tlxdjjc11《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》第十一章樁基礎(chǔ)及其他深

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1、1,第十一章 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及其他深基礎(chǔ),,2,本章提要與教學(xué)目標(biāo),1 了解樁基礎(chǔ)的使用，熟悉樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)原則、分類及成樁效應(yīng)； 2 了解樁基礎(chǔ)單樁傳遞機(jī)理，熟悉掌握樁基礎(chǔ)豎向承載力的確定，熟悉群樁效應(yīng)； 3 了解單樁沉降計(jì)算，熟悉群樁沉降計(jì)算及減小樁負(fù)摩阻力的措施。 4 掌握樁基礎(chǔ)承臺(tái)設(shè)計(jì)，熟悉樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟及施工圖繪制。,3,11.1 概述,樁基礎(chǔ)：通過(guò)承臺(tái)把若干根單樁連接成為整體，共同承受動(dòng)靜荷載的一種深基礎(chǔ)。 特點(diǎn)：承載力高 穩(wěn)定性好 沉降量小而均勻 便于機(jī)械化施工 適應(yīng)性強(qiáng),4,一、選擇樁基礎(chǔ)的條件,地基土的性質(zhì)：特殊土，強(qiáng)度不均 荷載：較大的豎向荷載，具有偏心

2、荷載、水平荷載、動(dòng)力荷載等其他形式的荷載作用 結(jié)構(gòu)物：對(duì)不均勻沉降較為明顯，需要長(zhǎng)期保存的歷史性建筑物 地下水位：水中的構(gòu)筑物,5,,何種情況下選用樁基礎(chǔ)方案？,6,,7,,8,,9,二、樁基設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容,2 持力層與樁長(zhǎng),3 樁的合理布置,4 樁基的水平承載力,1 樁基形式,,,1）能提供足夠大的單樁承載力。 2）保證建筑物不產(chǎn)生過(guò)大的沉 降與差異沉降。 3）考慮樁基造價(jià)。 4）考慮樁基施工技術(shù)的可能性。,10,,樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括哪些項(xiàng)目？,11,12,,13,,14,,15,,16,三、建筑樁基的安全等級(jí),建筑樁基安全等級(jí)與重要性系數(shù),17,,對(duì)于20層以上的高層建筑，其總高度（從地面起

3、算）將超過(guò)60 m，樁基允許傾斜值為2.5，建筑物頂端的傾斜位移值允許值不超過(guò)15cm，此時(shí)，尚不致對(duì)人們心理產(chǎn)生不良影響，電梯也能保持運(yùn)轉(zhuǎn)。若傾斜超過(guò)該項(xiàng)限值，則會(huì)造成人們心理上的恐懼，電梯不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，對(duì)于20層以上的高層建筑應(yīng)列入重要建筑物。對(duì)于有紀(jì)念意義的或供群眾性集會(huì)的民用建筑，經(jīng)濟(jì)意義重大的工業(yè)建筑也應(yīng)列入重要建筑物。,18,四、樁基計(jì)算的荷載效應(yīng)組合,根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-94進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)： 樁基承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算采用作用效應(yīng)的基本組合和地震作用效應(yīng)組合。 當(dāng)進(jìn)行樁基的抗震承載能力計(jì)算時(shí)，荷載設(shè)計(jì)值和地震作用設(shè)計(jì)值應(yīng)符合建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2001的

4、規(guī)定。 按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算樁基沉降時(shí)采用荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)組合。 驗(yàn)算樁基的水平變位、抗裂、裂縫寬度時(shí)，根據(jù)使用要求和裂縫控制等級(jí)，分別采用作用效應(yīng)的短期效應(yīng)組合。,19,樁基計(jì)算的荷載效應(yīng)組合,2.根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)： 按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至承臺(tái)底面上的荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合；相應(yīng)的抗力采用單樁承載力特征值。 計(jì)算地基變形時(shí)，傳至承臺(tái)底面上的荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合；相應(yīng)的限值為地基變形允許值。 確定樁承臺(tái)高度、配筋和驗(yàn)算樁身材料強(qiáng)度時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載效應(yīng)組合按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組

5、合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。 驗(yàn)算樁臺(tái)或樁身的裂縫寬度時(shí)，按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。,20,11.2 樁的類型,樁的 類型,21,圖11-1 按成樁方法劃分樁的類型,back,22,,鉆孔擴(kuò)底灌注樁，按成樁方法分類應(yīng)為（ B ） A. 擠土樁； B.非擠土樁； C.部分?jǐn)D土樁 D. 端承樁 沉管灌注樁和鉆孔灌注樁又都屬于擠土樁（ F ）。,23,,24,,25,,26,,27,煙臺(tái)大學(xué)住宅樓人工挖孔灌注樁,28,壽光造紙廠長(zhǎng)螺旋壓貫砼樁,29,壽光造紙廠長(zhǎng)螺旋壓貫砼樁,30,三水大廈鉆孔灌注樁,31,煙臺(tái)國(guó)稅大廈鉆孔灌注混凝土樁-鋼筋籠,32,煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院預(yù)制樁,33,煙臺(tái)

6、大學(xué)8、9號(hào)樓預(yù)制樁,34,煙臺(tái)濱海路橋沖擊鉆進(jìn)成孔混凝土樁,35,11.3 單樁豎向承載力的確定,孤立的一根樁稱為單樁，群樁中的一根樁稱為基樁，群樁中考慮群樁效應(yīng)的一根樁稱為復(fù)合基樁。 一、 豎向荷載下單樁的荷載傳遞 樁的荷載傳遞機(jī)理研究揭示的是樁土之間力的傳遞與變形協(xié)調(diào)的規(guī)律，因而它是樁的承載力機(jī)理和樁土共同作用分析的重要理論依據(jù)。 樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮過(guò)程就是樁土體系荷載的傳遞過(guò)程。,36,樁土體系荷載傳遞分析,37,由上圖可以看出，任一深度z樁身截面的荷載為： 豎向位移為： 由微分段dz的豎向平衡可求得 為： 微分段dz的壓縮量為：,

7、38,由上兩式得： 式中 A 樁身截面積； 樁身彈性模量； u 樁身周長(zhǎng)。 上式就是樁土體系荷載傳遞分析計(jì)算的基本微分方程。通過(guò)在樁身埋設(shè)應(yīng)力或位移測(cè)試元件，即可求得軸力和側(cè)阻力沿樁身的變化曲線。,39,根據(jù)力的豎向平衡，有： 式中 樁側(cè)總摩阻力； 樁端總阻力。,40,根據(jù) 和 的大小，定性地將樁分 為： 摩擦樁（ 大致在0.8以上） 端承摩擦樁（ 大致在0.60.75左右） 端承樁（ 大致在0.8以上） 摩擦端承樁（ 大致在0.60.75左右）。,41,樁的荷載傳遞的一般規(guī)律, 樁端土與樁側(cè)土的模量比 愈小，樁身軸力沿深度衰減愈快，即傳遞到

8、樁端的荷載愈?。?隨樁土剛度比 （樁身剛度與樁側(cè)土剛度之比）的增大，傳遞到樁端的荷載增加；但當(dāng) 1000后， 的變化不明顯； 隨樁的長(zhǎng)徑比 （ l為樁長(zhǎng),d 為樁徑）增大，傳遞到樁端的荷載減小，樁身下側(cè)阻發(fā)揮值相應(yīng)降低；當(dāng) 40時(shí)，在均勻土層中，趨于零；當(dāng) 100時(shí)，不論樁端土剛度多大，其值小到可忽略不計(jì)； (4)既使對(duì)于長(zhǎng)徑比 1520 的嵌巖樁，也屬于摩擦型樁，其樁端總阻力也較小； (5)擴(kuò)大樁端面積，樁端傳遞荷載的比率 增大。,42,相關(guān)考題,右圖，回答下列問(wèn)題：(1)樁頂荷載Q由小增大的過(guò)程中，Q主要由哪些力支承？ 樁側(cè)摩阻力和樁端阻力 (2)樁身軸力隨深度增加還

9、是減??； 減少,43,,(3)樁頂沉降o比樁端位移l大還是??； 大 (4)如果原來(lái)地下水位較近地面，后來(lái)全面下降，荷載傳遞會(huì)發(fā)生什么變化？為什么？ 負(fù)摩阻力,44,二、樁側(cè)負(fù)摩阻力問(wèn)題,當(dāng)土體相對(duì)于樁身向下位移時(shí)，土體不僅不能起擴(kuò)散樁身軸向力的作用，反而會(huì)產(chǎn)生下拉的摩阻力，使樁身的軸力增大，如圖11-3所示。該下拉的摩阻力稱為負(fù)摩阻力。負(fù)摩阻力的存在，增大了樁身荷載和樁基的沉降。,45,,1. 產(chǎn)生樁側(cè)負(fù)摩阻力的條件 三類情況： 第一類情況為樁周土在自重作用下固結(jié)沉降或浸水導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低而下沉（濕陷） ； 第二類情況為外界荷載作用導(dǎo)致樁周土固結(jié)沉降 ； 第三類情況為因降水導(dǎo)致樁周

10、土中有效應(yīng)力增大而固結(jié)。,46,,4-軟土地區(qū)由密集樁群施工造成的土隆起和隨后的再固結(jié)，也會(huì)產(chǎn)生樁側(cè)負(fù)摩阻力。,47,,由于某些原因使樁周在某一長(zhǎng)度內(nèi)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，這時(shí)，在該長(zhǎng)度內(nèi)土層的水平面會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于同一標(biāo)高處的樁身截面的位移（或位移趨勢(shì)），其方向是（ b ） a 向上； b 向下； c 向上或向下視負(fù)摩阻力大小而定；d 與樁的截面成某一角度。,48,負(fù)摩阻力的分布,中性點(diǎn)：樁截面位移與土層豎向位移相等的點(diǎn) 位置：當(dāng)樁周主要為產(chǎn)生固結(jié)的土層時(shí)，多為樁長(zhǎng)的70%-75%（靠下方）處；樁支承在基巖上，中性點(diǎn)接近基巖面 中性點(diǎn)之上出現(xiàn)負(fù)摩阻力；中性點(diǎn)之下出現(xiàn)正摩阻力。中性點(diǎn)處樁身軸力最大,49

11、,2.考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力的樁基承載力和沉降問(wèn)題,一般情況下對(duì)摩擦型樁基，可近似視（理論）中性點(diǎn)以上側(cè)阻力為零計(jì)算樁基承載力。 對(duì)于端承型樁基 ，應(yīng)計(jì)算中性點(diǎn)以上負(fù)摩阻力形成的下拉荷載，并以下拉荷載作為外荷載的一部分驗(yàn)算其承載力。,50,相關(guān)考題,何謂負(fù)摩阻力？負(fù)摩阻力對(duì)單樁承載力有哪些影響？如何消除或降低這些影響？ 影響：降低樁的實(shí)際承載力；使樁產(chǎn)生附加沉降 措施：預(yù)制樁表面涂一層瀝青油或在鋼筋再加一層3mm的塑料薄膜,51,三、豎向荷載下單樁承載力的確定方法,（一） 單樁豎向承載力的概念和確定原則 單樁豎向承載力是指單樁在豎向荷載作用下，地基土和樁自身強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能得到保證、變形也在容許范

12、圍內(nèi)的情況下，并且能夠保證結(jié)構(gòu)物正常使用時(shí)單樁所能承受的最大豎向荷載。,52,,靜載試驗(yàn)方法是確定單樁豎向承載力最可靠的方法，但由于單樁靜載試驗(yàn)的費(fèi)用、時(shí)間、人力消耗都較高，大量推廣應(yīng)用是不現(xiàn)實(shí)的。因此，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性選擇確定單樁承載力的方法，在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間選擇合理的平衡。 對(duì)各類建筑物，均應(yīng)采用多種方法綜合分析確定承載力，以提高確定結(jié)果的可靠性。 不同的技術(shù)規(guī)范有不同的要求，應(yīng)根據(jù)具體情況選用。,53,,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)單樁豎向承載力特征值的確定規(guī)定如下： (1)、單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過(guò)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)確定。在同一條件下的試樁數(shù)量，不宜小于總樁數(shù)的1，且不應(yīng)小于3根。

13、 當(dāng)樁端持力層為密實(shí)砂卵石或其它承載力類似的土層時(shí)，對(duì)單樁承載力很高的大直徑端承型樁，可采用深層平板載荷試驗(yàn)確定樁端土的承載力特征值。,54,,(2)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)的建筑物，可采用靜力觸探及標(biāo)貫試驗(yàn)參數(shù)確定值。 (3)初步設(shè)計(jì)時(shí)單樁豎向承載力特征值可按下式估算：,,55,,當(dāng)樁端嵌入完整及較完整的硬質(zhì)巖中時(shí)，可按下式估算單樁豎向承載力特征值,56,（二）單樁豎向極限承載力的確定方法,1.按靜載試驗(yàn)確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值,57,,進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)在樁頂用千斤頂逐級(jí)加載，記錄變形穩(wěn)定時(shí)每級(jí)荷載下樁頂?shù)某两盗縮，直至樁失穩(wěn)為止。由試驗(yàn)結(jié)果繪制出的荷載Q與樁頂?shù)某两盗縮曲線如圖所示。,58,,

14、59,,60,61,,試述用載荷試驗(yàn)成果和經(jīng)驗(yàn)公式確定單樁垂直承載力的方法,62,2.按靜力觸探方法確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值,根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對(duì)于粘性土、粉土和砂土，如無(wú)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)，可按下式計(jì)算： 式中 第i層土的探頭平均側(cè)阻力； 樁端平面以上4d、以下1d范圍內(nèi)的探頭阻力平均值； 樁端阻力修正系數(shù)，對(duì)粘性土、粉土取，對(duì)飽和砂土??；,63, 第i層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)，按下式計(jì)算： 粘性土、粉土： 砂土：,64,3.按土的物理指標(biāo)確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值,(1) 一般鋼筋混凝土樁的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值p241 根據(jù)

15、土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，可按下式計(jì)算： (2)大直徑樁的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值p242,65,11.4 群樁承載力的計(jì)算,群樁效應(yīng) 高層建筑樁基通常為低承臺(tái)式，群樁基礎(chǔ)受豎向荷載后，承臺(tái)、樁群與土形成一個(gè)相互作用、共同工作體系，其變形和承載力均受相互作用的影響。,66,,一、群樁的 荷載傳遞 特征,端承型群樁,摩擦型群樁,由端承樁組成的群樁基礎(chǔ)，通過(guò) 承臺(tái)傳遞到各樁頂?shù)呢Q向荷載，其 大部分由樁身直接傳遞到樁端。,在豎向荷載作用下，其樁頂荷載 的大部分通過(guò)樁側(cè)阻力傳遞到樁 側(cè)和樁端土層中，其余部分由樁 端承受。,67,,影響群樁效應(yīng)的主要因素有兩組：

16、一是群樁自身的幾何特征：包括承臺(tái)的設(shè)置方式（高、低承臺(tái)）、樁間距、樁長(zhǎng)及樁長(zhǎng)與承臺(tái)寬度比、樁的排列形式、樁數(shù)等； 一是樁側(cè)及樁端的土性及其分布、成樁工藝等。,68,二、群樁的沉降特性,由摩擦樁與承臺(tái)組成的群樁，在豎向荷載作用下，其沉降的變形性狀是樁、承臺(tái)、地基土之間相互影響的綜合結(jié)果，群樁沉降及其性狀同孤立單樁有明顯不同。 群樁沉降由樁間土壓縮和樁端以下土壓縮變形所組成。,69,三 、群樁的豎向承載力計(jì)算,群樁的豎向承載力： 首先是指將群樁和一定范圍內(nèi)的土視為整體時(shí)所能承受的豎向總荷載 ； 其次是指所產(chǎn)生沉降小于允許沉降量的豎向荷載 。,70,1 群樁的整體豎向承載力計(jì)算,單樁承載力的簡(jiǎn)單累

17、加法 假定群樁的極限承載力為，單樁的極限承載力為： 則式中 n樁數(shù)。 上式僅適用于端承群樁，以及按建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定，滿足樁數(shù)n3的摩擦樁。因此，對(duì)大多數(shù)建筑的摩擦樁基不能采用上述簡(jiǎn)單累加法。,71,分項(xiàng)群樁效應(yīng)系數(shù)法,考慮群樁效應(yīng)計(jì)算群樁的極限承載力，將使計(jì)算結(jié)果的可靠性提高，使設(shè)計(jì)趨于更經(jīng)濟(jì)合理。建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-94采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，引用了群樁效應(yīng)系數(shù)的基本概念,72,,側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)和端阻群樁效應(yīng)系數(shù)定義如下：,73,,側(cè)阻端阻綜合群樁效應(yīng)系數(shù)定義如下：,74,,樁基中復(fù)合基樁的承載力設(shè)計(jì)值按下列公式計(jì)算： 或者,75,四、單樁承載力的校核,群樁中復(fù)合基樁或基

18、樁應(yīng)按下列要求進(jìn)行校核： 對(duì)于軸心豎向力作用： 對(duì)于偏心豎向力作用，除滿足上式外，尚應(yīng)滿足下式：,76,11.5 樁的水平承載力,建筑工程中的樁基礎(chǔ)大多以承受豎向荷載為主，但在風(fēng)荷載、地震荷載、機(jī)械制動(dòng)荷載或土壓力、水壓力等作用下，也將承受一定的水平荷載。尤其是橋梁工程中的樁基，除需要滿足樁基的豎向承載力要求之外，還必須對(duì)樁基的水平承載力進(jìn)行驗(yàn)算,77,,一 、水平荷截作用下單樁的工作特點(diǎn) 樁能夠承擔(dān)水平荷載的能力稱單樁水平承載力。 豎直樁的水平承載力主要依靠周圍土體的水平抵抗。 樁入土深度越大，土的水平抵抗能力也越大 ，其水平承載力就越大。,78,,樁的水平承載力對(duì)于長(zhǎng)樁來(lái)說(shuō)，由樁

19、的水平位移和樁身彎矩所控制，而短樁則為水平位移和傾斜控制。,79,,影響樁基水平承載力的因素有哪些？ 樁截面尺寸；剛度；材料強(qiáng)度；樁頂嵌固程度；土質(zhì)條件；樁的入土深度,80,二、樁的水平靜載試驗(yàn),首先，在現(xiàn)場(chǎng)制作兩根相同的試樁，兩樁間水平放置加載用的千斤頂及安裝水平位移測(cè)量裝置。加載方式通常采用循環(huán)加卸載法，以便與樁基所承載的瞬時(shí)、反復(fù)的水平荷載情況一致；對(duì)于受長(zhǎng)期水平荷載的樁基，也可以采用慢速加載法進(jìn)行試驗(yàn)。,二,81,,根據(jù)水平載荷試驗(yàn)，繪制水平荷載時(shí)間位移曲線，取該曲線明顯陡降的前一級(jí)荷載為極限荷載（kN）。 極限水平承載力除以安全系數(shù)2.0，可作為單樁水平承載力的特征值。,82,三

20、、水平受荷樁的理論分析,按文克勒假定，樁側(cè)土作用在樁上的抗力p(kN/m)可以用下式表示： 式中 樁的計(jì)算寬度； x 水平位移；m 土的水平抗力系數(shù)(或稱水平基床系數(shù)或地基系數(shù))，kNm3。,83,,因?yàn)閷?duì)kh的不同假設(shè)將直接影響撓曲線微分方程的求解和截面內(nèi)力計(jì)算。kh與土的種類和樁入土深度有關(guān)。由于對(duì)kh 的分布所作的假定不同，就區(qū)分為不同的計(jì)算分析方法，采用較多的有以下幾種：,84,,由于對(duì) 的分布所作的假定不同，就區(qū)分為不同的計(jì)算分析方法，采用較多的有以下幾種： 1常數(shù)法 假定地基水平抗力系數(shù)沿深度均勻分布，即n=0。由于假設(shè)不變，而地面的變形一般又最大，因此，相

21、應(yīng)的土抗力也大，這與實(shí)際不符，但由于此法數(shù)學(xué)處理較為簡(jiǎn)單若適當(dāng)選擇的大小，仍然可以保證一定的精度，滿足工程需要。此法在日本和美國(guó)采用較多。,85,,1常數(shù)法 此法為我國(guó)學(xué)者張有齡在30年代提出，假定地基水平抗力系數(shù)沿深度均勻分布，即n=0。見(jiàn)圖11-8a。由于假設(shè)不變，而地面的變形一般又最大，因此，相應(yīng)的土抗力也大，這與實(shí)際不符，但由于此法數(shù)學(xué)處理較為簡(jiǎn)單若適當(dāng)選擇的大小，仍然可以保證一定的精度，滿足工程需要。此法在日本和美國(guó)采用較多。,86,2k法 此法假定在彈性曲線第一位移零點(diǎn)Zt以上按直線或拋物線變化，以下則為常數(shù)(見(jiàn)上圖b)。 3m法 假定地基水平抗力系數(shù)隨深度呈線性增加，即n=1

22、， ，這里m為比例系數(shù)（見(jiàn)上圖c）。即,87,4C法 假定地基水平抗力系數(shù)隨深度呈拋物線增加，即： n=0.5， ， c為比例常數(shù)（見(jiàn)上圖d）。 多用于公路部門。,88,,在單樁水平力計(jì)算中地基水平抗力系數(shù)有哪幾種方法，試分別繪出各方法的水平抗力系數(shù)分布示意圖（天大）,89,四、m法計(jì)算水平荷載作用下單樁的內(nèi)力與位移-了解,,單樁的撓曲線微分方程 設(shè)單樁在樁頂豎向荷載 、水平荷載 、彎矩 和地基水平抗力P(z)作用下產(chǎn)生撓曲，其彈性撓 曲線微分方程為： 由于 的影響很小，所以忽略一項(xiàng)。得樁的撓曲線微分方程式為：,90,令 得: 上式中的

23、稱為樁的水平變形系數(shù)，單位是m。,91,按上式計(jì)算出的單樁水平抗力、內(nèi)力、變形隨深度的變化如圖11-9所示,92,單樁的水平承載力特征值取決于樁的材料強(qiáng)度、截面剛度、入土深度、土質(zhì)條件、樁頂水平位移允許值和樁頂嵌固情況等因素。 在水平荷載作用下，樁基應(yīng)滿足： 式中 相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用 于任一單樁的水平力； 單樁水平承載力特征值。,93,11.6 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì),樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)可按下列步驟進(jìn)行：？ 1.選擇樁的持力層、樁的類型和幾何尺寸，初擬承臺(tái)底面標(biāo)高； 2.確定單樁或基樁承載力設(shè)計(jì)值； 3.確定樁的數(shù)量及其平面布置； 4.驗(yàn)算樁基承載力和沉降

24、量； 5.必要時(shí)驗(yàn)算樁基水平承載力和變形； 6.樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 7.承臺(tái)設(shè)計(jì)與計(jì)算； 8.繪制樁基施工圖。,94,,樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)通常包括哪些基本步驟？,95,一、樁型、樁長(zhǎng)和截面尺寸選擇,樁的長(zhǎng)度主要取決于樁端持力層的選擇。樁端宜進(jìn)入堅(jiān)硬土層或巖層，采用端承型樁或嵌巖樁；當(dāng)堅(jiān)硬土層的埋深很深時(shí)，則宜采用摩擦型樁，樁端應(yīng)盡量坐落在低壓縮性、中等強(qiáng)度的土層上。 樁端進(jìn)入持力層的深度，對(duì)粘性土、粉土，不宜小于2d（d為樁的直徑），對(duì)砂土，不宜小于1.5d，對(duì)碎石類土，不宜小于d。當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁端以下硬持力層厚度不宜小于4d，嵌巖灌注樁的樁周嵌入微風(fēng)化或中等風(fēng)化巖體的最小深度不宜小于0.5m,以

25、確保樁端與巖體接觸。,96,,樁型及樁長(zhǎng)初步確定以后，根據(jù)單樁或基樁承載力大小的要求，定出樁的截面尺寸，并初步確定承臺(tái)底面標(biāo)高。 一般情況下，承臺(tái)埋深的選擇主要從結(jié)構(gòu)要求和方便施工的角度來(lái)考慮，并且不得小于600mm。,97,二、樁數(shù)及樁位布置,1.樁的數(shù)量 當(dāng)樁基為軸心受壓時(shí)，樁數(shù)可按下式估算： 偏心受壓時(shí)，對(duì)于偏心距固定的樁基，如果樁的布置使得群樁橫截面的形心與上部結(jié)構(gòu)荷載合力作用點(diǎn)重合，樁數(shù)仍可按上式確定。否則，應(yīng)將上式確定的樁數(shù)增加10%20%。,98,2.樁的間距 可以查表，或者積累經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定樁的間距； 3.樁位的布置,99,back,100,,為了使樁基中各樁受力比較均勻，布

26、置時(shí)應(yīng)盡可能使上部荷載的中心與樁群的形心重合或接近。當(dāng)作用在承臺(tái)底面的彎矩較大時(shí)，應(yīng)增加樁基橫截面的慣性矩。對(duì)墻下柱基，可在外縱墻之外布設(shè)一至二根“探頭”樁(圖11-11)。,101,三 、樁身截面強(qiáng)度計(jì)算,1. 鋼筋混凝土預(yù)制樁 預(yù)制樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，采用靜壓法沉樁時(shí)，可適當(dāng)降低，但不宜低于C20；預(yù)應(yīng)力混凝土樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C40。 2.灌注樁 灌注樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般應(yīng)不低于C15，水下灌注時(shí)應(yīng)不低于C20，混凝土預(yù)制樁尖不應(yīng)低于C30。,102,四、樁基承臺(tái)設(shè)計(jì),樁基承臺(tái)可分為柱下獨(dú)立承臺(tái)、柱下或墻下條形承臺(tái)（梁式承臺(tái)），以及筏板承臺(tái)和箱形承臺(tái)等。 承臺(tái)

27、的作用是將樁聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，并把建筑物的荷載傳到樁上，因而承臺(tái)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。 承臺(tái)設(shè)計(jì)包括確定承臺(tái)的材料、形狀、高度、底面標(biāo)高、平面尺寸，以及局部受壓、受沖切、受剪及受彎承載力計(jì)算 。,103,煙臺(tái)大學(xué)化學(xué)館三樁承臺(tái),104,煙臺(tái)大學(xué)化學(xué)館四樁承臺(tái),105,1.承臺(tái)的外形尺寸及構(gòu)造要求,承臺(tái)的平面尺寸一般由上部結(jié)構(gòu)、樁數(shù)及布樁形式?jīng)Q定。 通常，墻下樁基做成條形承臺(tái)即梁式承臺(tái)；柱下樁基宜做成板式承臺(tái)（矩形或三角形），如下圖所示，其剖面形狀可做成錐形、臺(tái)階形或平板形。 (a) 矩形承臺(tái) (b)三樁承臺(tái),106, 柱下多樁矩形承臺(tái) 計(jì)算截面應(yīng)取在柱邊和承臺(tái)高度變化處（杯口外側(cè)或

28、臺(tái)階邊緣），按下式計(jì)算：,2. 承臺(tái)的內(nèi)力計(jì)算,107, 柱下三樁三角形承臺(tái) 計(jì)算截面應(yīng)取在柱邊，并按下式計(jì)算：,108,, 柱下或墻下條形承臺(tái)梁 柱下條形承臺(tái)的正截面彎矩設(shè)計(jì)值一般可按彈性地基梁進(jìn)行分析，地基的計(jì)算模型應(yīng)根據(jù)地基土層的特性選取。墻下條形承臺(tái)梁可按倒置的彈性地基梁計(jì)算彎矩和剪力。,109,承臺(tái)厚度可按沖切及剪切條件確定。一般可先經(jīng)驗(yàn)估計(jì)承臺(tái)厚度，然后再校核沖切和剪切強(qiáng)度，并進(jìn)行調(diào)整。承臺(tái)強(qiáng)度計(jì)算包括受沖切、受剪切、局部承壓及受彎計(jì)算。,3. 承臺(tái)厚度及強(qiáng)度計(jì)算,110,,沖切計(jì)算 如承臺(tái)有效高度不足，將產(chǎn)生沖切破壞。其破壞方式可分為沿柱（墻）邊的沖切和單一基樁對(duì)承臺(tái)的沖切兩

29、類。此時(shí)應(yīng)該進(jìn)行沖切驗(yàn)算。,111,承臺(tái)驗(yàn)算時(shí)應(yīng)滿足： 柱下矩形獨(dú)立承臺(tái)受柱沖切時(shí) ：,112,四樁（含四樁）以上承臺(tái)受角樁沖切的承載力按下列公式計(jì)算：,113,,【例11-2】某二級(jí)建筑樁基如圖11-18所示，柱截面尺寸為450mm600mm，作用在基礎(chǔ)頂面的荷載設(shè)計(jì)值為：F=2800kN，M=210kNm（作用于長(zhǎng)邊方向），H=145kN，擬采用截面為350mm350mm的預(yù)制混凝土方樁，樁長(zhǎng)12m，已確定基樁豎向承載力設(shè)計(jì)值R=500.0kN，水平承載力設(shè)計(jì)值Rh=45kN，承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，配置II級(jí)鋼筋，試設(shè)計(jì)該樁基礎(chǔ)（不考慮承臺(tái)效應(yīng)）。,114,11.7 其他深基礎(chǔ),除

30、樁基外，墩基、沉井和地下連續(xù)墻等都屬于深基礎(chǔ)。 一、墩基礎(chǔ) 墩基是在現(xiàn)場(chǎng)就地開(kāi)挖出的坑孔內(nèi)澆灌混凝土而成的深基礎(chǔ)。 與樁之間的主要區(qū)別在于：墩的斷面尺寸較大，長(zhǎng)細(xì)比較小，常常單獨(dú)承擔(dān)荷載，且承載力比單樁高。至于荷載傳遞的性質(zhì)，樁與墩并無(wú)本質(zhì)的差異。,115,116,二、沉井基礎(chǔ),沉井是以現(xiàn)場(chǎng)澆筑、挖土下沉方式進(jìn)入地基中的深基礎(chǔ)。一般是鋼筋混凝土制成，很少情況也可用磚石、鋼筒等。 沉井基礎(chǔ)有時(shí)與墩基礎(chǔ)相似，兩者最主要的區(qū)別在于沉井的特殊施工方法，另外，大多數(shù)沉井基礎(chǔ)是封底而不全填筑成實(shí)心基礎(chǔ)。 沉井適用于地基覆蓋層承載力較低，持力層相對(duì)較深，不能采用天然地基淺基礎(chǔ)的情況。,117,118,1

31、19,沉井施工步驟,施工時(shí)首先制作第一節(jié)井筒，通過(guò)在井筒內(nèi)部不斷的挖土（排水干挖或者水下開(kāi)挖），使沉井在自重作用下克服土的阻力而下沉。 隨著沉井的下沉，逐步加高井筒，沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在其底部澆筑混凝土封底。 根據(jù)需要填充井筒，制作井蓋，修建上部結(jié)構(gòu)。,120,121,江陰大橋北錨沉井,122,三、地下連續(xù)墻,作用： 防滲、擋土，地下室外墻的一部分； 適用范圍：坑深大，土質(zhì)差，地下水位高；鄰近有建（構(gòu)）筑物，逆作法施工，復(fù)合結(jié)構(gòu)的一部分 。 特點(diǎn)： 剛度大，擋土、擋水，可用于任何土質(zhì)，施工無(wú)振動(dòng)、噪音低；成本高，采用專用設(shè)備，施工技術(shù)復(fù)雜。,123,施工工藝,導(dǎo)墻施工槽段開(kāi)挖清孔插入接頭管和

32、鋼筋籠水下澆筑混凝土（初凝后）拔接頭管,124,方樁,125,管樁,126,預(yù)制樁尖,127,樁制作,128,沉樁,129,接樁,130,131,132,人工挖孔灌注樁,133,復(fù)習(xí)要點(diǎn),要點(diǎn)： 樁基分類 樁基設(shè)計(jì) 豎向承載力 深基礎(chǔ),134,關(guān) 鍵 概 念,深基礎(chǔ)；承臺(tái)；摩擦型樁；端承型樁；樁側(cè)摩阻力；樁端阻力；負(fù)摩阻力；單樁豎向極限承載力；群樁承載力；樁的水平承載力；墩基礎(chǔ)；沉井基礎(chǔ)；承載力特征值,135,思 考 題,11-1. 高層建筑基礎(chǔ)的特點(diǎn)、基本型式及應(yīng)用范圍如何? 樁可以分為多少種類?各類樁的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件是什么？ 11-3 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)的主要步驟是什么？ 11

33、-4 如何確定單樁極限承載力? 11-5 單樁和群樁的工作性狀有何差異? 11-6 如何確定群樁承載力? 11-7 何為樁的負(fù)摩阻力?其產(chǎn)生的原因有哪些？ 11-8 如何計(jì)算單樁水平承載力和變位?其基本思想是什么? 11-9如何計(jì)算群樁水平承載力?其基本思想是什么? 11-10 沉井基礎(chǔ)的施工方法及步驟。,136,補(bǔ)充作業(yè)題,某場(chǎng)區(qū)從天然地面起往下的土層分布是：粉質(zhì)粘土，厚度為3m，樁極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為50kpa；粉土，厚度為6m，樁極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為42kpa；中密的中砂，樁極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為64kpa，樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為5300kpa?，F(xiàn)采用截面邊長(zhǎng)為350mm*350mm的預(yù)制樁（承載力分項(xiàng)系數(shù)為1.65），承臺(tái)底面在天然地面下1.0m，樁端進(jìn)入中密的中砂的深度為1m。試確定單樁承載力設(shè)計(jì)值。 答案：746.45KN,137,,,流自己的汗，吃自己的飯美好的生活需要自己去創(chuàng)造,