《基礎(chǔ)工程教學(xué)》樁基礎(chǔ)

1、樁基技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢樁基技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢l單樁設(shè)計(jì)承載力越來越大單樁設(shè)計(jì)承載力越來越大l向小樁發(fā)展向小樁發(fā)展l復(fù)合地基理論、疏樁理論、樁基與上部結(jié)復(fù)合地基理論、疏樁理論、樁基與上部結(jié)構(gòu)共同作用理論等構(gòu)共同作用理論等l新品種、新工藝不斷發(fā)展新品種、新工藝不斷發(fā)展113:33:32編輯編輯ppt樁的豎向承載力樁的豎向承載力l單樁軸向荷載傳遞機(jī)理單樁軸向荷載傳遞機(jī)理l孤立的一根樁稱為單樁孤立的一根樁稱為單樁l群樁中性能不受鄰影響的一根樁可視為單樁。群樁中性能不受鄰影響的一根樁可視為單樁。l單樁工作性能的研究是單樁承載力分析理單樁工作性能的研究是單樁承載力分析理論的基礎(chǔ)。論的基礎(chǔ)。213:33:3

2、2編輯編輯pptl樁頂沉降樁端沉降樁身壓縮量樁頂沉降樁端沉降樁身壓縮量l樁頂軸力樁頂軸力QQ樁側(cè)總阻力樁側(cè)總阻力QQs s+ + 樁端總阻力樁端總阻力QQp p l樁側(cè)摩阻力與樁側(cè)表面的法向壓力及樁土樁側(cè)摩阻力與樁側(cè)表面的法向壓力及樁土界面相對位移成正比。界面相對位移成正比。l側(cè)阻的深度效應(yīng)側(cè)阻的深度效應(yīng)單樁軸向荷載的傳遞機(jī)理單樁軸向荷載的傳遞機(jī)理313:33:32編輯編輯ppt樁側(cè)樁側(cè)( (端端) )阻力與樁體位移的關(guān)系（阻力與樁體位移的關(guān)系（1 1）413:33:32直徑直徑0.8m,樁長樁長20m極限荷載：極限荷載：7MN工作荷載：工作荷載：6mm100mm編輯編輯pptl樁側(cè)阻力的發(fā)揮

3、所需的樁身位移遠(yuǎn)樁側(cè)阻力的發(fā)揮所需的樁身位移遠(yuǎn)小樁端阻力的所需的位移。小樁端阻力的所需的位移。l樁側(cè)阻力發(fā)揮先于樁端阻力。樁側(cè)阻力發(fā)揮先于樁端阻力。l工作狀態(tài)下，摩擦樁的位移遠(yuǎn)小于工作狀態(tài)下，摩擦樁的位移遠(yuǎn)小于端承樁的位移。端承樁的位移。513:33:32編輯編輯ppt樁側(cè)樁側(cè)( (端端) )阻力與樁體位移的關(guān)系（阻力與樁體位移的關(guān)系（2 2）l極限樁側(cè)阻力對應(yīng)的極限樁側(cè)阻力對應(yīng)的 u u數(shù)數(shù)值：值：l粘性土粘性土46mm;46mm;砂類土砂類土610mm610mml極限樁端阻力對應(yīng)的極限樁端阻力對應(yīng)的 u u數(shù)數(shù)值：值：l粘性土粘性土d d/10/10d d/4/4（d d為樁為樁徑）；砂類

4、土徑）；砂類土d d/12/12d d/10/106樁側(cè)摩阻力樁 截 面 位 移圖 4 9 曲 線ABDC013:33:32編輯編輯ppt樁的長徑比樁的長徑比l l/ /d d(1)(1)影響荷載傳遞的另一個主要因素影響荷載傳遞的另一個主要因素l 短樁短樁l 10100100l 長徑比很大的樁都屬于摩擦樁。長徑比很大的樁都屬于摩擦樁。713:33:32編輯編輯ppt樁的長徑比樁的長徑比l l/ /d d(2) (2) 813:33:33編輯編輯ppt影響荷載傳遞的因素影響荷載傳遞的因素lE Eb b/ E/ Es s l愈大，傳到樁端荷載愈大愈大，傳到樁端荷載愈大l E Ep p/ E/ Es

5、 s l愈大，傳到樁端荷載愈大愈大，傳到樁端荷載愈大lD/d D/d l愈大，傳到樁端荷載愈大愈大，傳到樁端荷載愈大ll/d l/d l愈大，傳到樁端荷載愈小愈大，傳到樁端荷載愈小913:33:33Es:樁周土層的剛度樁周土層的剛度Eb:樁端土層的剛度樁端土層的剛度Ep:樁身材料的剛度樁身材料的剛度D:樁端的直徑樁端的直徑d:樁身的直徑樁身的直徑l:樁長樁長編輯編輯ppt單樁受力單樁受力的控制方程的控制方程10d1dzzpNuz ddzzppNA Ez 22ddppzzpA Euz Rf13:33:33編輯編輯ppt11 極限摩阻力可用類似極限摩阻力可用類似于土的抗剪強(qiáng)度的庫倫表于土的抗剪強(qiáng)度

6、的庫倫表達(dá)式：達(dá)式：vsx Kaxautg cq 式中式中ca和和 a為樁側(cè)表面與土之間的為樁側(cè)表面與土之間的附附著力著力和和摩擦角摩擦角， x為深度為深度z處作用于樁側(cè)處作用于樁側(cè)表面的法向壓力，它與樁側(cè)土的豎向有效表面的法向壓力，它與樁側(cè)土的豎向有效應(yīng)力應(yīng)力 成正比例，即：成正比例，即：樁樁側(cè)摩阻側(cè)摩阻力力 樁截面位移樁截面位移樁側(cè)摩阻樁側(cè)摩阻力力OCDABv 13:33:33編輯編輯ppt樁側(cè)摩阻力樁側(cè)摩阻力l計(jì)算深度計(jì)算深度z z處的單位側(cè)阻時，如取處的單位側(cè)阻時，如取l則側(cè)阻將隨深度線性增大。則側(cè)阻將隨深度線性增大。l然而砂土中的模型樁試驗(yàn)表明，當(dāng)樁入土深度然而砂土中的模型樁試驗(yàn)表明

7、，當(dāng)樁入土深度達(dá)到某一臨界值后，側(cè)阻就不隨深度增加了，達(dá)到某一臨界值后，側(cè)阻就不隨深度增加了，這個現(xiàn)象稱為這個現(xiàn)象稱為側(cè)阻的深度效應(yīng)側(cè)阻的深度效應(yīng)。l綜上所述，樁側(cè)極限摩阻力與所在的綜上所述，樁側(cè)極限摩阻力與所在的深度深度、土土的類別和性質(zhì)的類別和性質(zhì)、成樁方法成樁方法等許多因素有關(guān)。等許多因素有關(guān)。12z v13:33:33編輯編輯ppt樁端阻力樁端阻力l按土體極限平衡理論導(dǎo)得的、用于計(jì)算樁端阻按土體極限平衡理論導(dǎo)得的、用于計(jì)算樁端阻力的極限平衡理論公式有很多。可統(tǒng)一表達(dá)為力的極限平衡理論公式有很多。可統(tǒng)一表達(dá)為l 端阻的深度效應(yīng)l 當(dāng)樁端入土深度小于某一臨界值時，極限端阻隨深度線性增加。而

8、大于該深度后則保持不變。該深度隨持力層密度的提高、上覆荷載的減小而增大。13*pu1ccrqqqcNbNhN *puccqqqcNhN 13:33:33編輯編輯ppt樁側(cè)阻和端阻的安全儲備樁側(cè)阻和端阻的安全儲備l 通常情況下，單樁受荷過程中樁端阻力的發(fā)揮不僅滯后于樁側(cè)阻力，而且其通常情況下，單樁受荷過程中樁端阻力的發(fā)揮不僅滯后于樁側(cè)阻力，而且其充分發(fā)揮所需的樁底位移位比樁側(cè)摩阻力到達(dá)極限所需的被身截面位移值大充分發(fā)揮所需的樁底位移位比樁側(cè)摩阻力到達(dá)極限所需的被身截面位移值大得多。得多。l 對于粗短的支承于堅(jiān)硬基巖的樁，一般清底好、且樁不太長，樁身壓縮量小對于粗短的支承于堅(jiān)硬基巖的樁，一般清底好

9、、且樁不太長，樁身壓縮量小和樁端沉降小，在樁側(cè)阻力尚未充分發(fā)揮時便因樁身材料強(qiáng)度的破壞而失效。和樁端沉降小，在樁側(cè)阻力尚未充分發(fā)揮時便因樁身材料強(qiáng)度的破壞而失效。l 因此對工作狀態(tài)下的單樁，除支承于堅(jiān)硬基巖的粗短的樁外，因此對工作狀態(tài)下的單樁，除支承于堅(jiān)硬基巖的粗短的樁外，l 規(guī)范采用單一的安全系數(shù)是否合理？規(guī)范采用單一的安全系數(shù)是否合理？14usubuQQQuaQRKsubuspQQKK13:33:33編輯編輯ppt15 單樁靜載荷試驗(yàn)所得的荷載單樁靜載荷試驗(yàn)所得的荷載沉降沉降（Qs）關(guān)系曲線可大體分為）關(guān)系曲線可大體分為陡降型陡降型（A）和和緩變型緩變型（B）兩類形態(tài)。）兩類形態(tài)。uABu

10、u/單 樁 荷 載 沉 降 曲 線圖 5 - 3QsOQsQA - 陡 降 型 ； B 緩 變 型陡降型陡降型緩變緩變型型（變形控制）（變形控制）13:33:33編輯編輯ppt單樁承載力的確定單樁承載力的確定l樁身材料強(qiáng)度l地層的支承力l理論計(jì)算，按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定l靜載荷試驗(yàn)l規(guī)范公式1613:33:33編輯編輯ppt按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定l以土力學(xué)原理為基礎(chǔ)。根據(jù)樁側(cè)阻力、樁端以土力學(xué)原理為基礎(chǔ)。根據(jù)樁側(cè)阻力、樁端阻力的破壞機(jī)理，按靜力學(xué)原理，分別對阻力的破壞機(jī)理，按靜力學(xué)原理，分別對樁樁側(cè)阻力側(cè)阻力和和樁端阻力樁端阻力進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。l由于計(jì)算模式、強(qiáng)度參數(shù)

11、實(shí)際的某些差異，由于計(jì)算模式、強(qiáng)度參數(shù)實(shí)際的某些差異，計(jì)算結(jié)果的可靠性受到限制，往往計(jì)算結(jié)果的可靠性受到限制，往往只用于一只用于一般工程或重要工程的初步設(shè)計(jì)階段般工程或重要工程的初步設(shè)計(jì)階段，或與其，或與其他方法綜合比較來確定承載力。他方法綜合比較來確定承載力。1713:33:33編輯編輯ppt按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定l一般的表達(dá)式一般的表達(dá)式180*v*tandbusuusubulupbQQasauccqqaQQQGQuzchAGcKNRQNK 13:33:33編輯編輯ppt靜載荷試驗(yàn)法靜載荷試驗(yàn)法l 靜載荷試驗(yàn)是評價單樁靜載荷試驗(yàn)是評價單樁承載力諸法中可靠性較承載力諸法

12、中可靠性較高的一種方法。高的一種方法。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：l時間長；費(fèi)用高。時間長；費(fèi)用高。19 千斤頂 基 準(zhǔn) 梁 試樁 錨樁試驗(yàn)裝置示意圖 次梁 拉桿 錨樁主筋 錨樁 試樁 次梁 基準(zhǔn)梁 基準(zhǔn)樁 主梁 錨樁主梁 錨樁橫梁反力方式13:33:33編輯編輯ppt錨樁橫梁方式錨樁橫梁方式20 千斤頂 基 準(zhǔn) 梁 試樁 錨樁試驗(yàn)裝置示意圖 次梁 拉桿 錨樁主筋 錨樁 試樁 次梁 基準(zhǔn)梁 基準(zhǔn)樁 主梁 錨樁主梁 13:33:34編輯編輯ppt壓重平臺方式壓重平臺方式21次梁 主梁 支 承 墩 支 承 墩 千斤頂 千斤頂 堆載試驗(yàn)裝置示意圖 13:33:34編輯編輯ppt地錨方式地錨方式22 傘形地錨裝置示

13、意圖 拉桿 立柱 橫梁 千斤頂 地 錨 試樁 13:33:34編輯編輯ppt錨樁斜拉方式錨樁斜拉方式2313:33:35編輯編輯ppt錨樁斜拉方式錨樁斜拉方式2413:33:35編輯編輯ppt試驗(yàn)加荷分級要求及數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)加荷分級要求及數(shù)據(jù)處理l加荷分級不應(yīng)少于加荷分級不應(yīng)少于8 8級，每級加載量宜為預(yù)級，每級加載量宜為預(yù)估極限荷載的估極限荷載的1/81/101/81/10。25025507510012515017520003672108144180s (mm) Q(kN)100第二拐點(diǎn)Qu 第一拐點(diǎn) 0510152025303540455055606570110100100010000lgt

14、 (min)300kN400kN500kN600kN700kN800kNY0 (mm)13:33:35編輯編輯ppt試驗(yàn)中止條件試驗(yàn)中止條件l符合下列條件之一時可終止加載：符合下列條件之一時可終止加載：l當(dāng)荷載沉降當(dāng)荷載沉降( (QQ s s) )曲線上有可判定極限承載曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且樁頂總沉降量超過力的陡降段，且樁頂總沉降量超過40mm;40mm;l ssn+1n+1/ s/ sn n22，且經(jīng)，且經(jīng)24h24h尚未達(dá)到穩(wěn)定；尚未達(dá)到穩(wěn)定；l25m25m以上的非嵌巖樁，以上的非嵌巖樁， QQ s s曲線呈緩變型時，曲線呈緩變型時，樁頂總沉降量大于樁頂總沉降量大于6080m

15、m6080mm；l在特殊情況下，可根據(jù)具體要求加載至樁頂總在特殊情況下，可根據(jù)具體要求加載至樁頂總沉降量大于沉降量大于100mm100mm。26ssuQuQuQ圖 4 10 單 樁 荷 載 沉 降 曲 線 A 陡 降 型 ； B 緩 變 型ABO13:33:35編輯編輯ppt單樁豎向極限承載力單樁豎向極限承載力QQu u的確定的確定l作荷載沉降作荷載沉降( (QQ s s) )曲線和其他輔助分析所曲線和其他輔助分析所需的曲線。需的曲線。l當(dāng)陡降段明顯時，取相應(yīng)于陡降段起點(diǎn)的荷當(dāng)陡降段明顯時，取相應(yīng)于陡降段起點(diǎn)的荷載值。載值。l當(dāng)出現(xiàn)終止加載條件第二款的情況，取前一當(dāng)出現(xiàn)終止加載條件第二款的情況

16、，取前一級荷載值。級荷載值。lQQ s s曲線呈緩變型時，取樁頂總沉降量曲線呈緩變型時，取樁頂總沉降量s=40mms=40mm所對應(yīng)的荷載值，當(dāng)樁長大于所對應(yīng)的荷載值，當(dāng)樁長大于40m40m時，宜考慮樁身的彈性壓縮。時，宜考慮樁身的彈性壓縮。2713:33:35編輯編輯ppt檢檢測測樁樁數(shù)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)l 檢測數(shù)量在同一條件下不應(yīng)少于檢測數(shù)量在同一條件下不應(yīng)少于3 3根，且不宜少于總樁數(shù)的根，且不宜少于總樁數(shù)的1%1%；當(dāng)；當(dāng)工程樁總數(shù)在工程樁總數(shù)在5050根以內(nèi)時，不應(yīng)少于根以內(nèi)時，不應(yīng)少于2 2根根。l 計(jì)算參加統(tǒng)計(jì)的極限承載力的平均值，當(dāng)滿足其極差不超過平均計(jì)算參加統(tǒng)計(jì)的極限承載

17、力的平均值，當(dāng)滿足其極差不超過平均值的值的30%30%時，可取其平均值為單樁豎向極限承載力時，可取其平均值為單樁豎向極限承載力QQu u；當(dāng)極差超；當(dāng)極差超過平均值的過平均值的30%30%時，宜增加試樁數(shù)并分析離差過大的原因，結(jié)合時，宜增加試樁數(shù)并分析離差過大的原因，結(jié)合工程具體情況確定極限承載力工程具體情況確定極限承載力QQu u。l 對樁數(shù)為對樁數(shù)為3 3根及根及3 3根以下的柱下樁臺，則取最小值為單樁豎向極限根以下的柱下樁臺，則取最小值為單樁豎向極限承載力承載力QQu u。l 單樁豎向承載力特征值單樁豎向承載力特征值l R Ra a= =QQu u/2/22813:33:35編輯編輯pp

18、t擠土樁試驗(yàn)的擠土樁試驗(yàn)的休休止時間止時間 土的類別土的類別 休止時間（休止時間（d d）砂土砂土7 7粉土粉土1010粘性土粘性土非飽和非飽和1515飽和飽和25252913:33:35編輯編輯ppt規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式(1)(1)l式中式中 R Ra a單樁豎向承載力特征值；單樁豎向承載力特征值；q qpapa、q qsiasia樁端端阻力、樁側(cè)阻力特征值，由當(dāng)?shù)貥抖硕俗枇?、樁?cè)阻力特征值，由當(dāng)?shù)仂o載荷試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析算得（查表）；靜載荷試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析算得（查表）； A Ap p樁底橫截面面積；樁底橫截面面積；u up p樁身周邊長度；樁身周邊長度；l li i第第i i層巖土的厚度

19、。層巖土的厚度。 30isiapppaalquAqR13:33:36編輯編輯ppt規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式(2)(2)l 當(dāng)樁端嵌入完整或較完整的硬質(zhì)巖中時，單樁豎向承載力特征當(dāng)樁端嵌入完整或較完整的硬質(zhì)巖中時，單樁豎向承載力特征值可按下式估算：值可按下式估算： R Ra a= =q qpapaA Ap p （4-234-23）l 式中式中l(wèi)q qpapa為樁端巖石承載力特征值為樁端巖石承載力特征值, ,可按可按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄附錄HH用巖用巖基載荷試驗(yàn)方法確定，或根據(jù)室內(nèi)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式基載荷試驗(yàn)方法確定，或根據(jù)室內(nèi)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按下式

20、計(jì)算：計(jì)算： q qpapa= =r r f frk rk （4-244-24）式中式中 f frkrk巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，可按巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，可按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄附錄J J確定；確定；r r折減系數(shù)。折減系數(shù)。3113:33:36編輯編輯ppt例題例題l 某承臺下設(shè)置了某承臺下設(shè)置了3 3根直徑為根直徑為480mm480mm的灌注樁，的灌注樁，樁長樁長，樁側(cè)土層自上而下依次為：淤泥，厚，樁側(cè)土層自上而下依次為：淤泥，厚6m6m，q qsiasia=7kPa=7kPa；粉土，厚；粉土，厚，q qsiasia=28kPa=28kPa；粘土，；粘土，

21、很厚（樁端進(jìn)入該層很厚（樁端進(jìn)入該層2m2m），），q qsiasia=35kPa=35kPa，q qpapa=1800kPa=1800kPa。試計(jì)算單樁豎向承載力特征值。試計(jì)算單樁豎向承載力特征值。32isiapppaalquAqRkN600)2355 . 22867(48. 048. 041800213:33:36編輯編輯ppt豎向荷載作用下群樁效應(yīng)豎向荷載作用下群樁效應(yīng)l群樁效應(yīng)群樁效應(yīng)l樁基一般由多根樁和連接上部結(jié)構(gòu)的承臺組成，群樁中的每根樁稱為基樁。由于承臺、樁、土相互作用，基樁的承載力和沉降性狀往往與相同地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)方法的單樁有顯著區(qū)別，這種現(xiàn)象稱為群樁效應(yīng)。l問題問題：單樁承載

22、力加起來等于群樁承載力？：單樁承載力加起來等于群樁承載力？l群樁效應(yīng)系數(shù)群樁效應(yīng)系數(shù)：33單樁承載力群樁的承載力n1=1113:33:36編輯編輯ppt端承型群樁基礎(chǔ)端承型群樁基礎(chǔ)l端承型群樁中基樁（樁群端承型群樁中基樁（樁群中的單樁）與（獨(dú)立）單中的單樁）與（獨(dú)立）單樁相近，樁與樁的相互作樁相近，樁與樁的相互作用、承臺與土的相互作用，用、承臺與土的相互作用，都小到可忽略不計(jì)，都小到可忽略不計(jì)，端承端承型群樁的承載力可近似取型群樁的承載力可近似取為各單樁承載力之和為各單樁承載力之和。l1 1。 34巖石土13:33:36編輯編輯ppt摩擦型群樁基礎(chǔ)摩擦型群樁基礎(chǔ)l當(dāng)樁距小于當(dāng)樁距小于3 3d

23、d（d d為樁為樁徑）時，樁端處應(yīng)力重徑）時，樁端處應(yīng)力重疊現(xiàn)象嚴(yán)重；當(dāng)樁距大疊現(xiàn)象嚴(yán)重；當(dāng)樁距大于于6 6d d時，應(yīng)力重疊現(xiàn)象時，應(yīng)力重疊現(xiàn)象較小。較小。l對打入較疏松的砂類土對打入較疏松的砂類土和粉土中的擠土群樁，和粉土中的擠土群樁，其樁間土和樁端土被明其樁間土和樁端土被明顯擠密，所以群樁效應(yīng)顯擠密，所以群樁效應(yīng)系數(shù)系數(shù)常大于常大于1 1。35QQ Q Q Qs s sD( a )( b )圖 4 - 1 5 摩 擦 型 樁 的 樁 頂 荷 載 通 過 側(cè) 阻擴(kuò) 散 形 成 的 樁 端 平 面 壓 力 分 布( a ) 單 樁 ； ( b ) 群 樁dl13:33:36編輯編輯ppt摩擦型群樁基礎(chǔ)摩擦型群樁基礎(chǔ)l 由摩擦型樁組成的群樁基礎(chǔ)，當(dāng)其承受豎由摩擦型樁組成的群樁基礎(chǔ)，當(dāng)其承受豎向荷載而沉降時，承臺底面一般與地基土向荷載而沉降時，承臺底面一般與地基土緊密接觸，因此承臺底面必產(chǎn)生土反力，緊密接觸，因此承臺底面必產(chǎn)生土反力，從而