樁基礎(chǔ)整體承載力的驗算樁基礎(chǔ)的設(shè)計

3.5.1群樁基礎(chǔ)的豎向分析及驗算3.5.1.1群樁基礎(chǔ)的工作性狀及其特點(diǎn)1.柱樁群樁基礎(chǔ)3.5樁基礎(chǔ)整體承載力的驗算柱樁群樁基礎(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。因此承臺分擔(dān)荷載的作用和樁側(cè)摩阻力的擴(kuò)散作用一般均不予考慮。樁底壓力分布面積較小，各樁的壓力疊加作用也小(R可能發(fā)生在持力層深部)，群樁基礎(chǔ)中的各基樁的工作狀態(tài)近同于單樁。如下圖所示，可以認(rèn)為柱樁群樁基礎(chǔ)的承載力等于各單樁承載力之和，其沉降量等于單樁承載量，即不考慮群樁效應(yīng)。因此，群樁效應(yīng)是針對摩擦樁群樁基礎(chǔ)而言。2.摩擦樁群樁基礎(chǔ)由摩擦樁組成的群樁基礎(chǔ)，在豎向荷載作用下，樁頂上的作用荷載主要通過樁側(cè)土的摩阻力傳遞到樁周土體。由于樁側(cè)摩阻力的擴(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(如左圖所示)，以使群樁中各樁傳布到樁底處的應(yīng)力可能疊加。群樁樁底處地基，土受到的壓力比單樁大；且由于群樁基礎(chǔ)的基礎(chǔ)尺寸大，荷載傳遞的影響范圍也比單樁深(如下圖所示)，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。工程實踐也說明，群樁基礎(chǔ)的承載為常小于各單樁承載力之和，但有時也可能會大于或等于各單樁承載力之和。群樁基礎(chǔ)除了上述樁底應(yīng)力的疊加和擴(kuò)散影響外，樁群對樁側(cè)土的摩阻力也必然會有影響。摩擦樁群的工作性狀與單樁相比有顯著區(qū)別。群樁不同于單樁的工作性狀所產(chǎn)生的效應(yīng)，可稱群樁效應(yīng)，它主要表現(xiàn)在對樁基承載力和沉降的影響。影響群樁基礎(chǔ)承載力和沉降的因素很復(fù)雜，與土的性質(zhì)、樁長、樁距、樁數(shù)、群樁的平面排列和大小等因素有關(guān)。通過模型試驗研究和野外測定表明，上述諸因素中，樁距大小的影響是主要的，其次是樁數(shù);并發(fā)現(xiàn)當(dāng)樁距較小，土質(zhì)較堅硬時，在荷載作用下，樁間土與樁群作為一個整體而下沉，樁底下士層受壓縮，破壞時呈“整體破壞”。這時樁、土形成整體，破壞形態(tài)類似--個實體深基礎(chǔ);而當(dāng)樁距足夠大、土質(zhì)較軟時，樁與土之間產(chǎn)生剪切變形，樁呈"刺入破壞"。在一般情況下群樁基礎(chǔ)兼有這兩種性狀?，F(xiàn)通常認(rèn)為當(dāng)樁間中心距離至6倍樁徑時，可不考慮群樁效應(yīng)。對于低樁承合群樁基礎(chǔ)，承臺底面土有可能會參與工作共同作用，承臺底面土的反力將會分擔(dān)部分外荷載，但此間題比較復(fù)雜，目前還處在研究之中，尚未有公認(rèn)的結(jié)論。3.5.1.2群樁基礎(chǔ)承載力驗算正如上述，當(dāng)樁距較大，單樁荷載傳到樁底處的壓力疊加影響較小時，可不考慮群樁效應(yīng)?！豆珮蚧?guī)》規(guī)定:當(dāng)樁距≥6倍樁徑時，不須驗算群樁基礎(chǔ)承載力，只要驗算單樁容許承載力即可；當(dāng)樁距<6倍樁徑時，需驗算樁底持力層土的容許承載力，持力層下有軟弱土層時，還應(yīng)驗算軟弱下臥層的承載力。1.樁底持力層承載力驗算摩擦樁群樁基礎(chǔ)當(dāng)樁間中心距小于6倍樁徑時，如下圖所示:將樁基礎(chǔ)視為相當(dāng)于cdef范圍內(nèi)的實體基礎(chǔ)，樁側(cè)外力認(rèn)為以/4角向下擴(kuò)散，可按下式驗算樁底平面處土層的承載力：式中：max—樁底平面處的最大壓應(yīng)力,kPa;N—作用于承臺底樁群形心點(diǎn)的豎向力,kN；G—所有樁及cdef范圍內(nèi)土的總重,kN；A—樁尖處假定的基礎(chǔ)面積,m2；M—作用于承臺底樁群形心點(diǎn)的力矩,kN·m；W—樁尖處假定的基礎(chǔ)底面積的截面地抗拒,W=ab2/6；K—容許承載力提高系數(shù)P20表2-8；[]—樁尖處修正后的地基承載力允許值,kPa。A—樁尖處假定的基礎(chǔ)面積,m2；a、b—樁尖處假定的基礎(chǔ)尺寸,m；a0b0—承臺底面處尺寸,m；l—樁埋入土中部分的長度,m；—樁穿過土層內(nèi)摩擦角加權(quán)平均值,°。[]—樁尖處修正后的地基承載力允許值,kPa。[σ]=[σ0]+K1γ1(b-2)+K2γ2(h-3)+10hwP19公式2-11式中：[σ0]—當(dāng)?shù)鼗粱救菰S承載力，直接從規(guī)范查取，一般粘性土和砂土[σ0]如P18表2-5和表2-6；b—樁尖處假設(shè)基礎(chǔ)最小邊寬(或直徑)(m)，當(dāng)b<2m時，取b=2m計,當(dāng)b>l0m時，按l0m計算;h—樁尖的理置深度(m)，對于受水流沖刷的基礎(chǔ)，由一般沖刷線算起;不受水流沖刷的基礎(chǔ)，由天然地面算起;10hw—對于水中樁，當(dāng)持力層為不透水層時計算此項。持力層以下有軟弱下臥層(指容許承載力小于持力層容許承載力的土層)，這時還應(yīng)驗算軟弱下臥層的承載力，驗算時先計算軟弱下臥層頂面A(在基底形心軸下)的總應(yīng)力(包括自重應(yīng)力及附加應(yīng)力)不得大于該處地基土的容許承載力(圖2-8)。即：2.軟弱下臥層承載力驗算σh+z=γ1(h+z)+c(σ-γ2h)≤k[σ]h+z參見P20公式2-123.5.1.3群樁基礎(chǔ)沉降驗算超靜定結(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倍樁徑的摩擦樁群樁基礎(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。當(dāng)樁的中心距小于6倍樁徑的摩擦樁群樁基礎(chǔ)，則作為實體基礎(chǔ)考慮，如下圖所示，可采用分層總和法計算沉降量?！豆珮蚧?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)ΔS—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。3.6樁基礎(chǔ)設(shè)計計算步驟設(shè)計樁基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的形式與使用要求，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，確定適宜的樁基類型和各組成部分的尺寸，保證承臺、基樁和地基在強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性方面，滿足安全和使用上的要求，并應(yīng)同時考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可能性和合理性。樁基礎(chǔ)的設(shè)計方法與步驟一般先根據(jù)收集的必要設(shè)計資料，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、變形檢驗，經(jīng)過計算、比較、修改直至符合各項要求，最后確定較佳的設(shè)計方案。1.設(shè)計前進(jìn)行必要的基本情況調(diào)查；2.認(rèn)真選定適用、簡便可行而又可靠的設(shè)計方法，認(rèn)真測定和選用有代表性的而且可靠的原始參數(shù)；3.確定樁的設(shè)計承載力時應(yīng)考慮不同結(jié)構(gòu)物的容許沉降量；4.設(shè)計樁基礎(chǔ)時應(yīng)遵循和執(zhí)行有關(guān)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。樁基礎(chǔ)設(shè)計原則3.6.1樁基礎(chǔ)類型的選擇3.6.1.1樁基礎(chǔ)類型、承臺位置尺寸的選定承臺底面的標(biāo)高應(yīng)根據(jù)樁的受力情況，樁的剛度和地形、地質(zhì)、水流、施工等條件確定。承臺低穩(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，沖刷小的河流或岸灘上墩臺及旱地上其他結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)。當(dāng)承臺埋于凍脹土層中時，為了避免由于土的凍脹引起樁基礎(chǔ)的損壞，承臺底面應(yīng)位于凍結(jié)線以下不少于0.25m。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。承臺如在水中、在有流冰的河道，承臺底面應(yīng)位于最低冰層底面以下不少于0.25m;在有其他漂流物或通航的河道，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。采用木樁時，由于木材在濕度經(jīng)常變化的環(huán)境容易腐朽，承臺內(nèi)木樁頂應(yīng)位于最低水位以下至少0.3m。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，為減少樁身所受的內(nèi)力可適當(dāng)降低承臺底面，為節(jié)省墩合身圬工數(shù)量，則可適當(dāng)提高承臺底面。3.6.1.2柱狀樁基和摩擦樁樁基的選定柱樁與摩擦樁的選擇主要根據(jù)地質(zhì)和受力情況確定。

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。

若適宜的巖層埋置較深或受到施工條件的限制不宜采用柱樁時，則可采用摩擦樁。

但在同一樁基礎(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。當(dāng)采用柱榜樁時，除嚷樁底支承肯在基巖上(即柱承樁)外，如削覆蓋層筑較薄，城或水平望荷載較仁大時，匠還需將赴樁底端若嵌入基銀巖中一縣定深度艙成為嵌奴巖樁，榨以增加霉樁基的續(xù)穩(wěn)定性誦和承載張能力。術(shù)為保證侵嵌巖樁喂在橫向走荷載作測用下的辨穩(wěn)定性棉，需嵌養(yǎng)入基巖探的深度治與樁嵌補(bǔ)固處的榴內(nèi)力及叨樁周巖愁石強(qiáng)度泥有關(guān)，舌應(yīng)分別運(yùn)考慮彎辣矩和軸獎向力要惜求，由億要求較破大的來集控制設(shè)萬計深度巖?？紤]盯彎矩時頌，可用沸下述近陜似方法掉確定。作如左圖綁所示的假嘆設(shè)，即忽否略嵌固處耕水平剪力謀影響，樁粥在巖層表賣面處彎矩MH作用下，申繞嵌入深衣度h的1/2處轉(zhuǎn)動；應(yīng)偏安全地鋸不計樁底蹲與巖石的受摩阻力；率不考慮樁拉底抵抗彎兆矩，MH由樁側(cè)巖林層產(chǎn)生的成水平抗力勢平衡。并嚴(yán)考慮到樁秧側(cè)為圓性驚狀曲面，救其四周受歉力不均勻統(tǒng)，假定最恭大應(yīng)力為暴平均應(yīng)力氏的1.2復(fù)7倍。由以上膨假設(shè)，切根據(jù)靜廚力平衡燦條件(ΣM阿=0)，便可雕列峰出下式挽：MH=1/餃2·σ尿max版/1.柄27·悅d·h夠/2·登2h/茂3因此(3-5短2)為了保梢證樁在蜓巖層中掛嵌固牢浴靠，對瀉樁周巖計層產(chǎn)生削的最大釋側(cè)向壓趴應(yīng)力σ不應(yīng)超觸過巖石碰的側(cè)向澡容許抗沾力[σ]=倒1/K·論β·Rc個(K為安全系即數(shù)，K=2菜)，所以堆得圓形安截面柱謹(jǐn)樁嵌入怎巖層的遍最小深鋒度計算兩公式如街下：h—樁嵌入巖據(jù)層的最小桐深度(m)d—嵌巖樁嵌獲巖部分的蝴設(shè)計直徑(m)MH—在巖層忘頂面處予的樁身顯彎矩(kN·m);β—巖石垂桂直極限疏抗壓強(qiáng)齡度換算您為水平忌極限抗釀壓強(qiáng)度混的折減肥系數(shù)β=0純.5~吐1.0，巖層側(cè)驅(qū)面節(jié)理發(fā)唉達(dá)取小值吩，不發(fā)達(dá)驗的取大值;Rc—天然濕檢度的巖含石單軸停極限抗太壓強(qiáng)度(kPa)。由于式(3-5綱2)中作了鵲如上一芒些簡化任假設(shè)，嚇且Rc值規(guī)定每取法也胞偏安全允，因此余使用此咬式時，瘦可結(jié)合丑具體情騎況考慮針。為保嶄證嵌固祥牢靠，遇在任何片情況下暗均不計么風(fēng)化層警，嵌入匙巖層最托小深度既不應(yīng)小愿于0.5m。單排樁樁至基與多排開樁樁基的畢確定：主要根濕據(jù)受力員情況，漿并與樁支長、樁仙數(shù)的確站定密切塵相關(guān)。多排樁穩(wěn)謊定性好，揮抗彎剛度倉較大，能嚷承受較大神的水平荷優(yōu)載，水平豎位移小，錢但多排樁翻的設(shè)置將餃會增大承奔臺的尺寸逝，增加施狡工困難，世有時還影種響航道;單排樁與述此相反，盯能較好地邊與柱式墩會臺結(jié)構(gòu)形領(lǐng)式配用，語可節(jié)省圬場工，減小很作用在樁干基的豎向糕荷載。因此，當(dāng)憲橋跨不大低、橋高較券矮時，或閉單樁承載徐力較大，君需用樁數(shù)餅不多時常蔽采用單排測排架式基擇礎(chǔ)。公路橋梁衡自采用了程具有較大左剛度的鉆昌孔灌注樁蘭后，選用柿蓋梁式承偶臺雙柱或茂多柱式單盲排墩臺樁勉柱基礎(chǔ)也皮較廣泛，脖對較高的晃橋臺，拱鍬橋橋臺，禾制動墩和特單向水平顛推力墩基甘礎(chǔ)則常需漢用多排樁落。在樁基剛受有較大躲水平力作省用時，無窩論是單排知樁還是多拘排樁，若臥能選用斜顛樁或豎直祥樁配合斜鈴樁的形式星則將明顯并增加樁基稻抗水平力希的能力和嬌穩(wěn)定性。至于設(shè)冠計時將千樁基按變施工方負(fù)式或按興材料從趨打入樁鴉、震動各沉入樁降、沉管蘭灌注樁翅、鉆(挖)孔灌注樁爛、管柱基葛礎(chǔ)、鋼筋司混凝土樁溜、預(yù)應(yīng)力遷混凝土樁謙、鋼管樁跟等樁型的漿選擇應(yīng)根旋據(jù)地質(zhì)情棵況、上部聾結(jié)構(gòu)要求休和施工技早術(shù)設(shè)備條貨件等確定沈。所選定慢的樁型狂的施工請工藝應(yīng)云適用于貼該地質(zhì)抖條件，雜確保樁似的質(zhì)量貿(mào)，并具束有技術(shù)塑合理性尊和經(jīng)濟(jì)清優(yōu)越性重。3.6.鞠2樁徑、逗樁長的貍擬定樁徑與樁串長的設(shè)計直即基樁的窗外部尺寸懇的設(shè)計，最它應(yīng)綜合秀考慮荷載戶的大小、召土層性質(zhì)添及樁周土模阻力狀況小、樁基類吃型與結(jié)構(gòu)像特點(diǎn)、樁進(jìn)的長徑比桃、以及施劉工設(shè)備與周技術(shù)條件滑等因素優(yōu)濤選確定，堵力求做到中既滿足使饞用要求又隊造價經(jīng)濟(jì)關(guān)，最有效笨地利用和漁發(fā)揮地基勞土和樁身桶材料的承劇載性能。設(shè)計時常膛先擬定尺急寸，然后裹通過基樁節(jié)計算和驗境算，視所珍擬定的尺屋寸是否經(jīng)拾濟(jì)合理，腳再作最后澡確定。(一)樁徑擬僚定當(dāng)樁的類脾型選定后步，樁的橫險截面(樁徑)可根據(jù)各妨類樁的特喘點(diǎn)與常用爪尺寸。預(yù)制實心況方樁：20cm映20cm孩~50c竄m50c口m預(yù)制空件心管樁放：40cm、55c避m，t=8禍cm鉆孔灌饞注樁以槍鉆頭直荒徑作為謠設(shè)計直傅徑：0.8m、1.0奸m、1.2制5m、1.5聚m。(二)樁長擬直定樁長確夸定的關(guān)兵鍵在于跟選擇樁追底持力吼層，因貓為樁底揮持力層瘋對于樁克的承載短力和沉刺降有著姻重要影擔(dān)響，設(shè)呆計時可隨先根據(jù)季地質(zhì)條棒件選擇考適宜的礙樁底持扁力層初輪步確定淹樁長，界并應(yīng)考沙慮施工暴的可能此性(如打樁盲設(shè)備能抹力或鉆交進(jìn)的最羊大深度紅等)。一般總晴希望把動樁底置乘于巖層鉗或堅實培的士層缺上，以凳得到較部大的承銹載力和倦較小的衡沉降量橡。如在艱施工條察件容許掀的深度早內(nèi)沒有袖堅實土奇層存在跌，應(yīng)盡障可能選場擇壓縮君性較低定、強(qiáng)度視較高的葡土層作洗為持力歡層，要級避免把儀樁底坐送落在軟春土層上綿或離軟絡(luò)弱下臥閱層的距興離太近嚼，以免逼樁基礎(chǔ)芬發(fā)生過孩大的沉貓降。對于摩萌擦樁，評有時樁顧底持力放層可能盲有多種垃選擇，喇此時確欄定樁長買與樁數(shù)抵兩者相皇互牽連陸，遇此睡情況，儉可通過粘試算比哥較，選眉用較合貍理的樁惰長。摩擦樁的橋樁長不應(yīng)歡擬定太短棋，一般不土宜小于4m。因為樁麗長過短論則達(dá)不春到設(shè)置斬樁基把腔荷載傳狡遞到深還層或減甩小基礎(chǔ)訴下沉量援的目的占，且必擾然增加溝樁數(shù)很墨多、擴(kuò)飯大了承山臺尺寸鼻，也影屢響施工琴的進(jìn)度晶。此外雨，為保敵證發(fā)揮萬摩擦樁丑樁底土痰層支承悟力，樁底端部迫應(yīng)插入樁故底持力層全一般不宜朽小于lm。3.6濕.3確定基樁癥的根數(shù)及求其在平面盞的布置(一)樁的根數(shù)培估算一個基礎(chǔ)版所需樁的執(zhí)根數(shù)可根樂據(jù)承臺底別面上的豎單向荷載和反單樁容許年承載力按雜下式估算即：n=μN(yùn)扯/[P]襪(3押-54)式中：n—樁的根數(shù)逝；N—作用在承樓臺底面上嚇的豎向荷威載(kN手)；[P]出—單樁容許交承載力(kN甩)；μ—考慮偏涌心荷載混時各樁葵受力不屢均而適隊當(dāng)增加皮樁數(shù)的芹經(jīng)驗系陵數(shù)，可患取μ=1嗽.1~瞧1.2。估算的列樁數(shù)是爪否合適脹，尚待奸驗算各桐樁的受衫力狀況侄后驗證繞確定。(二)樁的間手距確定考慮樁與億樁側(cè)土的扎共同作用仁條件和施以工的需要順，對樁軸辮線中心距要離(樁的間按應(yīng)有一搏定的要麗求。鉆(挖)孔灌注部樁的摩寇擦樁中揮心距不銀得小于2.5倍成孔直程徑，支承啄或嵌固在孟巖層的柱緞樁中心距霸不得小于2.0倍的成盾孔直徑(矩形樁為頓邊長)，樁的佳最大中岔心距一宴般也不遲超過5-6倍樁徑。打入樁的豎中心距不謹(jǐn)應(yīng)小于樁帳徑(或邊長)的從3.0倍，在軟常土地區(qū)尚燈宜適當(dāng)增陳加。如設(shè)有鉗斜樁，腫樁的中鴨心距在格樁底處諒不應(yīng)小笨于樁徑福的3.0倍，在劍承臺底廟面不小閘于樁徑險的1.5倍;若用振動勁法沉入砂踏土內(nèi)的樁恢，在樁底享處的中心僑距不應(yīng)小返于樁徑的4.0倍。管柱的中限心距一般壁為管柱外徐徑的2.0—焰3.0倍(摩擦樁)或2.0倍(柱樁)。為了避固免承臺逢邊緣距腥樁身邊繭近而發(fā)棒生破裂諷，并考頂慮樁頂禽位置允券許的偏蹤蝶差，邊雷樁外側(cè)德到承臺沃邊緣的孔距離，甩對于樁竟徑小于捆或等于1.0蔑m的樁不童應(yīng)小于0.5倍樁徑，陶且不小于0.2淘5m對于樁泥徑大于1.0m的樁不壯應(yīng)小于