第9節(jié)課土力學(xué)復(fù)習(xí)和樁基礎(chǔ)概述

1、2017年巖土工程師樁基礎(chǔ)規(guī)范前4章2017.1.10主講人：狼王網(wǎng)絡(luò)授課課程即時(shí)答疑專有樁的定義樁基礎(chǔ)2由設(shè)置于巖土中的樁和與樁頂連接的承臺 共同組成的基礎(chǔ)或由柱與樁直接連接的單樁基礎(chǔ)。設(shè)置于土中的豎直或傾斜的柱型構(gòu)件， 在豎向荷載作用下，通過樁土之間的 摩擦力（樁側(cè)摩阻力）和樁端土的承 載力（樁端阻力）來承受和傳部結(jié)構(gòu)的荷載。§1概 述軟 土層34567樁基礎(chǔ)的適用性一、樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)1.承載力高2. 沉降量小3. 能承受一定的水平荷載和上撥力，穩(wěn)定性好4.可以提高地礎(chǔ)的剛度、改變其自振頻率5.可提高物的抗震能力6.便于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)工程機(jī)械化和工業(yè)化樁基礎(chǔ)的突出優(yōu)點(diǎn)：承載力高、變形量小

2、、抗液化、抗拉拔能力強(qiáng)。89101112單樁基礎(chǔ)采用一根樁（通常為大直徑樁）樁基的分類以承受和傳部結(jié)構(gòu)荷載的基礎(chǔ)。群樁基礎(chǔ)由兩根及以上的基樁組成的樁基礎(chǔ)?；鶚叮度褐械膯螛叮痘A(chǔ)承臺(將群樁頂部聯(lián)成整體的鋼筋混凝土部分)13不同的分類標(biāo)準(zhǔn)§7.2樁和樁基的分類1415高承臺樁承臺在地面以上,橋樁,碼頭,棧橋。低承臺樁：承臺在地面以下, 承臺本身承擔(dān)部分荷載1、按承臺與地面的相對位置分類端承型樁摩擦型樁1616分類分類標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)類型亞類按承載性狀分摩擦型樁純摩擦樁在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁側(cè)阻力承受端承摩擦樁 在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由樁側(cè)阻力承受端承型樁純端承樁在極限承

3、載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁端阻力承受摩擦端承樁在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由樁端阻力承受2、按承載性狀分類17（1）預(yù)制樁在施工前預(yù)先制作成型，再用各種機(jī)械設(shè)備把它沉入地基至 設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁，稱為預(yù)制樁。預(yù)制樁可以是木樁、鋼樁或鋼筋混凝土樁等。沉樁方法有氣錘打入、振動沉樁、靜壓樁等。（）灌注樁灌注樁為在工地現(xiàn)場通過機(jī)械鉆孔、擠土或人力挖掘等在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁可分為鉆（沖）孔灌注樁、沉管灌注樁和挖孔灌注樁等幾大類。183、按樁的施工方法分類 鉆（沖）孔灌注樁：優(yōu)點(diǎn)：施工過程中無擠土、無振動、噪音小， 且樁徑不受限制。缺點(diǎn)：泥漿沉

4、淀不易清除， 影響端部承載力的充分發(fā)揮，并造成較大沉降。19沉管灌注樁：優(yōu)點(diǎn)：在內(nèi)無水環(huán)境中沉放鋼筋和澆灌混凝土，從而為樁身混凝土的質(zhì)量供了保障。缺點(diǎn)：a.拔除套管時(shí)，如果提管速度過快會造成縮頸、夾泥，甚至斷樁。b.沉管過程的擠土效應(yīng)除產(chǎn)生與預(yù)制樁類似的影響外，還可能使混 凝土尚未結(jié)硬的鄰樁被剪斷。對策：a.提管速度；b.采取“跳打”順序施工。20人工挖孔灌注樁挖孔樁主要適用于粘性土和水位較低的條件，最忌在含水砂層中施工，因易引起流砂坍孔，十分。21（1）非擠土樁：成樁過程對樁周圍的土無擠壓作用的樁稱為非擠土樁。主要有：鉆（沖）孔樁，挖孔樁。（2）部分?jǐn)D土樁（少量擠土樁）：成樁過程對周圍土產(chǎn)生

5、部分?jǐn)D壓作用的樁稱為部分?jǐn)D土樁。主要有：工型或 H 型鋼樁，鋼板樁，開口樁，開口鋼筋混凝土管樁。（3）擠土樁：成樁過程中，樁孔中的土未取出，全部擠壓到樁的四周，這類樁稱為擠土樁。主要有：木樁、鋼筋混凝土樁，閉口的沉管灌注樁。樁或鋼筋混凝土管樁，224、按成樁方法和成樁過程的擠土效應(yīng)分類豎向抗壓樁、豎向抗拔樁、水平受荷樁以及復(fù)合受荷樁。木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁、鋼樁以及組合材料樁。小直徑樁（d250mm）、中等直徑樁（250d700）和大直徑樁（d700mm）等。237、按樁徑大小分類6、按樁身材料分類5、按樁的使用功能分類7.3.1樁的荷載傳遞一、單樁承載力的樁側(cè)阻力地基土對樁的支承作用樁

6、端阻力但兩者并不是步發(fā)揮的24豎向荷載下單樁的工作性能25豎向荷載施加于樁頂時(shí)，樁身的上部首先受到壓縮而發(fā)生相對于土的向下位移，于是樁周土在樁側(cè)界面上產(chǎn)生向上的摩阻力；荷載沿樁身向下傳遞的過程就是不斷克服這種摩阻力并通過它向土中擴(kuò)散的過程 。26不同荷載下軸力沿深度的變化對10根樁長為2746m的大直徑灌注樁的荷載傳遞性能的 足尺試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)表明，樁側(cè)發(fā)揮極限摩阻力所需要的位 移很小，粘性土為13mm，無粘性土為57mm；除兩根支承 于巖石的樁外，其余各樁（樁端持力層為卵石、礫石、粗砂 或殘積粉質(zhì)粘土）在設(shè)計(jì)工作荷載下，端承力都小于樁頂荷 載的10。單樁荷載傳遞的基本規(guī)律基礎(chǔ)的功能在于把荷載

7、傳遞給地基土。作為樁基主要傳力 構(gòu)件的樁是一種細(xì)長的桿件，它與土的界面主要為側(cè)表面，底面只占樁與土的接觸總面積的很小部分（一般低于1%），這就意味著樁側(cè)界面是樁向土傳遞荷載的重要的，甚至是主要的途徑。豎向荷載施加于樁頂時(shí)，樁身的上部首先受到壓縮而發(fā)生相對于土的向下位移，于是樁周土在樁側(cè)界面上產(chǎn)生向上的 摩阻力；荷載沿樁身向下傳遞的過程就是不斷克服這種摩阻力并通過它向土中擴(kuò)散的過程。27設(shè)樁身軸力為Q，樁身軸力是樁頂荷載N與深度Z的函數(shù)Q =f (N , Z )28樁身軸力沿深度分布的實(shí)測資料29樁的長徑比L/d是影響荷載傳遞的主要因一，隨著長徑比L/d 增大，樁端土的性質(zhì)對承載力的影響減小，當(dāng)

8、長徑比L/d接近100時(shí)，樁端土性質(zhì)的影響幾乎等于零。 發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的重要意義在于糾正了“樁越長，承載力 越高”的片面認(rèn)識。希望通過加大樁長，將樁端支承在 很深的硬土層上以獲得高的端阻力的方法是很不的， 增加了工程造價(jià)但并不能提高很多的承載力。樁越長，端阻力所占的比例越低30樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的分布規(guī)律及影響因素1. 樁的側(cè)阻隨深度呈線性增大。2. 樁側(cè)極限摩阻力與所在的深度、土的類別和性質(zhì)、成 樁方法等多種因素有關(guān)。3. 隨著樁頂荷載的逐級增加，樁截面的軸力、位移和樁 側(cè)摩阻力不斷變化。4. 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) 揮所需的樁底位移值比樁側(cè)摩阻力到達(dá)極限所需的樁身

9、截面位移值大得多。5. 樁長對荷載的傳遞也有著重要的影響。317.3.2單樁的破壞模式一、單樁的破壞模式影響因素樁周土的抗剪強(qiáng)度樁端支承情況樁的樁的類型32二、常見的單樁破壞模式屈曲破壞整體剪切破壞刺入破壞軸向荷載下基樁的破壞模式33（一）屈曲破壞當(dāng)樁底支承在堅(jiān)硬的土層或巖層上，樁周土層極為軟弱，樁身無約束或側(cè)向抵抗力。樁在軸向荷載作用下，如同一細(xì)長壓桿出現(xiàn)縱向撓曲破壞，荷載沉降(Q-S)關(guān)系曲線為“急劇破壞” 的陡降型，其沉降量很小，具有明確的破壞荷載。樁的承載力取決于樁身的材料強(qiáng)度。如穿越深厚淤泥質(zhì)土層中的小直徑端承樁或嵌巖樁，細(xì)長的木樁等多屬于此種破壞。34（二）整體剪切破壞當(dāng)具有足夠強(qiáng)

10、度的樁穿過抗剪強(qiáng)度較低的土層，達(dá)到強(qiáng)度較高的土層，且樁的長度不大時(shí)，樁在軸向荷載作用下，由于樁底上部土層不能滑動土楔的形成，樁底土體形成滑動面而出現(xiàn)整體剪切破壞。此時(shí)樁的沉降量較小，樁側(cè)摩阻力難以充分發(fā)揮， 主要荷載由樁端阻力承受，荷載沉降(Q-S)關(guān)系曲線也為陡降型，呈現(xiàn)明確的破壞荷載。樁的承載要取決于樁端土的支承力。一般打入式短樁、鉆擴(kuò)短樁等均屬于此種破壞。35（三）刺入破壞當(dāng)樁的入土深度較大或樁周土層抗 剪強(qiáng)度較均勻時(shí)，樁在軸向荷載作用下將出現(xiàn)刺入破壞。此時(shí)樁頂荷載主 要由樁側(cè)摩阻力承受，樁端阻力極微，樁的沉降量較大。一般當(dāng)樁周土質(zhì)較軟弱時(shí)，荷載沉降(Q-S)關(guān)系曲線為“漸進(jìn)破壞”的緩變

11、型，無明顯拐點(diǎn)，極限荷載難以，樁的承載力主要由上部結(jié)構(gòu)所能承受的極限沉降su確定；當(dāng)樁周土的抗剪強(qiáng)度較高時(shí)， 荷載沉降(Q-S)關(guān)系曲線可能為陡降型，有明顯拐點(diǎn)，樁的承載要取決于樁周土的強(qiáng)度。一般情況下的鉆孔灌注樁多屬于此種情況。36樁土之間相對位移的方向決定了樁側(cè)摩阻力的方向，當(dāng)樁周土層相對于樁側(cè)向下位移時(shí)，樁側(cè)摩阻力方向向下，稱為負(fù)摩阻力。引起樁側(cè)負(fù)摩阻力的條件是：樁側(cè)土體下沉必須大于樁的下沉。負(fù)摩阻正摩阻371、負(fù)摩阻力發(fā)生的條件1)樁穿過欠壓密的軟粘土或新填土，而支承于堅(jiān)硬土層（硬粘性土、中密以上砂土、卵石層或巖層）時(shí)；在樁周地面有大面積堆載或超填土?xí)r；2)3)4)由于抽取水或樁周水位

12、下降，使樁周土下沉?xí)r：擠土樁群施工結(jié)束后，孔隙水消散，隆起的或擾動的土體逐漸固結(jié)下沉?xí)r；自重濕陷性黃土浸水下沉或凍土融化下沉?xí)r。5)382、樁側(cè)負(fù)摩阻力的分布規(guī)律對于下部為巖石的端承樁,可能全樁為負(fù)阻力；對于一般樁,因?yàn)闃锻炼加凶冃?視二者的相對位移量和方向而變。 樁周土與樁截面沉降相等，兩者無相對位移發(fā)生，其摩阻力為零，這種摩阻力為零的點(diǎn)稱為中性點(diǎn)q= k s' tgj ' = x s'z土位移Sn0zns-lnNegative中性點(diǎn)+樁位移Sp摩阻力軸向力N393.減少樁側(cè)負(fù)摩阻力影響的措施1）.在樁的中性點(diǎn)以上部分涂以薄層涂料，以降低負(fù)摩阻力，常用瀝青涂層，價(jià)格便

13、宜，效果比較好。2）.對鋼樁再加一層厚度為3mm的薄膜(兼作防銹用)；3）.對現(xiàn)場灌注樁也可在樁與土之間灌注斑脫土漿等方法，來消除或降低負(fù)摩阻力的影響。40單樁的豎向極限承載力：是指單樁在豎向荷載作用下，到達(dá)破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)所對應(yīng)的最大荷載。單樁的豎向極限承載要取決于兩方面：一是地基土對樁的支承能力；二是樁身的材料強(qiáng)度。41單樁豎向承載力的確定Ra（一）按靜載荷試驗(yàn)確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（1）靜載荷試驗(yàn)裝置及其方法：主梁次梁千斤頂百分表錨筋錨樁42基準(zhǔn)柱獲得單樁承載力最可靠的方法錨樁桁架法,2400噸（2）終止加載條件：當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)即可終止加載：某級荷載下，

14、樁頂沉降量為前一級荷載下沉降量的5倍；某級荷載下，樁頂沉降量大于前一級荷載下沉降量的2倍，且經(jīng)過24小時(shí)尚未達(dá)到相對穩(wěn)定；已達(dá)到錨樁最大抗拔力或壓重平臺的最大質(zhì)量時(shí)。工程地質(zhì)手冊p80545自平衡加載：46（3）按試驗(yàn)結(jié)果確定單樁豎向極限承載力 根據(jù)沉降隨荷載的變化特征確定：對于陡降型 Qs 曲線，可取曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)所對應(yīng)的荷：載為；： 根據(jù)沉降量確定對于緩變型 Qs 曲線，一般可取s=4060mm對應(yīng)的荷載值為對于大直徑樁可取所對應(yīng)的荷載值。此外，也可根據(jù)終止加載條件中的前一級荷載值作為474849樁基：由設(shè)置于巖土中的樁和與樁頂聯(lián)結(jié)的承臺共同組成的基礎(chǔ)或由柱與樁直接聯(lián)結(jié)的單樁基礎(chǔ)

15、。基樁：樁基礎(chǔ)中的單樁。復(fù)合樁基：由基樁和承臺下地基同承擔(dān)荷載的樁基礎(chǔ)。復(fù)合基樁：單樁及其對應(yīng)面積的承臺底地基土組成的復(fù)合承載基樁。軟土層50復(fù)合樁基中基樁的承載力含有承臺底的土阻力， 故稱為復(fù)合基樁。5152535455565758596061626364上海蓮花河畔景苑倒塌65樁基設(shè)計(jì)原則一、樁基設(shè)計(jì)的基本要求1. 樁基必須是安全適用的。2. 樁基設(shè)計(jì)必須是合理的。3.樁基設(shè)計(jì)必須是二、樁基設(shè)計(jì)原則（一）樁基的極限狀態(tài)的。1.承載能力極限狀態(tài)：對應(yīng)于樁基達(dá)到最大承載力導(dǎo)致整體失穩(wěn)或發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形。2.正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于樁基達(dá)到物正常使用所規(guī)定的變形限值或達(dá)到耐久性要求的某項(xiàng)

16、限值。6667686970（三）樁基計(jì)算規(guī)定1、應(yīng)根據(jù)樁基的使用功能和受理特征分別進(jìn)行樁基的豎向承載力和水平承載力計(jì)算；2、樁身（含樁身壓曲、承載力計(jì)算；3、軟弱下臥層驗(yàn)算；樁局部壓曲）和承臺結(jié)構(gòu)4、坡地、岸邊樁基整體穩(wěn)定性驗(yàn)算；5、抗浮、抗拔樁基的抗拔承載力（基樁和群樁）驗(yàn)算；6、抗震設(shè)防區(qū)抗震承載力驗(yàn)算。71（四）應(yīng)計(jì)算沉降的樁基1、設(shè)計(jì)等級為甲級的非嵌巖樁和非深厚堅(jiān)硬持力層的樁基 ；2、設(shè)計(jì)等級為乙級的體型復(fù)雜、荷載分布顯著不均勻或樁端平面以下存在軟弱土層的樁基；3、軟土地基多層減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)。（五）應(yīng)計(jì)算水平位移的樁基受水平荷載較大、或?qū)λ轿灰朴袊?yán)格限制的樁基。72軟土層73747

17、5767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118樁基承載力驗(yàn)算1.樁頂荷載效應(yīng)計(jì)算樁頂荷載簡圖119（3)水平力作用下:H= Hkikn（2)偏心豎向力作用下:N= Fk + Gk? M xk yi ? M yk xiikn? y2? x2jj（1）軸心豎向力作用下:N= Fk + Gk kn2.樁基豎向承載力計(jì)算荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合:（1）軸心豎向力作用下:Nk? R（2）偏心豎向力作用下:Nk? R? 1.2RNk max（3）水平

18、力作用下:? RhaHik120基樁水平承載力特征值基樁或復(fù)合基樁豎向承載力特征值2.樁基豎向承載力計(jì)算（3）作用下:? 1.25RNEk? 1.5RNEk max121122u 當(dāng)時(shí)，表示樁端以上土層比樁端以下土層軟（上軟下硬，上層土對下層土的約束較弱），應(yīng)對樁端截面以下土層進(jìn)行折減后再取平均值;u 當(dāng)時(shí)，表示樁端以上土層比樁端以下土層硬，直接偏安全地取樁端截面以下土層的比貫入阻力值作為平均值。u 把每條折線對應(yīng)的土層位置看明白123124125126127128129130131132二、按地基土對樁的支承能力確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：單樁在豎向荷載作用下到達(dá)破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)所對應(yīng)的最大荷載。1、單樁豎向承載力特征值：133安全系數(shù)， K =2。單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值R= 1 QaKu k基樁豎向承載力特征值不考慮承臺效應(yīng)：R：基樁考慮承臺效應(yīng)：復(fù)合基樁對符合下列條件的摩檫性樁基，宜考慮承臺效應(yīng)：1341、上