《基礎(chǔ)工程課件》課件-4 樁基礎(chǔ)4.9

4.9樁基礎(chǔ)設(shè)計p.1584.9.1基本設(shè)計資料樁基設(shè)計前必須具備的資料主要有：建筑物類型及其規(guī)模、巖土工程勘察報告、施工機具和技術(shù)條件、環(huán)境條件、檢測條件及當(dāng)?shù)貥痘こ探?jīng)驗等，其中，巖土工程勘察資料是樁基設(shè)計的主要依據(jù)。4.9.2

樁的類型和樁長選擇4.9.2.1

樁的選型（預(yù)制樁或灌注樁）樁類選擇應(yīng)考慮的主要因素是：場地的地層條件、各類型樁的成樁工藝和適用范圍。

下列地質(zhì)條件不宜選用預(yù)制樁：①預(yù)制樁的穿透能力有限，當(dāng)土中存在大孤石、廢金屬以及花崗巖殘積層中未風(fēng)化的石英脈時，預(yù)制樁將難以穿越。②當(dāng)土層分布很不均勻時，混凝土預(yù)制樁的預(yù)制長度較難掌握。③石灰?guī)r場地不宜用管樁。連州某工程地質(zhì)剖面圖特點：上軟下硬缺過渡層紅層地層返幻燈片30回特點：巖層軟硬交替出現(xiàn)花崗巖特點：由軟到硬逐漸過渡。花崗巖殘積土特點：花崗巖殘積土一般仍保持其原巖粒狀結(jié)構(gòu)，具有相當(dāng)高的結(jié)構(gòu)強度，但遇水易崩解、軟化。因此，對其采用一般的室內(nèi)土工試驗方法測得的物理力學(xué)性質(zhì)分析，其工程性質(zhì)是較差的，表現(xiàn)在高孔隙比、高壓縮性等方面。但以原位測試分析，它表現(xiàn)為承載力較高、壓縮性較低，工程性質(zhì)較好。廣東省標準《靜壓預(yù)制混凝土樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：

當(dāng)樁端持力層為擾動后易軟化的風(fēng)化巖層時，管樁應(yīng)采用封口型樁尖，焊縫應(yīng)連續(xù)飽滿不滲水，且宜在施壓過程中往樁孔底部灌注高度為1.5~2m的C30細石混凝土進行封底。

軟土地區(qū)的樁基，應(yīng)考慮樁周土自重固結(jié)、蠕變、大面積堆載及施工中擠土對樁基的影響，在層厚較大的高靈敏度流塑粘性土中（如我國東南沿海的淤泥和淤泥質(zhì)土），不宜采用大片密集有擠土效應(yīng)的樁基，宜采用承載力高而樁數(shù)較少的樁基。同一結(jié)構(gòu)單元宜避免采用不同類型的樁。為什么？旋挖樁：適用于土層、砂層，較松散的、粒徑較小的卵礫石層，以及10MPa以下的軟巖。人工挖孔樁：在松砂層（尤其是地下水位下的松砂層，花崗巖殘積土）、極軟弱土層、地下水涌水量多且難以抽水的地層中難以施工或無法施工。4.9.2.2樁的截面尺寸選擇①樁的截面尺寸選擇應(yīng)考慮的主要因素是:成樁工藝和結(jié)構(gòu)的荷載情況。②從樓層數(shù)和荷載大小來看（如為工業(yè)廠房可將荷載折算為相應(yīng)的樓層數(shù)），建筑樁基可考慮采用的樁的截面尺寸：a）10層以下：直徑500mm左右的灌注樁、邊長為400mm的預(yù)制樁；

b）10～20層：直徑800～1000mm的灌注樁、邊長450～500mm的預(yù)制樁；

c）20～30層：直徑1000～1200mm的鉆（沖、挖）孔灌注樁、邊長等于或大于500mm的預(yù)制樁；d）30～40層：直徑大于1200mm的鉆（沖、挖）孔灌注樁、邊長500～550mm的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和大直徑鋼管樁；

e）樓層更多的高層建筑所采用的挖孔灌注樁直徑可達5m左右。4.9.2.3

樁長選擇主要取決于樁端持力層的選擇。通常，堅實土（巖）層（可用觸探試驗或其它指標來鑒別）最適宜作為樁端持力層。對于10層以下的房屋，如在樁端可達的深度內(nèi)無堅實土層時，也可選擇中等強度的土層作為樁端持力層。樁端進入堅實土層的深度，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、荷載及施工工藝確定，一般不宜小于1～2倍樁徑（對黏性土、粉土不宜小于2d；砂類土不宜小于1.5d；碎石類土不宜小于1d）。對薄持力層、且其下存在軟弱下臥層時，樁端以下堅實土層的厚度不宜小于3d。

當(dāng)硬持力層較厚且施工條件許可時，為充分發(fā)揮樁的承載力，樁端全斷面進入持力層的深度宜盡可能達到該土層樁端阻力的臨界深度（砂與碎石類土為3～10d；粉土、粘性土為2～6d）。管樁常用2～5d。

對于穿越軟弱土層而支承在傾斜巖層面上的樁，當(dāng)風(fēng)化巖層厚度小于2d時，樁端應(yīng)進入新鮮或微風(fēng)化基巖。端承樁嵌入微風(fēng)化或中風(fēng)化巖體的最小深度，不宜小于0.5m，以確保樁端與巖體接觸。

同一基礎(chǔ)的鄰樁樁底高差，對于非嵌巖樁，不宜超過相鄰樁的中心距，對于摩擦型樁，在相同土層中不宜超過樁長的1／10。巖層土層1≤1后施工當(dāng)樁端為土層時，若樁底高差過大，后施工的長樁會對相鄰短樁的樁端土層產(chǎn)生擾動，導(dǎo)致短樁樁端阻力下降

嵌巖樁或端承樁樁端以下3倍樁徑范圍內(nèi)應(yīng)無軟弱夾層、斷裂破碎帶、洞穴和空隙分布；在樁端應(yīng)力擴散范圍內(nèi)應(yīng)無巖體臨空面（例如溝、槽、洞穴的側(cè)面，或傾斜、陡立的巖面)。

實踐證明，作為基礎(chǔ)施工圖設(shè)計依據(jù)的詳細勘察階段的工作精度，較難滿足這類樁的設(shè)計和施工要求。所以，在樁基方案選定之后，還應(yīng)根據(jù)樁位進行專門的樁基勘察，或施工時在樁孔下方鉆取巖芯（“超前鉆”），以便針對各根樁的持力層選擇埋入深度。

高層或重型建筑物采用大直徑樁通常是有利的，但在碳酸巖類巖石地基，當(dāng)巖溶很發(fā)育、而洞穴頂板厚度不大時，為滿足樁底下有3倍樁徑厚度的持力層的要求及有利于荷載的擴散，宜采用直徑較小的樁和條形或筏形承臺。超前鉆逸彩新世界4.9.2.4樁長的施工控制為保證樁的施工長度滿足設(shè)計樁長的要求，打入樁的入土深度應(yīng)按樁端設(shè)計標高和最后貫入度（經(jīng)試打確定）二方面控制。

最后貫入度是指打樁結(jié)束以前每次錘擊的沉入量，通常以最后每陣（10擊）的平均貫入量表示。一般要求最后二、三陣的平均貫入量（貫入度）為10～30mm／陣（錘重、樁長者取大值，質(zhì)量為7t以上的單動蒸汽錘、柴油錘可增至30～50mm／陣）。樁長的施工控制原則：①打進可塑或硬塑黏性土中的摩擦型樁，沉樁深度宜按樁端設(shè)計標高控制，同時以最后貫入度作參考，并盡可能使同一承臺或同一地段內(nèi)各樁的樁端實際標高大致相同；②打到基巖面或堅實土層的端承型樁，沉樁深度宜按最后貫入度控制，同時以樁端設(shè)計標高作參考，并要求各樁的貫入度比較接近；③大直徑的鉆（沖、挖）孔樁則以取出的巖屑（可分辨出風(fēng)化程度）為主、結(jié)合鉆進速度等來確定施工樁長。4.9.3樁的根數(shù)和布置4.9.3.1樁的根數(shù)

一般可先按n>Fk/Ra估算樁數(shù)（偏心受壓時樁數(shù)再增加10%~20%），然后進行樁的平面布置，確定承臺平面尺寸。

4.9.3.2樁的間距樁的間距(中心距)一般采用3～4倍樁徑。間距太大會增加承臺的體積和用料，太小則將使樁基(摩擦型樁)的沉降量增加，且給施工造成困難。

對于大面積樁群，尤其是擠土樁，樁的最小中心距宜適當(dāng)加大。4.9.3.3樁在平面上的布置對稱式梅花式行列式環(huán)狀排列，不等距排列，外密內(nèi)疏等為了使樁基中各樁受力比較均勻，群樁橫截面的重心應(yīng)與豎向永久荷載合力的作用點重合或接近。在有門洞的墻下布樁時，應(yīng)將樁設(shè)置在門洞的兩側(cè)。梁式或板式承臺下的群樁，布樁時應(yīng)多布設(shè)在柱、墻下，減少梁和板跨中的樁數(shù)，以使梁、板中的彎矩盡量減小。為了節(jié)省承臺用料和減少承臺施工的工作量，在可能情況下，墻下應(yīng)盡量采用單排樁基，柱下的樁數(shù)也應(yīng)盡量減少。一般地說，樁數(shù)較少而樁長較大的摩擦型樁基，無論在承臺的設(shè)計和施工方面，還是在提高群樁的承載力以及減小樁基沉降量方面，都比樁數(shù)多而樁長小的樁基優(yōu)越。

4.9.4樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計樁身混凝土強度應(yīng)滿足樁的承載力設(shè)計要求。計算中應(yīng)按樁的類型和成樁工藝的不同將混凝土的軸心抗壓強度設(shè)計值乘以工作條件系數(shù)Ψc，樁身強度應(yīng)符合下式要求：樁軸心受壓時（4-70）式中N——樁頂軸向壓力設(shè)計值；

fc——混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；

Aps——樁身橫截面面積；

Ψc——工作條件系數(shù)，非預(yù)應(yīng)力預(yù)制樁取0.75，預(yù)應(yīng)力樁取0.55~0.65，灌注樁取0.6～0.8（水下灌注樁、長樁或混凝土強度等級高于C35時用低值）。

樁的主筋應(yīng)經(jīng)計算確定。打入式預(yù)制樁的最小配筋率不宜小于0.8％；靜壓預(yù)制樁的最小配筋率不宜小于0.6％；預(yù)應(yīng)力樁不宜小于0.5%；灌注樁最小配筋率不宜小于0.2％～0.65％(小直徑樁取大值)。樁頂以下3~5倍樁身直徑范圍內(nèi)，箍筋宜適當(dāng)加強加密。配筋長度：①受水平荷載和彎矩較大的樁，配筋長度應(yīng)通過計算確定。②樁基承臺下存在淤泥、淤泥質(zhì)土或液化土層時，配筋長度應(yīng)穿過淤泥、淤泥質(zhì)土層或液化土層。③坡地岸邊的樁、8度及8度以上地震區(qū)的樁、抗拔樁、嵌巖端承樁應(yīng)通長配筋。④鉆孔灌注樁構(gòu)造鋼筋的長度不宜小于樁長的2/3；樁施工在基坑開挖前完成時，其鋼筋長度不宜小于基坑深度的1.5倍。4.9.5承臺設(shè)計承臺類型：柱下獨立承臺（板式承臺）、柱下或墻下條形承臺（梁式承臺）、筏形承臺、箱形承臺等4.9.5.1構(gòu)造要求承臺的最小寬度不應(yīng)小于500mm，邊樁中心至承臺邊緣的距離不宜小于樁的直徑或邊長，且樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不小于150mm。對于墻下條形承臺，樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不小于75mm。

≥500≥d≥150條形承臺和柱下獨立樁基承臺的最小厚度為300mm。

承臺混凝土強度等級不應(yīng)低于C20，承臺底面鋼筋的混凝土保護層厚度不應(yīng)小于70mm，當(dāng)有混凝土墊層時，不應(yīng)小于50mm且不應(yīng)小于樁頭嵌入承臺內(nèi)的長度。

承臺的配筋，對于矩形承臺，鋼筋應(yīng)按雙向均勻通長布置，鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm，間距不應(yīng)大于200mm；對于三樁承臺，鋼筋應(yīng)按三向板帶均勻布置，且最里面的三根鋼筋圍成的三角形應(yīng)在柱截面范圍內(nèi)。

鋼筋錨固長度自邊樁內(nèi)側(cè)（當(dāng)為圓樁時，應(yīng)將其直徑乘以0.8等效為方樁）算起，不應(yīng)小于35dg（dg為鋼筋直徑）；當(dāng)不滿足時應(yīng)將鋼筋向上彎折，此時水平段的長度不應(yīng)小于25dg，彎折段長度不應(yīng)小于10dg。柱下獨立樁基承臺的最小配筋率不應(yīng)小于0.15%。柱下獨立兩樁承臺，應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的深受彎構(gòu)件配置縱向受拉鋼筋、水平及豎向分布鋼筋。承臺縱向受力鋼筋端部的錨固長度及構(gòu)造應(yīng)與柱下多樁承臺的規(guī)定相同。樁頂嵌入承臺內(nèi)的長度不宜小于50mm（大直徑樁為100mm)?；炷翗兜臉俄斨鹘顟?yīng)伸入承臺內(nèi)，其錨固長度不宜小于鋼筋直徑的35倍。

管樁與承臺連接時，應(yīng)采用樁頂填芯混凝土中埋設(shè)連接鋼筋的連接方式，樁頂嵌入承臺內(nèi)的長度宜取50~100mm。填芯混凝土應(yīng)是補償收縮混凝土，其強度等級不得低于C30，其深度不得小于2d且不得小于1.2m。當(dāng)柱截面周邊位于樁的鋼筋籠以內(nèi)，柱下端已設(shè)置兩個方向與柱可靠連結(jié)的具有足夠抗彎剛度的連系梁，以及在樁頂以下4/α范圍內(nèi)無軟弱土層存在時，可采用單樁支承單柱的樁基型式，此時，柱下端與樁連接處可不設(shè)置承臺。但宜在樁頂設(shè)置鋼筋網(wǎng)，或在樁頂將樁的縱向受力鋼筋水平向內(nèi)彎至柱邊并加構(gòu)造環(huán)向鋼筋連接，并應(yīng)采取其它有效的構(gòu)造措施。承臺之間的連接，對于單樁承臺，宜在兩個互相垂直的方向上設(shè)置連系梁；對于兩樁承臺，宜在其短向設(shè)置連系梁；有抗震要求的柱下獨立承臺，宜在兩個主軸方向設(shè)置連系梁。連系梁頂面宜與承臺位于同一標高。

4.9.5.2承臺的承載力計算1.受彎計算(1)柱下兩樁條形承臺和多樁矩形承臺Mx＝∑Niyi

My＝∑Nixi

式中Mx、My——分別為垂直于y軸和x軸方向計算截面處的彎矩設(shè)計值；

xi、yi——垂直于y軸和x軸方向自樁軸線到相應(yīng)計算截面的距離；

Ni——扣除承臺和其上填土自重后相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時的第i基或復(fù)合基樁豎向力設(shè)計值。

其他理論：拉桿確保錨固長度(2)柱下三樁三角形承臺柱下三樁承臺分等邊和等腰兩種形式，其受彎破壞模式有所不同，后者呈明顯的梁式破壞特征。①等邊三樁承臺由承臺形心至承臺邊緣距離范圍內(nèi)板帶的彎矩設(shè)計值M按下式計算：式中Nmax——扣除承臺和其上填土自重后的三樁中相應(yīng)于作用的基本組合時的最大基樁豎向反力設(shè)計值；

sa——樁距；

c——方柱邊長，圓柱時c＝0.886d

（d為圓柱直徑）。

②等腰三樁承臺

承臺彎矩按下式計算：

式中M1、M2——分別為由承臺形心到承臺兩腰和底邊的距離范圍內(nèi)板帶的彎矩設(shè)計值；

sa——長向樁距；

α——短向樁距與長向樁距之比，當(dāng)α小于0.5

時，應(yīng)按變截面的二樁承臺設(shè)計；

2.承臺受沖切計算(1)柱對承臺的沖切沖切系數(shù)：式中

Fl——扣除承臺及其上填土自重，作用在沖切破壞錐體上相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合的沖切力設(shè)計值，沖切破壞錐體應(yīng)采用自柱邊或承臺變階處至相應(yīng)樁頂邊緣連線構(gòu)成的錐體，錐體與承臺底面的夾角不小于45°；

βhp——受沖切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)h不大于800mm時，βhp取1.0，

當(dāng)h大于等于2000mm時，βhp取0.9，其間按線性內(nèi)插法取用；

ft——承臺混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值；

h0——沖切破壞錐體的有效高度；

β0x、β0y——沖切系數(shù)；

λ0x、λ0y——沖跨比，λ0x＝a0x／h0、λ0y＝a0y／h0，a0x、a0y為柱邊或變階處至樁邊的水平距離；當(dāng)λ0x（或λ0y）<0.25時，取λ0x（或λ0y）＝

0.25；當(dāng)λ0x（或λ0y）>1.0時，

取λ0x（或λ0y）＝1.0；

Ｆ——柱根部軸力設(shè)計值；∑Ni——沖切破壞錐體范圍內(nèi)各樁的凈反力設(shè)計值之和。

(2)角樁對承臺的沖切①矩形承臺受角樁沖切對于柱下兩樁承臺，宜按深受彎構(gòu)件（l0/h<5.0，l0=1.15ln，ln為兩樁凈距）計算受彎、受剪承載力，不需要進行受沖切承載力計算。式中Nl——扣除承臺和其上填土自重后角樁樁頂相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時的反力設(shè)計值；β1x、β1y——角樁沖切系數(shù)；λ1x、λ1y——角樁沖跨比，其值滿足0.25～1.0，λ1x＝a1x／h0、

λ1y＝a1y／h0；c1、c2——從角樁內(nèi)邊緣至承臺外邊緣的距離；a1x、a1y——從承臺底角樁內(nèi)邊緣引45°沖切線與承臺頂面或承臺變階處相交點至角樁內(nèi)邊緣的水平距離；

h0——承臺外邊緣的有效高度。②三樁三角形承臺受角樁沖切底部角樁

頂部角樁

式中λ11、λ12——角樁沖跨比，λ11＝a11／h0、

λ12＝a12／h0；

a11、a12——從承臺底角樁內(nèi)邊緣向相鄰承臺邊引45°沖切線與承臺頂面相交點至角樁內(nèi)邊緣的水平距離；當(dāng)柱位于該45°線以內(nèi)時，則取柱邊與樁內(nèi)邊緣連線為沖切錐體的錐線。對圓柱和圓樁，計算時可將圓形截面按等周長原則換算成正方形截面，即取方形截面邊長b=0.8d（d為圓形截面直徑）。3.受剪切計算柱下樁基獨立承臺應(yīng)分別對柱邊和樁邊、變截面和樁邊聯(lián)線形成的斜截面進行受剪計算。當(dāng)柱邊外有多排樁形成多個剪切斜截面時，尚應(yīng)對每個斜截面進行驗算。

式中V——扣除承臺及其上填土自重后相應(yīng)于作用的基本組合時斜截面的最大剪力設(shè)計值；

βhs——受剪切承載力截面高度影響系數(shù)，βhs＝（800／h0）1/4，當(dāng)h0小于800mm時，h0取800mm，當(dāng)h0大于2000mm時，h0取2000mm；β——剪切系數(shù)；λ——計算截面的剪跨比，λx＝ax/h0，λy＝ay/h0。此處，ax、ay

為柱邊或承臺變階處至x、y方向計算一排樁的樁邊的水平距離，當(dāng)λ<0.25時，取λ＝0.25；當(dāng)λ>3時，取λ＝3；b0——承臺計算截