工程地質(zhì)與地基基礎(chǔ)（蔡燕燕）第8章 樁基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)-工管課件

1、第八章 樁基礎(chǔ)與深基礎(chǔ) 第一節(jié) 概述一、樁基礎(chǔ)的適用性1. 樁基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)（1）承載力高。（2）沉降量小且沉降均勻。（3）能承受一定的水平荷載。 （4）可以減小機(jī)械基礎(chǔ)的振幅、減弱機(jī)械振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的不利項(xiàng)影響。（5）可以提高建筑物的抗震能力。（6）便于實(shí)現(xiàn)某礎(chǔ)工程機(jī)械化和工業(yè)化。2. 采用樁基的條件（1）高層建筑。（2）重型工業(yè)廠房和前載很大的建筑物。（3）軟弱地基和某些特殊土上的永久建筑物。（4）高聳構(gòu)筑物。（5）需要減弱其振動(dòng)影響的動(dòng)力機(jī)械基礎(chǔ)。適用范圍、淺層差，深層較好的地基、荷載大、動(dòng)力荷載、重要建筑物或上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的不均勻沉降敏感、地下水位或地表水位較高，排水困難、大面積荷載的建筑物或

2、軟土上活荷載較大的筒倉、油庫 深基礎(chǔ)的特點(diǎn)（1）施工方法復(fù)雜（2）深基礎(chǔ)地基承載力高（3）施工需要專門設(shè)備（4）技術(shù)復(fù)雜（5）造價(jià)高（6）工期長三、樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則樁其礎(chǔ)的極限狀態(tài)分為兩類 :(1) 承載能力極限狀態(tài)所有樁基礎(chǔ)均計(jì)算承載力。(2) 正常使用極限狀態(tài)樁端為軟弱土的一、二級(jí)建筑物樁基，樁端為粘性土、粉土或存在軟弱下臥層的一級(jí)建筑物，需計(jì)算變形。1、建筑樁基安全等級(jí) 安全等級(jí)破壞后果建筑物類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的工業(yè)與民用建筑物；對(duì)樁基變形有特殊要求的工業(yè)建筑二級(jí)嚴(yán)重一般的工業(yè)與民用建筑物三級(jí)不嚴(yán)重次要的建筑物第二節(jié) 樁的類型一、 按樁承載性狀分類 1、端承樁 在豎向極限荷載作用下，樁頂

3、荷載全部或主要由 樁端阻力承受，樁側(cè)阻力相對(duì)于樁端阻力忽略不計(jì)。 按端阻力分擔(dān)荷載的比例可分為： 端承樁 摩擦端承樁 2、 摩擦樁樁未達(dá)到堅(jiān)硬土層或巖層。 按樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載的比例可分為： 摩擦樁：樁頂荷載絕大部分由樁側(cè)阻力承受 端承摩擦樁：樁頂荷載主要由樁側(cè)阻力承受端承樁摩擦樁PsPsP二、 按樁身材料分類 砼樁 鋼筋混凝土樁 鋼樁 組合材料樁 石樁 木樁三、按樁的施工方法分類：預(yù)制樁 or 灌注樁 預(yù)制樁：在工廠（12m）或工地(80cm)、中等直徑樁 (2580cm)、 小樁 (25cm)按長度或相對(duì)剛度系數(shù)：長樁、短樁軟土層低承臺(tái) 樁高承臺(tái)樁七、按樁的使用功能分類 1、豎向抗壓樁（抗壓

4、樁）2、豎向抗拔樁（抗拔樁）3、 水平受荷樁（主要承受水平荷載）4、復(fù)合受荷樁（豎向、水平荷載均較大）八、樁的質(zhì)量檢驗(yàn) 樁基礎(chǔ)屬于地下隱蔽工程，尤其是灌注樁，很容易出現(xiàn)頸縮、夾泥、斷樁或沉渣過厚等質(zhì)量缺陷，需要對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)。1、開挖檢查2、抽芯法 鉆孔直徑100150mm，取芯進(jìn)行觀察和單軸抗壓試驗(yàn)，了解砼有無離析、空洞、樁底有無沉渣和夾泥現(xiàn)象。3、聲波檢測(cè)法利用超聲波在不同強(qiáng)度的介質(zhì)中傳播速度的變化來檢測(cè)樁身的質(zhì)量。4、動(dòng)測(cè)法8.3 樁的承載力樁通過樁側(cè)阻力和樁端阻力將荷載傳遞給土體樁頂?shù)妮S向位移=樁身壓縮+樁底土層壓縮先按“樁基規(guī)范”（08年）的介紹；再介紹“地基規(guī)范”（2011年

5、）的。廣州市亞洲大酒店人工挖孔樁樁土間的傳力途徑單樁承載力的構(gòu)成及其發(fā)展過程單樁的破壞機(jī)理樁土共同作用QpQQs8.3 豎向荷載作用下的單樁工作性狀廣州市亞洲大酒店人工挖孔樁樁頂軸向荷載樁身橫截面上產(chǎn)生了軸向力和豎向位移樁身上部先受到壓縮而產(chǎn)生相對(duì)于土的向下位移樁側(cè)表面產(chǎn)生向上摩阻力 樁頂荷載通過樁側(cè)摩阻力傳遞到樁周土層中去，致使樁身軸力和樁身壓縮變形隨深度遞減荷載傳遞機(jī)理在樁土相對(duì)位移等于零處，樁側(cè)摩阻力尚未發(fā)揮作用隨著樁頂荷載的增加，樁身壓縮量和位移量增大樁身下部的摩阻力隨之調(diào)動(dòng)起來樁底土層也因受到壓縮而產(chǎn)生樁端阻力樁端土層的壓縮加大了樁土相對(duì)位移，從而使樁身側(cè)摩阻力進(jìn)一步發(fā)揮出來當(dāng)樁身側(cè)

6、摩阻力全部發(fā)揮出來達(dá)到極限后繼續(xù)增加荷載，其荷載增量將全部由樁端阻力承擔(dān)由于樁端持力層的大量壓縮和塑性擠出，位移增長速度顯著加大直至樁端阻力達(dá)到極限，位移迅速增大而破壞。豎向荷載下單樁的荷載傳遞 根據(jù)靜力的豎向平衡，有：Qs/Q0.8 摩擦樁 Qp/Q0.8 端承樁Qs/Q= 0.60.75 端承摩擦樁 Qp/Q= 0.60.75 摩擦端承樁dzLzQzzzzNlNQsQpQQs（按樁基規(guī)范）8.3.1 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值靜載試驗(yàn)法_最基本、可靠的方法（費(fèi)工、費(fèi)時(shí), 一級(jí)樁基應(yīng)使用）物理指標(biāo)法_8.3.2 單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值8.3.3 單樁抗拔承載力8.3.4 單樁水平承載力8.3.5

7、 樁身材料驗(yàn)算 8.3.1單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值單樁豎向承載力：指豎直單樁在軸向外荷載的作用下，不喪失穩(wěn)定、不產(chǎn)生過大變形時(shí)可承受的最大荷載值。單樁豎向承載力取決于： 1)土對(duì)樁的支承力（一般由此控制） 2)樁身材料的承載力（對(duì)端承樁、超長樁和樁身質(zhì)量有缺陷）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧上述兩方面。2. 靜載試驗(yàn)法 在建筑場(chǎng)地沉入試驗(yàn)樁，逐級(jí)加荷并測(cè)其變形，直至破壞，折減后確定其承載力。試驗(yàn)樁數(shù)規(guī)范規(guī)定：一級(jí)建筑樁基應(yīng)做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 同一條件下試驗(yàn)樁數(shù)： 1的總樁數(shù) 3根 工程樁總數(shù)在50根以內(nèi)應(yīng)不少于2根。二級(jí)建筑物 參照地質(zhì)條件相同的試驗(yàn)資料依具體情況定。三級(jí)建筑物 可采用靜力觸探及標(biāo)貫試驗(yàn)參數(shù)確定 Ra

8、值。地基條件復(fù)雜，樁施工質(zhì)量可靠性低的二級(jí)建筑樁基也須用靜荷載試驗(yàn)確定承載力。 試驗(yàn)設(shè)備、加載觀測(cè)、卸載觀測(cè)應(yīng)盡可能再現(xiàn)樁的實(shí)際工作情況 試驗(yàn)方法種類：慢速維持荷載法（常用）快速維持荷載法等貫入速率法等時(shí)間間隔加載法循環(huán)加載法 近年來大直徑樁及長樁的普遍應(yīng)用及受力特性，建筑樁基技術(shù)規(guī)范對(duì)單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果的極限承載力取值方法，作如下規(guī)定： 根據(jù)沉降隨荷載的變化特征確定極限承載力：對(duì)于陡降型QS曲線取為發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)； 根據(jù)沉降量確定極限承載力：對(duì)于緩變型QS曲線一般可取S4060 mm對(duì)應(yīng)的荷載；對(duì)于大直徑樁可取S（0.030.06）D（D為樁端直徑，大樁徑取低值，小樁徑取高值）所對(duì)應(yīng)的荷

9、載值；對(duì)于細(xì)長樁（L/d80）可取S6080 mm對(duì)應(yīng)的荷載； 根據(jù)沉降隨時(shí)間的變化特征確定極限承載力：取Slgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前級(jí)荷載值。 當(dāng)確定了各根試樁的極限承載力后，可按建筑樁基技術(shù)規(guī)范附錄C的方法確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。 Q (kN)s(mm)3. 物理指標(biāo)法（經(jīng)驗(yàn)公式法）單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值1、一般預(yù)制樁及灌注樁 單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值 單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值、大直徑（d0.8m）樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 對(duì)于砼護(hù)壁的大直徑挖孔灌注樁，計(jì)算單樁豎向承載力時(shí)，其設(shè)計(jì)樁徑取護(hù)壁外直徑。 *大直徑樁的樁底持力層一般都呈漸進(jìn)破壞，Qs曲線呈緩變型，單樁的承載力常常以沉降

10、控制，極限端阻力和側(cè)阻力隨樁徑的增大而減小。故要進(jìn)行修正。 8.3.2 單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值對(duì)于樁數(shù)少于3的情況： 基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值： 據(jù)靜載試驗(yàn)確定單樁豎向極限承載力時(shí)， 基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值： 式中， ， ， - 單樁總極限側(cè)阻力，端阻力，豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 - 分別為樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁側(cè)阻端阻綜合抗力分項(xiàng)系數(shù)，按表8.9采用。注意分項(xiàng)系數(shù)取值一樣是由于試驗(yàn)資料較少，理論上應(yīng)該不一樣。 8.3.3 樁的抗拔承載力 高聳建筑物樁基、承受浮力的基礎(chǔ)、承受水平力的樁結(jié)構(gòu)，樁側(cè)部分或全部承受上拔力，須驗(yàn)算樁的抗拔承載力。 樁的抗拔承載力主要取決于樁身材料強(qiáng)度及樁與

11、土之間的抗拔側(cè)阻力和樁身自重。 規(guī)范規(guī)定，對(duì)于二、三級(jí)建筑物估算單樁抗拔極限承載力單樁抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值： （8.13）單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)值 （8.14）“樁基規(guī)范” （8.16） N基樁上拔力設(shè)計(jì)值；Gp基樁自重設(shè)計(jì)值。8.3.4 單樁水平承載力水平荷載種類：風(fēng)荷載、地震荷載、土壓力、水壓力 和上部傳來水平力等。 破壞狀態(tài)：水平力作用下，樁身產(chǎn)生裂縫以至斷裂或土體明顯開裂和隆起，樁的水平位移超過容許值，樁基達(dá)破壞狀態(tài)。影響承載力的因素：樁的截面尺寸、剛度、材料強(qiáng)度、樁頂嵌固程度、樁側(cè)地基土的性質(zhì)、樁的入土深度、樁的水平位移容許值、樁的間距等。 確定水平承載力的方法：1、水平靜載荷試驗(yàn)2、理論計(jì)

12、算（據(jù)樁頂水平位移或材料強(qiáng)度、抗裂度等）8.3.5 樁身材料驗(yàn)算 施工時(shí)起吊、運(yùn)輸；考慮三方面 沉樁時(shí)動(dòng)荷載作用； 樁身材料 按軸心受壓桿件，確定樁身承載力 鋼筋砼樁 砼構(gòu)件的彎曲（穩(wěn)定）系數(shù)，低承臺(tái)樁為1.0 樁的工作條件（工藝）系數(shù)綜述：一級(jí)樁基_靜載結(jié)合靜力觸探、標(biāo)貫等原位試驗(yàn) 確定二級(jí)樁基_靜力觸探、標(biāo)貫、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)等估算， 參照周圍試樁經(jīng)驗(yàn)綜合確定三級(jí)樁基_無試驗(yàn)資料，可用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)估算8.3.6 單樁豎向承載力特征值一般規(guī)定按靜載試驗(yàn)確定 (8.18) Ru單樁豎向極限承載力；Ra單樁豎向承載力特征值。3. 按公式確定 (8.19)8.3.7 群樁豎向承載力 豎向荷載下的群樁基礎(chǔ)，各樁

13、的承載力發(fā)揮和沉降常與相同情況下的單樁有顯著的差別。群樁效應(yīng)：群樁基礎(chǔ)受荷載后，由于樁、土、承臺(tái)的相互作用，使樁側(cè)阻力、樁端阻力 、沉降等性狀發(fā)生變化而與單樁有所不同。 端承樁或樁數(shù)不超過三根的非端承樁基，各樁相互影響小，群樁承載力等于全部單樁承載力之和, 群樁的沉降也與單樁基本相同不考慮群樁效應(yīng) 對(duì)于承臺(tái)底樁數(shù)超過3根的非端承樁基要考慮樁、土、承臺(tái)的相互作用考慮群樁效應(yīng)1、復(fù)合基樁或基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值 2、根據(jù)靜載試驗(yàn)確定單樁豎向極限承載力設(shè)計(jì)值式中，s，p，c 和sp 分別為側(cè)阻,端阻,承臺(tái)底土阻力和側(cè)阻端阻群樁效應(yīng)系數(shù); Qck為復(fù)合基樁的承臺(tái)底地基土的總極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值， 其余符號(hào)同

14、于不考慮群樁效應(yīng)的公式。8.3.8 樁側(cè)負(fù)摩阻力 負(fù)摩阻力:樁周土相對(duì)于樁向下位移，樁相對(duì)于樁側(cè)的土上抬， 樁側(cè)產(chǎn)生向下的摩阻力。負(fù)摩阻力僅存在于樁周土相對(duì)于樁下沉的范圍內(nèi)。中性點(diǎn)的概念？1、發(fā)生負(fù)摩阻力的情況： 樁穿越較厚的松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土層進(jìn)入相對(duì)較硬土層；樁周存在軟弱土層，鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長期荷載，或地面大面積堆載（包括填土）；由于降低地下水位，使樁周土中有效應(yīng)力增大，并產(chǎn)生顯著壓縮沉降。 8.4 樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、調(diào)查研究、收集資料、建筑物上部結(jié)構(gòu)的類型、平面尺寸、構(gòu)造及使用要求；、上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載及其性質(zhì)；、工程地質(zhì)勘察資料（必須在提出工程地質(zhì)勘察任務(wù)時(shí)，

15、說明擬用的樁基方案）；勘探點(diǎn)間距：端承樁1224m，摩擦樁2030m、當(dāng)?shù)亟ㄖ牧瞎?yīng)情況；、當(dāng)?shù)厥┕l件，包括沉樁機(jī)具、施工方法及施工質(zhì)量；、施工現(xiàn)場(chǎng)及周圍情況，交通和施工機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)地條件， 周圍是否有對(duì)振動(dòng)敏感的建筑物；、當(dāng)?shù)丶艾F(xiàn)場(chǎng)周圍建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。 二、確定樁的規(guī)格與單樁豎向承載力1、樁材： 主要使用砼和鋼筋。 砼: 預(yù)制樁 C30 預(yù)應(yīng)力樁 C40 灌注樁 C20 水下灌注時(shí)C20 鋼筋: 、級(jí)2、樁頂嵌入承臺(tái)內(nèi)的長度不宜小于50mm，主筋伸入承臺(tái)的錨固長度: 級(jí)鋼30d，、級(jí)35d。3、樁型：包括種類、斷面尺寸、樁長 需作具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，才能作出決定。 4、持力層

16、： 選擇堅(jiān)實(shí)土層和巖層，其次為中等強(qiáng)度土層，否則重選樁規(guī)格。避免在同一結(jié)構(gòu)體系下采用不同型式的樁基。 中等強(qiáng)度土層：中密以上砂層或中等壓縮性的一般粘性土 在層厚較大的高靈敏度流塑粘土中，不宜采用樁距小而樁數(shù)多的打入式樁，應(yīng)該采用承載力高而樁數(shù)少的大直徑樁。5、樁端進(jìn)入持力層深度 樁端全斷面進(jìn)入持力層深度：宜(13)d 當(dāng)硬持力層較厚且施工條件許可時(shí)，樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度宜達(dá)到樁端阻力的臨界深度。樁端阻力的臨界深度-指樁端阻力隨樁端進(jìn)入持力層的深度增加而增加的界限深度。樁長=樁頂嵌入承臺(tái)尺寸+初定樁長+樁尖摩擦樁的長與持力層、承載力和沉降量有關(guān)。確定持力層樁長（初定）選型截面尺寸承臺(tái)底標(biāo)高

17、（初定）確定樁長確定單樁豎向承載力三、確定樁數(shù)及布置樁位1、確定樁數(shù)中心受壓時(shí)偏心受壓時(shí) 2、樁位的布置 盡可能使上部荷載（基本組合）的中心與群樁橫截面重心重合，彎距M較大時(shí)加密外圍樁。樁的中心距不宜小于規(guī)范規(guī)定的最小中心距（表8-20），要求摩擦型樁中心距不宜小于3d，擴(kuò)底灌注樁不宜小于1.5倍樁擴(kuò)大頭直徑，當(dāng)D大于2m時(shí)，樁端凈距不宜小于1m。樁可布置成方形、梅花形、條形基礎(chǔ)下單排或雙排布置。 四、樁基礎(chǔ)驗(yàn)算 1、單樁承載力驗(yàn)算：?jiǎn)螛端艿牧?yīng)小于容許值。 1）按樁基規(guī)范（JGJ 08）的方法 2）按地基規(guī)范（GB20007-2011）的方法2、樁基沉降計(jì)算 : 在某些情況下，必須驗(yàn)算。

18、S S 五、承臺(tái)的設(shè)計(jì) 承臺(tái)作用：聯(lián)結(jié)多根樁，共同受力 傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載 作為淺基礎(chǔ)，樁承臺(tái)效應(yīng)材料與施工：現(xiàn)澆鋼筋混凝土，C15以上 配筋計(jì)算 保護(hù)層厚度50mm尺寸： 承臺(tái)外伸d/2，寬度不宜小于500mm，厚度不宜小于300mm1、承臺(tái)的構(gòu)造要求 承臺(tái)平面形狀：根據(jù)上部結(jié)構(gòu)要求和樁布置形式?jīng)Q定。常見形狀：矩形、三角形、多邊形、圓形、環(huán)形及條形 （若發(fā)生樁基補(bǔ)樁則承臺(tái)形式怪異）。橫截面：錐形和階梯形底板厚度 300mm承臺(tái)寬度 500mm2、承臺(tái)厚度的確定 承臺(tái)厚度由沖切和剪切條件確定。先沖切計(jì)算，后剪切驗(yàn)算。 柱邊沖切計(jì)算位置 承臺(tái)變階處 角樁3、承臺(tái)的配筋計(jì)算 承臺(tái)經(jīng)常為受彎破壞，故按最大彎矩配筋。矩形承臺(tái)三角形承臺(tái)計(jì)算截面：柱邊計(jì)算截面：柱邊和承