1、第六章 高層建筑樁基礎(chǔ)6.1 概 述一高層建筑對(duì)樁基礎(chǔ)的基本要求1.高層建筑的特點(diǎn)高度高，豎直荷載大而集中；重心高，對(duì)傾斜十分敏感，且在風(fēng)和地震水平荷載作用下會(huì)產(chǎn)生巨大的傾覆力矩，故對(duì)基礎(chǔ)的承載力、穩(wěn)定性和差異沉降要求很高。 2.高層建筑對(duì)樁基礎(chǔ)的基本要求超常的豎向與水平向承載力和剛度；良好的整體性。 二、高層建筑樁基礎(chǔ)的作用特點(diǎn)（一） 1.樁支承于堅(jiān)硬的持力層上(基巖、硬塑粘性土等) ，具有很高的豎向單樁承載力或群樁承載力，足以承擔(dān)高層建筑的全部豎向荷載(包括偏心荷載)。2.樁基具有很大的豎向單樁剛度(端承樁)或群樁剛度(摩擦樁)，在建筑物自重或相鄰荷載影響下，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降，并能

2、確保建筑物的傾斜不超過(guò)允許范圍。 3.具有巨大的單樁側(cè)向剛度(大直徑樁)或群樁基礎(chǔ)的側(cè)向剛度及其整體抗傾覆能力，能抵御風(fēng)和地震引起的水平荷載與力矩，保證高層建筑的抗傾覆穩(wěn)定性。 二、高層建筑樁基礎(chǔ)的作用特點(diǎn)（二）1.箱、筏承臺(tái)底土可以分擔(dān)部分上部結(jié)構(gòu)荷載。 德國(guó)法蘭克福展覽會(huì)大樓，筒中筒結(jié)構(gòu)，樁筏基礎(chǔ)，56層，高256m，僅用64根41300mm鉆孔樁，長(zhǎng)度26.934.9m，建筑物總重1880MN，筏底土分擔(dān)25的荷載。 上海某高層住宅，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，16層，高56.5m，樁箱基礎(chǔ)，箱基底板面積為49.95X14.2，鋼筋混凝土預(yù)制方樁500mmX 500mm，樁長(zhǎng)26m，樁距1.65m3

3、.3m，共布樁209根，箱基底土分擔(dān)建筑物荷載大約17.5。 二、高層建筑樁基礎(chǔ)的作用特點(diǎn)（三）1.樁身穿過(guò)可液化土層而支承于堅(jiān)實(shí)土層或嵌固于基巖，在地震引起淺層土液化時(shí)，樁基憑靠深部穩(wěn)固土層仍具有足夠的抗壓與抗拔承載力，從而確保高層建筑的穩(wěn)定。三高層建筑樁基礎(chǔ)的基本形式1.樁柱基礎(chǔ)形式：柱下獨(dú)立樁基礎(chǔ)，可采用一柱一樁或一柱數(shù)樁基礎(chǔ).特點(diǎn)：各個(gè)樁柱基礎(chǔ)之間通常設(shè)置拉梁，或?qū)⒌叵率业装暹m當(dāng)加強(qiáng)。 適用條件：1)單樁柱基只適用于端承樁。因?yàn)楦鱾€(gè)基礎(chǔ)之間只有拉梁相連，幾乎沒(méi)有調(diào)整差異沉降的能力，而框架結(jié)構(gòu)又對(duì)差異沉降很敏感。2)群樁樁基主要用于摩擦樁。一般僅當(dāng)持力層比較堅(jiān)硬且無(wú)軟弱下臥層的地質(zhì)條件下

4、采用，以免產(chǎn)生過(guò)大的差異沉降。1. 樁梁基礎(chǔ) 組成形式：樁梁基礎(chǔ)指框架柱荷載通過(guò)基礎(chǔ)梁(或稱(chēng)承臺(tái)梁)傳遞給樁的樁基礎(chǔ)。 特點(diǎn)：比樁柱基礎(chǔ)具有較高的整體剛度和穩(wěn)定性，具有一定程度的調(diào)整不均勻沉降的能力。 適用條件：樁梁基礎(chǔ)主要適用于端承樁。1）端承樁承載力高，樁數(shù)可以較少，承臺(tái)梁不必過(guò)寬，否則就失去了經(jīng)濟(jì)性；2）若用摩擦樁，那么為調(diào)整不均勻沉降而加大基礎(chǔ)梁斷面也是不經(jīng)濟(jì)的。一 樁墻基礎(chǔ) 形式：剪力墻或?qū)嵏雇脖谙碌膯闻呕蚨嗯艠痘A(chǔ)。 特點(diǎn)：1）剪力墻可視為深梁，以其巨大的剛度足以把荷載較均勻地傳給各支承樁，無(wú)需設(shè)置基礎(chǔ)梁；2）剪力墻厚度較小，而樁徑一般較大，為了保證樁與墻體很好地共同工作，通常在樁

5、頂做條形承臺(tái)。 適用條件：常用于筒體結(jié)構(gòu)。1. 樁筏基礎(chǔ) 形式：當(dāng)受地質(zhì)條件限制，單樁承載力不很高，而采用滿(mǎn)堂布樁才足以支承建筑荷載時(shí)，常通過(guò)整塊鋼筋混凝土板把柱、墻(筒)集中荷載分配給樁。 這塊板稱(chēng)為筏，這類(lèi)基礎(chǔ)稱(chēng)為樁筏基礎(chǔ)。筏可做成梁板式或平板式。 樁筏基礎(chǔ)適用于軟土地基上的筒體結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，以便借助于高層建筑的巨大剛度來(lái)彌補(bǔ)基礎(chǔ)剛度的不足。若為端承樁基，則可用于框架結(jié)構(gòu)。 5.樁箱基礎(chǔ) 形式：樁箱基礎(chǔ)系由底板、頂板、外墻和若干縱橫內(nèi)隔墻構(gòu)成的箱型結(jié)構(gòu)把上部荷載傳遞給樁的基礎(chǔ)形式。 特點(diǎn)：1）剛度很大，可以調(diào)整各樁受力和沉降；2）造價(jià)較高。 適用條件：軟地基上建造的高層建筑。

6、 四、樁基的基本要求與樁基概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)1. 樁基的基本要求 合理選擇樁基的形式。樁基形式的選擇，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1）地質(zhì)條件。當(dāng)有條件做成大直徑端承樁時(shí)(基巖或密實(shí)的卵石層埋藏較淺時(shí))，采用單樁支承的和單排樁支承的墻基是最為經(jīng)濟(jì)合理的；當(dāng)端承樁的直徑和承載力受到限制時(shí)，采用多樁支承的柱基和多排樁支承的墻基比較合理；在深厚軟土地區(qū)(如覆蓋層土層100m以上)只能采用各種摩擦樁基礎(chǔ)。 2) 高層建筑的體型與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)體型較規(guī)則且高度不很高(如30層以下住宅)的高層建 筑，可考慮采用小群樁的樁柱基礎(chǔ)和樁梁基礎(chǔ)；當(dāng)體型復(fù)雜而地基條件又不好時(shí)，可考慮采用樁筏或樁箱基礎(chǔ)。 3) 建筑功能對(duì)地下空間利

7、用的方式。 合理選擇持力層與樁長(zhǎng)。持力層的選擇應(yīng)考慮下列因素：1）能提供足夠大的單樁承載力。所選持力層一般應(yīng)為中密以上的非液化砂層、比較堅(jiān)硬的粘土層或卵石、礫石層，甚至基巖。2）保證建筑物不產(chǎn)生過(guò)大的沉降與差異沉降。 3）考慮單方混凝土所提供的承載力。單方混凝土提供的承載力越大，樁基造價(jià)越低。由于樁側(cè)表面積為樁徑的一次函數(shù)，樁體積為樁徑的二次函數(shù)。因此，在提供同樣大小承載力的情況下，摩擦樁宜用細(xì)長(zhǎng)樁，即樁徑小、持力層深為宜. 4）考慮施工技術(shù)的可能性 樁的布置是否合理。1) 對(duì)于樁箱基礎(chǔ)，宜將樁布置于墻下；對(duì)于帶肋梁的樁筏基礎(chǔ)，應(yīng)將樁布置于肋梁下。2)對(duì)于滿(mǎn)堂布樁的樁箱、樁筏基礎(chǔ)， 采用“內(nèi)疏

8、外密”布樁，樁分布與荷載傳遞方式一致；采用“外疏內(nèi)密”，可以降低底板的內(nèi)力和用鋼量。 樁基需滿(mǎn)足水平承載力的要求。 高層建筑樁基的施工和使用不能對(duì)周?chē)h(huán)境造成不良的影響，并應(yīng)技術(shù)先進(jìn)，造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理。高層建筑多建在建筑物密集、交通繁忙、地下管線(xiàn)交錯(cuò)的繁華城區(qū)，一般不宜采用擠土樁；當(dāng)有條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用人工挖孔樁。 二樁基的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1. 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 概念：應(yīng)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論分析極限狀態(tài)時(shí)各因素的變化規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法稱(chēng)為概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。 極限狀態(tài)的分類(lèi)：承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài) 。 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)：以結(jié)構(gòu)的失效概率或可靠指標(biāo)來(lái)度量結(jié)構(gòu)的可靠度。1. 樁基的極限

9、狀態(tài) 樁基承載力極限狀態(tài)：1）樁基的破壞形態(tài)包括地基土強(qiáng)度破壞或樁身強(qiáng)度破壞。通常豎向承載樁和橫向承載短樁的破壞多由地基土強(qiáng)度破壞而引起；而橫向承載長(zhǎng)樁的破壞則多由樁的材料強(qiáng)度破壞所引起。2）這種以地基土或樁結(jié)構(gòu)喪失穩(wěn)定性的極限狀態(tài)即為樁基承載力極限狀態(tài)。 正常使用極限狀態(tài)：為滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)物有效使用和耐久性要求，而對(duì)橫向承載樁的水平位移、轉(zhuǎn)角、以及特殊荷載下的樁身裂縫進(jìn)行校核等，屬于樁基正常使用極限狀態(tài)。1. 樁基的失效概率和可靠指標(biāo) 樁的功能函數(shù),Z0,Z0,Zg R SRSRS樁基礎(chǔ)承載力；樁頂荷載效應(yīng)。當(dāng)時(shí)樁處于可靠狀態(tài)；當(dāng)時(shí)樁處于失效狀態(tài)；當(dāng)時(shí)樁處于極限狀態(tài)。 樁基礎(chǔ)的可靠指標(biāo)和失效概率P

10、f 22f P1RSRS ZZ令樁基的可靠指標(biāo)則失效概率1. 分項(xiàng)系數(shù) 單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值R的計(jì)算公式 SKUKPKSPSPSKPKUKSPSPQQQRRQQQ或單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；、樁側(cè)阻抗力、樁端阻抗力、樁端綜合阻抗力分項(xiàng)系數(shù)。 樁基豎向承載力抗力分項(xiàng)系數(shù)5. 建筑樁基安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果建筑物類(lèi)型重要性系數(shù)一 級(jí)很?chē)?yán)重重要的工業(yè)與民用建筑;對(duì)樁基變形有特殊要求的工業(yè)建筑1.1(1.2)二 級(jí)嚴(yán) 重一般的工業(yè)與民用建筑1.0(1.1)三 級(jí)不嚴(yán)重次要的建筑0.9(1.0)6. 樁基計(jì)算的荷載組合 對(duì)于樁基承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)采用荷載

11、效應(yīng)的基本組合和地震作用效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。 按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算樁基沉降，應(yīng)采用荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)組合。 計(jì)算樁基的水平變位、抗裂、裂縫寬度時(shí)，采用荷載效應(yīng)的短期效應(yīng)組合或短期效應(yīng)組合考慮長(zhǎng)期荷載的影響。 一、豎向荷載作用下單樁的荷載傳遞 1、荷載傳遞的基本方程1、荷載傳遞的基本方程 0001001zszE ASpzQ zQUqz dzS zSQ z dzdzdQ zqzUdzdzQ zdzdzE A s樁頂在豎向力作用下，深度為 處樁身軸力為：豎向位移為：微分段樁的側(cè)阻力微分段的壓縮量為： 22 pSpPSPE A d S zqzUdzAEUQ=QQQQS故其中 樁身截面積；樁身彈性模量；樁身

12、周長(zhǎng)。根據(jù)力的豎向平衡， 樁側(cè)總摩擦力；樁端總阻力。2、按照受力性能對(duì)樁的分類(lèi)按樁側(cè)阻力QS與樁端阻力QP的發(fā)揮程度和分擔(dān)荷載比，將樁分為摩擦型樁和端承型樁兩大類(lèi)。摩擦型樁 ：指在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁側(cè)阻力承受。根據(jù)樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載的大小，摩擦型樁分為摩擦樁和端承摩擦樁兩類(lèi)。1.摩擦樁： QS /Q0.82.端承摩擦樁：QS /Q0.60.75端承型樁：指在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承受，樁側(cè)阻力相對(duì)樁端阻力而言較小，或者可以忽略不計(jì)的樁。根據(jù)樁端阻力發(fā)揮的程度和分擔(dān)荷載的比例，可分為摩擦端承樁和端承樁兩類(lèi)。 u端承樁： QP /Q0.8；u摩擦端承

13、樁： QP /Q0.60.753. 樁荷載傳遞的一般規(guī)律樁端土與樁側(cè)土的模量比EbES 越小，樁身軸力沿深度衰減愈快，即傳遞到樁端的荷載愈小.隨樁土剛度比 EPES (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)EPES 1000后， QP /Q的變化不明顯。 3. 樁荷載傳遞的一般規(guī)律隨樁的長(zhǎng)徑比ld(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)ld 40時(shí)，在均勻土層中，QPQ趨于零；當(dāng)ld 100時(shí)，不論樁端土剛度多大，其QPQ值小到可忽略不計(jì)。擴(kuò)大樁端面積，樁端傳遞荷載的比率QPQ增大。二、樁側(cè)負(fù)摩阻力1、樁側(cè)負(fù)摩阻力產(chǎn)生的條件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)度降低而固結(jié)(濕陷) ；外界荷載作用導(dǎo)致樁周土固結(jié)沉降，如鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長(zhǎng)期荷載或大面積地面堆載(包括填土)；因降水導(dǎo)致樁周土中有效應(yīng)力增大而固結(jié)。 2、樁側(cè)負(fù)摩阻力對(duì)樁基的影響摩擦型樁：1.負(fù)摩阻力對(duì)樁體產(chǎn)生下拉荷載使樁基隨之沉降；2.在樁基中部某點(diǎn)，負(fù)摩阻力降低到0，該點(diǎn)稱(chēng)為中性點(diǎn)。3.中性點(diǎn)以上樁側(cè)摩阻力可以視為0。端承型樁：負(fù)摩阻力對(duì)樁體產(chǎn)生下拉荷載，但由于樁端持力層較硬，故沉降很小，或沒(méi)有沉降。負(fù)摩阻力長(zhǎng)期作用于中性點(diǎn)以上樁側(cè)表面。下拉荷載應(yīng)作為外荷載一部分驗(yàn)算樁承載力。3、負(fù)摩阻力及下拉荷