第三章樁基礎第一節概述

0深基礎的類型與特點深基礎：橋梁樁基礎、沉井基礎，建筑樁基礎等。深基礎的特點：承載力高、變形小、省材料和基坑開挖淺等優點，同時技術要求高、造價大、工期長的缺點。深基礎的種類樁基礎預制樁灌注樁鋼管樁鋼筋砼樁鉆孔灌注樁沉管灌注樁爆擴灌注樁地下連續墻墩基礎(大直徑人工挖孔樁)沉井(沉箱)基礎1、樁基礎的組成與特點1、樁基礎特點

特點：1、結構形式、施工方法特別

2、地基承載力高

3、樁基礎技術復雜

4、深基礎的造價高，應進行經濟分析（技術、造價、工期）荷載較大，地基持力層位置較深(承載力大)；河床沖刷較大(透空性、穩定性好）沉降過大或不均勻沉降過大時(沉降量小)；減少施工困難和避免水下施工；樁基礎可增加結構物的抗震能力；(減震性)樁基礎的適用條件一、按承臺的位置分類二、按樁的施工方法分類三、按樁受力分類四、按成樁方法分類五、按樁徑大小分類六、按樁的使用功能分類七、不同材料的樁及其構造第二節樁和樁基礎類型與構造

按承臺的位置分類。一、高承臺和低承臺高樁承臺低樁承臺以上以下基樁有部分自由長度基樁自由長度為零小大承臺底面位于地面或沖刷線結構特點基礎剛度穩定性好不好預制樁(沉樁)鋼筋混凝土樁、鋼樁和木樁灌注樁鉆孔灌注樁，沖、挖孔灌注樁，沉管灌注樁，鉆擴(爆擴)灌注樁二、按樁的施工方法分類定義施工前預先制作成型；施工中用機械設備沉入地基于設計標高的樁。定義在建筑工地現場成孔，并在現場灌注混凝土制成的樁。復打動畫振動樁預制樁的預制工廠預制：質量、強度高。但運輸、吊裝及打樁中避免樁體損傷。就地預制：短樁，專業人員負責

結論：可提高混凝土等級強度，縮小樁徑，減少混凝土用量，節省造價。較普遍使用C60~C80。

錘擊法：重錘輕擊。

振動法：適用于砂土地基。

靜力壓樁法：采用靜力壓樁機。最適宜于均質軟土地基。預制樁的沉樁方法上海江南造船廠生產的YZY600噸頂壓式靜壓樁機

（圖為南京里圩小區施工現場）返回灌注樁鉆孔灌注樁沖、挖孔灌注樁沉管灌注樁鉆擴(爆擴)灌注樁結論：混凝土質量不易保證。鉆孔灌注樁優點：避免錘打的噪音和振動。(a)成孔；(b)放入鋼筋籠，清孔(c)澆灌水下混凝土；(d)成樁樁架鉆頭正循環排渣反循環排渣灌注樁鉆孔灌注樁沖、挖孔灌注樁沉管灌注樁鉆擴(爆擴)灌注樁結論：混凝土質量不易保證，混凝土強度等級不宜過高，不宜高于C30。(a)鋼管就位；(b)沉管；(c)澆灌混凝土;(d)邊振動，邊拔管；(e)放入鋼筋籠澆灌混凝土；(f)成樁沉管灌注樁施工程序鉆擴(爆擴)灌注樁

采用擴大頭樁，提高樁端土支承力。擴大頭直徑為樁身直徑的2~3倍。樁端為堅硬密實土層或基巖土。擴孔鉆頭管樁基礎：大跨徑橋梁的深水基礎，沉樁動力大，一般公路橋梁中少用。鉆埋空心樁基礎：預制預應力混凝土樁殼拼裝連接，吊放入樁孔內，樁側填石壓漿和樁底填石壓漿，形成樁基礎。應用：大跨徑橋梁的深水大直徑(D>1.5m)基礎。

根據成樁方法和擠土效應分類：非擠土樁：干作業法、泥漿護壁法和套管護法。如人工挖孔擴底樁。部分擠土樁(孔徑不夠大）：(1)鉆孔灌注樁局部復打樁。(2)預鉆孔打入式預制樁。(3)打入式敞口鋼管樁。擠土樁：(1)擠土灌注樁，如沉管灌注樁。(2)擠土預制樁。三、按成樁方法分類

“縮頸”斷樁局部夾土混凝土離析。灌注樁質量控制

擠土效應四、按樁受力分類

(1)豎向受力作用工程樁樁端阻力和側摩擦力的多少樁端阻力的比例側摩擦力的比例摩擦樁<20%

>80%端承樁>80%

<20%

極限承載力狀態下，樁頂荷載主要由樁側阻力承受；樁端阻力占少量比例。摩擦樁摩擦樁在極限承載力狀態下，樁頂荷載主要由樁端阻力承受。樁側摩擦力占的比例較小，樁側摩擦力約占單樁承載力的20％。摩擦端承樁端承樁(2)橫向受力作用主動樁：樁頂受橫向荷載的樁。輸電塔的樁基礎被動樁：樁身受側向力：深基坑的支護樁、抗滑樁。斜樁：軸線傾斜。樁墩和擴底樁墩

六、按樁徑大小分類小樁：中小型工程和基礎加固。中等直徑樁：承載力較大，廣泛用于建筑物中。大直徑樁：高層建筑、重型設備的端承型樁基礎。定義：樁徑d250mm樁。特點：沉樁施工機械、場地與施工方法都簡單。?定義：250mm＜d＜800mm。?定義：d800mm的樁。

?特點：承載力高。返回木樁混凝土樁：鋼筋混凝土樁其他類型的樁（預應力鋼筋混凝土樁鋼樁和組合樁）在我國公路、鐵路上的橋梁多用鋼筋混凝土樁。八、按樁的材料和構造分類小型工程和臨時工程中小型工程承壓樁，深基坑護坡樁第三節樁與樁基礎的構造一各種基樁的構造1、鋼筋混凝土灌注樁樁身：實心斷面，混凝土強度等級：＞C20配筋：受力主筋：受橫向力和彎矩時，配筋由計算確定。構造配筋：樁頂3~5m內設置構造鋼筋。主筋：ф≥14mm，不少于8根。箍筋：ф≥8mm，間距200~400mm。必要時，設置加強箍筋(ф=14~18mm)。主筋的保護層厚度不應小于50mm。最小配筋率：0.2~0.60%(小直徑取大值)。2、鋼筋混凝土預制樁類型：實心圓/方樁混凝土強度＞C30配筋：受力主筋：主筋：ф≥19~25mm箍筋：ф≥6~8mm@200~400mm由制造、運輸、施工和使用等各階段的內力計算配筋確定。樁尖鋼筋集中于芯棒，樁頭加三層以上方格網片主筋的保護層厚度不應小于35mm。最小配筋率:打入樁0.8%,靜壓樁0.6%。(1)決定樁身配筋的因素有：樁基規范中的規定計算豎向及水平力作用下對樁身強度的要求；建筑物的設計等級及地震設防烈度；巖土工程情況；施工工藝。實際工程中樁身配筋可由橫向力和彎矩引起的內力計算確定；除此外，還要滿足構造配筋的要求。(2)樁身配筋率，僅是構造配筋的最低要求。如遇長樁段預制樁考慮起吊要求，承受水平力大的樁需要計算確定。(3)配筋長度基于樁身在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下，受水平力和彎矩較大的樁，配筋長度應通過計算確定。兼顧施工需要和樁的重要性要求3、預應力混凝土管樁工廠：Φ400,550mm；t=80mm?；炷翉姸鹊燃墸海綜40?，F場：Φ1.5m~5.8m；t=100~140mm。混凝土強度等級：＞C404、鋼樁：鋼管樁和H形鋼樁

D＝400~1000cm，L＝12~15m，其強度高，設計厚度由有效厚度和腐蝕厚度。二、承臺構造樁基承臺要滿足抗沖切、抗剪切和抗彎承載力和上部結構的要求。承臺厚度：宜為樁徑的1.0~2.0倍，不宜小于1.5m，混凝土標號不低于C20。受力鋼筋：承臺受力鋼筋應均勻布置于承臺內。樁頂面應設置鋼筋網。承臺之間應用聯系梁連接，聯系梁的設置。實例：蘇通大橋的索塔基礎有131根D280cm/D250cm鉆孔灌注樁第四節樁基礎的施工(自學)一、灌注樁的施工：施工工藝過程，決定樁的質量好壞有樁位誤差、樁身完整性和樁基承載力，對樁基承載力影響的因素。二、打入樁樁錘的選擇、樁架的架設、樁的吊運、打樁等施工工藝過程以及打樁中常遇的問題和注意事項三、水中樁基礎施工、大直徑空心樁施工施工工藝過程。蘇通大橋的主橋基礎承臺施工1．主橋基礎河床防護2．打設施工平臺鋼管樁3．架設鉆孔平臺4．安裝護筒導向架5．打設鉆孔灌注樁鋼護筒6．灌注樁基礎鉆孔7．下放鋼筋籠8．澆筑混凝土9．樁底注漿施工10．鋪設主橋基礎承臺底板鋼板11．安裝承臺首節鋼吊箱壁板12．完成承臺多節鋼吊箱拼裝13．澆筑水下封底混凝土14．完成主塔承臺施工第五節單樁承載力一單樁軸向荷載傳遞和破壞模式(a)樁身微分段；(b)軸向受壓樁；(c)軸向力分布(d)樁側摩擦力分布；(e)截面位移分布曲線結論樁的承載力是由樁側摩阻力和樁底阻力兩部分組成。樁側摩阻力和樁端阻力的發揮程度與樁土間的變形形態有關。樁側阻力取決于土的剪切強度。

樁底極限阻力取決于持力層的抗剪強度和上覆荷載及樁徑的大小。樁側摩阻力的影響主要因素有：

樁土間的相對位移、土的性質、樁的剛度、時間因素、土中應力狀態以及樁的施工方法等。樁底阻力的影響因素有：

土的性質、覆蓋土層的厚度(上覆荷載)、樁徑、樁底作用力、時間和樁底進入持力層的深度等。深度效應、臨界深度、臨界厚度

樁的承載力(主要是樁端承載力)隨著入土深度，特別是進入持力層的深度而變化現象。深度效應：樁端進入持力砂土層或硬粘性土層時，極限端承力將隨著進入持力層的深度線性地增加，達到一定深度hc之后，端承力達到極限值并保持穩定值qL。這一深度稱為臨界深度。臨界深度與覆蓋荷載及持力層的密實度有關。臨界深度：若持力層下為軟弱土層，樁尖下的土層可能發生沖剪破壞引起端承力減小，這時持力層的最小厚度tc稱為臨界厚度。tc主要隨砂土密實度和樁徑d的增大而加大。樁向軟弱土層沖剪臨界厚度：單樁在軸向荷載作用下的破壞模式I－材料強度破壞。

(端承樁)II－整體剪切破壞。(摩擦樁)III－刺入破壞。摩擦端承樁、端承摩擦樁。I－材料強度破壞

樁端支承于很硬的土層，而樁側土為軟土層，樁的承載力取決于樁身強度。(端承樁)材料強度破壞樁尖進入高強度的土層時。當荷載增加時，樁底土層中出現整體剪切破壞。(摩擦樁)整體剪切破壞II－整體剪切破壞樁周土和樁尖土的抗剪強度相當均勻，這是摩擦樁的典型情況。荷載將由樁側摩擦力和樁端支承力共同承擔。刺入破壞III－刺入破壞上拔樁承壓樁注意點：二、單樁軸向容許承載力單樁容許承載力的定義

單樁在荷載作用下，地基土和樁本身的強度和穩定性均能保證，變形也容許范圍內，以保證結構物的正常使用所能承受的最大荷載。它是由單樁軸向極限承載力(極限樁側摩阻力與極限樁端支承力之和)考慮必要的安全度后求得。單樁容許承載力的確定方法：靜荷載試驗經驗公式靜力觸探法動測試樁法靜力分析法。(一)由靜荷載試驗確定《公路基規》規定：大型、重要工程或地質條件復雜的樁基工程需由現場荷載試驗確定。隨機抽查：試樁數≥1％，且≥3根。試驗目的采用接近于豎向抗壓樁的實際工作條件的試驗方法，確定單樁豎向（抗壓）極限承載力，作為設計依據，或對工程樁的承載力進行抽樣檢驗和評價。試驗加載裝置試樁頂用油壓千斤頂加載反力裝置：錨樁橫梁壓重平臺錨樁壓重聯合試樁制作要求試樁頂部加強，可在樁頂配置加密鋼筋網2-3層，或以薄鋼板圓筒作成加勁箍與樁頂混凝土澆成一體，用高標號砂漿將樁頂抹平。對于預制樁，若樁頂未破損可不另作處理。試樁頂部露出試坑地面的高度不宜小于600mm，試坑地面宜與樁承臺底設計標高一致。試樁的成樁工藝和質量控制標準應與工程樁一致。試樁時間在樁身強度達到設計強度。預制樁：砂類土，不應少于7d；粉土和粘性土，不應少于15d；淤泥或淤泥質土，不應少于25d。試樁加載方式采用慢速維持荷載法，即逐級加載，每級荷載達到相對穩定后加下一級荷載，直到試樁破壞，然后分級卸載到零。實際工程樁的荷載特征可采用多循環加、卸載法：每級荷載達到相對穩定后卸載到零。當考慮縮短試驗時間，對于工程樁的檢驗性試驗，可采用快速維持荷載法，即一般每隔一小時加一級荷載。加卸載與沉降觀測：加載分級：10~15級荷載；沉降觀測：5、10、15、15、15，30，30min…測讀。沉降相對穩定標準：0.1mm/h，兩次后，加下一級荷載。終止加載條件：卸載及沉降觀測：加載值的2倍。15，15min測讀一次殘余沉降，30min再讀一次,即可卸下一級荷載，全部卸載后隔3-4h再讀一次。極限承載力的確定

(1)當陡降段明顯時，取相應于陡降段起點的荷載為極限荷載；(2)在Q—s曲線上取樁頂總沉降40mm相應荷載強度作為極限荷載；由Q—s曲線判斷承載力(二)經驗公式

極限承載力由樁周極限摩阻力和樁底土的極限承載力兩部分組成。摩擦樁經驗公式基本形式：支承于巖層或嵌入巖層中的單樁：

[P]＝(C1A+C2Uh)Ra端承樁極限狀態下承載力公式基本形式：3、靜力觸探法通過原位靜力觸探儀測出側摩阻力和端阻力，并與當地靜載試樁法結果比較建立適合當地的經驗公式：4、動測試樁法高應變動測法和低應變動測法。低應變動測法：只能檢測樁身質量。高應變動測法：樁身承載力，也能檢測樁身質量。單樁容許承載力的確定方法：靜荷載試驗經驗公式靜力觸探法動測試樁法靜力分析法。（波洛斯Poulos法）三.單樁橫軸向容許承載力0、定義樁的橫向承載力是指在水平荷載和彎矩作用下，滿足樁身材料和地基強度與穩定以及樁頂水平位移要求所具有的承載力。樁的破壞機理圖圖：承受水平力的單樁變形(b)彈性樁(a)剛性樁樁的類型I－樁的相對剛度較大，樁在橫向力或彎矩作用下，產生剛體轉動。剛性樁，承載力由樁側土的強度及穩定性決定。(a)剛性樁II－樁的相對剛度較小，樁在橫向力或彎矩作用下，產生彈性撓曲變形，彈性樁的承載力由樁身材料的抗彎強度或側向變形條件決定。(b)彈性樁式中：

b0——樁的計算寬度；m——

地基系數的比例系數；E——E＝0.85Eh，Eh為樁的抗壓彈性模量；I——樁截面的慣性矩，EI=E*I為樁的抗彎剛度。

由樁的抗彎剛度、地基土性質及樁徑得樁的變形系數：評判依據

由樁的變形系數對樁的入土深度l進行換算，確定樁的類型：l≤2.5時為剛性樁；l＞2.5時為彈性樁。1、水平靜荷載試驗

方法可靠。試驗能反映現場條件下的各種因素，因此得到的承載力值是最符合實際的。試驗目的目的：采用接近于水平受力樁的實際工作條件的試驗方法，確定單樁的水平承載力和地基土的水平抗力系數或對工程樁的水平承載力進行檢驗和評價；當埋設有樁身應力測量元件時，可測定出樁身應力變化，并由此求得樁身彎矩分布.試驗加載裝置試樁用油壓千斤頂加載施加水平力水平力作用線通過地面標高，即實際工程樁基承臺底面標高。在千斤頂與試樁接觸處宜安置一球形鉸座。試樁加載方式單向多循環加卸載法，個別受長期水平荷載的樁基也可采用慢速維持加載法：穩定標準可參照豎向靜載試驗進行試驗。加卸載與沉降觀測：荷載分級：分10-15級加載加載與位移觀測：恒載4min測讀水平位移，然后卸載至零，停測2min讀殘余水平位移，至此完成一個加卸載循環，如此循環5次便完成一級荷載的試驗觀測。終止試驗的條件：當樁身折斷或水平位移超過30-40mm（軟土取40mm）時，可終止試驗。由荷載－時間－位移曲線和位移梯度－荷載試驗曲線圖，綜合確定橫向臨界荷載量Hcr和橫向極限荷載量Hu。Hcr指樁身受拉區混凝土開裂退出工作前的荷載。橫向臨界荷載與極限荷載的確定橫向極限荷載橫向臨界荷載水平位移U0r時間T(h)荷載－時間－位移曲線位移梯度－荷載曲線根據試驗數據繪制荷載－時間－位移曲線和位移梯度－荷載曲線，第一拐點為臨界荷載Hcr，第二拐點為極限荷載量Hu。變形控制單樁水平承載力設計值鋼筋混凝土預制樁、鋼樁和樁身全截面配筋率不小于0.65%的灌注樁，由靜荷載試驗結果取地面水平位移為10mm(對水平位移敏感的建筑物取水平位移為6mm)所對應的荷載為單樁水平承載力設計值。

由強度控制確定單樁水平承載力設計值。

樁身全截面配筋率小于0.65%的灌注樁，由靜荷載試驗結果取臨界荷載為為單樁水平承載力設計值。

四、按樁身材料強度確定1、軸向受壓情況

考慮縱向撓曲影響，截面強度折算：對于鋼筋混凝土樁，普通配筋時：2、最大裂縫寬度：式中：fmax－要荷載短期效應組合下，并考慮荷載長期效應影響，構件的最大裂縫寬度，f－構件的允許裂縫寬度。五、樁的負摩阻力(一)負摩阻力的定義(正)摩阻力：土層的樁受荷產生向下的位移，樁周土產生向上的摩阻力。負摩阻力：樁周土層沉降超過樁沉降時，則樁周土產生向下的摩阻力。負摩阻力引起的工程事效(a)(b)(c)圖：樁的負摩阻力及其部分原因

(a)樁周土固結下沉；(b)地面超載壓密樁周土；

(c)地下水位下降。(二)負摩阻力的幾個特性產生負摩阻力的條件中性點定義位置確定影響因素經驗數值同一根樁上摩阻力為零的斷面，叫中性點。中性點是樁、土位移相等的斷面。樁的沉降(z)與樁側土沉降s(z)相等確定：(z)=s(z)(1)樁底持力層的剛度；(2)樁周土層的變形性質和應力歷史；(3)外部條件變化引起；(4)樁的長徑比愈小、截面剛度愈大則ln愈大。實測結果：端承樁，中性點接近于硬持力層頂面，ln

＝ls(ls為硬持力層以上土層厚度)。對于欠固結軟弱土層中的摩擦樁，ln＝(0.7~0.8)ls中性點存在時間效應。(a)(b)(c)(d)(e)負摩阻力圖示

(a)中性點示意；(b)摩阻力深度變化；

(c)樁土相對位移隨深度變化；(d)樁軸力隨深度變化；(e)中性點確定(三)單樁負摩阻力的計算

目前的計算方法主要從安全考慮，計算負摩阻力和下曳荷載的最大值。驗算單樁承載力

P＋NF≤[P]

NF＝f

·Ahf＝f·(ΣUli)

式中：Ahf－產生負摩阻力h1范圍內樁身表面積,f－單位負摩阻力.(1)有效應力法計算(一般土層)：

f＝Ktg·v＝·vv＝Z(2)無側限抗壓強度法(軟粘土層)：

f＝qu/2式中：qu為軟粘土的無側限抗壓強度。單位負摩阻力強度第六節樁基礎質量檢測(自學)時間:施工全過程，施工結束后整體評價檢測內容：1.樁的幾何受力條件檢驗。樁位的平面布置，樁身傾斜度，樁頂和樁底標高等。2.樁身質量檢驗：尺寸、構造及其完整性，驗證樁的制作或成樁的質量。3.樁身強度與單樁承載力。常用樁基完整性檢測方法鉆孔抽芯法聲波透射法高應變動力檢測法低應變動力檢測法。習題端承樁在樁側土為軟土層其抗剪強度很低時，產生的破壞形式是()；摩擦樁的樁周土層為較軟土層，抗剪強度較低，而樁底土層強度較高時，產生的破壞形式是()；當摩擦樁的樁底土層和樁側土的抗剪強度基本均勻時，產生的破壞形式是()。A.刺入破壞B.樁體材料強度破壞C.樁底土層整體剪切破壞1下列樁型具有擠土效應的樁是：()。A.鉆孔灌注樁B.打入式預制樁C.H型鋼樁D.人工挖孔樁E.沉管灌注樁2形成樁的豎向承載力是（）A.樁側正摩阻力B.樁側負摩阻力C.樁底阻力D.樁端軸力3、樁頂在豎向荷載作用下，樁體發生變形，其變形由兩部分組成：

，

。1、在靜載試驗繪制的P－S曲線上，具有明顯轉折的點對應荷載是()；在靜止橫向荷載試驗繪制的荷載－位移曲線上，第一轉折點對應荷載可能是()；第二轉折點對應荷載是()。A.極限荷載B.臨界荷載C.樁工作荷載的最大值D.開始產生塑性變形的荷載E僅產生彈性變形的最大荷載1、下列工程確定單樁承載力設計值時，宜用靜載試驗法的是(

)；初步設計時可用規范經驗公式法的是()A.大型工程B.重要工程C.一般橋梁D.地質條件復雜的工程E.中小橋梁2、可以確定單樁承載力的方法是()A.靜載試驗法B.規范經驗公式法C.高應變動測法D.低應變動測法E.打樁公式法