第四章 樁基礎(chǔ)的設(shè)計計算

第四章樁基礎(chǔ)的設(shè)計計算第一頁，共六十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)單排樁基樁內(nèi)力和位移計算

（一）、土的彈性抗力及其分布規(guī)律1．土的彈性抗力樁基礎(chǔ)在荷載（包括軸向荷載、橫軸向荷載和力矩）作用下產(chǎn)生位移（包括豎向位移、水平位移和轉(zhuǎn)角），樁的豎向位移引起樁側(cè)土的摩阻力和樁底土的抵抗力。樁身的水平位移及轉(zhuǎn)角使樁擠壓樁側(cè)土體，樁側(cè)土必然對樁產(chǎn)生一橫向土抗力zx，它起抵抗外力和穩(wěn)定樁基礎(chǔ)的作用，土的這種作用力稱為土的彈性抗力。zx即指深度為Z處的橫向（X軸向）土抗力，其大小取決于土體性質(zhì)、樁身剛度、樁的入土深度、樁的截面形狀、樁距及荷載等因素。一、基本概念第二頁，共六十五頁，2022年，8月28日假定土的橫向土抗力符合文克爾假定，即式中：zx——橫向土抗力（kN/m2）；C——地基系數(shù)（kN/m3）xz——深度Z處樁的橫向位移（m）。第三頁，共六十五頁，2022年，8月28日2．地基系數(shù)

基本概念：地基系數(shù)C表示單位面積土在彈性限度內(nèi)產(chǎn)生單位變形時所需要的力。它的大小與地基土的類別、物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。如能測得xz并知道C值，zx值即可解得。地基系數(shù)C值是通過對試樁在不同類別土質(zhì)及不同深度進(jìn)行實測xz及zx后反算得到。

C值隨深度的分布規(guī)律：地基系數(shù)C值不僅與土的類別及其性質(zhì)有關(guān)，而且也隨深度而變化。由于實測的客觀條件和分析方法不盡相同等原因，所采用的C值隨深度的分布規(guī)律也各有不同。常用的幾種地基系數(shù)分布規(guī)律如下所示。第四頁，共六十五頁，2022年，8月28日地基系數(shù)變化規(guī)律第五頁，共六十五頁，2022年，8月28日相應(yīng)的基樁內(nèi)力和位移計算方法為：1）“m”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈線性增長，即C=mZ，如上圖a）所示。m稱為地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)（kN/m4）。2）“K”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈折線變化即在樁身第一撓曲變形零點（上圖b）所示深度t處）以上地基系數(shù)C隨深度呈凹形拋物線增加；該點以下，地基系數(shù)C=K（kN/m3）為常數(shù)。3）“c”法：假定地基系數(shù)C隨深度呈拋物線增加，即Ｃ=cZ0.5，當(dāng)無量綱入土深度達(dá)4后為常數(shù)，如上圖c）所示。c為地基系數(shù)的比例系數(shù)（kN/m3.5）。4）“常數(shù)”法，又稱“張有齡法”：假定地基系數(shù)C沿深度為均勻分布，不隨深度而變化，即C=K0（kN/m3）為常數(shù)，如上圖d）所示。第六頁，共六十五頁，2022年，8月28日上述四種方法各自假定的地基系數(shù)隨深度分布規(guī)律不同，其計算結(jié)果有所差異。本節(jié)介紹目前應(yīng)用較廣并列入《公橋基規(guī)》中的“m”法。按“m”法計算時，地基系數(shù)的比例系數(shù)m值可根據(jù)試驗實測決定，無實測數(shù)據(jù)時可參考下表中的數(shù)值選用；非巖石類土的比例系數(shù)m值序號土的分類m或m0（MN/m4）1流塑粘性土IL>1、淤泥3～52軟塑粘性土1>IL>0.5、粉砂5～103硬塑粘性土0.5>IL>0、細(xì)砂、中砂10～204堅硬、半堅硬粘性土IL<0、粗砂20～305礫砂、角礫、圓礫、碎石、卵石30～806密實粗砂夾卵石，密實漂卵石80～120第七頁，共六十五頁，2022年，8月28日關(guān)于“m”值的說明1）由于樁的水平荷載與位移關(guān)系是非線性的，即m值隨荷載與位移增大而有所減少，因此，m值的確定要與樁的實際荷載相適應(yīng)。一般結(jié)構(gòu)在地面處最大位移不超過10mm，對位移敏感的結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)為6mm。位移較大時，應(yīng)適當(dāng)降低表列m值。2）當(dāng)基礎(chǔ)側(cè)面為數(shù)種不同土層時，將地面或局部沖刷線以下hm深度內(nèi)各土層的mi，根據(jù)換算前后地基系數(shù)圖形面積在深度hm內(nèi)相等的原則，換算為一個當(dāng)量m值，作為整個深度的m值。3）樁底面地基土豎向地基系數(shù)Co為：C0=m0h第八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（二）單樁、單排樁與多排樁

單樁、單排樁：指在與水平外力H作用面相垂直的平面上，由單根或多根樁組成的單根（排）樁的樁基礎(chǔ)，如下圖a）、b）所示，對于單樁來說，上部荷載全由它承擔(dān)。對于單排樁，若作用于承臺底面中心的荷載為N、H、My，當(dāng)N在承臺橫橋向無偏心時，則可以假定它是平均分布在各樁上的，即式中：n——樁的根數(shù)。當(dāng)豎向力N在承臺橫橋向有偏心距e時，即Mx=Ne，因此每根樁上的豎向作用力可按偏心受壓計算，即第九頁，共六十五頁，2022年，8月28日單樁、單排樁及多排樁第十頁，共六十五頁，2022年，8月28日多排樁如上圖c），指在水平外力作用平面內(nèi)有一根以上的樁的樁基礎(chǔ)（對單排樁作橫橋向驗算時也屬此情況），不能直接應(yīng)用上述公式計算各樁頂作用力，須應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法另行計算（見后述），所以另列一類。第十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日（三）樁的計算寬度樁在水平外力作用下，除了樁身寬度范圍內(nèi)樁側(cè)土受擠壓外，在樁身寬度以外的一定范圍內(nèi)的土體都受到一定程度的影響（空間受力），且對不同截面形狀的樁，土受到的影響范圍大小也不同。為了將空間受力簡化為平面受力，并綜合考慮樁的截面形狀及多排樁樁間的相互遮蔽作用，將樁的設(shè)計寬度（直徑）換算成相當(dāng)實際工作條件下，矩形截面樁的寬度b1,b1稱為樁的計算寬度。根據(jù)已有的試驗資料分析，現(xiàn)行規(guī)范認(rèn)為計算寬度的換算方法可用下式表示：第十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日上式中：b（或d）——與外力H作用方向相垂直平面上樁的寬度（或直徑）；Kf——形狀換算系數(shù)。即在受力方向?qū)⒏鞣N不同截面形狀的樁寬度，乘以Kf換算為相當(dāng)于矩形截面寬度，其值見下表；K0——受力換算系數(shù)。即考慮到實際上樁側(cè)土在承受水平荷載時為空間受力問題，簡化為平面受力時所給的修正系數(shù)，其值見下表；第十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日（四）剛性樁與彈性樁彈性樁：當(dāng)樁的入土深度時，樁的相對剛度小，必須考慮樁的實際剛度，按彈性樁來計算。其中稱為樁—土變形系數(shù)，（詳見后述）。一般情況下，橋梁樁基礎(chǔ)的樁多屬彈性樁。剛性樁：當(dāng)樁的入土深度時，則樁的相對剛度較大，可按剛性樁計算（第五章介紹的沉井基礎(chǔ)就可看作剛性樁構(gòu)件），其內(nèi)力位移計算方法詳見第五章。第十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、“m”法彈性單排樁基樁內(nèi)力和位移計算如前所述，“m”法的基本假定是認(rèn)為樁側(cè)土為文克爾離散線性彈簧，不考慮樁土之間的粘著力和摩阻力，樁作為彈性構(gòu)件考慮，當(dāng)樁受到水平外力作用后，樁土協(xié)調(diào)變形，任一深度Z處所產(chǎn)生的樁側(cè)土水平抗力與該點水平位移xz成正比，即zx=Cxz，且地基系數(shù)C隨深度成線性增長，即C=mz?；谶@一基本假定，進(jìn)行樁的內(nèi)力與位移的理論公式推導(dǎo)和計算。在公式推導(dǎo)和計算中，取下圖1和圖2所示的坐標(biāo)系統(tǒng)，對力和位移的符號作如下規(guī)定：橫向位移順x軸正方向為正值；轉(zhuǎn)角逆時針方向為正值；彎矩當(dāng)左側(cè)纖維受拉時為正值；橫向力順x軸方向為正值，如下圖2所示。第十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日圖1樁身受力圖示圖2力與位移的符號規(guī)定

第十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日（一）樁的撓曲微分方程的建立及其解樁頂若與地面平齊（Z=0），且已知樁頂作用有水平荷載Q0及彎矩M0，此時樁將發(fā)生彈性撓曲，樁側(cè)土將產(chǎn)生橫向抗力zx，如圖1所示。從材料力學(xué)中知道，梁軸的撓度與梁上分布荷載q之間的關(guān)系式，即梁的撓曲微分方程為式中：E、I——梁的彈性模量及截面慣矩。因此可以得到圖1所示樁的撓曲微分方程為第十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日上式中：E、I——樁的彈性模量及截面慣矩zx——樁側(cè)土抗力zx=Cxz=mZxz，C為地基系數(shù)；b1——樁的計算寬度；xz——樁在深度z處的橫向位移（即樁的撓度）。將上式整理可得：或式中：——樁—土變形系數(shù)，從上式中不難看出：樁的橫向位移與截面所在深度、樁的剛度（包括樁身材料和截面尺寸）以及樁周土的性質(zhì)等有關(guān)，是與樁土變形相關(guān)的系數(shù)。（1）第十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日式（1）為四階線性變系數(shù)齊次常微分方程，在求解過程中注意運用材料力學(xué)中有關(guān)梁的撓度xz與轉(zhuǎn)角z、彎矩Mz和剪力Qz之間的關(guān)系即若地面處（Z=0）樁的水平位移、轉(zhuǎn)角、彎矩和剪力分別以x0、0、M0和Q0表示，解方程組（1），得到樁身任一截面的轉(zhuǎn)角Z、彎矩MZ，及剪力QZ的計算公式：

第十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）（3）（4）（5）A1、B1……C4、D4——16個無量綱系數(shù)，根據(jù)不同的無量綱深度可將其制成表格供查用（參見《公橋基規(guī)》）。根據(jù)土抗力的基本假定，可求得樁側(cè)土抗力的計算公式：（6）第二十頁，共六十五頁，2022年，8月28日以上求算樁的內(nèi)力位移和土抗力的式（2）～（6）五個基本公式中均含有x0、0、M0、Q0這四個參數(shù)。其中M0、Q0可由已知的樁頂受力情況確定，而另外兩個參數(shù)x0、0則需根據(jù)樁底邊界條件確定。由于不同類型樁，其樁底邊界條件不同，現(xiàn)根據(jù)不同的邊界條件求解x0、0如下。1．摩擦樁、支承樁x0、0的計算摩擦樁、支承樁在外荷作用下，樁底將產(chǎn)生位移xh、h。當(dāng)樁底產(chǎn)生轉(zhuǎn)角位移h時，樁底的土抗力情況如右圖所示，與之相應(yīng)的樁底彎矩值Mh為第二十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日式中：A0——樁底面積；I0——樁底面積對其重心軸的慣性矩；C0——基底土的豎向地基系數(shù)，Co=m0h。這是一個邊界條件，此外由于忽略樁與樁底土之間的摩阻力，所以認(rèn)為Qh=0，這為另一個邊界條件。將分別代入式（4）、（5）中得又第二十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日解以上聯(lián)立方程，并令，則得根據(jù)分析，摩擦樁且ah>2.5或支承樁且ah≥3.5時，Mh幾乎為零，且此時Kh對、……等影響極小，可以認(rèn)為Kh=0，則上式可簡化為均為Z的函數(shù)，已根據(jù)Z值制成表格，可參考《公橋基規(guī)》。(7)第二十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.嵌巖樁、的計算如果樁底嵌固于未風(fēng)化巖層內(nèi)有足夠的深度，可根據(jù)樁底xh、h等于零這兩個邊界條件，解得也都是Z的函數(shù)，根據(jù)Z值制成表格，可查閱有關(guān)規(guī)范。(8)第二十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日（二）計算樁身內(nèi)力及位移的無量綱法按上述方法，用基本公式（2）、（3）、（4）、（5）計算xz、z、Mz、Qz時，計算工作量相當(dāng)繁重。若樁的支承條件及入土深度符合一定要求，可采用無量綱法進(jìn)行計算，即直接由已知的M0、Q0求解。1．的摩擦樁及的支承樁將式（7）代入式（2）得式中：（9a）第二十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日同理，將式（7）分別代入式（3）、（4）、（4-5）再經(jīng)整理歸納即可得（9b）（9c）（9d）第二十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日2．h>2.5的嵌巖樁將式(8)分別代入式(2)、(3)、(4)、(5)再經(jīng)整理得（10a）（10b）（10c）（10d）第二十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日（三）樁身最大彎矩位置ZMmax和最大彎矩Mmax的確定目的：用于檢驗樁的截面強(qiáng)度和配筋計算（關(guān)于配筋的具體計算方法，見結(jié)構(gòu)設(shè)計原理教材內(nèi)容）。一般方法：要找出彎矩最大的截面所在的位置及相應(yīng)的最大彎矩Mmax值。一般可將各深度Z處的Mz值求出后繪制Z－Mz圖，即可從圖中求得。數(shù)解法

：在最大彎矩截面處，其剪力Q等于零，因此Qz=0處的截面即為最大彎矩所在的位置。第二十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（四）樁頂位移的計算公式右圖為置于非巖石地基中的樁，已知樁露出地面長l0，若樁頂為自由，其上作用了Q及M，頂端的位移可應(yīng)用疊加原理計算。設(shè)樁頂?shù)乃轿灰茷閤1，它是由：樁在地面處的水平位移x0、地面處轉(zhuǎn)角0所引起在樁頂?shù)奈灰?l0、樁露出地面段作為懸臂梁樁頂在水平力Q作用下產(chǎn)生的水平位移xQ以及在M作用下產(chǎn)生的水平位移xm組成，即樁頂位移計算第二十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日樁頂轉(zhuǎn)角1則由：地面處的轉(zhuǎn)角0，樁頂在水平力Q作用下引起的轉(zhuǎn)角Q及彎矩作用下所引起的轉(zhuǎn)角m組成即經(jīng)計算和經(jīng)整理歸納，可得到如下計算結(jié)果：第三十頁，共六十五頁，2022年，8月28日（五）單樁、單排樁計算步聚及驗算要求

綜上所述，對單樁及單排樁基礎(chǔ)的設(shè)計計算，首先應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的類型，荷載性質(zhì)與大小，地質(zhì)與水文資料，施工條件等情況，初步擬定出樁的直徑、承臺位置、樁的根數(shù)及排列等，然后進(jìn)行如下計算：1．計算各樁樁頂所承受的荷載Pi、Qi、Mi；2．確定樁在最大沖刷線下的入土深度（樁長的確定）；3．驗算單樁軸向承載力；4．確定樁的計算寬度b1；5．計算樁—土變形系數(shù)值；6．計算地面處樁截面的作用力Q0、M0，并驗算樁在地面或最大沖刷線處的橫向位移x0不大于6mm。然后求算樁身各截面的內(nèi)力，進(jìn)行樁身配筋及樁身截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗算；第三十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日7．計算樁頂位移和墩臺頂位移，并進(jìn)行驗算；8．彈性樁樁側(cè)最大土抗力是否驗算，目前無一致意見，現(xiàn)行《公橋基規(guī)》對此也未作要求。第三十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)多排樁基樁內(nèi)力與位移計算如右圖所示多排樁基礎(chǔ)，其具有一個對稱面的承臺，且外力作用于此對稱平面內(nèi)，在外力作用面內(nèi)由幾根樁組成，并假定承臺與樁頭的聯(lián)結(jié)為剛性的。由于各樁與荷載的相對位置不盡相同，樁頂在外荷載作用下其變位也就不同，外荷載分配到樁頂上的Pi、Qi、Mi也各異，因此，Pi、Qi、Mi的值就不能用簡單的單排樁計算方法進(jìn)行計算。此時，可將外力作用平面內(nèi)的樁作為一平面框架，用結(jié)構(gòu)位移法解出各樁頂上的作用力Pi、Qi、Mi后，再應(yīng)用單樁的計算方法來進(jìn)行樁的承載力與位移驗算。計算過程從略。第三十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日

第三節(jié)群樁基礎(chǔ)的豎向分析及其驗算

1．端承型群樁基礎(chǔ)端承型樁樁底平面的應(yīng)力分布端承型群樁基礎(chǔ)通過承臺分配到各基樁樁頂?shù)暮奢d，絕大部分或全部由樁身直接傳遞到樁底，由樁底巖層（或堅硬土層）支承。由于樁底持力層剛硬，樁的貫入變形小，低樁承臺的承臺底面地基反力與樁側(cè)摩阻力和樁底反力相比所占比例很小，可忽略不計。群樁基礎(chǔ)中的各基樁的工作狀態(tài)近同于獨立單樁，可以認(rèn)為端承型群樁基礎(chǔ)的承載力等于各單樁承載力之和，其沉降量等于單樁沉降量。第三十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日2．摩擦型群樁基礎(chǔ)摩擦型樁樁底平面的應(yīng)力分布由摩擦樁組成的群樁基礎(chǔ)，在豎向荷載作用下，樁頂荷載主要通過樁側(cè)土的摩阻力傳遞到樁周和樁端土層中。由于樁側(cè)摩阻力引起的土中附加應(yīng)力通過樁周土體的擴(kuò)散作用，使樁底處的壓力分布范圍要比樁身截面積大得多（如右圖所示），以致群樁中各樁傳遞到樁底處的應(yīng)力可能疊加，群樁樁底處地基土受到的壓力比單樁大。同時由于群樁基礎(chǔ)的尺寸大，荷載傳遞的影響范圍也比單樁深，因此樁底下地基土層產(chǎn)生的壓縮變形和群樁基礎(chǔ)的沉降都比單樁大。在樁的承載力方面，群樁基礎(chǔ)的承載力也決不是等于各單樁承載力總和的簡單關(guān)系。第三十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日群樁效應(yīng)摩擦型群樁基礎(chǔ)受豎向荷載后，由于承臺、樁、土的相互作用使其樁側(cè)阻力、樁端阻力、沉降等性狀發(fā)生變化而與單樁明顯不同，這種群樁不同于單樁的工作性狀所產(chǎn)生的效應(yīng)，稱其為群樁效應(yīng)，它主要表現(xiàn)在對樁基承載力和沉降的影響上。第三十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日影響群樁基礎(chǔ)承載力和沉降的因素：

與土的性質(zhì)、樁長、樁距、樁數(shù)、群樁的平面排列和承臺尺寸大小等因素有關(guān)。模型試驗研究和現(xiàn)場測定結(jié)果表明，上述諸因素中，樁距大小的影響是主要的，其次是樁數(shù)?，F(xiàn)通常認(rèn)為當(dāng)樁間中心距離≥6b1（b1為單樁的計算寬度）時，可不考慮群樁效應(yīng)。第三十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日3．群樁基礎(chǔ)承載力驗算由柱樁組成的群樁基礎(chǔ)，群樁承載力等于單樁承載力之和，群樁基礎(chǔ)沉降等于單樁沉降，群樁效應(yīng)可以忽略不計，不需要進(jìn)行群樁承載力驗算。即使由摩擦樁組成的群樁基礎(chǔ)，在一定條件下也不需要驗算群樁基礎(chǔ)的承載力。例如建筑樁基礎(chǔ)規(guī)定根數(shù)少于3根的群樁基礎(chǔ)，橋梁工程規(guī)定樁距≥6倍樁徑時，只要驗算單樁的承載力就可以了。但當(dāng)不滿足規(guī)范條件要求時，除了驗算單樁承載力外，還需要驗算樁底持力層的承載力，持力層下有軟弱土層時，還應(yīng)驗算軟弱下臥層的承載力。第三十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（1)樁底持力層承載力驗算摩擦群樁應(yīng)力分布摩擦型群樁基礎(chǔ)當(dāng)樁間中心距小于6倍樁徑時，如右圖所示，將樁基礎(chǔ)視為相當(dāng)于cdef范圍內(nèi)的實體基礎(chǔ)，認(rèn)為樁側(cè)外力以φ/4角向下擴(kuò)散，可按下式驗算樁底平面處土層的承載力：≤

第三十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）軟弱下臥層強(qiáng)度驗算

軟弱下臥層驗算方法是按土力學(xué)中的土應(yīng)力分布規(guī)律計算出軟弱土層頂面處的總應(yīng)力不得大于該處地基土的容許承載力，可參見第二章有關(guān)部分。第四十頁，共六十五頁，2022年，8月28日4．群樁基礎(chǔ)沉降驗算驗算目標(biāo)：超靜定結(jié)構(gòu)橋梁或建于軟土、濕陷性黃土地基或沉降較大的其它土層的靜定結(jié)構(gòu)橋梁墩臺的群樁基礎(chǔ)應(yīng)計算沉降量并進(jìn)行驗算。當(dāng)柱樁或樁的中心距大于6倍樁徑的摩擦型群樁基礎(chǔ)，可以認(rèn)為其沉降量等于在同樣土層中靜載試驗的單樁沉降量。

樁的中心距小于6倍樁徑的摩擦型群樁基礎(chǔ)的沉降計算，則作為實體基礎(chǔ)考慮，可采用分層總和法計算沉降量。《公橋基規(guī)》規(guī)定墩臺基礎(chǔ)的沉降應(yīng)滿足下式要求：式中：S——墩臺基礎(chǔ)的均勻總沉降值（不包括施工中的沉降）（cm）；——相鄰墩臺基礎(chǔ)均勻總沉降差值（不包括施工的沉降）（cm）；

L——相鄰墩臺間最小跨徑長度，以m計；跨徑小于25m時仍以25m計算。第四十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日

第四節(jié)承臺的計算承臺的作用：承臺是樁基礎(chǔ)的一個重要組成部分。承臺應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以便把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給各樁，并將各單樁聯(lián)結(jié)成整體。承臺設(shè)計內(nèi)容：包括承臺材料、形狀、高度、底面標(biāo)高和平面尺寸的確定以及強(qiáng)度驗算，并要符合構(gòu)造要求。除強(qiáng)度驗算外，上述各項均可根據(jù)本章前敘有關(guān)內(nèi)容初步擬定，經(jīng)驗算后若不能滿足有關(guān)要求，仍須修改設(shè)計，直至滿足為止。承臺驗算內(nèi)容：一般應(yīng)進(jìn)行局部受壓、抗沖剪、抗彎和抗剪驗算。第四十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日一、樁頂處的局部受壓驗算樁頂作用于承臺混凝土的壓力，如不考慮樁身與承臺混凝土間的粘著力，局部承壓時，按下式計算：≤如驗算結(jié)果不符合上式要求，應(yīng)在承臺內(nèi)樁的頂面以上設(shè)置1～2層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的邊長應(yīng)大于樁徑的2.5倍，鋼筋直徑不宜小于12mm，網(wǎng)孔為100×100mm，如右圖。第四十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、樁對承臺的沖剪驗算樁頂?shù)匠信_頂面的厚度，應(yīng)根據(jù)樁頂對承臺的沖剪強(qiáng)度，按下式近似計算確定（參看右圖）承臺沖剪驗算截面一般不應(yīng)小于0.5～1.0m，如不符上式要求，也在樁頂設(shè)鋼筋網(wǎng)。如基樁在承臺的布置范圍不超過墩臺邊緣以剛性角向外擴(kuò)散范圍，可不驗算樁對承臺的沖剪強(qiáng)度。注意第四十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日三、承臺抗彎及抗剪強(qiáng)度驗算（一）承臺抗彎驗算按照上圖所示樁及橋墩在承臺布置情況，承臺最大彎矩將發(fā)生在墩底邊緣截面A-A及B-B。按單向受彎計算，該截面彎矩計算公式為在確定承臺的驗算截面彎矩后，可根據(jù)鋼筋混凝土矩形截面受彎構(gòu)件按極限狀態(tài)設(shè)計法進(jìn)行承臺縱橋向及橫橋向配筋計算或驗算截面抗彎強(qiáng)度。第四十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日（二）承臺抗剪切強(qiáng)度驗算承臺應(yīng)有足夠的厚度，防止沿墩身底面邊緣A-A、B-B截面處產(chǎn)生剪切破壞。各截面剪切力分別為及，按此驗算承臺厚度，必要時在承臺縱橋向及橫橋向配置抗剪鋼筋網(wǎng)或加大承臺厚度。在驗算承臺強(qiáng)度時，承臺厚度可自頂面算至承臺底層鋼筋網(wǎng)。第四十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日

第五節(jié)樁基礎(chǔ)的設(shè)計設(shè)計樁基礎(chǔ)的一般程序：首先應(yīng)該搜集必要的資料，包括上部結(jié)構(gòu)型式與使用要求，荷載的性質(zhì)與大小，地質(zhì)和水文資料，以及材料供應(yīng)和施工條件等。據(jù)此擬定出設(shè)計方案（包括選擇樁基類型、樁長、樁徑、樁數(shù)、樁的布置、承臺位置與尺寸等），然后進(jìn)行基樁和承臺以及樁基礎(chǔ)整體的強(qiáng)度、穩(wěn)定、變形驗驗，經(jīng)過計算、比較、修改，以保證承臺、基樁和地基在強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性方面滿足安全和使用上的要求，并同時考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可能性與合理性，最后確定較理想的設(shè)計方案。第四十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日一、樁基礎(chǔ)類型的選擇（一）承臺底面標(biāo)高的考慮低樁承臺：穩(wěn)定性較好，但在水中施工難度較大，因此可用于季節(jié)性河流、沖刷小的河流或旱地上其它結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)。當(dāng)作用在樁基礎(chǔ)上的水平力和彎矩較大，或樁側(cè)土質(zhì)較差時，為減少樁身所受的內(nèi)力，可適當(dāng)降低承臺底面標(biāo)高。

高樁承臺：對于常年有流水，沖刷較深，或水位較高，施工排水困難，在受力條件允許時，應(yīng)盡可能采用高樁承臺。有時為節(jié)省墩臺身圬工數(shù)量，則可適當(dāng)提高承臺底面標(biāo)高。當(dāng)承臺埋設(shè)于凍脹土層中時，為了避免由于土的凍脹引起樁基礎(chǔ)損壞，承臺底面應(yīng)位于凍結(jié)線以下不少于0.25m，承臺如在水中或有流冰的河道，承臺底面也應(yīng)適當(dāng)放低，以保證基樁不會直接受到撞擊，否則應(yīng)設(shè)置防撞裝置。第四十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（二）柱樁樁基和摩擦樁樁基的考慮柱樁和摩擦樁的選擇主要根據(jù)地質(zhì)和受力情況確定。

柱樁：柱樁樁基礎(chǔ)承載力大，沉降量小，較為安全可靠，因此當(dāng)基巖埋深較淺時，應(yīng)考慮采用柱樁樁基。摩擦樁：若巖層埋置較深或受施工條件的限制不宜采用柱樁，則可采用摩擦樁，

在同一樁基礎(chǔ)中不宜同時采用柱樁和摩擦樁，同時也不宜采用不同材料、不同直徑和長度相差過大的樁，以避免樁基產(chǎn)生不均勻沉降或喪失穩(wěn)定性。注意：第四十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日（三）樁型與施工方法的考慮樁型與施工方法的選擇應(yīng)按照基礎(chǔ)工程的方案選擇原則根據(jù)地質(zhì)情況、上部結(jié)構(gòu)要求、樁的使用功能和施工技術(shù)設(shè)備等條件來確定。

一般程序：設(shè)計時，首先擬定尺寸，然后通過基樁計算，驗算所擬定的尺寸是否經(jīng)濟(jì)合理，再作最后確定。第五十頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、樁徑、樁長的擬定樁徑與樁長的設(shè)計，應(yīng)綜合考慮荷載的大小、土層性質(zhì)與樁周土阻力狀況、樁基類型與結(jié)構(gòu)特點、樁的長徑比以及施工設(shè)備與技術(shù)條件等因素后確定，力爭做到既滿足使用要求，又造價經(jīng)濟(jì)，最有效地利用和發(fā)揮地基土和樁身材料的承載性能。設(shè)計時，首先擬定尺寸，然后通過基樁計算，驗算所擬定的尺寸是否經(jīng)濟(jì)合理，再作最后確定。第五十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日（一）樁徑擬定樁的類型選定后，樁的橫截面（樁徑）可根據(jù)各類樁的特點與常用尺寸選擇確定。（二）樁長擬定設(shè)計時，可先根據(jù)地質(zhì)條件選擇適宜的樁端持力層初步確定樁長，并應(yīng)考慮施工的可行性（如鉆孔灌注樁鉆機(jī)鉆進(jìn)的最大深度等）。

一般情況下：應(yīng)將樁底置于巖層、堅硬的土層上、壓縮性較低、強(qiáng)度較高的土層，以得到較大的承載力和較小的沉降量。避免使樁底坐落在軟土層上或離軟弱下臥層的距離太近，以免樁基礎(chǔ)發(fā)生過大的沉降。對于摩擦樁，有時樁底持力層可能有多種選擇，此時確定樁長與樁數(shù)兩者相互牽連，遇此情況，可通過試算比較，選擇較合理的樁長。摩擦樁的樁長不應(yīng)擬定太短，一般不應(yīng)小于4m。此外，為保證發(fā)揮摩擦樁樁底土層支承力，樁底端部應(yīng)盡可能達(dá)到該土層的樁端阻力的臨界深度，一般不宜小于1m。第五十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日三、確定基樁根數(shù)及其平面布置（一）樁的根數(shù)估算一個基礎(chǔ)所需樁的根數(shù)可根據(jù)承臺底面上的豎向荷載和單樁容許承載力按下式估算：式中：——樁的根數(shù)；——作用在承臺底面上的豎向荷載，kN；——單樁容許承載力，kN；——考慮偏心荷載時各樁受力不均而適當(dāng)增加樁數(shù)的經(jīng)驗系數(shù)，可取=1.1～1.2。第五十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日（二）樁間距的確定

鉆（挖）孔灌注樁的摩擦樁中心距不得小于2.5倍成孔直徑，支承或嵌固在巖層的柱樁中心距不得小于2.0倍的成孔直徑（矩形樁為邊長），樁的最大中心距一般也不超過5-6倍樁徑。

打入樁的中心距不應(yīng)小于樁徑（或邊長）的3.0倍，在軟土地區(qū)宜適當(dāng)增加。如設(shè)有斜樁，樁的中心距在樁底處不應(yīng)小于樁徑的3.0倍，在承臺底面不小于樁徑的1.5倍；若用振動法沉入砂土內(nèi)的樁，在樁底處的中心距不應(yīng)小于樁徑的4.0倍。

管柱的中心距一般為管柱外徑的2.0～3.0倍（摩擦樁）或2.0倍（柱樁）。第五十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日（三）樁的平面布置

多排樁:穩(wěn)定性好，抗彎剛度較大，能承受較大的水平荷載，水平位移小，但多排樁的設(shè)置將會增大承臺的尺寸，增加施工困難，有時還影響航道；單排樁:能較好地與柱式墩臺結(jié)構(gòu)形式配用，可節(jié)省圬工，減小作用在樁基的豎向荷載。因此，當(dāng)橋跨不大、橋高較矮時，或單樁承載力較大，需用樁數(shù)不多時常采用單排排架式基礎(chǔ)。公路橋梁自采用了具有較大剛度的鉆孔灌注樁后，選用蓋梁式承臺雙柱或多柱式單排墩臺樁柱基礎(chǔ)也較廣泛，對較高的橋臺、拱橋橋臺、制動墩和單向水平推力墩基礎(chǔ)則常需用多排樁。第五十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日

多排樁的排列形式：常采用行列式（下圖a）和梅花式（下圖b），在相同的承臺底面積下，后者可排列較多的基樁，而前者有利于施工。第五十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日

考慮荷載合力作用點的樁的布置：為使各樁受力均勻，充分發(fā)揮每根樁的承載能力，設(shè)計布置時，應(yīng)盡可能使樁群橫截面的重心與荷載合力作用點重合或接近，通常橋墩樁基礎(chǔ)中的基樁采取對稱布置，而橋臺多排樁樁基礎(chǔ)視受力情況在縱橋向采用非對稱布置。

考慮彎矩的樁的布置：當(dāng)作用于樁基的彎矩較大時，宜盡量將樁布置在離承臺形心較遠(yuǎn)處，采用外密內(nèi)疏的布置方式，以增大基樁對承臺形心或合力作用點的慣性距，提高樁基的抗彎能力。

考慮使承臺受力的樁的布置：例如樁柱式墩臺應(yīng)盡量使墩柱軸線與基樁軸線重合，蓋梁式承臺的樁柱布置應(yīng)使承臺發(fā)生的正負(fù)彎矩接近或相等，以減小承臺所承受的彎曲應(yīng)力。第五十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日四、樁基礎(chǔ)設(shè)計計算與驗算內(nèi)容（一）單根基樁的驗算1．單樁軸向承載力驗算1）按地基土的支承力確定和驗算單樁軸向承載力目前通常仍采用單一安全系數(shù)即容許應(yīng)力法進(jìn)行驗算。首先根據(jù)地質(zhì)資料確定單樁軸向容許承載力，對于一般性橋梁和結(jié)構(gòu)物，或在各種工程的初步設(shè)計階段可按經(jīng)驗（規(guī)范）公式計算；而對于大型、重要橋梁或復(fù)雜地基條件還應(yīng)通過靜載試驗或其他方法，作詳細(xì)分析比較，