《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》與《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于樁基承載力的對(duì)比分析

1、<p>　　《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》與《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于樁基承載力的對(duì)比分析</p><p>　　摘 要：通過實(shí)際工程中樁基承載力的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》與采用《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算出的樁基承載力差異較大。本文分別通過荷載取值原理、樁豎向承載力的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)以及樁基承載力的計(jì)算過程對(duì)兩規(guī)范進(jìn)行對(duì)比分析。通過選取不同類別土壤對(duì)兩規(guī)范所計(jì)算的樁側(cè)摩阻力、端阻力與樁基承載力分別

2、進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》相對(duì)于《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所計(jì)算出的樁基承載力較大，其主要原因是《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》較《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所給出的各種類土壤力學(xué)性能優(yōu)越。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：側(cè)阻力；端阻力；承載力特征值；容許應(yīng)力； </p><p>　　中圖分類號(hào)： U231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　在實(shí)際地

3、鐵高架站工程的樁基礎(chǔ)承載力計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》與采用《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所計(jì)算出的樁基承載力差異較大，且通?！惰F路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所計(jì)算出的樁基承載力較為小。針對(duì)這種情況，本文通過對(duì)兩規(guī)范中荷載取值原理、樁豎向承載力的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)以及樁基承載力計(jì)算過程等方面進(jìn)行分析，用以指導(dǎo)今后的地鐵高架車站樁基設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　1 荷載取值原理 </b>&

4、lt;/p><p>　　《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[1]采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原理，采用恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值、活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值等對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，并要求各工況荷載通過標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行樁基承載力設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　S—荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值； </p><p>　　SGk—恒荷載作用標(biāo)準(zhǔn)

5、值； </p><p>　　SQik—第i個(gè)活荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值； </p><p>　　—第i個(gè)活荷載的組合系數(shù)； </p><p><b>　　n—活荷載個(gè)數(shù)。 </b></p><p>　　式中的組合系數(shù)是通過考慮不同活荷載自身的特性以及變異性，為確保結(jié)構(gòu)可靠度所引進(jìn)的系數(shù)。 </p><p>

6、　　同時(shí)為了考慮結(jié)構(gòu)的重要等級(jí)，而引入了結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)。由于材料自身存在著變異性，同樣引入材料分項(xiàng)系數(shù)來考慮這一影響。 </p><p><b>　?。?） </b></p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　ro—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)； </p><p>　　R—材料承載力設(shè)計(jì)

7、值； </p><p>　　Rk—材料承載力標(biāo)準(zhǔn)值； </p><p>　　rR—材料分項(xiàng)系數(shù)； </p><p>　　《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》基于以上各系數(shù)來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的具有一定可靠度的目的，且各系數(shù)的取值均由概率極限方法確定。 </p><p>　　《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中的結(jié)構(gòu)作用荷載分為主力與附加力，荷載組合通常采用一個(gè)主力與

8、一個(gè)方向的附加力進(jìn)行組合。我國鐵路橋涵設(shè)計(jì)采用容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)。在主力、附加力的取值方面基本同《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，都取用各荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。但在荷載組合過程中，并未引入荷載組合系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)等概念，這是由于容許應(yīng)力法的原則為，其結(jié)構(gòu)的可靠度主要在于的取值上，容許應(yīng)力值是由規(guī)定的材料彈性極限除以大于1的單一安全系數(shù)而得。由于容許應(yīng)力法以材料的彈性極限為限制，所以此方法對(duì)材料強(qiáng)度的利用程度較低。 </p><p&g

9、t;　　由于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中依據(jù)概率極限理論為基礎(chǔ)，考慮了荷載自身的特性、變異性、結(jié)構(gòu)自身的重要性與材料的變異性，較僅采用單一安全系數(shù)的《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》更為科學(xué)。 </p><p>　　2 樁豎向承載力的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》要求樁基的承載力計(jì)算應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)： </p><p>　　荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下 </p

10、><p><b>　　軸心豎向力作用下 </b></p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　偏心豎向力作用下，除滿足上式外，尚應(yīng)滿足下面公式 </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)標(biāo)

11、準(zhǔn)組合： </p><p><b>　　軸心豎向力作用下 </b></p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　偏心豎向力作用下，除滿足上式外，尚應(yīng)滿足下面公式 </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　N

12、k—標(biāo)準(zhǔn)組合下樁的平均豎向力； </p><p>　　Nkmax—標(biāo)準(zhǔn)組合下樁頂最大豎向力； </p><p>　　NEk —有地震作用的標(biāo)準(zhǔn)組合下樁的平均豎向力； </p><p>　　NEkmax —有地震作用的標(biāo)準(zhǔn)組合下樁頂最大豎向力； </p><p>　　R—樁豎向承載力特征值； </p><p>　　《建筑

13、樁基技術(shù)規(guī)范》較為詳細(xì)的給出了樁在軸心受荷、偏心受荷情況下的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)考慮了地震作用下瞬時(shí)作用對(duì)樁基承載力的放大作用。 </p><p>　　《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求在任何形式的荷載作用下，樁所承擔(dān)的最大荷載不應(yīng)大于樁身的容許承載力與按巖土阻力確定的容許承載力二者的較小值。由于《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》沒有對(duì)偏心荷載作用與地震作用下的承載力進(jìn)行放大，所以此計(jì)算方法對(duì)材料強(qiáng)度的利用程度相對(duì)于《建筑

14、樁基技術(shù)規(guī)范》較低。 </p><p>　　3 樁基承載力計(jì)算過程 </p><p>　　《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的樁基承載力特征值根據(jù)下試進(jìn)行計(jì)算： </p><p><b>　　（8） </b></p><p>　　Quk —單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值； </p><p>　　K—安全系數(shù)，取K=2

15、； </p><p>　　樁的豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值通過下式進(jìn)行計(jì)算： </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　qsik —第i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值； </p><p>　　qpk —樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值； </p><p>　　、 —樁側(cè)阻力、端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)； <

16、;/p><p><b>　　u —樁身周長； </b></p><p>　　《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的樁基容許承載力（鉆孔灌注樁）： </p><p><b>　?。?0） </b></p><p>　　[P]—樁容許承載力； </p><p><b>　　U —

17、樁身周長； </b></p><p>　　fi —第i層土極限側(cè)阻力； </p><p>　　—樁底地基土容許承載力； </p><p>　　M0 —樁底支撐力折減系數(shù)。 </p><p>　　通過式（9）與式（10）可知，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》與《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中樁的承載力都由樁側(cè)摩阻力與樁端阻力兩部分組成，并且每部

18、分的公式組成也類似，同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩規(guī)范中都采用了1/2的折減系數(shù)，不同的是《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》體現(xiàn)在樁側(cè)摩阻力與樁端阻力上，而《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中只體現(xiàn)在樁側(cè)摩阻力上。 </p><p>　　下面通過5類土壤，每類土壤2個(gè)狀態(tài)，分別采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》與《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)同一樁的端側(cè)摩阻力、樁端阻力與樁基承載力進(jìn)行分析對(duì)比。樁徑統(tǒng)一取800mm，樁長統(tǒng)一取15m，假設(shè)在樁長范圍內(nèi)僅有一種

19、性質(zhì)的土層。各土壤的力學(xué)性能根據(jù)各規(guī)范推薦值進(jìn)行取值，見表1與表2。 </p><p><b>　　表1 </b></p><p><b>　　300 1400 </b></p><p><b>　　表2 </b></p><p>　　圖1樁側(cè)摩阻力比較 </p>

20、<p>　　圖2 樁端阻力比較 </p><p>　　圖3 樁承載力比較 </p><p>　　圖4樁摩阻力所占承載力的比重 </p><p>　　圖5 樁端阻力所占承載力的比重 </p><p>　　由于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》對(duì)樁側(cè)摩阻力與端阻力進(jìn)行1/2系數(shù)折減，而《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用容許應(yīng)力法進(jìn)行樁端阻力的計(jì)算，

21、本身具有一定的安全性，所以其僅對(duì)樁側(cè)摩阻力進(jìn)行1/2系數(shù)折減。為使兩規(guī)范具有對(duì)比性，在圖1中，把1/2Qsk與Qs（符號(hào)含義參見公式（9）（10））進(jìn)行對(duì)比，在圖2中把1/2Qpk與Qp進(jìn)行對(duì)比分析。 </p><p>　　由圖1看出，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算出的樁側(cè)摩阻力略高于《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的計(jì)算結(jié)果，但差異并不明顯。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中，干作業(yè)施工條件與泥漿護(hù)臂作業(yè)下的樁側(cè)摩阻力也

22、基本相近，僅在中砂土地質(zhì)條件下出現(xiàn)較為明顯的差異。 </p><p>　　由圖2看出，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算出的樁端阻力明顯高于《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的計(jì)算結(jié)果，這主要是由于《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所給出的樁端阻值明顯小于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》所給出的樁端阻標(biāo)準(zhǔn)值（見表1與表2）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中，采用干作業(yè)施工方法較泥漿護(hù)臂作業(yè)方法會(huì)大幅度提高樁端阻力值。 </p>&

23、lt;p>　　由圖3發(fā)現(xiàn)，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算出的樁基承載力較《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算下，干作業(yè)施工情況下的樁基承載力比泥漿護(hù)臂施工情況下的高，差異較為明顯，這主要是由于干作業(yè)施工可大幅度提高樁端阻力值。 </p><p>　　通過圖4與圖5的比較發(fā)現(xiàn)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》與《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算出的樁側(cè)摩阻力都占樁承載力的50％以上，說明在以上的假

24、設(shè)條件下樁側(cè)摩阻力為樁承載力的主要部分。相對(duì)于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算下的樁側(cè)摩阻力所占樁承載力的比重更大，這是由于《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的各土壤的樁端阻值較小，導(dǎo)致了其樁端阻力相對(duì)于摩阻力明顯偏小。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算下，干作業(yè)施工條件下的樁端阻力所占比重大于泥漿護(hù)臂作業(yè)下的比重，這是由于干作業(yè)施工會(huì)明顯提高樁端阻力值，而對(duì)樁側(cè)摩阻力的提高幅度不明顯。 </p>

25、<p>　　通過以上分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》與《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所計(jì)算出的樁基承載力差異的本質(zhì)原因在于兩規(guī)范中給出的各土壤的樁端阻值差異較大，《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的樁端阻值明顯小于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》給出的樁端標(biāo)準(zhǔn)值?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》中給出的樁承載力極限值、極限側(cè)摩阻標(biāo)準(zhǔn)值與極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值主要是以大量的靜載試驗(yàn)為基礎(chǔ)，其中靜載試驗(yàn)是以達(dá)到樁的極限狀態(tài)為目的，從而測(cè)得其在極限狀態(tài)下的承載

26、力、側(cè)摩阻力與端阻力。所以《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中所給出各土壤的側(cè)摩阻標(biāo)準(zhǔn)與端阻力標(biāo)注值都相對(duì)較大。而《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的樁端阻力仍是沿用（土壤的基本承載力），這一概念與《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]中所給出的地基承載力特征值相類似，在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中地基的承載力特征值大多用于非樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中。對(duì)于同一土層，《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的基本承載力與《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的承載力特征值都小于《建筑樁基技術(shù)規(guī)

27、范》給出的端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，例如某一實(shí)際工程地質(zhì)報(bào)告中的中砂數(shù)據(jù)，其基本承載力值為400kPa，承載力特征值為220kPa，樁的端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為11</p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></p><p>　　通過荷載取值原理、樁豎向承載力的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)以及樁基承載力計(jì)算過程三方面對(duì)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》與《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行對(duì)比分析得出以下結(jié)論： <

28、/p><p>　　由于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，較《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》所采用的容許應(yīng)力法更為科學(xué)。 </p><p>　　《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》相對(duì)于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》給出的樁基承載力評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)較為保守，且未考慮地震瞬時(shí)作用對(duì)承載力的提高作用。 </p><p>　　《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計(jì)算出的樁承載力明顯高于《鐵路橋涵地基

29、和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的計(jì)算值，其主要原因在于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》給出的各類土壤的端阻力標(biāo)準(zhǔn)值相對(duì)較大。 </p><p>　　《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中干作業(yè)施工情況下的樁端阻力明顯大于泥漿護(hù)臂施工情況下的計(jì)算結(jié)果，但兩種作業(yè)方法下的樁側(cè)摩阻力的差異較小。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　JGJ94-2008,