樁基礎(chǔ)_土力學

1、樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)第一節(jié) 概述第二節(jié) 樁的分類與質(zhì)量控制第三節(jié) 單樁豎向承載力的確定第四節(jié) 樁基豎向承載力設(shè)計值 第五節(jié) 樁基礎(chǔ)設(shè)計第一節(jié)概述第一節(jié)概述樁基礎(chǔ) 1、組成及作用 2、特點 3、應(yīng)用 樁基礎(chǔ)1、組成及作用 樁 承臺 作用 將上部結(jié)構(gòu)荷載，通過較軟弱的地層傳遞給深部較堅硬的土層或巖層。 樁基 樁筏基礎(chǔ)樁基礎(chǔ) 2、特點： （1） 承載力高； （2） 穩(wěn)定性好； （3） 沉降?。?（4） 便于機械化施工。 樁基礎(chǔ)已成為建筑、交通、水利、港口等工程中廣為采用的基礎(chǔ)形式。 單柱單樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)3、應(yīng)用 樁基礎(chǔ)主要通過作用于樁尖土層的阻力和樁周土的摩阻力來支承軸向荷載，也可利用樁側(cè)土的側(cè)向阻力抵抗水平

2、荷載。通常遇以下情況時可選用樁基礎(chǔ)：(1) 對地基沉降要求嚴格，不允許有不均勻或過大沉降的建筑物；(2) 采用地基加固措施不合適的軟弱地基或特殊土地基；樁基礎(chǔ)(3) 當施工水位或地下水位很高或基礎(chǔ)位于水中的建筑物；(4) 高聳建筑物等；(5) 建筑物受到大面積地面超載的影響，或軟土上活荷載比較大的筒倉、油庫等；(6) 承受大荷載、動荷載、大偏心荷載的建筑物；(7) 精密或大型設(shè)備的基礎(chǔ)，對基礎(chǔ)振動有較高要求的建筑；(8) 意義重大或需長期保存的建筑物。樁基礎(chǔ) 下列情況采用樁基礎(chǔ)時會對工程產(chǎn)生不利因素： (1) 上層土比下層土硬得多； (2) 土層中有障礙物而又無法排除； (3) 只能采用打入或

3、振入法施工，而附近有重要的或?qū)φ駝訌娏颐舾械慕ㄖ飼r。 是否采用樁基礎(chǔ)要予以綜合考慮。第二節(jié)樁的分類與質(zhì)量控制第二節(jié)樁的分類與質(zhì)量控制 現(xiàn)行建筑樁基技術(shù)規(guī)范將樁分別按承載性狀、使用功能、樁身材料及樁徑大小進行分類： 一、 按承載性狀分類 二、 按樁的使用功能分類 三、 按樁身材料分類 四、 按成樁方法分類 五、 按樁對樁周土的擠壓作用分類 六、 按樁徑大小分類 七、 樁的質(zhì)量控制一、按承載性狀分類 根據(jù)樁土相互作用的特點，按樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮程度及各自對荷載的分擔比例，樁基礎(chǔ)分為端承樁和摩擦樁。1、端承型樁（1）端承樁 在極限承載力狀態(tài)，樁頂荷載由樁端承受，樁側(cè)阻力可忽略不計。（2） 摩

4、擦端承樁 在極限承載力狀態(tài)，樁頂荷載主要由樁端阻力承受，樁側(cè)阻力屬次要地位。一、按承載性狀分類2、摩擦型樁 根據(jù)豎向極限荷載作用下樁側(cè)阻力與樁端阻力所分擔荷載的比例，分為摩擦樁和端承摩擦樁:（1）摩擦樁 豎向極限荷載作用下，樁頂荷載絕大部分由樁側(cè)阻力承擔，樁端阻力可忽略不計。（2）端承摩擦樁 樁頂極限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔，大部分由樁側(cè)阻力承擔。二、按樁的使用功能分類 (1) 豎向抗壓樁，以承受豎向荷載為主的樁；(2) 豎向抗拔樁，以承受豎向上拔荷載為主的樁； (3) 水平受荷樁，以承受水平荷載為主的樁； (4) 復合受荷樁，所受的豎向、水平荷載均較大的樁。 三、按樁身材料分類 1、

5、 混凝土樁（1） 預制樁 在工廠或工地預先將樁身制作好，待就位后用打入或射水法將樁送入土中（2） 灌注樁 用機械或人工在現(xiàn)場開孔，就地澆筑混凝土而形成的樁2、 鋼樁 鋼樁主要有鋼管樁、H型鋼樁和鋼板樁3、 木樁 四、按成樁方法分類 按照成樁的方法和工藝，樁基礎(chǔ)可分為： (1) 打入樁，將預制好的樁體用擊打或振動的方法打入地下成樁； （2）灌注樁，先成孔后澆筑混凝土； （3）靜壓樁，利用機械以強力將預制樁壓入到設(shè)計位置。 五、按樁對樁周土的擠壓作用分類 預制樁 粘性土 觸變性 1、擠土樁 沉管灌注樁 無粘性土2、部分擠土樁（小量擠土樁） 開口鋼管樁 力學指標取原狀土的 H型鋼樁 開口的預應(yīng)力鋼筋

6、混凝土樁3、非擠土樁 預鉆孔的鋼筋混凝土樁 鉆（挖、沖孔）灌注樁六、按樁徑大小分類 按照樁徑大小，樁基礎(chǔ)可分為：（1）小樁 (d250mm)；（2）中等直徑樁 （250mmd800mm）；（3）大直徑樁 （d800mm） 工程中選用何種樁型，受地質(zhì)條件、場地條件、承載力要求、施工設(shè)備、地下水位和經(jīng)濟條件等方面的限制。 七、樁的質(zhì)量控制 樁基礎(chǔ)是一種隱蔽性工程，保證樁基礎(chǔ)的工程質(zhì)量對整個建筑結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要。 樁基檢測分為成樁質(zhì)量檢測和樁基承載力檢測： （1）成樁質(zhì)量檢測包括在成樁過程中的各項指標和成樁樁身質(zhì)量的檢測； （2）測試樁基承載能力方法: a.靜載試驗 b.高（大）應(yīng)變動測法。第第三

7、節(jié)單樁豎向承載力的確定節(jié)單樁豎向承載力的確定 一、 按材料強度確定單樁豎向承載力二、 按靜荷載試驗確定單樁軸向承載力 三、 靜力觸探法確定單樁軸向承載力 1、 單橋探頭法 2、 雙橋探頭法四、 經(jīng)驗參數(shù)法一、按材料強度確定單樁豎向承載力 按材料強度計算單樁豎向承載力時，將樁視為一軸向受壓構(gòu)件，混凝土樁單樁豎向承載力設(shè)計值公式： （1）式中： 單樁豎向承載力設(shè)計值； 混凝軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)； 混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值； 縱向受力鋼筋的抗壓強度設(shè)計值； 樁身橫截面面積； 縱向受力鋼筋的截面面積。 )(syccAfAfRRfcyfcAsA二、按靜荷載試驗確定單樁軸向承載力 靜載試驗是在施工現(xiàn)場進

8、行的，考慮：（1）地基土的支承能力；（2）樁身材料強度對承載力的影響。 規(guī)范規(guī)定，對于一級建筑物必須通過靜荷載試驗，同一條件下的試樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的1%，并不少于3根；工程樁總數(shù)在50根以內(nèi)時，不應(yīng)少于2根。 對于地基條件復雜、樁的施工質(zhì)量可靠性低等某些情況下的二級建筑樁基，也須通過靜荷載試驗。 二、按靜荷載試驗確定單樁軸向承載力 測出n根試樁極限承載力 后，可通過統(tǒng)計的方法，確定單樁豎向極限承載力 的標準值： (2)uiQukQniuiuQnQ11三、靜力觸探法確定單樁軸向承載力靜力觸探法在確定混凝土預制樁的豎向承載力時被廣泛應(yīng)用。根據(jù)探頭的不同分為單橋探頭法和雙橋探頭法。（一) 單橋探頭

9、法建筑樁基技術(shù)規(guī)范中提出了根據(jù)比貫入阻力確定混凝土預制樁單樁豎向極限承載力的標準值： (3) pskisikpkskukAplquQQQ三、靜力觸探法確定單樁軸向承載力 樁身周長； 用靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周土第i層的極限側(cè)阻力標準值； 樁穿過第i層土的厚度； 樁端阻力修正系數(shù)； 樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值； 樁端面積。樁端穿越粉土、粉砂細砂及中砂底面時 按建筑樁基技術(shù)規(guī)范估算的值，需乘以 進行修正。 ilusikqpAskpsikqS(二)雙橋探頭法 雙橋探頭可同時測出探頭側(cè)阻力 和端阻力 ，該法較多采用，可按下式計算： 式中： 樁身周長； 第 i層土層厚度； 第 i層土的探頭

10、平均阻力； 第 i層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)； 樁端平面上、下探頭阻力； 樁端面積。 cqcqsfpcsiiiukAqfluQilupAsifi四、經(jīng)驗參數(shù)法建筑樁基技術(shù)規(guī)范中對各類樁基的單樁豎向極限承載力標準值的計算公式如下：(1) 普通灌注樁及預制樁 式中： 樁身周長； 樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值； 極限端阻力標準值ppksikipkskukAqqluQQQusikqpkq四、經(jīng)驗參數(shù)法(2) 大直徑（d800mm）樁式中： 樁身周長； 樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值； 樁徑為800mm的極限端阻力標準值； 大直徑樁側(cè)阻尺寸效力系數(shù)； 大直徑樁端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)。usikqppkqsipp

11、kpsisiksiukAqlquQ四、經(jīng)驗參數(shù)法(3) 鋼管樁 樁端閉塞效應(yīng)系數(shù)；(4) 嵌巖樁 嵌巖樁的極限承載力由樁周土總側(cè)阻、嵌巖段總側(cè)阻和總端阻三部分組成。 ppkpsikiukAqqluQp第四節(jié)第四節(jié) 樁基豎向承載力設(shè)計值樁基豎向承載力設(shè)計值 群樁基礎(chǔ)在豎向荷載作用下，承臺、樁群及地基土形成一個相互作用共同工作的整體。 一、群樁的工作特點 (一) 端承型群樁基礎(chǔ) (二) 摩擦型群樁基礎(chǔ) 二、承臺下土的作用 三、樁基豎向承載力設(shè)計值的確定 四、樁基水平承載力與位移 一、群樁的工作特點 對于樁數(shù)超過3根的群樁基礎(chǔ)，作用于承臺上的荷載實際上是由樁和地基共同承擔的。 (一) 端承型群樁基礎(chǔ)

12、 端承樁組成的群樁基礎(chǔ)，豎向荷載絕大部分由樁身傳遞到樁端，樁底壓力分布面積較小，各樁端的壓力可認為是互不影響的，群樁基礎(chǔ)中各樁的工作狀態(tài)與單樁的情況基本一致。 此時群樁效應(yīng)系數(shù)=1。 （=群樁基礎(chǔ)承載力單樁承載力之和） 一、群樁的工作特點 (二) 摩擦型群樁基礎(chǔ) 摩擦樁組成的群樁基礎(chǔ)，主要通過每根樁的樁側(cè)摩擦力將上部荷載傳遞到樁周土及樁端土層中， 附加壓應(yīng)力的分布直徑 。 1、群樁的樁心距較大（ 6d ）,樁底處各樁傳遞的壓力互不重疊。2、樁數(shù)較多、樁距較小 6d 時，樁底處各樁傳來的壓力將重迭使得樁端處的壓力比單樁時大得多。此時群樁沉降量大于單樁的沉降，承載力小于各單樁承載力之和，即1。 d

13、lDtan2asas二、承臺下土的作用承臺下的地基土與樁共同承擔荷載形成復合樁基。遇到下列情況之一，不應(yīng)考慮承臺的荷載分擔效應(yīng)：(1) 承受經(jīng)常出現(xiàn)的動力作用；(2) 承臺下可能產(chǎn)生負摩擦力的土層；(3) 飽和軟土中沉入密集群樁，引起超靜孔隙水壓力和土體隆起，隨時間推移，樁間土逐漸固結(jié)下沉與承臺底脫開等。(4) 若建筑物對沉降敏感或?qū)Τ两迪拗茋栏窕虺信_下為軟土時，不應(yīng)考慮這一作用。 三、樁基豎向承載力設(shè)計值的確定 樁基豎向承載力設(shè)計值與基土類別、樁型、樁數(shù)、樁距、樁徑、承臺等技術(shù)指標有關(guān)，按目前的研究水平還無法進行理論求解。建筑樁基技術(shù)規(guī)范中樁數(shù)不超過三根的樁基和樁數(shù)超過三根的非端承樁復合樁基

14、的豎向承載力設(shè)計值計算公式如下:三、樁基豎向承載力設(shè)計值的確定樁數(shù)不超過三根的樁基： 根據(jù)靜載試驗確定單樁豎向極限承載力標準值: 豎向承載力設(shè)計值； 單樁總極限側(cè)阻力標準值； 總極限端阻力標準值ppksskQQRspukQRRskQpkQ三、樁基豎向承載力設(shè)計值的確定樁數(shù)超過三根的非端承復合樁基:根據(jù)靜載試驗確定單樁豎向極限承載力標準值時: cckcppkpssksQQQRcckcspwspQQRnAqQcckck三、樁基豎向承載力設(shè)計值的確定 相應(yīng)于任一復合基樁的承臺底地基土總極限阻力標準值； 承臺底12承臺寬度深度范圍（5m）內(nèi)地基土極限阻力標準值； 承臺底地基土凈面積； 單樁豎向極限承載

15、力標準值； 樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)； 樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)； 樁側(cè)阻端阻綜合效應(yīng)系數(shù)； 承臺底土阻力群樁效應(yīng)系數(shù)。 ukQckQckqcAspspc四、樁基水平承載力與位移 以承受水平荷載為主的樁基，可采用斜樁。一般當水平荷載與豎直荷載的合力與垂線的夾角不超過50時，采用豎直樁能滿足要求。確定樁水平承載力的具體方法大致分為兩類：(1) 直接試驗法；(2) 理論分析計算法。四、樁基水平承載力與位移 樁基的沉降驗算主要是針對:建(構(gòu))筑物對樁基的沉降有特殊要求樁端；存在有軟弱下臥層；摩擦型群樁基礎(chǔ)。 樁基的變形特征分為沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜。傾斜 - 樁基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與它們之間距離的

16、比值；局部傾斜 - 指墻下條形承臺沿縱向某一長度范圍內(nèi)樁基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離之比值。四、樁基水平承載力與位移建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定，考慮到土層厚度與性質(zhì)的不均勻、荷載差異、體型復雜等因素，樁基的變形指標按如下規(guī)定選用： (1) 砌體承重結(jié)構(gòu)應(yīng)由局部傾斜控制； (2) 框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)由相鄰柱基的沉降差控制； (3) 多層或高層和高聳結(jié)構(gòu)則應(yīng)由傾斜值控制。 (4) 建筑物樁基，容許變形值應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對樁基變形的適應(yīng)能力和使用要求予以確定。第五節(jié)樁基礎(chǔ)設(shè)計 天然地基或地基經(jīng)過加固處理后仍不能滿足建筑物上部結(jié)構(gòu)要求時，常采用樁基礎(chǔ)。 樁基的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求： (1) 在外荷載作用下，樁與基土之間的

17、相互作用能保證有足夠的豎向（抗壓或抗拔）或水平承載力； (2) 樁基的沉降（或沉降差）、水平位移及樁身撓曲在容許范圍內(nèi)。 （3）考慮技術(shù)和經(jīng)濟上的合理性和可能性。第五節(jié)樁基礎(chǔ)設(shè)計樁基礎(chǔ)設(shè)計步驟：一、 設(shè)計資料的收集二、 選擇樁的類型、樁材及幾何尺寸三、 基樁根數(shù)及平面布置四、 各樁荷載效應(yīng)計算五、 樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計六、 承臺的設(shè)計一、設(shè)計資料的收集進行樁基設(shè)計前應(yīng)進行調(diào)查研究：(1) 建筑物上部結(jié)構(gòu)的類型、尺寸、構(gòu)造和使用要求，以及上部結(jié)構(gòu)的荷載；(2) 符合國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的工程地質(zhì)勘探報告和現(xiàn)場勘察資料；(3) 當?shù)亟ㄖ牧系墓?yīng)及施工條件；(4) 施工場地及周圍環(huán)境（包括交通、進出場條件、有

18、無對振動敏感的建筑物、有無噪音限制）等。二、選擇樁的類型、樁材及幾何尺寸 我國使用的樁主要是鋼筋混凝土樁。建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定：樁身混凝土強度等級不得低于C15，預制樁樁尖混凝土強度等級不低于C30，灌注樁水下澆筑的混凝土強度等級不得低于C20。 鋼筋級別按混凝土強度等級相應(yīng)選級、級或級。二、選擇樁的類型、樁材及幾何尺寸 樁型的選擇應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載的大小及性質(zhì)、工程地質(zhì)條件、施工條件等進行綜合考慮:（1） 土層中存在大孤石、金屬殘渣及未風化巖脈時，可采用灌注樁；（2） 堅硬土層埋得很深，宜采用摩擦樁； 摩擦樁的樁長與樁基的承載力和沉降量有關(guān)，在確定樁長時，應(yīng)綜合考慮樁基的承載力和沉降量。 樁

19、的實際長度包括樁尖及嵌入承臺的長度。三、基樁根數(shù)及平面布置（一） 基樁根數(shù)的確定 初擬樁數(shù)時，大多不考慮群樁效應(yīng)及承臺底面處地基土的承載力，當樁基為軸心受壓時，基樁數(shù) n 可按下式估算： F 作用在承臺頂面的豎向力設(shè)計值； G 樁基承臺及承臺上填土自重的設(shè)計值； R 單樁豎向承載力設(shè)計值。 RGFn三、基樁根數(shù)及平面布置 當樁基為偏心受壓時，各樁受力不均勻，應(yīng)按10%20%適當增加樁數(shù)。 樁數(shù)的確定還應(yīng)考慮滿足水平承載力的要求，一般以各樁的水平承載力之和作為樁基的水平承載力，由上式算得的樁數(shù) n 乘以單樁的水平承載力應(yīng)大于（或等于）作用于樁基的總水平荷載。三、基樁根數(shù)及平面布置 （二） 樁間距

20、的確定 樁間距一般取為45倍樁徑，不可太大（樁間距太大會增加承臺的體積和用料），也不可太?。堕g距太小會造成施工困難，樁的承載力得不到發(fā)揮）。 樁的最小中心距應(yīng)符合建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定。對于大面積樁群，尤其是擠密樁，樁的最小中心距應(yīng)適量加大。三、基樁根數(shù)及平面布置（三） 樁的平面布置 根據(jù)樁基的受力情況，樁可采用多種形式的平面布置。 布置時應(yīng)盡量使上部荷載的中心與樁群的中心重合或接近，以使樁基中各樁受力比較均勻。 當作用在承臺底面的彎矩較大時，應(yīng)設(shè)法增大樁基橫截面的慣性矩。 四、各樁荷載效應(yīng)計算 大多數(shù)樁基是以承受豎向荷載為主。 對于軸心受壓（ Mx = My =0），群樁中基樁的樁頂作用效應(yīng)

21、為： nGFN四、各樁荷載效應(yīng)計算 在偏心豎向荷載作用下，群樁中基樁的樁頂作用效應(yīng)為：22iiyiixixxMyyMnGFN2max2maxmaxiyixxxMyyMnGFN四、各樁荷載效應(yīng)計算軸心豎向荷載作用下，應(yīng)滿足 ： 偏心豎向荷載作用下，除滿足上式外，還要滿足： 建筑樁基重要性系數(shù)。 對于一、二、三級建筑樁基，分別取1.1，1.0，0.9；對于柱下單樁的一級建筑樁基，取1.2。RN 0RN2 . 1max00四、各樁荷載效應(yīng)計算 考慮地震作用的效應(yīng)組合時，應(yīng)滿足： 軸心受壓： N1.25R 偏心受壓： Nmax1.5R五、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）鋼筋混凝土預制樁 （1） 鋼筋混凝土預制樁的混

22、凝土強度應(yīng)不低于C30。 （2） 配筋率min一般為1%左右，一般按截面的形狀和大小采用48根直徑1215mm的鋼筋（邊長30mm以下者用4根）。 箍筋直徑采用68mm，間距不大于200mm，在樁尖和樁頂處加密。五、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計（3） 主筋的保護層一般取35mm，在樁身混凝土強度達到設(shè)計強度后方可起吊、搬運。 為方便吊裝、運輸，預制樁身時需設(shè)置吊環(huán)，支點應(yīng)設(shè)在設(shè)計的吊點處。圖（4） 預制樁的截面常設(shè)計成圓形、方形的實心截面、圓柱體的空心截面。（5） 根據(jù)施工和運輸條件考慮樁身的分節(jié)，一般樁長超過2530m時需要接樁，樁的接頭不宜超過兩個。五、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計（二）混凝土灌注樁 灌注樁的混凝土強度一

23、般不得低于C15，水下澆筑灌注樁的混凝土強度不得低于C20。 素混凝土樁宜采用的坍落度為6080mm，當樁身配有鋼筋時，坍落度可適當加至80100mm，水下澆筑混凝土的坍落度宜采用180220mm。 五、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計 為保證鋼筋骨架有一定的剛性，其主筋不宜過細過少，通常鋼筋直徑不小于12mm，配筋率不小于0.2%。 （1） 樁身受彎則不宜小于0.4%，主筋錨入承臺的長度應(yīng)大于鋼筋直徑的30倍； （2） 主筋的保護層厚度應(yīng)35mm，水下澆筑時，主筋的保護層厚度應(yīng)50mm； （3） 箍筋一般采用螺旋式箍筋，直徑應(yīng)6mm，間距為200300mm。五、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計（三）樁身強度計算 樁身強度是在確定了荷載大小，計算出樁身截面所需的主筋面積，還必須滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的最小配筋率的要求。 對于長期或經(jīng)常受到水平荷載或上拔荷載作用的樁，還應(yīng)驗算樁身裂縫寬度，最大裂縫寬度不得超過0.2mm。 六、承臺的設(shè)計 承臺是樁基礎(chǔ)的一個重要組