案例分析

1、天然地基上的淺基礎(chǔ)需要掌握的重點,承載力 確定方法 (原位試驗 理論公式 規(guī)范法) 持力層，軟弱下臥層的承載力計算 寬度深度修正 寬度、深度對承載力的影響確定基礎(chǔ)埋深的原則 掌握基礎(chǔ)尺寸確定的原則掌握地基變形計算、了解基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計算,淺基礎(chǔ)小結(jié),第九章 樁基礎(chǔ),本章主要內(nèi)容,概述-樁的功能

2、及類型樁的承載機理 單樁承載力的確定樁基礎(chǔ)設(shè)計樁基礎(chǔ)的施工,,,,,,,,軟 土 層,樁：指垂直或者稍傾斜布置于地基中，其斷面相對其長度較小的桿狀構(gòu)件。樁的功能：通過桿件的側(cè)壁摩阻力和端阻力將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深處的地基上。,樁的功能及類型,若干根樁與承臺共同構(gòu)成樁基礎(chǔ)。上部荷載通過承臺傳遞到各樁頂，再由樁傳到較深的地層中去。,,沉井caisson,深基礎(chǔ),第一節(jié) 概 述,樁的應用1 歷史－十九世紀以前，木樁

3、隋唐建塔,西安灞橋,北京御河橋2 十九世紀初，材料和動力進步 鑄鐵管樁3 十九世紀末，現(xiàn)場鉆孔樁,樁的功能,新加坡發(fā)展銀行,四墩, 每墩直徑7.3m將荷載傳遞到下部好土層,承載力高,樁的功能,新加坡發(fā)展銀行,四墩7.3m,現(xiàn)場灌注護坡樁造價低,樁的功能,樁的功能,2 特點,優(yōu)點將荷載傳遞到下部 好土層,承載力高沉降量小抗震性能好，可穿過液化層承受抗拔(抗滑樁)及水平力(如風載荷)與其他深基礎(chǔ)比較,施

4、工造價低,樁的功能及類型,缺點比淺基礎(chǔ)造價高施工環(huán)境影響大 預制樁施工噪音大 鉆孔灌注樁的泥漿,樁的功能及類型,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,樁的功能及類型,日本阪神地震中發(fā)生的樁基礎(chǔ)的破壞導致墩傾倒,,,樁的功能及類型,二 樁的分類 不同的分類標準,(一) 按承臺 (二)樁身材料(三)樁身形狀(四)承載機

5、理(五)按尺寸(六)施工方法,樁的功能及類型,二 樁的分類,(一) 按承臺 承臺:將幾個樁結(jié)合起來傳遞荷載高承臺樁 承臺在地面以上,橋樁,碼頭,棧橋2 低承臺樁 承臺在地面以下, 承臺本身承擔部分荷載,樁的功能及類型,低承臺 樁,,,,,,,,,樁的功能及類型,高承臺樁,(二) 按材料 木樁、混凝土、鋼筋混凝土、鋼管(型鋼)樁、復合樁 鋼筋混凝土：普通混凝土、預應力混凝土(離心預制)、

6、高強混凝土,樁的功能及類型,(三) 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,樁的功能及類型,樁身,,,,,,,樁的功能及類型,樁端,樁的功能及類型,,橫斷面,,,樁的功能及類型,(四) 按尺寸,按斷面(直徑）的大?。?大直徑：d>800mm; 小直徑：d 60m（?>3) 長樁

7、 l < 10m 短樁 ? 水平變形系數(shù),?l ? 2.5 為剛性短樁2.5 < ?l ?2.5 為彈性中長樁?l ? 4.0 為彈性長樁,樁的功能及類型,(五) 按荷載傳遞方式,豎向抗壓樁： 端承樁(嵌巖樁)、摩擦樁、端承摩擦樁、摩擦端承樁Q = Qp+Qs Qp端承力, Qs側(cè)摩阻力端承樁 主要由樁端承受極限荷載,樁不長,樁端

8、土堅硬摩擦樁 主要由樁側(cè)壁與土的摩擦力承受極限荷載,樁長,深,樁的功能及類型,端承樁,摩擦樁,樁的功能及類型,(五) 按荷載傳遞方式,豎向抗壓樁： 端承樁(嵌巖樁)、摩擦樁、端承摩擦樁、摩擦端承樁豎向抗拔樁：水工建筑物、輸電塔水平受荷樁：支護樁、抗滑樁復合受荷樁：豎向與水平荷載均較大的樁，高聳建筑物,樁的功能及類型,(六) 按施工方法,1 預制樁 Prefabricated pile預制、存放、吊運、沉入(接、截

9、樁) 擠土樁現(xiàn)場灌注樁 Cast in place成孔、吊放鋼筋籠、灌注成樁 非擠土樁　擠土樁,樁的功能及類型,1 預制樁2 現(xiàn)場灌注樁,錘擊打入振動沉樁靜壓樁,引孔,部分擠土, 大面積地面隆起不引孔,擠土樁,,,成孔方法,人工挖孔螺旋鉆正反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進沖擊夯擴,爆破沉管灌注,,澆注法,省,易泥皮,虛土,斷樁,水上水下其他,,離心,預應力,工廠,現(xiàn)場,樁的功能及類型,

10、樁基礎(chǔ)按施工方法的分類,振動沉樁預制樁1－13m,,樁的功能及類型,接樁,樁的功能及類型,離心預應力預制鋼筋混凝土,樁的類型,人工挖孔樁,樁的功能及類型,廣州市亞洲大酒店人工挖孔樁,樁的功能及類型,螺旋鉆,沉管螺旋鉆孔灌注樁,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,粘性土,砂性土,樁的功能及類型,,2.2 擴底樁,人工挖孔擴孔樁（芝加哥法）,,,,,,,,,,,,,,,,,樁的功能及類型,UK英國,,,

11、,,,,,,,,,,,,,,1.0-3.0 m,,,,,0.6-0.9 m,樁的功能及類型,爆破擴底樁,,,,,,,,,樁的功能及類型,內(nèi)夯式擴底樁200kN鋼錘,,,,,,,,,,,,,碎石,混凝土,,鋼筋籠,樁的功能及類型,鉆擴樁,擠擴樁（支盤樁）,樁的功能及類型,樁的功能及類型,樁的質(zhì)量檢驗,開挖檢查：對暴露的樁身進行觀察。取芯法：鉆孔取樣，觀察、試驗聲波透射法：預埋發(fā)射器和接收器，分析聲波的傳遞時間。動測法：分大應變和小應

12、變。 打樁分析儀、樁身結(jié)構(gòu)完整性分析儀。,(一)按承臺 (二)材料(三)形狀(四)承載機理(五)按尺寸：小 普通 大(六)施工方法：預制 灌注,樁的功能及類型,樁的分類總結(jié),摩擦樁端承樁,豎向受壓樁豎向抗拔樁水平承載樁,,,樁的承載機理,第二節(jié) 豎向受壓樁的承載力,樁的承載機理單樁承載力確定方法,樁基礎(chǔ)的作用是將荷載傳遞到下部土層，通過樁與樁周土的相互作用進行的.,樁的承載機理,,,,,,,,,,,,Qp

13、,,Q,,,Qs,一 樁的承載機理,1 豎向承載力的組成,對于摩擦為主的樁摩阻力所需位移很小端阻力需要較大位移;不同階段二者分擔比不同,,Qs 樁側(cè)摩阻力Qp 樁端阻力,樁的承載機理,樁的豎向承載力發(fā)揮的特點,隨著荷載增加，樁身上部側(cè)阻力先于下部側(cè)阻力的發(fā)揮一般摩擦樁，側(cè)阻力先于端阻力發(fā)揮，側(cè)阻發(fā)揮的比例明顯高于端阻對于長樁，即使樁端土很好，工作荷載下端阻力也很難發(fā)揮。,樁的承載機理,樁側(cè)摩阻力單位側(cè)摩阻力qs的分

14、布,,,,S0,Sp,樁的側(cè)摩阻力影響因素,,K土的側(cè)壓力系數(shù)，隨著深度增加,砂土中存在臨界深度,樁的側(cè)摩阻力,樁的側(cè)摩阻力影響因素,超靜孔隙水壓力消散,土的觸變性,,,,,預制單樁靜載試驗前，砂土中7天，粘性土的15天，飽和軟粘土25天,飽和軟粘土,樁的側(cè)摩阻力,樁的承載機理,樁的承載機理,樁的側(cè)摩阻力影響因素,,超靜孔隙水壓力消散,土的觸變性,qs 隨著深度增加,砂土中存在臨界深度,樁的側(cè)摩阻力,樁的端承力(1)常作為基礎(chǔ)承載力

15、問題(太沙基解),,(1)很難達到整體破壞(2)端承力與深度有關(guān)(3)存在臨界深度,,樁的承載機理,二、單樁破壞模式,樁身材料破壞樁端土整體剪切破壞 刺入剪切破壞樁側(cè)純剪切破壞,單樁破壞模式,(a)樁身材料破壞 (b)樁端土整體剪切破壞(c)刺入剪切破壞 (d)樁側(cè)純剪切破壞,三、單樁豎向極限承載力的確定,在荷載作用下，樁在地基土中不喪失穩(wěn)定性。樁頂不產(chǎn)生過大位移3 樁身不發(fā)生材料破

16、壞,,混凝土R= ?cfc Ap鋼筋混凝土R=?c fc Ap +fyAs,鋼筋抗壓強度設(shè)計值,單樁承載力確定,三、 確定單樁豎向承載力的方法,靜載荷試驗2 其他原位測試方法經(jīng)驗參數(shù)法樁身強度驗算,單樁承載力確定,1、樁基現(xiàn)場測試的傳統(tǒng)方法,(1)靜載試驗法 獲得單樁承載力最可靠的方法,錨樁反力梁,單樁承載力確定,單樁承載力確定,錨樁反力梁法,單樁承載力確定,單樁承載力確定,單樁承載力確定,錨樁 桁架法,2400噸,樁頂

17、試驗中,單樁承載力確定,靜載荷試驗確定單樁豎向承載力特征值Ｒa,在同一條件下的試樁數(shù)量不宜小于樁總數(shù)的１％，且一般不少于３根。加荷采用慢速維持荷載法：加載分級不小于８級，最大加載值為設(shè)計值的２倍或預估。沉降觀測：每級加載后間隔10,10,10,15,15,30,30min…測讀沉降量，直至沉降達相對穩(wěn)定。相對穩(wěn)定標準：在每級荷載作用下，樁的沉降量連續(xù)兩次在每小時內(nèi)小于0.1mm.,靜載荷試驗確定單樁豎向極限承載力Qu,試驗終止條件

18、：出現(xiàn)下列情況之一可終止試驗(1)當Ｑ-S曲線出現(xiàn)陡降段且總沉降量超過40mm；(2)本級荷載下沉降量為前一級荷載下沉降量的2倍，且經(jīng)24小時尚未達到穩(wěn)定；(3)Q-S曲線呈緩變形時，總沉降量達60-80mm；(4)達到設(shè)計要求的最大加載值。,,,,,Q (kN),次梁,錨筋,錨樁,,,,,,,,,,,,,,,主梁,,千斤頂,百分表,,,,,,,,,,樁的荷載試驗成果－荷載沉降曲線,,單樁承載力確定,,,,,Q (kN),單樁承

19、載力確定,1、單樁豎向極限承載力Qu的確定,a.陡降段明顯時，取相應陡降段起點的荷載值；b.當出現(xiàn)終止加荷條件的第二款情況時，取前一級荷載值；c.Q-S呈緩變時，取總沉降量s=40mm所對應的荷載值,2、單樁豎向承載力特征值Ra,,三、 確定單樁豎直向承載力的方法,（2） 其他現(xiàn)場試驗方法 Osterberg法 靜力觸探 動測樁法

20、 樁端深層平板載荷試驗 離心模型試驗,單樁承載力確定,Osterberg法,單樁承載力確定,安裝,單樁承載力確定,多動式,單樁承載力確定,動測樁法,,,,,,,,,,氣缸,,堆載,樁,,消音器,,力傳感器,,Statnamic大應變動測樁承載力方法－加拿大和荷蘭,單樁承載力確定,深層平板載荷試驗－確定樁端承載力,承載力特征值：1 比例界限2 極限荷載之半3 s/d＝0.01~0.05對應荷載,

21、,,,> 0.8 m,剛性板直徑800mm,,單樁承載力確定,左:土工離心機右上:離心機中的入樁設(shè)備右下:模型樁,單樁承載力確定,三、 確定單樁豎向承載力的方法,靜載荷試驗2 其他原位測試方法經(jīng)驗參數(shù)法樁身強度驗算,單樁承載力確定,2 靜力觸探Static Cone Penetration 地基基礎(chǔ)設(shè)計為丙級的建筑物通過單橋探頭得到比貫入阻力ps單樁豎向極限承載力標準值為,傳感器,qsik 用靜力觸探比

22、貫入阻力ps估算的第i層土的極限側(cè)阻力標準值Psk 樁端附近比貫入阻力平均值,Ap 樁底橫截面面積up 樁身周長li 第i層土的厚度,單樁承載力確定,3 經(jīng)驗參數(shù)法,根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（94）,單樁承載力確定,大直徑灌注樁豎向極限承載力標準值可按下式計算：(d>800mm)Quk= Qsk+ Qpk= uΣψsiqsikli+ψpqpkAp,ψsi，ψp—大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應系數(shù),三、 確定單樁豎向

23、承載力的方法,靜載荷試驗:直接確定Qu-Ra2 其他原位測試方法Quk= Qsk+ Qpk經(jīng)驗參數(shù)法Quk= Qsk+ Qpk樁身強度驗算,單樁承載力確定,4、樁身強度驗算,軸心受壓條件下樁身承載力的計算,R≤ψc,,對不同的施工工藝有： 混凝土預制樁 ψc=1.0； 干作業(yè)非擠土灌注樁 ψc=0.9； 泥漿護壁和套管護壁的非擠土灌注樁、部分擠土灌注

24、樁、擠土灌注樁 ψc =0.8。,三、 確定單樁豎向承載力的方法,《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—94)對單樁豎向極限承載力的確定有下列規(guī)定：(1)一級建筑樁基應采用現(xiàn)場靜載荷試驗,并結(jié)合靜力觸探、標準貫入等原位測試方法綜合確定；(2)二級建筑樁基應根據(jù)靜力觸探、標準貫入、經(jīng)驗參數(shù)等估算，并參照地質(zhì)條件相同的試樁資料綜合確定。當缺乏可參照的試樁資料或地質(zhì)條件復雜時，應由現(xiàn)場靜載荷試驗確定；(3)對三級建筑樁基，如無原位測

25、試資料時，可利用承載力經(jīng)驗參數(shù)估算。,群樁效應及基樁、復合基樁概念,1．群樁效應 群樁基礎(chǔ)，由于承臺、樁與地基土相互作用，使樁側(cè)阻力、樁端阻力、沉降等性狀發(fā)生變化而明顯不同于單樁，群樁承載力、群樁沉降不等于單樁所對應的簡單疊加，稱其為群樁效應。2．基樁 群樁基礎(chǔ)中的單樁稱作基樁。3．復合基樁 低承臺群樁基礎(chǔ)中包含承臺底土阻力的基樁稱作復合基樁。4．復合樁基 考慮由承臺底地基土與樁共同承受荷載的樁基稱作

26、復合樁基。,四、基樁或復合基樁豎向承載力設(shè)計值R,(1)樁數(shù)不超過3根的樁基，基樁的豎向承載力設(shè)計值為： 當根據(jù)靜載荷試驗確定單樁極限承載力時，基樁的豎向承載力設(shè)計值為：,四、基樁或復合基樁豎向承載力設(shè)計值R,(2)對于樁數(shù)超過3根的非端承樁樁基，宜考慮樁群、土承臺的相互作用效應，其復合基樁的豎向承載力設(shè)計值為：,,,五、樁身承載力(樁身強度)驗算,樁身承載力驗算是樁基設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，特別是端承型樁及長細比大的樁，必須 進行

27、樁身承載力驗算。Ø—穩(wěn)定系數(shù)，考慮土的側(cè)向壓力作用取Ø =l，但對于樁周為可液化土或地基極 限承載力標準化值小于50kPa的地基土(或不排水抗剪強度小于10kPa)時，應考慮壓曲影響；Ψ c —工作條件系數(shù)，混凝土預制樁取0.75；灌注樁取0.6～0.7(水下灌注樁或長樁時用低值)；,樁的設(shè)計原則,極限狀態(tài)設(shè)計法，以分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)設(shè)計表達式進行計算。樁基需進行下列計算和驗算。 1．樁基承載力極

28、限狀態(tài)的計算 樁基豎向承載力和水平承載力計算、樁身及承臺承載力計算、樁端平面以下存在軟弱下臥層時應驗算軟弱下臥層的承載力、坡地、岸邊的樁基應驗算整體穩(wěn)定性、抗震設(shè)防區(qū)應驗算抗震承載力。 2．樁基正常使用極限狀態(tài)的驗算 (1)變形驗算 采用荷載的長期效應組合。 (2)樁身和承臺抗裂與裂縫寬度驗算 應采用作用效應的短期效應組合或短期效應組合考慮長期荷載的影響。,1 負摩擦的產(chǎn)生(1)樁周附近地

29、面大面積堆載(2)大面積降低地下水位(3)欠固結(jié)土,新填土(4)濕陷性黃土遇水濕陷(5)砂土液化、凍土融陷,,,,,,,,,,正摩阻,負摩阻,樁的負摩阻力,,,,,,,樁相對土向下,土相對樁向下,2 負摩擦力的確定,成為荷載下部為巖石的端承樁,可能全樁為負阻力。,抗拔樁承載力,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ln,Negative,,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,,,l,抗拔樁承載力,樁

30、的承載力小結(jié),單樁豎向承載力依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，應按下列原則確定：一級建筑樁基應采用現(xiàn)場靜載荷試驗并結(jié)合靜力觸探、標準貫入等原位測試方法綜合確定；二級建筑樁基應根據(jù)靜力觸探、標準貫入 、經(jīng)驗參數(shù)等估算并參照地質(zhì)條件相同的試樁資料綜合確定，當缺乏可參照的試樁資料或地質(zhì)條件復雜時，應由現(xiàn)場靜載荷試驗確定；對三級建筑樁基如無原位測試資料時，可利用承載力經(jīng)驗參數(shù)估算。,水平承載樁,第四節(jié) 樁基礎(chǔ)設(shè)計,一 群樁與群樁效應二 群樁設(shè)計

31、,問題單樁承載力加起來等于群樁承載力？,實際工程中樁基礎(chǔ)是由多根樁組成，上部由承臺連接。由三根和三根以上的樁組成的樁基礎(chǔ)稱為群樁基礎(chǔ),一 群樁與群樁效應Pile group and group efficiency,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,巖石,土,,,,壓力擴散深度,,,一 群樁與群樁效應,1 預制樁沉樁 砂土,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,

32、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2 應力疊加 樁底應力增加,使承載力不足;總的沉降增加3 樁之間互相調(diào)節(jié) 個別樁承載力低總體上可互補;個別樁受荷,其他樁幫助傳遞荷載4 承臺可部分承受荷載,應力疊加 樁底應力增加,側(cè)阻發(fā)揮程度降低，端阻發(fā)揮程度提高;總的沉降增加,關(guān)于承臺承載力問題,承臺可以承擔荷載，最高達30％剛性承臺下各樁承擔的荷載不同在動力荷載下(鐵路橋梁);負摩擦力(地面下沉);端承

33、樁情況下不考慮承臺承載力,群樁效應與很多因素相關(guān)?？梢杂萌簶缎禂?shù)估計,對于砂土、長樁和大間距條件下 ? ? 1.0, 工程設(shè)計中常取? ＝ 1.0,? =,,群樁承載力,群樁中各單樁承載力之和,二 樁基礎(chǔ)設(shè)計,1. 樁基礎(chǔ)設(shè)計步驟2.群樁中的單樁承載力3.承臺設(shè)計,樁基礎(chǔ)的設(shè)計步驟,荷載、持力層、相鄰建筑,根據(jù)施工條件決定樁型根據(jù)持力層深度確定樁長根據(jù)荷載大小決定樁截面樁端進入持力層深度：1～3d，進入較好巖體0.5

34、m。樁端下持力層厚度> 4d。,根據(jù)第二節(jié)的方法確定單樁承載力特征值1單樁的靜載荷試驗2 其他現(xiàn)場試驗3原位測試4 經(jīng)驗方法,初估樁數(shù)nFk 豎向荷載效應的標準組合Gk 設(shè)計地面下承臺底面以上結(jié)構(gòu)和土的自重，容重用19.6kN/m3樁距 摩擦樁一般>3d擴底灌注樁>擴底直徑的1.5倍群樁承載力合力作用點與長期荷載的重心重合,承載力驗算采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合,沉降驗算采用正常