水平推力十分突出，因而樁頂與承臺連接處、液化土與非液化土界面，樁的剪力、彎矩高度集中，破壞更嚴(yán)重，其特征表現(xiàn)為樁頂