樁基礎-建筑工程課件

1、第8章 樁基礎,Pile foundation,本章主要內容,8.1 概述8.2 樁的類型8.3 豎向荷載下單樁的工作性能8.4 單樁豎向承載力的確定8.5 樁的水平承載力與位移8.6 群樁基礎計算8.7 樁基礎設計,,施工上，采用特定的施工機械或手段,深基礎的特點,傳力特點上，深基礎入土深度與基礎結構寬度比較大,深基礎下的破壞模式為沖剪破壞,Back,,樁基礎,深基礎類型,錨桿靜壓樁,樹根樁,Back,,地下連續(xù)墻

2、,沉井基礎,,,樁基礎,沉井caisson,南京長江大橋的沉井下沉深度達54.87米,,,,,江陰長江公路大橋,北錨碇采用大型深沉井基礎，平面尺寸為69米×51米，下沉58米，為世界第一大沉井(面積近９個半籃球場，高度相當于２２層樓)。,,世界第一大沉井,地下連續(xù)墻 diaphragm,樹根樁,8.1概述,樁體,樁基礎（樁基）,連接樁頂的承臺,低樁承臺,高樁承臺,當承臺底面低于地面以下時,低承臺樁基礎,高承臺樁基

3、礎,當承臺底面高于地面時,,,,,相應基礎,相應基礎,低承臺樁基礎,高承臺樁基礎,一、樁基礎的適用范圍,適用范圍：當建筑場地淺層地基土比較軟弱，不能滿足建筑物對地基承載力的要求，又不適宜采取地基處理措施時，考慮樁基礎。,樁基礎在高層建筑、橋梁、港口以及近海結構中得到廣泛的應用。,適用于：,(1)水上建筑物(2)深持力層,高地下水位(3)抗震地基(4)對沉降非常敏感的建筑,如精密儀器,,,,軟 土 層,新加坡發(fā)展銀行,四墩,

4、每墩直徑7.3m將荷載傳遞到下部好土層,承載力高,,大直徑鉆孔樁,風化砂巖及粉砂巖,部分風化及不風化泥巖,新加坡發(fā)展銀行,四墩7.3m,現場灌注護坡樁造價低,現場灌注護坡樁造價低,2.特點,優(yōu)點將荷載傳遞到下部好土層,承載力高沉降量小而均勻抗震性能好,穿過液化層承受抗拔(抗滑樁)及橫向力(如風載荷)與其他深基礎比較,施工造價低,缺點施工環(huán)境影響, 預制樁施工噪音, 鉆孔灌注樁的泥漿 有地下室時,有一

5、定干擾,深基坑中做樁,3. 適用條件,(1)水上建筑物(2)深持力層,高地下水位(3)抗震地基(4)對沉降非常敏感的建筑,如精密儀器 詳見教材117頁,承臺:將幾個樁結合起來傳遞荷載1.低承臺樁基 承臺在地面以下, 承臺本身可承擔部分荷載2.高承臺樁基 承臺在地面以上,橋樁,碼頭,棧橋,二、樁基礎的類型（按承臺位置分類）,低承臺樁基,,,,,,,,,高承臺樁基,三、樁基設計原則,

6、1、樁基設計應按變形控制設計。 2、樁基設計時，上部結構傳至承臺上的荷載效應組合與淺基礎相同。 3、樁基設計應滿足的基本條件 （1）單樁承受的豎向荷載不宜超過單樁豎向承載力特征值； （2）樁基礎的沉降不得超過建筑物的沉降允許值 （3）對位于坡地岸邊的樁基，應進行樁基穩(wěn)定性驗算。,4、考慮特殊性土對樁基的影響5、減沉樁： 天然地基承載力基本滿足建筑荷載要求，而以減少沉降為目的設置的樁。（樁數少，樁距大） 減沉樁的

7、用樁數量：根據沉降控制條件（即允許沉降量）計算確定。,《建筑地基基礎設計規(guī)范》 GB50007-2002 關于荷載取值的規(guī)定（1）按地基承載力確定基礎底面面積或按單樁承載力確定樁數時，傳至基礎或承臺底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態(tài)下的標準組合。相應的抗力應取地基承載力特征值或單樁承載力特征值。,（2）計算地基變形時，傳至基礎底面上的荷載效應按正常使用極限狀態(tài)的下荷載效應的準永久組合，不計入風荷載和地震作用。相應的限值為地基變形允許

8、值。（3）計算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩(wěn)定及滑坡時，荷載效應應按承載力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，但其分項系數均為1.0。,（4）在設計基礎、承臺、支擋結構強度時，應荷載效應應按承載力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數均。驗算基礎的裂縫寬度時，應按正常使用極限狀態(tài)下的標準組合。（5）由永久荷載效應控制的基本組合值可取基本組合值的1.35倍。（6）基礎設計安全等級、結構設計使用年限、結構重要性系數應按有關規(guī)范的規(guī)定

9、采用，但結構重要性系數γ0不應小于1.0。,四、樁基設計內容 1、樁的類型和幾何尺寸的選擇； 2、單樁豎向（和水平向）承載力的確定； 3、確定樁的數量、間距和水平布置； 4、樁基承載力和沉降驗算； 5、樁身結構設計； 6、承臺設計； 7、繪制樁基施工圖。,,樁基礎的設計步驟,4.2 樁的類型,1、按樁材分類 2、按樁的使用功能分類 3、按樁的承載性狀分類 4、按成樁方法分類 5、按承臺底面的相對位置分類,

10、,4.2.1 樁 的 分 類,1、按樁的承載性狀分類,摩擦型樁,端承型樁,,樁側和樁端阻力的大小以及它們分擔荷載的比例有很大差異,,原由,按樁的承載性狀分類,Q = Qp+QsTip resistance, Skin friction端承型樁 主要由樁端承受極限荷載,樁不長,樁端土堅硬摩擦型樁 主要由樁側壁與土的摩擦力承受極限荷載,樁長徑比不很大，樁端土為粘土、粉土、砂土等,端承型樁,摩擦型樁,P,預制樁現場灌注樁

11、,人工挖孔灌注樁鉆（沖、磨）孔灌注樁爆擴孔灌注樁沉管灌注樁,2、按施工方法分類,混凝土離析,3、按成樁方法分類,根據成樁方法和擠土效應,非擠土樁,部分擠土樁,擠土樁,,按樁的成樁方式效應1）擠土樁：實心預制樁、下端封閉的管樁、以及沉管灌注樁成樁效應：粘土：打樁→抗剪強度降低→停一定時間可恢復。無粘土：抗剪強度提高。2）部分擠土樁：H型鋼樁、開口的鋼管樁、開口預制管樁成樁效應：影響不大。3）非擠土樁：鉆孔灌注樁、先鉆孔再

12、打入的預制樁成樁效應：側阻力有所降低。,4、按樁徑大小分類,（1）小樁：d≤250mm；（2）中等直徑樁：250mm＜d＜800mm（3）大直徑樁： d≥800mm,按形狀,按縱斷面：楔形樁、樹根樁、螺旋樁、多節(jié)（分叉）樁、擴底樁、支盤樁、微型樁按橫斷面：圓形，八邊形，十字樁、X形樁,樁身,,,按尺寸,按斷面(直徑）的大?。?大直徑樁:d?800mm; 小直徑樁：d?250mm； 中等直徑樁： 2503)；短樁：L≤15

13、m； 中長樁：15m 80m ??L/? （?：樁的特征長度）,振動沉樁預制樁10~13m,Pile Point,離心預應力預制鋼筋混凝土,人工挖孔樁,廣州市亞洲大酒店人工挖孔樁,螺旋鉆,,擴底樁,人工挖孔擴孔樁（芝加哥法）,UK英國,,,,,,,,,,,,,,1.0-3.0 m,,,,,0.6-0.9 m,英國是近代工業(yè)革命的發(fā)源地，正式名稱“聯合王國”，全稱“大不列顛及北愛爾蘭聯合王國（the Unit

14、ed Kingdom of Great Britain and Northern Ireland）”,爆破擴底樁,,,,,,,,,擠擴樁（支盤樁）,4.3 樁的豎向承載力 Bearing capacity of a single pile,4.3.1 單樁軸向荷載的傳遞機理（單樁的工作性能）,樁頂荷載一般為：軸向力、水平力、彎矩,1. 樁身軸力和截面位移（樁的荷載傳遞）,在外載作用下，土對樁的支承力由樁側阻力和樁端阻力兩部分組成

15、。,在外力作用下，樁側摩阻力開始抵抗打樁時的荷載，樁工作狀態(tài)時隨著外載的作用，開始摩阻力發(fā)揮作用，只有當樁端產生位移，端阻力才逐漸開始作用。,靠近樁身上部土層的側阻力先于下部土層發(fā)揮，側阻力先于端阻力發(fā)揮。,樁、土間力的平衡,設樁身周長為u，從深度z處取一dz微段，由力的平衡條件有：,設樁身橫截面面積為Ap，彈性模量為Ep，dz微段的變形為d?z，據虎克定律有：,,代入上式有：,2.影響荷載傳遞的因素,主要影響荷載傳遞的因素：長徑比

16、 l/d,根據長徑比 l/d 樁的分類：,短樁：l/d＜10,中長樁：l/d=10-40,長樁：l/d=40-100,超長樁：l/d＞100,2.影響荷載傳遞的因素,（1）樁端土與樁周土的剛度比Eb/Es對于中長樁： Eb/Es增大，樁端分擔荷載的比例增加。,（2）樁土剛度比Ep/Es 對于中長樁： Ep/Es增大，樁端分擔荷載的比例增加。 Ep/Es超過1000后，影響不大。當Ep/Es＜10端阻接近零，因此：對于砂樁、碎石樁

17、、灰土樁等，應按復合地基設計。,（3）樁端擴底直徑與樁身直徑比D/d D/d增大，樁端分擔荷載的比例增加。,當樁長增大(例如l／d＞25)時，樁端分擔荷載減少。因樁身壓縮變形大，樁端反力尚未發(fā)揮，樁頂位移已超過實用所要求的范圍，此時傳遞到樁端的荷載極為微小。因此，很長的樁實際上總是摩擦樁，用擴大樁端直徑來提高承載力是徒勞的。,(4)長徑比 l/d,3. 樁側摩阻力和樁端阻力,由上可見，樁的側阻隨深度呈線性增大。但砂土中模型樁試驗

18、表明， 當樁入土深達某一臨界值(約為5-10倍樁徑)后．側阻就不再隨深度增加。該現象稱為側阻的深度效應。維西克(vesie，1967)認為：樁周豎向有效應力不一定等于覆蓋應力，其線性增加到臨界深度(zc)時達到某一限值，其原因是土的“拱作用”。 綜上所述，樁側極限摩阻力與所在的深度、土的類別和性質，成樁方法等多種因素有關。 而樁側阻力τu達到所需的樁-土相對滑移極限值久則基本上只與土的類別有關．根據試驗資料，一般粘性土約為4-6

19、mm．砂土約為6-10mm。,樁的端承力常作為基礎承載力問題(太沙基解),,太沙基,梅耶霍夫型,(1)很難達到整體破壞(2)端承力與深度有關(3)存在臨界深度,,模型和原型樁試驗研究均表明，與側阻的深度效應類似，當樁端入土深度小于某一臨界深度時，極限端阻隨深度線性增加，而大于該深度后則保持不變。不同資料表明，側阻與端阻的臨界深度之比約為0.3-1.0。 端阻的臨界深度：當樁端入土深度小于某一臨界深度時，極限端阻隨深度線性增加，

20、而大于該深度后則保持不變，這一深度稱為端阻的臨界深度。,樁端阻力的發(fā)揮不僅滯后于樁側阻力，而且其充分發(fā)揮所需的樁底位移值比樁側摩阻力到達極限所需的樁身截面位移值大得多。根據小型樁試驗結果，砂類土的樁底極限位移約為(1/12-1/10)d，一般粘性土為1/4d；硬粘土為1/10d。因此，在工作狀態(tài)下，單樁樁端阻力的安全儲備一般大于樁側阻力的安全儲備。,單樁的破壞形式,屈曲破壞—取決于樁身的材料強度整體剪切破壞--取決于樁端土的支承力刺

21、入破壞---取決于樁周土強度,屈曲破壞—取決于樁身的材料強度,樁的直徑比較小且穿過樁周土的抗剪強度比較低（如淤泥等軟土），樁端進入比較堅硬的巖石，一般端承樁和嵌巖樁屬于屈曲破壞。,Q-S曲線（荷載-沉降）出現急劇破壞的陡降段，其沉降量很小，有明確的破壞荷載。 樁的承載力取決于樁身材料強度,整體剪切破壞--取決于樁端土的支承力,Q-S曲線有明顯的拐點，有陡降段，有明顯的破壞荷載。樁的承載力主要取決于樁端土的支承力。一般打入式短樁、鉆

22、擴式樁基屬于本情況。,刺入破壞---取決于樁周土強度,當樁周土和樁尖土的抗剪強度比較均勻時，樁在軸向荷載作用下將出現刺入破壞。樁頂荷載主要由樁側阻力來承擔，樁端阻力極微，樁的沉降量較大。Q-S曲線為“漸進破壞”的緩變型，無明顯拐點。樁的承載力主要取決于樁周土的抗剪強度,兩類單樁荷載-沉降曲線A—陡降型B—緩變型,4.5樁的負摩問題,負摩阻力相當于是施加于樁上的外荷載，導致樁的承載力相對降低，樁基沉降增大。,(1)樁周附近地面大面

23、積堆載(2)大面積降低地下水位(3)欠固結土,新填土(4)濕陷性黃土遇水濕陷(5)砂土液化、凍土融解,4.5.1 負摩擦的產生條件,引起樁側負摩阻力的條件是，樁側土體下沉必須大于樁的下沉。,負摩擦力的確定：負摩阻力成為荷載的一部分 對于下部為巖石的端承樁,可能全樁為負阻力, 對于一般樁,因為樁土都有變形,視二者的相對位移量和方向,4.5.2 負摩擦力的計算,O1—中性點Qn—下拉荷載,單樁產生負摩阻力時的荷載傳遞,（

24、1）中性點的位置,影響因素：與樁周土的性質和外界條件(堆載、降水、浸水等）變化有關。,樁尖沉降越小，中性點深度越大，當樁尖沉降為零時， ，所以對于支承在巖層上的端承樁，負摩阻力分布于樁全身。,（2）負摩阻力強度,（3）下拉荷載計算,2. 群樁負摩阻力計算,群樁中任一基樁的下拉荷載,計算下拉荷載情況（1）樁穿過15m以上可壓縮土層，且地面每年下沉超過20mm。（2）嵌巖樁。,4.5.3 減小負摩阻力的工程措施：

25、目的：通過計算預估下沉的沉降量，使樁的沉降量大于樁周土的沉降量，減少樁與土之間的摩擦力。2）在預制樁表面涂一層薄層瀝青（注意不要將涂層擴展到需要利用樁側正摩阻力的樁身部分）。3） 對鋼樁表面涂一層瀝青再加一層厚度為3mm的塑料薄膜（兼做防銹蝕用）。4）現場灌注樁在樁土之間加一層土漿，減少摩擦力。,8.4單樁豎向承載力的確定,取決于三個方面：,樁身材料強度,地層支承力,極限承載力：,承載力特征值：,安全系數K=2,樁的豎向沉降量,按

26、樁身材料確定,混凝土 N = ? ?cfcAp鋼筋混凝土 N = ?（?cfcAp+fyAg）,鋼筋抗壓強度設計值,,單樁豎向承載力特征值確定方法:,靜載荷試驗,按土的抗剪強度指標確定,按經驗公式確定,,1. 靜載荷試驗,獲得單樁承載力最可靠的方法,錨樁 桁架法,2400噸,樁頂試驗中,1、進行靜載試驗的工程： 靜載荷試驗是評價單樁承載力最為直觀和可靠的方法，其除了考慮到地基土的支承能力外，也計入了樁身材料強度對于承載力

27、的影響。 對于地基基礎設計等級：甲、乙級建筑物必須通過靜載荷試驗。 對于地基條件復雜，樁施工質量可靠性低等建筑樁基必須通過載荷試驗。,2、試驗數量：在同一條件下的試驗數量，不宜少于總數的1%，并不少于3根。工程總樁數在50根以內時不應少于2根。 3、預制樁完成后的間歇時間： 時間要求：砂類土間歇時間不少于10天；粉土和粘性土不少于15天；飽和粘性土不少于25天。 原因：對于預制樁，由于打樁時土中產生的孔隙水壓力有待消

28、散，土體因打樁擾動而降低的強度隨時間逐漸恢復，為了使試驗能真實反映樁的承載力。,4、試驗：（1）靜載荷試驗裝置及方法①裝置：加荷穩(wěn)壓、提供反力、沉降觀測加荷穩(wěn)壓：由樁頂的油壓千斤頂對樁頂施加壓力。提供反力：千斤頂的反力由錨樁、壓重平臺的重力或若干根地錨組成。沉降觀測：安裝在基準梁上的百分表或電子位移計用于量測樁頂位移。②試樁與錨樁（或與壓重平臺的支墩、地錨等）之間、試樁與支承基準梁之間以及錨樁與基準樁之間，都應有一定的間距。

29、見下表。,③加載方法： 采用連續(xù)加載法：即慢速維持荷載法，逐級加載，每級荷載為單樁承載力設計值的1/5～1/8，當每級荷載下樁頂的沉降量小于0.1mm/h，則認為已穩(wěn)定，然后加下一級荷載，依次進行直到試樁破壞。再分級卸載到零。也可以采用快速維持荷載法，即一般每隔1h加一級荷載。④沉降觀測：第一小時內每隔5、10、15、15、15分鐘讀一次，然后每30分鐘測讀一次，直至穩(wěn)定。,（2）終止加載條件當出現下列情況之一時即終止加載：①

30、某級荷載下，樁頂沉降量大于前一級荷載下沉降量的5倍；②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24h尚未達到相對穩(wěn)定；③已達到錨樁最大抗拔力或壓重平臺的最大質量時。,（3）按試驗結果確定單樁承載力 一般認為，當樁頂發(fā)生劇烈或不停滯的沉降時，樁處于破壞狀態(tài)，相應的荷載稱為極限荷載。用QU表示。 用Q-S曲線確定單樁承載力： ①圖中的曲線①所示，對于陡降型Q-S曲線，可取曲線發(fā)生明顯陡間的起始點所對應的荷載為

31、QU。繪圖比例：橫：豎=2：3,②根據沉降量確定Qu對于緩變型Q-S曲線（圖②），一般可取S=40～60㎜對應的荷載值為Qu。 對于大直徑樁可取S=（0.03～0.06）d(d為樁端直徑)所對應的荷載值(大樁徑取低值,小樁徑去高值)。對于細長樁（>80，可取S=60～80㎜對應的荷載。,③根據沉降隨時間的變化特征確定Qu取S- 曲線（圖）尾部出現明顯向下彎曲的前一級荷載值作為Qu。也可根據終止加載條件第二條

32、中的前一級荷載值作為Qu。,單樁豎向承載力特征值確定方法:按規(guī)定確定Qu，,2. 按土的抗剪強度指標確定,公式：,式中：cu—樁底以上1d至樁底以下1d范圍內土的不排水抗剪強度平均值；對裂隙粘土宜用含裂隙的大試樣測定；對鉆孔樁取三軸不排水抗剪強度的0.75倍； Nc— 地基承載力系數，當樁的長徑比 l/d>5時， Nc=9 ； ca— 樁土之間的附著力，ca=αcu 。 對粘性土 α=1或更大，且隨 cu 的增大而迅

33、速降低。對硬粘土中的樁，當l/d<20時，取1.25；當上部為軟土時取α=0.4 ；其他情況 α=0.7 。對打入樁，ca ≤100KPa；對鉆孔樁α的取值不成熟，平均值約為0.45；對擴底樁，樁底以上2d范圍內的ca不予考慮，即取α=0 。,單樁豎向承載力特征值確定方法:按上式確定Qu，,3. 確定單樁豎向承載力特征值的規(guī)范經驗公式,《地基基礎規(guī)范》指出：單樁豎向承載力特征值的確定應符合下列規(guī)定：（1）單樁豎向承載力特征值應

34、通過單樁豎向靜載荷試驗確定。單樁豎向承載力特征值取單樁豎向靜載荷試驗所得單樁豎向極限承載力除以安全系數2。（2）地基基礎設計等級為丙級的建筑物，可采用靜力觸探及標準貫入試驗參數確定。（3）初步設計時單樁豎向承載力特征值可按下式估算：式中： 樁端阻力、樁側阻力特征值，由當地靜載荷試驗結果統(tǒng)計分析算得。,當樁端嵌入完整及較完整的硬質巖石中，可按下式估算單樁豎向承載力特征值：

35、式中： 樁端巖石承載力特征值，當樁端無沉渣時， 根據巖石飽和單軸抗壓強度標準值確定，或按巖基載荷試驗確定。,也可根據室內巖石飽和單軸抗壓強度標準值按下式確定：,ψr—折減系數，根據巖石的完整程度由地區(qū)經驗確定。無經驗時，對于完整巖體可取0.5；對于較完整巖體可取0.2~0.5,（4）嵌巖灌注樁樁端以下三倍樁徑范圍內應無軟弱夾層、斷裂破碎帶和洞穴分布；并應在樁底應力擴散范圍內無巖體臨空面。,補充：《樁基規(guī)

36、范》推薦經驗公式法確定單樁承載力標準值（1）一般預制樁及中小直徑灌注樁對直徑<800㎜的預制樁和灌注樁，單樁豎向極限承載力標準值 ：式中： 單樁總極限側阻力標準值（KN）； 單樁總極限端阻力標準值（KN）； 樁側第層土的極限側阻力標準值（KPa），當無當地經驗值時，可按表8-6取值；

37、 樁端極限端阻力標準值（KPa），當無當地經驗值時，可按表8-7取值；,（2）大直徑樁（d≥800㎜）公式：式中： 樁側第層土的極限側阻力標準值，當地經驗值時，可按表8-6取值，對于擴底樁變截面以下不計側阻力； 樁徑為0.8m的極限端阻力標準值，當無當地經驗時，對于干作業(yè)（清底干凈）可按表8-8取值，對于其他

38、成樁工藝可按表8-7取值； 大直徑樁側阻、端阻尺寸效應系數，按表8-9取值。,（3）嵌巖樁嵌巖單樁的極限承載力標準值 是由樁周土總側阻力 、嵌巖段總側阻力 和總端阻力 三部分組成。公式：式中： 覆蓋層第層土的側阻力發(fā)揮系數，當樁的長徑比不大（ <30），樁端置于新鮮或微風化

39、硬質巖中且樁底無沉渣時，對于粘性土、粉土，取 ，對于砂類土及碎石類土，取 ，其他情況，取 ； 樁周第層土的極限側阻力標準值，根據成樁工藝按表8-6取值；,巖石飽和單軸抗壓強度標準值，對于粘土質巖取天然濕度單軸抗壓強度標準值； 樁身嵌巖（中等風化、微風化、新鮮基巖）深度，超過5d時，取

40、 ；當巖層表面傾斜時，以坡下方的嵌巖深度為準； 嵌巖段側阻力和端阻力修正系數，與嵌巖深徑比 有關，按表8-10采用。,（4）《樁基規(guī)范》規(guī)定，確定單樁豎向極限承載力標準值尚需滿足以下規(guī)定：①一級建筑樁基應采用現場靜載荷試驗，并結合靜力觸探、標準貫入試驗等原位測試方法綜合確定；②二級建筑樁基應根據靜力觸探、標準貫入試驗、經驗參數等估算，并參照地質

41、條件相同的試樁資料綜合確定。無可參照的試樁資料或地質條件復雜時，應由現場靜載荷試驗確定；③三級建筑樁基，如無原位測試資料，可利用承載力經驗公式。,補充： 按動力試樁法確定,高應變（大應變）：測定樁的極限承載力。 低應變（小應變）：測定樁的質量和完整率。 此方法現階段只起檢測和檢驗作用，確定樁的承載力是一個發(fā)展方向。,補充： 樁的抗拔承載力,對于二、三級建筑物，單樁抗拔極限承載力標準值Tk：,當群樁基礎呈整體破壞時，

42、基樁的抗拔極限承載力標準值Tgk可按群樁外圍周長范圍的抗拔承載力再除以樁數。,式中:λi ---抗拔系數，按表8-11取值,《地基基礎規(guī)范》和《樁基規(guī)范》關于單樁承載力的規(guī)定是不同的。注意二者的區(qū)別。,4.6 樁的水平承載力,樁基受水平荷載：風荷載地震作用、機械制動力、土壓力、水壓力、波浪、撞擊等。樁型：斜樁、豎直樁。,4.6.1 水平荷載下樁的工作性狀樁在水平荷載下承載能力極限狀態(tài)：（1）樁身在水平荷載下破壞。（2）樁頂水平位

43、移超過建筑物允許變形值。,影響樁基水平承載力因素：樁的斷面尺寸、剛度、材料強度、入土深度、間距、樁頂嵌固程度、土質條件、上部結構水平位移允許值。,剛性樁：樁的水平承載力主要由樁的水平位移和傾斜控制。（圖（a））,樁的剛度與入土深度的影響,稱為剛性樁。,柔性樁：樁身在某處產生較大彎矩，可能出現屈服。樁的水平承載力主要由樁的水平位移和樁的材料強度控制。,半剛性樁、柔性樁統(tǒng)稱為柔性樁（圖（b））,稱為半剛性樁。,稱為柔性樁。,單樁的水平承載

44、力的確定方法有：理論分析、靜載試驗。,4.6.2 水平受荷彈性樁的計算1.基本假定線彈性地基反力分析法：σx=KxxKx—地基水平抗力系數，根據Kx 的假定不同，可分為以下四種方法:,圖4-23 地基水平抗力系數的分布圖式,①常數法：常數法假定地基系數Kx沿深度為均勻分布，不隨深度而變化，即Kx＝Kh，(kN／m3)為常數。,②“K”法：假定在樁身撓曲曲線第一撓曲零點所示深度處以上地基系數Kh隨深度增加呈凹形拋物線變化；該點

45、以下，地基系數Kh不再隨深度變化而為常數Kh＝K 。,③ “m”法：假定地基系數Kx隨深度成正比例地增長．目前我國應用較多， Kx =mz。,④ “c值”法：假定地基系數Kh隨著深度成拋物線規(guī)律增加，即Kh =cz1/2 ，c為常數，隨土類不同而異。在我國多用于公路交通部門。,2.計算參數（1）樁的截面計算寬度b0為：,Kf—樁的形狀系數，圓形樁 Kf=0.9，方形樁 Kf=1.0；d—樁的直徑，方形截面時為樁的邊長。,水平荷載下樁

46、內力及位移理論分析—m法,（2）鋼筋混凝土樁的抗彎剛度EI=0.85EcI0（3）抗力系數Kh =mz中的m值，宜采用試驗值，無試驗資料時，參考表4-6。樁側為多層土時，按hm=2(d+1)范圍內m值得加權平均值。例如：兩層土時：,地基土水平抗力系數的比例常數m 表4-6,3. 單樁計算,（1） 確定樁頂荷載：,N0影響很小可忽略不計，P（Z）= kxxb0 =mzxb0。上式變?yōu)椋?（2） 樁的撓曲微分方程,采用冪級數對上

47、式進行求解，得出樁身z處的內力與位移：,（3）樁身最大彎矩及位置根據最大彎矩截面剪力為零的條件得到。計算步驟如下：1、計算CⅠ=αM/H0，查表4-7確定有關參數：,表4-7時按l≥4.0/α編制，當l＜4.0/α時，可查有關設計手冊。,確定樁身最大彎矩截面系數CⅠ及最大彎矩系數CⅡ 表4-7,一般當樁的入土深度達到4.0/α時，樁身的內力及位移幾乎為零，在此深度以下，樁身只需按構造配筋或不配筋。,4.6.3 單

48、樁水平靜載試驗,1 試驗裝置,圖8.16單樁水平靜載試驗裝置,慢速連續(xù)加載法 模擬橋臺、擋墻等長期靜止水平荷載的連續(xù)荷載試驗，類似于垂直靜載試驗慢速法。,2 試驗加載方法 單向多循環(huán)加載法 模擬風浪、地震力、制動力、波浪沖擊力及機器擾力等循環(huán)性動力水平荷載。,3. 終止加載條件（1）樁身折斷。（2）樁頂水平位移超過30--40mm（軟土取40mm）。（3）樁側地面出現明顯裂縫或隆起。（4）所加水平荷載已超過按下述

49、方法確定的極限荷載。,4. 試驗資料整理根據試驗可繪制出如下四種曲線,圖4-26 水平靜載試驗H0-t-x0曲線,5. 確定水平臨界荷載Hcr和極限荷載Hu,水平靜載試驗H0-x0曲線,水平靜載試驗H0-Δx0/ΔH0曲線,水平靜載試驗H0-σg曲線,4.4.6 單樁水平承載力特征值（1）應通過荷載試驗確定，必要時采用帶承臺樁的荷載試驗。宜采用慢速維持荷載法。（2）混凝土預制樁、鋼樁、樁身配筋率大于0.65%的灌注樁，可取x0=1

50、0mm(對于水平變位敏感的建筑物取x0=6mm）所對應的荷載作為單樁水平承載力特征值。（3）對于樁身配筋率小于0.65%的灌注樁，可取臨界荷載Hcr。,（4）當缺少試驗資料，可估算樁身配筋率小于0.65%的灌注樁單樁水平承載力特征值。,（4）當缺少試驗資料，可估算預制樁、鋼樁、樁身配筋率大于0.65%的灌注樁等的單樁水平承載力特征值。,式中：EI—樁身抗彎剛度，對于混凝土樁，EI=0.85EcI0。,—樁頂允許水平位移。,—樁頂水平位

51、移系數，按表4-8取值。,4.3.3 豎向荷載下的群樁效應,問題:單樁承載力加起來等于群樁承載力？,群樁基礎中樁的極限承載力確定極為復雜，與樁的間距、土質、樁數、樁徑、入土深度以及樁的類型和排列方式等因素有關。,群樁效應概念：,由于承臺、樁、土的相互作用，群樁基礎中的一根樁的受力特性（承載力與沉降量）與相同條件獨立單樁有顯著差別。,群樁效應系數：,表 現：,,承載力：,沉降：,,群樁效應分析：,1.端承型群樁基礎：,承載力：,沉降：

52、,群樁效應系數：,樁尖下的壓力分布面積小，各樁的壓力疊加作用小，樁間土基本不承受荷載（由于樁土相對變形小）,2.摩擦型群樁基礎：,通過每根樁側面的摩阻力將上部荷載傳到樁周及樁端土層中去。,各樁的側摩阻力在土層中以一定的角度擴散，應力疊加。,（1）樁數少，樁中心距較大，樁端平面處各樁傳來的壓力互不重疊，或重疊不多，群樁中各樁的工作情況與單樁一致，群樁承載力等于各單樁承載力之和。,2.摩擦型群樁基礎：,（2）樁數多，樁中心距較小，如常用樁距

53、， ，樁端處地基中各樁傳來的壓力將相互重疊。,樁端處壓力比單樁時大；樁端以下壓縮土層的變形增大；樁間土應力增大，壓縮變形增大,（3）群樁效應：群樁中各樁的承載力效應各單樁承載力之和，沉降量則大于單樁的沉降量。,2.摩擦型群樁基礎：（1）承臺底面脫地的情況（非復合樁基）,① 承臺剛度的影響,剛性承臺下的樁頂荷載分配一般是角樁最大，中心樁最小，邊樁距中，而且樁數越多，樁頂荷載配額的差異越大。隨著承臺

54、柔度的增加，各樁的樁頂荷載分配將逐漸與承臺上荷載的分配一致。,②地基土性質的影響,擠土樁（s=3-4d）：砂類土,非飽和土和一般粘性土,填土有擠密作用,使承載力增加。,飽和粘土,超靜孔壓積累,地面上浮,先入樁上浮,土層擾動,使承載力降低。,非擠土樁、部分擠土樁（s=3-4d）：地基土性質的影響小,摩阻力增值以中間樁為大，邊樁、角樁相對較小，其分配趨勢恰好與承臺剛度的影響相反，致使樁頂荷載分布趨于均勻。,③樁距s的影響：→主要影響因素

55、,S=3-4d,樁端土應力疊加,提高端阻;但總的沉降增加。,樁側土應力疊加，提高側阻。,S＜3~4d,樁端土應力疊加嚴重,降低端阻;總的沉降加劇。,樁側土應力疊加嚴重，樁側土下移，降低側阻。,S＞D 一般大于6d,承載力：,沉降：,群樁效應系數：,（2）承臺底面貼地的情況（復合樁基）,復合基樁：樁基在荷載作用下，由樁和承臺底地基土共同承擔荷載，構成復合樁基。復合樁基中基樁的承載力含有承臺底的土阻力。稱之為復合基樁。影響因素：樁頂荷載

56、、l/d、土質、承臺剛度、及樁群的幾何特征。,承臺底面貼地引起的群樁效應可概括為四方面：,①承臺下移，承臺可部分承受荷載；,②承臺下移，對樁側阻力的消弱作用；,③對樁端阻力的增強作用；,④對基土側移的阻擋作用；,設計時注意：承臺分擔荷載是以樁基的整體下沉為前提。下列情況不能考慮承臺的荷載分擔效應：①承受經常出現的動力荷載（例鐵路橋梁樁基）②承臺下存在可能產生負摩擦力的土層。（例如：欠固結土、新近填土、濕陷性黃土、軟土，降水地基和

57、抽取水、油、氣等地區(qū)）。③在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，隨著時間推移，樁間土逐漸固結下沉而與承臺脫離。,目前工程上考慮群柱效應的方法有兩種：一種是以概率極限設計為指導，通過實測資料的統(tǒng)計分析對群樁內每根樁的側阻力和端阻力分別乘以群樁效應系數?！稑痘?guī)》另一種是把承臺、樁和樁間土視為一假想的實體基礎，進行基礎下地基承載力和變形驗算?！兜鼗A設計規(guī)范》,4.3.4 減沉樁基,減沉樁基概念,減沉樁基設計要求：

58、,1. 樁身強度按樁頂荷載設計值驗算。2. 樁土荷載分配應按上部結構與地基共同作用分析。3. 樁端進入好土層，滿足軟弱下臥層承載力要求。4. 樁距s：4d-6d.,隨著建筑物越來越高大，所遇到的地質條件日趨復雜，特別是考慮樁間土承擔一部分荷載后，沉降已成為一個控制條件，使得樁基沉降計算成為樁基設計的一個重要內容。,4.4 樁基礎沉降的計算,地基基礎設計等級為甲級建筑物的樁基。 體型復雜或樁端以下存在軟弱土層的設計等級為乙

59、級建筑物樁基。 對沉降有嚴格要求的建筑物樁基。 摩擦型樁基。,樁基礎沉降的計算范圍,需要進行沉降計算 ：,嵌巖樁、設計等級丙級建筑物樁基，對沉降無特殊要求的條形基礎下不超過兩排樁的樁基。吊車工作制級別A5及A5以下的單層工業(yè)廠房樁基（樁端下為密實土層）。,不需要沉降計算的情況：,變形特征值 樁基變形可用下列指標表示：沉降量、沉降差、傾斜。 計算樁基礎變形時，變形指標可按下述規(guī)定選用： 對于

60、砌體承重結構應由局部傾斜控制； 對于框架結構應由相鄰柱基的沉降差控制； 對于多層或高層建筑和高聳結構應由傾斜值控制。 樁基變形容許值同淺基礎規(guī)定。,4.4.1 單樁沉降的計算,在豎向荷載作用下單樁沉降由三部分組成：（1）樁身彈性壓縮引起的樁頂沉降；（2）樁側阻力引起的樁周土中的附加應力以壓力擴散角，致使樁端下土體壓縮而產生的樁端沉降；（3）樁端荷載引起樁端下土體壓縮所產生的樁端沉降。,目前單樁沉降計算方

61、法主要有下述幾種：（1）荷載傳遞分析法；（2）彈性理論法（3）剪切變形傳遞法：（4）有限單元分析法（5）其他簡化方法。,4.4.2 群樁沉降的計算,群樁沉降組成：,樁間土的壓縮變形（包括樁身壓縮、樁端貫入變形）；,樁端平面以下壓縮變形。,,不計樁身壓縮量及樁與土間的相對位移，以假想基礎為剛性整體，驗算樁端以下土沉降。,地基基礎規(guī)范GB50007推薦的群樁沉降的計算,計算方法：單向壓縮分層總和法：,式中 s——樁基最終計算沉

62、降量（mm）； m——樁端平面以下壓縮層范圍內土層總數； Esj,i ——樁端平面以下第j層土第i個分層在自重應力至自重應力加附加應力作用段的壓縮模量（MPa）； nj——樁端平面下第j層土的計算分層數；,Δhj,i ——樁端平面下第j層土第i個分層厚度（m）； σj,i——樁端平面下第j層土第i個分層的豎向附加應力(kPa)； ψp——樁基沉降計算經驗系數，各地區(qū)根據當地的工程實測資料統(tǒng)計對比確定；,地

63、基內的應力分布宜采用各向同性均質線性變形體理論。按實體深基礎（s≤6d）或其他方法(包括明德林應力公式方法)計算：,（1）實體深基礎（s≤6d）,沉降計算方法同前基礎,實體深基礎樁基沉降計算經驗系數應根據地區(qū)樁基礎沉降觀測資料及經驗統(tǒng)計確定。不具備條件時， ψp按下表選用：,實體深基礎樁底平面處的基底附加壓力p0k按下列方法考慮:1）考慮擴散作用時（忽略樁側摩阻力）,地下水位以下扣除浮力。,2）不考慮擴散作用時（考慮樁側摩阻力）：,G

64、—樁基承臺及承臺上土自重；,Gfk—實體深基礎的樁基樁間土自重；,γm—實體深基礎底面以上各層土的加權平均重度。,明德林應力（Mindlin）公式,單樁荷載分擔,地基應力：,第k根樁的端阻力在深度z處產生的應力:,第k根樁的側摩阻力在深度z處產生的應力:,對于一般摩擦型樁，可假定樁側摩阻力全部是沿樁身線形增長的（β=0），則：,采用上式計算時，樁端阻力比α和樁基沉降計算經驗系數ψp應根據當地工程的實測資料統(tǒng)計確定。,4.7 樁的平面

65、布置原則,樁的平面布置實例,樁的平面布置實例,4.7 樁的平面布置原則,4.7.1 一般原則,2.樁基中各樁受力應比較均勻，布樁時應盡可能使上部荷載的中心與群樁的橫截面形心重合或接近；,1.當承臺承受偏心作用時，應增加樁基橫截面的慣性矩，對群樁基礎，宜采用外密內疏的布置方式；,3. 樁的中心距樁的間距過大，承臺體積增加，造價增加，有時基礎間的空間不允許； 樁的間距過小，樁的承載能力不能充分發(fā)揮，且給施工帶來較大困難。

66、 一般情況下： 具體見表4-9、4-10規(guī)定大面積樁群，樁的最小中心距還應適當加大。,樁在平面上可布置為：方形（或矩形）、三角形、多邊形、梅花形；條形基礎下的樁，可采用單排或雙排，也可采用不等距。,柱下樁基 墻下樁基,圓（環(huán)）形樁基,4.7.2 布樁方法舉例,對橫墻下樁基，可在外縱墻之外設一至二根“探頭”樁。在有門洞口的墻下布樁應將樁設置在門洞的兩側。,4.8

67、 樁基承臺設計,類型：柱下獨立承臺、柱下或墻下條形承臺梁、筏板承臺和箱形承臺。作用：是將樁聯結成一個整體，并把建筑物的荷載傳到樁上，因而承臺應具有足夠的強度、剛度。,樁基承臺設計內容：,構造；計算：受彎、受沖切、受剪、局壓承載力，,4.8.1 樁基承臺構造要求,1. 承臺的平面尺寸和厚度：厚度≥300㎜，寬度≥500㎜。平面尺寸：承臺邊緣至邊樁中心距離不應小于樁的直徑或邊長，且邊緣挑出部分應≥150㎜，對于條形承臺梁應≥75㎜

68、。,筏形、箱形承臺：承臺板厚度：宜≥250㎜，且板厚與計算區(qū)段最小跨度之比不宜小于1/20。,2. 混凝土：≥C20。3. 鋼筋保護層厚度：臺底鋼筋的混凝土保護層厚度宜≥70㎜。當有混凝土墊層時不應小于40㎜，,4. 鋼筋配置：承臺的配筋按計算確定，對于矩形承臺板，宜雙向均勻配置，鋼筋直徑宜≥φ10，間距應滿足100～200㎜；對于三樁承臺，應按三向板帶均勻配置，最里面3根鋼筋相交圍成的三角形，應位于柱截面范圍以內[見圖]。承臺