tlxdjjc土力學(xué)與地基基礎(chǔ)-第十一章樁基礎(chǔ)及其他深基礎(chǔ)ppt課件

1、第十一章第十一章 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及其他深基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及其他深基礎(chǔ)本章提要與教學(xué)目標(biāo)1 了解樁基礎(chǔ)的使用，熟悉樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)原則、分類及成樁效應(yīng)；2 了解樁基礎(chǔ)單樁傳遞機(jī)理，熟悉掌握樁基礎(chǔ)豎向承載力的確定，熟悉群樁效應(yīng)；3 了解單樁沉降計(jì)算，熟悉群樁沉降計(jì)算及減小樁負(fù)摩阻力的措施。4 掌握樁基礎(chǔ)承臺設(shè)計(jì)，熟悉樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟及施工圖繪制。11.1 概述樁基礎(chǔ)：通過承臺把若干根單樁連接成為整體，共同承受動(dòng)靜荷載的一種深基礎(chǔ)。特點(diǎn)：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)一、選擇樁基礎(chǔ)的條件n地基土的性質(zhì)：特殊土，地基土的性質(zhì)：特殊土，強(qiáng)度不均強(qiáng)度不均n荷載：較大的豎向荷載，

2、荷載：較大的豎向荷載，具有偏心荷載、水平荷具有偏心荷載、水平荷載、動(dòng)力荷載等其他形載、動(dòng)力荷載等其他形式的荷載作用式的荷載作用n結(jié)構(gòu)物：對不均勻沉降結(jié)構(gòu)物：對不均勻沉降較為明顯，需要長期保較為明顯，需要長期保存的歷史性建筑物存的歷史性建筑物n地下水位：水中的構(gòu)筑地下水位：水中的構(gòu)筑物物n何種情況下選用樁基礎(chǔ)方案？二、樁基設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容2 持力層與樁長3 樁的合理布置4 樁基的水平承載力1 樁基形式地質(zhì)條件。建筑的體型與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建筑功能對地下空間利用的方式1能提供足夠大的單樁承載力。2保證建筑物不產(chǎn)生過大的沉 降與差異沉降。3考慮樁基造價(jià)。4考慮樁基施工技術(shù)的可能性。 n樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括哪些項(xiàng)目？

3、三、建筑樁基的安全等級建筑樁基安全等級與重要性系數(shù)0安全等級破壞后果建筑物類型重要性系數(shù)一級二級三級很嚴(yán)重嚴(yán)重不嚴(yán)重重要的工業(yè)與民用建筑；對樁基變形有特殊要求的工業(yè)建筑一般的工業(yè)與民用建筑次要的建筑1.1（1.2）1.0（1.1）0.9（1.0）n對于對于20層以上的高層建筑，其總高度從地面層以上的高層建筑，其總高度從地面起算將超過起算將超過60 m，樁基允許傾斜值為，樁基允許傾斜值為2.5，建筑物頂端的傾斜位移值允許值不超，建筑物頂端的傾斜位移值允許值不超過過15cm，此時(shí)，尚不致對人們心理產(chǎn)生不良，此時(shí)，尚不致對人們心理產(chǎn)生不良影響，電梯也能保持運(yùn)轉(zhuǎn)。若傾斜超過該項(xiàng)限影響，電梯也能保持運(yùn)轉(zhuǎn)

4、。若傾斜超過該項(xiàng)限值，則會(huì)造成人們心理上的恐懼，電梯不能正值，則會(huì)造成人們心理上的恐懼，電梯不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因而，對于常運(yùn)轉(zhuǎn)。因而，對于20層以上的高層建筑應(yīng)列層以上的高層建筑應(yīng)列入重要建筑物。對于有紀(jì)念意義的或供群眾性入重要建筑物。對于有紀(jì)念意義的或供群眾性集會(huì)的民用建筑，經(jīng)濟(jì)意義重大的工業(yè)建筑也集會(huì)的民用建筑，經(jīng)濟(jì)意義重大的工業(yè)建筑也應(yīng)列入重要建筑物。應(yīng)列入重要建筑物。四、樁基計(jì)算的荷載效應(yīng)組合四、樁基計(jì)算的荷載效應(yīng)組合n根據(jù)根據(jù) JGJ94-94JGJ94-94進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)：進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)：n樁基承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算采用作用效應(yīng)的基本樁基承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算采用作用效應(yīng)的基本組合和地震作用效

5、應(yīng)組合。組合和地震作用效應(yīng)組合。n當(dāng)進(jìn)行樁基的抗震承載能力計(jì)算時(shí)，荷載設(shè)計(jì)值和當(dāng)進(jìn)行樁基的抗震承載能力計(jì)算時(shí)，荷載設(shè)計(jì)值和地震作用設(shè)計(jì)值應(yīng)符合地震作用設(shè)計(jì)值應(yīng)符合 GB50011-GB50011-20192019的規(guī)定。的規(guī)定。n按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算樁基沉降時(shí)采用荷載的長按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算樁基沉降時(shí)采用荷載的長期效應(yīng)組合。期效應(yīng)組合。n驗(yàn)算樁基的水平變位、抗裂、裂縫寬度時(shí)，根據(jù)使驗(yàn)算樁基的水平變位、抗裂、裂縫寬度時(shí)，根據(jù)使用要求和裂縫控制等級，分別采用作用效應(yīng)的短期效用要求和裂縫控制等級，分別采用作用效應(yīng)的短期效應(yīng)組合。應(yīng)組合。樁基計(jì)算的荷載效應(yīng)組合n2.2.根據(jù)根據(jù) GB50007-2

6、019GB50007-2019進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)：進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)：n按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至承臺底面上的荷載效應(yīng)按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至承臺底面上的荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合；相應(yīng)的抗力按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合；相應(yīng)的抗力采用單樁承載力特征值。采用單樁承載力特征值。n計(jì)算地基變形時(shí)，傳至承臺底面上的荷載效應(yīng)按正常使計(jì)算地基變形時(shí)，傳至承臺底面上的荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合；相應(yīng)的限值為地基用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合；相應(yīng)的限值為地基變形允許值。變形允許值。n確定樁承臺高度、配筋和驗(yàn)算樁身材料強(qiáng)度時(shí)，上部結(jié)確定樁承臺高度、配筋和驗(yàn)算樁身材

7、料強(qiáng)度時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。n驗(yàn)算樁臺或樁身的裂縫寬度時(shí)，按正常使用極限狀態(tài)下驗(yàn)算樁臺或樁身的裂縫寬度時(shí)，按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。11.2 樁的類型樁的類型根據(jù)樁體材料劃分 天然材料樁、混凝土樁、鋼樁、水泥土樁、砂漿樁、特種(改進(jìn))型樁 按樁的承載性狀和使用功能劃分 豎向抗壓樁、側(cè)向受荷樁豎向抗拔樁、復(fù)合受荷樁 根據(jù)成樁方法對土層影響劃分 擠土樁、部分?jǐn)D土樁和非擠土樁 按成樁方法劃分 圖11-1 圖11-1 按成

8、樁方法劃分樁的類型backn鉆孔擴(kuò)底灌注樁，按成樁方法分類應(yīng)為鉆孔擴(kuò)底灌注樁，按成樁方法分類應(yīng)為（ B ）nA. 擠土樁；擠土樁； B.非擠土樁；非擠土樁； C.部分?jǐn)D土樁部分?jǐn)D土樁 D. 端承樁端承樁n沉管灌注樁和鉆孔灌注樁又都屬于擠土沉管灌注樁和鉆孔灌注樁又都屬于擠土樁（樁（ F ）。）。煙臺大學(xué)住宅樓人工挖孔灌注樁煙臺大學(xué)住宅樓人工挖孔灌注樁壽光造紙廠長螺旋壓貫砼樁壽光造紙廠長螺旋壓貫砼樁三水大廈鉆孔灌注樁煙臺國稅大廈鉆孔灌注混凝土樁-鋼筋籠煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院預(yù)制樁煙臺大學(xué)8、9號樓預(yù)制樁煙臺濱海路橋沖擊鉆進(jìn)成孔混凝土樁11.3 單樁豎向承載力的確定孤立的一根樁稱為單樁，群樁中的一根樁稱為

9、基樁，群孤立的一根樁稱為單樁，群樁中的一根樁稱為基樁，群樁中考慮群樁效應(yīng)的一根樁稱為復(fù)合基樁。樁中考慮群樁效應(yīng)的一根樁稱為復(fù)合基樁。 一、一、 豎向荷載下單樁的荷載傳遞豎向荷載下單樁的荷載傳遞 樁的荷載傳遞機(jī)理研究揭示的是樁樁的荷載傳遞機(jī)理研究揭示的是樁土之間力的傳遞土之間力的傳遞與變形協(xié)調(diào)的規(guī)律，因而它是樁的承載力機(jī)理和樁與變形協(xié)調(diào)的規(guī)律，因而它是樁的承載力機(jī)理和樁土共同作用分析的重要理論依據(jù)。土共同作用分析的重要理論依據(jù)。 樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮過程就是樁樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮過程就是樁土體系荷載土體系荷載的傳遞過程。的傳遞過程。 樁土體系荷載傳遞分析由上圖可以看出，任一深度z樁身截面

10、的荷載為： 豎向位移為：由微分段dz的豎向平衡可求得 為： 微分段dz的壓縮量為： 00)( )zsQ zQuq z dz（001( )( )zpS zSQ z dzE A( )( )pQ zdS zdzE A1( )( )sdQ zq zudz ( )sq z 由上兩式得： 式中 A 樁身截面積； 樁身彈性模量； u 樁身周長。 上式就是樁土體系荷載傳遞分析計(jì)算的基本微分方程。通過在樁身埋設(shè)應(yīng)力或位移測試元件，即可求得軸力和側(cè)阻力沿樁身的變化曲線。 22( )( )psE Ad S zq zudz pE根據(jù)力的豎向平衡，有：式中 樁側(cè)總摩阻力； 樁端總阻力。spQQQsQpQ根據(jù) 和 的大小

11、，定性地將樁分為：摩擦樁（ 大致在0.8以上）端承摩擦樁（ 大致在0.60.75左右）端承樁（ 大致在0.8以上）摩擦端承樁（ 大致在0.60.75左右）。sQ QpQQsQ QsQ QpQQpQQ樁的荷載傳遞的一般規(guī)律 樁端土與樁側(cè)土的模量比 愈小，樁身軸力沿深度衰減愈快，即傳遞到樁端的荷載愈?。?隨樁土剛度比 （樁身剛度與樁側(cè)土剛度之比的增大，傳遞到樁端的荷載增加；但當(dāng) 1000后， 的變化不明顯； 隨樁的長徑比 （ l為樁長,d 為樁徑增大，傳遞到樁端的荷載減小，樁身下側(cè)阻發(fā)揮值相應(yīng)降低；當(dāng) 40時(shí)，在均勻土層中，趨于零；當(dāng) 100時(shí)，不論樁端土剛度多大，其值小到可忽略不計(jì)；(4)既使對

12、于長徑比 1520 的嵌巖樁，也屬于摩擦型樁，其樁端總阻力也較??；(5)擴(kuò)大樁端面積，樁端傳遞荷載的比率 增大。 spEE /spEE /QQP/sbEE /dl/dl/dl/dl/QQP/相關(guān)考題n右圖，回答下列問題：(1)樁頂荷載Q由小增大的過程中，Q主要由哪些力支承？n樁側(cè)摩阻力和樁端阻力n(2)樁身軸力隨深度增加還是減小；n減少n(3)樁頂沉降o比樁端位移l大還是?。籲大n(4)如果原來地下水位較近地面，后來全面下降，荷載傳遞會(huì)發(fā)生什么變化？為什么？n負(fù)摩阻力二、樁側(cè)負(fù)摩阻力問題n當(dāng)土體相對于樁身向下位移時(shí)，土體不僅不能起擴(kuò)散當(dāng)土體相對于樁身向下位移時(shí)，土體不僅不能起擴(kuò)散樁身軸向力的作

13、用，反而會(huì)產(chǎn)生下拉的摩阻力，使樁樁身軸向力的作用，反而會(huì)產(chǎn)生下拉的摩阻力，使樁身的軸力增大，如圖身的軸力增大，如圖11-3所示。該下拉的摩阻力稱為所示。該下拉的摩阻力稱為負(fù)摩阻力。負(fù)摩阻力的存在，增大了樁身荷載和樁基負(fù)摩阻力。負(fù)摩阻力的存在，增大了樁身荷載和樁基的沉降。的沉降。1. 產(chǎn)生樁側(cè)負(fù)摩阻力的條件 三類情況：第一類情況為樁周土在自重作用下固結(jié)沉降或浸水導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低而下沉濕陷） ；第二類情況為外界荷載作用導(dǎo)致樁周土固結(jié)沉降 ；第三類情況為因降水導(dǎo)致樁周土中有效應(yīng)力增大而固結(jié)。n4-軟土地區(qū)由密集樁群施工造成的土隆起和隨后的再固結(jié)，也會(huì)產(chǎn)生樁側(cè)負(fù)摩阻力。n由于某些原因使樁周在

14、某一長度內(nèi)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，這時(shí)，在該長度內(nèi)土層的水平面會(huì)產(chǎn)生相對于同一標(biāo)高處的樁身截面的位移或位移趨勢），其方向是（ b ）n a 向上； b 向下； c 向上或向下視負(fù)摩阻力大小而定；d 與樁的截面成某一角度。負(fù)摩阻力的分布n中性點(diǎn)：樁截面位移與土層豎向位移相等的點(diǎn)n位置：當(dāng)樁周主要為產(chǎn)生固結(jié)的土層時(shí)，多為樁長的70%-75%（靠下方處；樁支承在基巖上，中性點(diǎn)接近基巖面n中性點(diǎn)之上出現(xiàn)負(fù)摩阻力；中性點(diǎn)之下出現(xiàn)正摩阻力。中性點(diǎn)處樁身軸力最大2.考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力的樁基承載力和沉降問題 一般情況下對摩擦型樁基，可近似視理論中性點(diǎn)以上側(cè)阻力為零計(jì)算樁基承載力。 對于端承型樁基 ，應(yīng)計(jì)算中性點(diǎn)以上負(fù)摩阻

15、力形成的下拉荷載，并以下拉荷載作為外荷載的一部分驗(yàn)算其承載力。 相關(guān)考題n 何謂負(fù)摩阻力？負(fù)摩阻力對單樁承載力有哪些影響？如何消除或降低這些影響？n影響：降低樁的實(shí)際承載力；使樁產(chǎn)生附加沉降n措施：預(yù)制樁表面涂一層瀝青油或在鋼筋再加一層3mm的塑料薄膜 三、豎向荷載下單樁承載力的確定方法（一）（一） 單樁豎向承載力的概念和確定原則單樁豎向承載力的概念和確定原則 單樁豎向承載力是指單樁在豎向荷載作用下，單樁豎向承載力是指單樁在豎向荷載作用下，地基土和樁自身強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能得到保證、地基土和樁自身強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能得到保證、變形也在容許范圍內(nèi)的情況下，并且能夠保證變形也在容許范圍內(nèi)的情況下，并且能夠

16、保證結(jié)構(gòu)物正常使用時(shí)單樁所能承受的最大豎向荷結(jié)構(gòu)物正常使用時(shí)單樁所能承受的最大豎向荷載。載。 n靜載試驗(yàn)方法是確定單樁豎向承載力最可靠的方法，但由于單樁靜載試驗(yàn)的費(fèi)用、時(shí)間、人力消耗都較高，大量推廣應(yīng)用是不現(xiàn)實(shí)的。因而，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性選擇確定單樁承載力的方法，在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間選擇合理的平衡。n對各類建筑物，均應(yīng)采用多種方法綜合分析確定承載力，以提高確定結(jié)果的可靠性。n不同的技術(shù)規(guī)范有不同的要求，應(yīng)根據(jù)具體情況選用。n建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范對單樁豎向承載力特征值的確定規(guī)定如下：n(1)、單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過單樁豎向靜載荷試驗(yàn)確定。在同一條件下的試樁數(shù)量，不宜小于總樁數(shù)的1，且不應(yīng)小

17、于3根。n當(dāng)樁端持力層為密實(shí)砂卵石或其它承載力類似的土層時(shí)，對單樁承載力很高的大直徑端承型樁，可采用深層平板載荷試驗(yàn)確定樁端土的承載力特征值。n(2)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為丙級的建筑物，可采用靜力觸探及標(biāo)貫試驗(yàn)參數(shù)確定值。n(3)初步設(shè)計(jì)時(shí)單樁豎向承載力特征值可按下式估算：isiapppalquAqRn當(dāng)樁端嵌入完整及較完整的硬質(zhì)巖中時(shí)，可按下式估算單樁豎向承載力特征值 ppaaAqR （二單樁豎向極限承載力的確定方法1.按靜載試驗(yàn)確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)在樁頂用千斤頂逐級加載，記錄變形穩(wěn)定時(shí)每級荷載下樁頂?shù)某两盗縮，直至樁失穩(wěn)為止。由試驗(yàn)結(jié)果繪制出的荷載Q與樁頂?shù)某两盗縮曲線如圖

18、所示。 n試述用載荷試驗(yàn)成果和經(jīng)驗(yàn)公式確定單樁垂直承載力的方法 2.按靜力觸探方法確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對于粘性土、粉土和砂土，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)，可按下式計(jì)算： 式中 第i層土的探頭平均側(cè)阻力； 樁端平面以上4d、以下1d范圍內(nèi)的探頭阻力平均值； 樁端阻力修正系數(shù)，對粘性土、粉土取，對飽和砂土取；ukisi icpQuf lq Asifcq 第i層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)，按下式計(jì)算：粘性土、粉土：砂土： i0.455.05()isif0.5510.44()isif3.按土的物理指標(biāo)確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(1) 一般鋼筋混凝土

19、樁的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值p241 根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，可按下式計(jì)算：(2)大直徑樁的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值p242ukskpksik ipkpQQQuq lq Aukskpksisik ippkpQQQuq lqA11.4 群樁承載力的計(jì)算n群樁效應(yīng)n高層建筑樁基通常為低承臺式，群樁基礎(chǔ)受豎向荷載后，承臺、樁群與土形成一個(gè)相互作用、共同工作體系，其變形和承載力均受相互作用的影響。一、群樁的荷載傳遞特征端承型群樁端承型群樁摩擦型群樁摩擦型群樁由端承樁組成的群樁基礎(chǔ)，通過由端承樁組成的群樁基礎(chǔ)，通過承臺傳遞到各樁頂?shù)呢Q向荷載，其承臺傳遞到各樁頂?shù)?/p>

20、豎向荷載，其大部分由樁身直接傳遞到樁端。大部分由樁身直接傳遞到樁端。 在豎向荷載作用下，其樁頂荷載在豎向荷載作用下，其樁頂荷載的大部分通過樁側(cè)阻力傳遞到樁的大部分通過樁側(cè)阻力傳遞到樁側(cè)和樁端土層中，其余部分由樁側(cè)和樁端土層中，其余部分由樁端承受。端承受。 影響群樁效應(yīng)的主要因素有兩組：一是群樁自身的幾何特征：包括承臺的設(shè)置方式高、低承臺）、樁間距、樁長及樁長與承臺寬度比、樁的排列形式、樁數(shù)等；一是樁側(cè)及樁端的土性及其分布、成樁工藝等。二、群樁的沉降特性 由摩擦樁與承臺組成的群樁，在豎向荷載作用下，其沉降的變形性狀是樁、承臺、地基土之間相互影響的綜合結(jié)果，群樁沉降及其性狀同孤立單樁有明顯不同。

21、群樁沉降由樁間土壓縮和樁端以下土壓縮變形所組成。 三 、群樁的豎向承載力計(jì)算群樁的豎向承載力：首先是指將群樁和一定范圍內(nèi)的土視為整體時(shí)所能承受的豎向總荷載 ；其次是指所產(chǎn)生沉降小于允許沉降量的豎向荷載 。1 群樁的整體豎向承載力計(jì)算單樁承載力的簡單累加法 假定群樁的極限承載力為，單樁的極限承載力為： 則式中 n樁數(shù)。 上式僅適用于端承群樁，以及按規(guī)定，滿足樁數(shù)n3的摩擦樁。因而，對大多數(shù)建筑的摩擦樁基不能采用上述簡單累加法。uuPnQ分項(xiàng)群樁效應(yīng)系數(shù)法分項(xiàng)群樁效應(yīng)系數(shù)法n考慮群樁效應(yīng)計(jì)算群樁的極限承載力，將使計(jì)算結(jié)果的可靠性提高，使設(shè)計(jì)趨于更經(jīng)濟(jì)合理。建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-94采用概率極

22、限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，引用了群樁效應(yīng)系數(shù)的基本概念 n側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)和端阻群樁效應(yīng)系數(shù)定義如下：單樁平均極限側(cè)阻力阻力群樁中基樁平均極限側(cè)s單樁平均極限端阻力阻力群樁中基樁平均極限端pn側(cè)阻端阻綜合群樁效應(yīng)系數(shù)定義如下：單樁極限承載力承載力群樁中各基樁平均極限sp樁基中復(fù)合基樁的承載力設(shè)計(jì)值按下列公式計(jì)算：或者/ppkccksskspcQQRQspukcckspcQQR四、單樁承載力的校核群樁中復(fù)合基樁或基樁應(yīng)按下列要求進(jìn)行校核： 對于軸心豎向力作用： 對于偏心豎向力作用，除滿足上式外，尚應(yīng)滿足下式：NRmax1.2NR11.5 樁的水平承載力n建筑工程中的樁基礎(chǔ)大多以承受豎向荷建筑工程中的樁基礎(chǔ)大

23、多以承受豎向荷載為主，但在風(fēng)荷載、地震荷載、機(jī)械載為主，但在風(fēng)荷載、地震荷載、機(jī)械制動(dòng)荷載或土壓力、水壓力等作用下，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。尤其是橋梁也將承受一定的水平荷載。尤其是橋梁工程中的樁基，除需要滿足樁基的豎向工程中的樁基，除需要滿足樁基的豎向承載力要求之外，還必須對樁基的水平承載力要求之外，還必須對樁基的水平承載力進(jìn)行驗(yàn)算承載力進(jìn)行驗(yàn)算一一 、水平荷截作用下單樁、水平荷截作用下單樁的工作特點(diǎn)的工作特點(diǎn) 樁能夠承擔(dān)水平荷載的樁能夠承擔(dān)水平荷載的能力稱單樁水平承載力。能力稱單樁水平承載力。 豎直樁的水平承載力主豎直樁的水平承載力主要依靠周圍土體的水平要依

24、靠周圍土體的水平抵抗。抵抗。 樁入土深度越大，土的樁入土深度越大，土的水平抵抗能力也越大水平抵抗能力也越大 ，其水平承載力就越大。其水平承載力就越大。 樁的水平承載力對于長樁來說，由樁的水平位移和樁身彎矩所控制，而短樁則為水平位移和傾斜控制。n影響樁基水平承載力的因素有哪些？影響樁基水平承載力的因素有哪些？ n樁截面尺寸；剛度；材料強(qiáng)度；樁頂嵌樁截面尺寸；剛度；材料強(qiáng)度；樁頂嵌固程度；土質(zhì)條件；樁的入土深度固程度；土質(zhì)條件；樁的入土深度二、樁的水平靜載試驗(yàn)n首先，在現(xiàn)場制作兩根相同的試樁，兩樁間水平放置加載用的千斤頂及安裝水平位移測量裝置。加載方式通常采用循環(huán)加卸載法，以便與樁基所承載的瞬時(shí)、

25、反復(fù)的水平荷載情況一致；對于受長期水平荷載的樁基，也可以采用慢速加載法進(jìn)行試驗(yàn)。二 根據(jù)水平載荷試驗(yàn)，繪制水平荷載時(shí)間位移曲線，取該曲線明顯陡降的前一級荷載為極限荷載kN）。 極限水平承載力除以安全系數(shù)2.0，可作為單樁水平承載力的特征值。三 、水平受荷樁的理論分析 按文克勒假定，樁側(cè)土作用在樁上的抗力p(kN/m)可以用下式表示： 式中 樁的計(jì)算寬度； x 水平位移；m 土的水平抗力系數(shù)(或稱水平基床系數(shù)或地基系數(shù))，kNm3。 hopk xbhkobn因?yàn)閷h的不同假設(shè)將直接影響撓曲線微分方程的求解和截面內(nèi)力計(jì)算。kh與土的種類和樁入土深度有關(guān)。由于對kh 的分布所作的假定不同，就區(qū)分為

26、不同的計(jì)算分析方法，采用較多的有以下幾種：n由于對 的分布所作的假定不同，就區(qū)分為不同的計(jì)算分析方法，采用較多的有以下幾種：n1常數(shù)法n 假定地基水平抗力系數(shù)沿深度均勻分布，即n=0。由于假設(shè)不變，而地面的變形一般又最大，因而，相應(yīng)的土抗力也大，這與實(shí)際不符，但由于此法數(shù)學(xué)處理較為簡單若適當(dāng)選擇的大小，仍然可以保證一定的精度，滿足工程需要。此法在日本和美國采用較多。n1常數(shù)法n此法為我國學(xué)者張有齡在30年代提出，假定地基水平抗力系數(shù)沿深度均勻分布，即n=0。見圖11-8a。由于假設(shè)不變，而地面的變形一般又最大，因而，相應(yīng)的土抗力也大，這與實(shí)際不符，但由于此法數(shù)學(xué)處理較為簡單若適當(dāng)選擇的大小，仍

27、然可以保證一定的精度，滿足工程需要。此法在日本和美國采用較多。2k法 此法假定在彈性曲線第一位移零點(diǎn)Zt以上按直線或拋物線變化，以下則為常數(shù)(見上圖b)。3m法 假定地基水平抗力系數(shù)隨深度呈線性增加，即n=1， ，這里m為比例系數(shù)見上圖c）。即 hkmzhoopk xbmzxb4C法 假定地基水平抗力系數(shù)隨深度呈拋物線增加，即： n=0.5， ， c為比例常數(shù)見上圖d）。 多用于公路部門。 12hkczn在單樁水平力計(jì)算中地基水平抗力系數(shù)有哪幾種方法，試分別繪出各方法的水平抗力系數(shù)分布示意圖天大）四、m法計(jì)算水平荷載作用下單樁的內(nèi)力與位移-理解單樁的撓曲線微分方程設(shè)單樁在樁頂豎向荷載 、水平荷

28、載 、彎矩和地基水平抗力P(z)作用下產(chǎn)生撓曲，其彈性撓曲線微分方程為：由于 的影響很小，所以忽略一項(xiàng)。得樁的撓曲線微分方程式為：4242od xd xEINpdzdz oN0H0MoNn令n n得:n n上式中的 稱為樁的水平變形系數(shù)，單位是m。4040mbd xzxdzEI4540d xzxdz05mbEI按上式計(jì)算出的單樁水平抗力、內(nèi)力、變形隨深度的變化如圖11-9所示 單樁的水平承載力特征值取決于樁的材料強(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。在水平荷載作用下，樁基應(yīng)滿足： 式中 相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用 于任一單樁的水平力； 單樁水平承載力特

29、征值。ikHaHRikHHaR11.6 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)可按下列步驟進(jìn)行：？樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)可按下列步驟進(jìn)行：？1.選擇樁的持力層、樁的類型和幾何尺寸，初擬承臺底面選擇樁的持力層、樁的類型和幾何尺寸，初擬承臺底面標(biāo)高；標(biāo)高；2.確定單樁或基樁承載力設(shè)計(jì)值；確定單樁或基樁承載力設(shè)計(jì)值；3.確定樁的數(shù)量及其平面布置；確定樁的數(shù)量及其平面布置；4.驗(yàn)算樁基承載力和沉降量；驗(yàn)算樁基承載力和沉降量；5.必要時(shí)驗(yàn)算樁基水平承載力和變形；必要時(shí)驗(yàn)算樁基水平承載力和變形；6.樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；7.承臺設(shè)計(jì)與計(jì)算；承臺設(shè)計(jì)與計(jì)算；8.繪制樁基施工圖。繪制樁基施工圖。n樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)通常包括哪些基本步驟？

30、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)通常包括哪些基本步驟？一、樁型、樁長和截面尺寸選擇n樁的長度主要取決于樁端持力層的選擇。樁端宜進(jìn)入堅(jiān)硬土層或巖層，采用端承型樁或嵌巖樁；當(dāng)堅(jiān)硬土層的埋深很深時(shí)，則宜采用摩擦型樁，樁端應(yīng)盡量坐落在低壓縮性、中等強(qiáng)度的土層上。n樁端進(jìn)入持力層的深度，對粘性土、粉土，不宜小于2dd為樁的直徑），對砂土，不宜小于1.5d，對碎石類土，不宜小于d。當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁端以下硬持力層厚度不宜小于4d，嵌巖灌注樁的樁周嵌入微風(fēng)化或中等風(fēng)化巖體的最小深度不宜小于0.5m,以確保樁端與巖體接觸。n樁型及樁長初步確定以后，根據(jù)單樁或基樁承載力大小的要求，定出樁的截面尺寸，并初步確定承臺底面標(biāo)高。 n一

31、般情況下，承臺埋深的選擇主要從結(jié)構(gòu)要求和方便施工的角度來考慮，并且不得小于600mm。 二、樁數(shù)及樁位布置 1.樁的數(shù)量 當(dāng)樁基為軸心受壓時(shí)，樁數(shù)可按下式估算： 偏心受壓時(shí)，對于偏心距固定的樁基，如果樁的布置使得群樁橫截面的形心與上部結(jié)構(gòu)荷載合力作用點(diǎn)重合，樁數(shù)仍可按上式確定。否則，應(yīng)將上式確定的樁數(shù)增加10%20%。 FnR2.樁的間距 可以查表，或者積累經(jīng)驗(yàn)來確定樁的間距；3.樁位的布置backn為了使樁基中各樁受力為了使樁基中各樁受力比較均勻，布置時(shí)應(yīng)盡比較均勻，布置時(shí)應(yīng)盡可能使上部荷載的中心可能使上部荷載的中心與樁群的形心重合或接與樁群的形心重合或接近。當(dāng)作用在承臺底面近。當(dāng)作用在承臺

32、底面的彎矩較大時(shí)，應(yīng)增加的彎矩較大時(shí)，應(yīng)增加樁基橫截面的慣性矩。樁基橫截面的慣性矩。對墻下柱基，可在外縱對墻下柱基，可在外縱墻之外布設(shè)一至二根墻之外布設(shè)一至二根“探頭樁探頭樁(圖圖11-11)。三 、樁身截面強(qiáng)度計(jì)算1. 鋼筋混凝土預(yù)制樁鋼筋混凝土預(yù)制樁 預(yù)制樁的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于預(yù)制樁的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30，采用，采用靜壓法沉樁時(shí)，可適當(dāng)降低，但不宜低于靜壓法沉樁時(shí)，可適當(dāng)降低，但不宜低于C20；預(yù)應(yīng)力混凝土樁的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于預(yù)應(yīng)力混凝土樁的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C40。 2.灌注樁灌注樁 灌注樁的混凝土強(qiáng)度等級一般應(yīng)不低于灌注樁的混凝土強(qiáng)度等級一般應(yīng)不低于C15，水下灌

33、注時(shí)應(yīng)不低于水下灌注時(shí)應(yīng)不低于C20，混凝土預(yù)制樁尖不，混凝土預(yù)制樁尖不應(yīng)低于應(yīng)低于C30。四、樁基承臺設(shè)計(jì)四、樁基承臺設(shè)計(jì) 樁基承臺可分為柱下獨(dú)立承臺、柱下或墻下條形承臺梁式承臺），以及筏板承臺和箱形承臺等。 承臺的作用是將樁聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，并把建筑物的荷載傳到樁上，因而承臺應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。承臺設(shè)計(jì)包括確定承臺的材料、形狀、高度、底面標(biāo)高、平面尺寸，以及局部受壓、受沖切、受剪及受彎承載力計(jì)算 。煙臺大學(xué)化學(xué)館三樁承臺煙臺大學(xué)化學(xué)館四樁承臺1.承臺的外形尺寸及構(gòu)造要求 承臺的平面尺寸一般由上部結(jié)構(gòu)、樁數(shù)及布樁形式?jīng)Q定。 通常，墻下樁基做成條形承臺即梁式承臺；柱下樁基宜做成板式承臺矩形或三

34、角形），如下圖所示，其剖面形狀可做成錐形、臺階形或平板形。 (a) 矩形承臺 (b)三樁承臺 柱下多樁矩形承臺 計(jì)算截面應(yīng)取在柱邊和承臺高度變化處杯口外側(cè)或臺階邊緣），按下式計(jì)算：xiiMN yyiiMN x2. 承臺的內(nèi)力計(jì)算 柱下三樁三角形承臺 計(jì)算截面應(yīng)取在柱邊，并按下式計(jì)算：yyMN yxxMN x 柱下或墻下條形承臺梁 柱下條形承臺的正截面彎矩設(shè)計(jì)值一般可按彈性地基梁進(jìn)行分析，地基的計(jì)算模型應(yīng)根據(jù)地基土層的特性選取。墻下條形承臺梁可按倒置的彈性地基梁計(jì)算彎矩和剪力。 承臺厚度可按沖切及剪切條件確定。一般可先經(jīng)驗(yàn)估計(jì)承臺厚度，然后再校核沖切和剪切強(qiáng)度，并進(jìn)行調(diào)整。承臺強(qiáng)度計(jì)算包括受沖切

35、、受剪切、局部承壓及受彎計(jì)算。 3. 承臺厚度及強(qiáng)度計(jì)算沖切計(jì)算沖切計(jì)算 如承臺有效高度不足，如承臺有效高度不足，將產(chǎn)生沖切破壞。其破將產(chǎn)生沖切破壞。其破壞方式可分為沿柱墻壞方式可分為沿柱墻邊的沖切和單一基樁對邊的沖切和單一基樁對承臺的沖切兩類。此時(shí)承臺的沖切兩類。此時(shí)應(yīng)該進(jìn)行沖切驗(yàn)算。應(yīng)該進(jìn)行沖切驗(yàn)算。n承臺驗(yàn)算時(shí)應(yīng)滿足：n柱下矩形獨(dú)立承臺受柱沖切時(shí) ：00ttmr Ff u htiFFN0.720.200002()()txcoyycoxr Fbahafhn四樁含四樁以上承臺受角樁沖切的承載力按下列公式計(jì)算：01211110(/ 2)(/ 2)txyyxr Ncacafh110.56/(0.

36、2)xx110.56/(0.2)vvn【例11-2】某二級建筑樁基如圖11-18所示，柱截面尺寸為450mm600mm，作用在基礎(chǔ)頂面的荷載設(shè)計(jì)值為：F=2800kN，M=210kNm作用于長邊方向），H=145kN，擬采用截面為350mm350mm的預(yù)制混凝土方樁，樁長12m，已確定基樁豎向承載力設(shè)計(jì)值R=500.0kN，水平承載力設(shè)計(jì)值Rh=45kN，承臺混凝土強(qiáng)度等級為C20，配置II級鋼筋，試設(shè)計(jì)該樁基礎(chǔ)不考慮承臺效應(yīng)）。 11.7 其他深基礎(chǔ) 除樁基外，墩基、沉井和地下連續(xù)墻等都屬于深基礎(chǔ)。 一、墩基礎(chǔ) 墩基是在現(xiàn)場就地開挖出的坑孔內(nèi)澆灌混凝土而成的深基礎(chǔ)。 與樁之間的主要區(qū)別在于：

37、墩的斷面尺寸較大，長細(xì)比較小，常常單獨(dú)承擔(dān)荷載，且承載力比單樁高。至于荷載傳遞的性質(zhì)，樁與墩并無本質(zhì)的差異。二、沉井基礎(chǔ)n沉井是以現(xiàn)場澆筑、挖土下沉方式進(jìn)入地基中沉井是以現(xiàn)場澆筑、挖土下沉方式進(jìn)入地基中的深基礎(chǔ)。一般是鋼筋混凝土制成，很少情況的深基礎(chǔ)。一般是鋼筋混凝土制成，很少情況也可用磚石、鋼筒等。也可用磚石、鋼筒等。 n沉井基礎(chǔ)有時(shí)與墩基礎(chǔ)相似，兩者最主要的區(qū)沉井基礎(chǔ)有時(shí)與墩基礎(chǔ)相似，兩者最主要的區(qū)別在于沉井的特殊施工方法，另外，大多數(shù)沉別在于沉井的特殊施工方法，另外，大多數(shù)沉井基礎(chǔ)是封底而不全填筑成實(shí)心基礎(chǔ)。井基礎(chǔ)是封底而不全填筑成實(shí)心基礎(chǔ)。n沉井適用于地基覆蓋層承載力較低，持力層相沉井

38、適用于地基覆蓋層承載力較低，持力層相對較深，不能采用天然地基淺基礎(chǔ)的情況。對較深，不能采用天然地基淺基礎(chǔ)的情況。 沉井施工步驟n施工時(shí)首先制作第一節(jié)井筒，通過在井筒內(nèi)部施工時(shí)首先制作第一節(jié)井筒，通過在井筒內(nèi)部不斷的挖土排水干挖或者水下開挖），使沉不斷的挖土排水干挖或者水下開挖），使沉井在自重作用下克服土的阻力而下沉。井在自重作用下克服土的阻力而下沉。n隨著沉井的下沉，逐步加高井筒，沉到設(shè)計(jì)標(biāo)隨著沉井的下沉，逐步加高井筒，沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在其底部澆筑混凝土封底。高后，在其底部澆筑混凝土封底。n根據(jù)需要填充井筒，制作井蓋，修建上部結(jié)構(gòu)。根據(jù)需要填充井筒，制作井蓋，修建上部結(jié)構(gòu)。 江陰大橋北錨沉井三、