1、2022/9/2715.3 樁基巖土工程問題分析在房屋建筑與構(gòu)筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，樁基是常用形式之一。樁基具有施工方便、承載力高、沉降量小等優(yōu)點(diǎn)。一、樁基類型及持力層的選擇 樁的種類很多，但在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，常用灌注樁和預(yù)制樁。灌注樁 沉管灌注樁、大直徑樁（鉆孔、人工挖 孔）、擴(kuò)孔灌注樁等。 樁基持力層選擇在穩(wěn)定的硬塑堅(jiān)硬狀態(tài)的低壓縮性粘性土和粉土層，中密以上的砂土、碎石層，微、中風(fēng)化的基巖。第四系土層作為樁端持力層其厚度宜超過 6 10倍樁身2022/9/2415.3 樁基巖土工程問題分析在房屋建筑2022/9/27直徑或樁身寬度；擴(kuò)底墩的持力層厚度宜超過2倍墩底直徑；如果持力

2、層下臥軟弱地層時(shí)，應(yīng)從持力層的整體強(qiáng)度及變形要求考慮，保證持力層有足夠厚度。此外，對(duì)于預(yù)制打入樁來說，還應(yīng)考慮樁能順利穿過持力層以上各地層的可能性。 二、單樁承載力的確定 在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)中，一般以受豎向荷載為主，故單樁承載力常指的是單樁豎向承載力。單樁承載力一方面取決于制樁材料的強(qiáng)度，另一方面取決于土對(duì)樁的支承力，大多數(shù)情況下，樁的承載力都是由土的支承力控制的。因此，如何根據(jù)地基的強(qiáng)度與變形確定單樁承載力是設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)的關(guān)鍵問題，根據(jù)土對(duì)樁的支承力確定單樁承載力的方法，主要有靜荷載(樁載)試驗(yàn)與靜力分析(半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算)兩種方法。 2022/9/24直徑或樁身寬度；擴(kuò)底墩的持力層厚度

3、宜超過22022/9/27 靜力分析法主要是根據(jù)原位測試資料或土的物理性質(zhì)指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的關(guān)系來確定單樁承載力。 對(duì)一級(jí)建筑樁基應(yīng)采用現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)，并結(jié)合靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入等原位測試方法綜合確定。 對(duì)二級(jí)建筑樁基應(yīng)根據(jù)靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)等估算，并參照地質(zhì)條件相同的試樁資料，綜合確定，當(dāng)缺乏可參照的試樁資料或地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，應(yīng)由現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)確定。 對(duì)三級(jí)建筑樁基，如無原位測試資料時(shí)，可利用承載力經(jīng)驗(yàn)參數(shù)估算。 2022/9/24 靜力分析法主要是根據(jù)原位測2022/9/27 樁靜載荷試驗(yàn)是先在準(zhǔn)備施工的地方打試驗(yàn)樁，在試樁頂上分級(jí)施加靜荷載，直至樁發(fā)生劇烈或不停滯的沉降(樁已

4、喪失穩(wěn)定性)為止，在同一條件下的試樁數(shù)量，不宜少于總樁數(shù)的1%，并不應(yīng)少于3根，工程總樁數(shù)在50根以內(nèi)時(shí)不應(yīng)少于2根。然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制荷載沉降(QS)關(guān)系曲線，從而可確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。 按靜力分析法估算單樁承載力，不同規(guī)范所推薦的經(jīng)驗(yàn)公式是有差別的，有的用以估算單樁承載力設(shè)計(jì)值，有的則用以估算單樁承載力極限值。在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基中，主要是估算單樁承載力極限值，下面介紹在房屋建筑與構(gòu)筑物的樁基中常用的靜力觸探法與按土的物理指標(biāo)法確定單樁承載力極限值。 2022/9/24 樁靜載荷試驗(yàn)是先在準(zhǔn)備施工2022/9/27(一)靜力觸探法估算單樁承載力 靜力觸探試驗(yàn)中的探頭與土的

5、相互作用，相似于樁與土的相互作用，因此可以用靜力觸探試驗(yàn)測得的比貫入阻力(單橋)或雙橋探頭中的錐尖阻力與側(cè)壁摩阻力估算單樁承載力。但不能直接以靜力觸探中端阻與摩阻作為實(shí)際單樁的端阻力和摩阻力，而必須經(jīng)過修正，這是因?yàn)殪o力觸探的工作性能與實(shí)際單樁的工作性能有所不同。 不同之處主要是尺寸效應(yīng)、應(yīng)力場、材料性質(zhì)等，存在這些差異所造成的影響至今還難以從理論上逐項(xiàng)嚴(yán)密地進(jìn)行理論或從數(shù)學(xué)關(guān)系上加以描述，因此用靜力觸探確定單樁承載力也是一種經(jīng)驗(yàn)估算。2022/9/24(一)靜力觸探法估算單樁承載力 2022/9/27 (1)根據(jù)單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)，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)可按下

6、式計(jì)算：Quk= Qsk+Qpk=uqsikli+pskAp式中：Quk單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；Qsk單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Qpk單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；u樁身周長；qsik用靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li樁穿越第i層土的厚度；樁端阻力修正系數(shù)；psk樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值(平均值)；Ap樁端面積。 2022/9/24 (1)根據(jù)單橋探頭靜力觸探資料確2022/9/27 (2) 根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁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、如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可按下式計(jì)算：Quk=uliifsi+qcAp式中：fsi第i層

7、土的探頭平均側(cè)阻力；qc樁端平面上、下探頭阻力，取樁端平面以上4d(d為樁的直徑或邊長)范圍內(nèi)按土層厚度的探頭阻力加權(quán)平均值，然后再和樁端平面以下1d范圍內(nèi)的探頭阻力進(jìn)行平均；樁端阻力修正系數(shù)，對(duì)粘性土、粉土取2/3，飽和砂土取1/2；i第i層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)。2022/9/24 (2) 根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確2022/9/27(二)土的物理指標(biāo)法確定單樁承載力 根據(jù)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)，宜按下式計(jì)算：Quk=Qsk+Qpk=uqsikli+qpkAp式中：qsik樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值時(shí)，可查規(guī)范。qpk極限端

8、阻力標(biāo)準(zhǔn)值，如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值時(shí)，可表。 三、群樁承載力與群樁沉降驗(yàn)算 當(dāng)樁中心距小于或等于6倍樁徑且樁數(shù)超過9根(含9根)時(shí)，可將樁和土作為假想的實(shí)體基礎(chǔ)，此時(shí)樁臺(tái)、樁和樁間土形成一個(gè)整體，在上部荷載作用下一起下沉，這便是群樁作用。驗(yàn)算這類樁基的承載力與沉降時(shí)，按實(shí)體基礎(chǔ)考慮。 2022/9/24(二)土的物理指標(biāo)法確定單樁承載力三、群2022/9/27（一）群樁承載力驗(yàn)算 群樁承載力驗(yàn)算是指驗(yàn)算實(shí)體基礎(chǔ)底面(樁端平面處)的地基承載力是否滿足。常用方法之一是假定荷載從最外一圈的樁頂，以0/4的傾角向下擴(kuò)散傳布(0為樁長范圍內(nèi)各土層的平均內(nèi)摩擦角)，此時(shí)應(yīng)滿足： 中心荷載時(shí)， 偏心荷載時(shí)，2022

9、/9/24（一）群樁承載力驗(yàn)算 偏心荷載時(shí)，2022/9/27(二)群樁沉降驗(yàn)算 群樁沉降驗(yàn)算時(shí)，同樣將群樁作為實(shí)體基礎(chǔ)，所計(jì)算的樁基變形值應(yīng)滿足建筑物樁基變形允許值的規(guī)定，建筑物樁基變形允許值如無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可查表中的規(guī)定采用，對(duì)于表中未包括的建筑物樁基變形允許值，可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)樁基變形的適應(yīng)能力和使用上的要求確定。 實(shí)體基礎(chǔ)的底面尺寸可按0/4擴(kuò)散后的范圍取值，亦可按樁端處群樁所占的范圍取值，兩種取法的計(jì)算結(jié)果略有差別。 群樁的沉降計(jì)算可按淺基礎(chǔ)的沉降計(jì)算步驟進(jìn)行，亦即前面介紹的沉降計(jì)算方法。也可按等效作用分層總和法計(jì)算。 2022/9/24(二)群樁沉降驗(yàn)算2022/9/27四、樁的負(fù)摩

10、擦力 樁的負(fù)摩擦(阻)力是因?yàn)闃吨車翆拥南鲁?地面沉降)對(duì)樁產(chǎn)生方向向下的摩阻力。產(chǎn)生負(fù)摩擦力的原因主要有：（1）欠固結(jié)軟粘土或新填土的自重固結(jié)；（2）大面積堆載使樁周土層下沉；（3）正常固結(jié)軟粘土地區(qū)地下水位全面下降，有效應(yīng)力增加引起土層下沉；（4）濕陷性黃土濕陷引起沉降。 2022/9/24四、樁的負(fù)摩擦力2022/9/27 負(fù)摩擦力的作用使樁上的軸向荷載增大(附加荷載)，在負(fù)摩擦力較明顯的地方，應(yīng)引起重視。 負(fù)摩擦力的大小受著多種因素的影響，諸如樁周土與樁端土的強(qiáng)度、土的固結(jié)歷史、地面荷載、樁的類型及設(shè)置方法、地下水位變化以及歷時(shí)等。因此計(jì)算負(fù)摩擦力大小是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，大多采用半

11、經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)估算，主要根據(jù)豎向有效應(yīng)力、土的不排水抗剪強(qiáng)度、土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行估算。 實(shí)際中一般按有效應(yīng)力估算，即單樁負(fù)摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值為：qnsi=ni 式中：qnsi第i層土樁側(cè)負(fù)摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值；n樁周土負(fù)摩擦力系數(shù)，可查表；i樁周第i層土平均豎向有效應(yīng)力。 2022/9/24 負(fù)摩擦力的作用使樁上的軸向2022/9/27 在地層組合、地下水情況、地面荷載情況不同時(shí)，樁的負(fù)摩擦力計(jì)算亦不同。 我國沿海軟土地區(qū)過去并未考慮負(fù)摩擦力問題，也很少發(fā)現(xiàn)由于負(fù)摩擦力引起的事故，這是因?yàn)樵跇抖丝赡芾^續(xù)沉降的情況下，負(fù)摩擦力可能減小甚至消失。但當(dāng)樁穿過15m以上較厚軟土層，且地面下沉速率超過每年2cm時(shí)

12、，或樁端支承在巖層、砂礫石等硬層上時(shí)，所產(chǎn)生的負(fù)摩擦力可能較大。 2022/9/24 在地層組合、地下水情況、地2022/9/27第五節(jié) 深基坑開挖的巖土工程問題 興建房屋建筑與構(gòu)筑物基礎(chǔ)，一般都需要進(jìn)行基坑開挖，尤其在建筑密集的城市中興建超高層建筑時(shí)，為了利用有限的空間及降低基底的凈壓力，往往設(shè)有13層地下室，有的甚至達(dá)6層，基坑深度一般都超過5m，有的達(dá)數(shù)十米。深淺基坑的劃分界線在我國還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在國外有人建議把深度超過6m的基坑定為深基坑，小于6m的則為淺基坑。淺基坑(包括淺基礎(chǔ)的基坑開挖)的巖土工程問題一般較少且不很嚴(yán)重；深基坑的巖土工程問題一般較為復(fù)雜且有的較為嚴(yán)重，因此對(duì)深基坑

13、應(yīng)重視巖土工程問題的分析與評(píng)價(jià)。 2022/9/24第五節(jié) 深基坑開挖的巖土工程問題2022/9/27 基礎(chǔ)牢固與否是關(guān)系到建筑物安全穩(wěn)定的首要問題，而基礎(chǔ)施工大多從基坑開挖開始。實(shí)踐證明，基坑開挖工作是否順利，不僅影響基礎(chǔ)施工質(zhì)量，而且影響施工周期與工程造價(jià)?；娱_挖過程中，常遇到基坑壁過量位移或滑移倒塌、坑底卸荷回彈(或隆起)、坑底滲流(或突涌)、基坑流砂等基坑穩(wěn)定性問題。為防止或抑制這些問題，使基坑開挖與基礎(chǔ)施工順利進(jìn)行，需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施。 2022/9/24 基礎(chǔ)牢固與否是關(guān)系到建筑物安全穩(wěn)定2022/9/27一、基坑支護(hù)及其土壓力(一)基坑支護(hù) 在房屋建筑與構(gòu)筑物的基坑開挖中，

14、尤其是城市中的基坑開挖，由于場地的局限性，大多為有側(cè)壁支護(hù)基坑的開挖，即基坑側(cè)壁常要求垂直開挖，如果不采取支護(hù)措施，一般基坑側(cè)壁土體是不穩(wěn)定的?；又ёo(hù)工程的作用主要有： 節(jié)約施工空間(不放坡開挖)； 保護(hù)相鄰部位已有構(gòu)筑物與地下設(shè)施的安全； 減小基底隆起； 利用支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行地下水控制； 利用支護(hù)結(jié)構(gòu)作為永久性結(jié)構(gòu)的一部分等。 2022/9/24一、基坑支護(hù)及其土壓力2022/9/27(二)土壓力分析 基坑采取支護(hù)措施時(shí)，一般都需要分析作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力性質(zhì)、分布與計(jì)算土壓力大小。土壓力應(yīng)根據(jù)土體經(jīng)受的側(cè)向變形條件來確定，土壓力性質(zhì)包括靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力或與側(cè)向變形條件相

15、應(yīng)的可能出現(xiàn)的土壓力。分析土壓力時(shí)應(yīng)考慮場地的工程地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)相對(duì)于土體的位移、地面坡度、地面超載、鄰近建筑及設(shè)施的影響、地下水位及其變化、支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的剛度、基坑工程的施工方法等。 2022/9/24(二)土壓力分析2022/9/27二、基坑穩(wěn)定性分析(一)基坑底卸荷回彈(隆起) 基坑開挖是一種卸荷過程，開挖愈深，初始應(yīng)力狀態(tài)的改變就愈大，這就不可避免地引起坑底土體的隆起變形，有的甚至可能由于受到過大的剪應(yīng)力而導(dǎo)致基底隆起失效。基坑回彈(隆起)不只限于基坑的自身范圍，而且要波及四鄰地面，引起地面撓曲，對(duì)鄰近建筑物或設(shè)施均產(chǎn)生影響，應(yīng)引起注意。必要時(shí)要組織施工開挖過程中坑內(nèi)外地面的變形監(jiān)

16、測，供及時(shí)分析趨勢和采取措施之需。 2022/9/24二、基坑穩(wěn)定性分析2022/9/27(二)基坑底滲透穩(wěn)定性 如果基坑在粘性土中開挖，且坑底下有承壓水存在時(shí)，當(dāng)上覆土層減到一定程度時(shí)，承壓水水頭壓力便沖破基坑底板造成滲流(或突涌)現(xiàn)象?；拥卓?jié)B流穩(wěn)定性可按下式驗(yàn)算：rw= mH / wh式中： m透水層(砂層)以上粘性土的飽和重度(kN/m3)；H 透水層頂面至基坑底面的垂直距離(m)；w水的重度(kN/m3)；h 承壓水頭高于透水層頂面的高度(m)；rw基坑底土層滲透穩(wěn)定抗力分項(xiàng)系數(shù)。為使基坑底不因滲流而喪失穩(wěn)定性，一般要求rw 1.2，如果驗(yàn)算的rw 1.2，應(yīng)采取必要的措施，如降水

17、等。 2022/9/24(二)基坑底滲透穩(wěn)定性2022/9/27(三)基坑流砂問題 當(dāng)基坑底以上粘性土中夾有砂或粉土，且地下水位較高，基坑開挖揭露這些夾層時(shí)；或者當(dāng)基坑底部為砂土或粉土、隨著基坑開挖加深，水力坡度加大，當(dāng)動(dòng)水壓力超過砂土或粉土顆粒自重使土顆粒懸浮時(shí)，砂或粉土與水一起涌于基坑中，便產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。是否產(chǎn)生流砂現(xiàn)象可按下式驗(yàn)算：Icr=(s -1)(1-n) 式中：Icr臨界水力坡度； s土的顆粒密度； n 土的孔隙度，以小數(shù)計(jì)。 2022/9/24(三)基坑流砂問題2022/9/27(四)基坑邊坡整體穩(wěn)定性 在房屋建筑與構(gòu)筑物的基坑開挖中，在沒有采用支護(hù)結(jié)構(gòu)之前，基坑邊坡(一般為粘

18、性土)整體穩(wěn)定性一般采用極限平衡理論中的條分法(多采用瑞典條分法)進(jìn)行估算，從而可確定最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面。對(duì)于采用支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑，穩(wěn)定性驗(yàn)算仍采用條分法，驗(yàn)算時(shí)應(yīng)將支護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的抗滑力矩計(jì)入總的抗滑力矩之中。 2022/9/24(四)基坑邊坡整體穩(wěn)定性2022/9/27三、地下水控制 當(dāng)基坑開挖至地下水位以下時(shí)，為了防止因地下水作用而引起的滲流、流砂、管涌、坑底隆起、邊坡滑塌以及坑外地層過度變形等，保證施工過程中處于疏干和穩(wěn)態(tài)的工作條件下進(jìn)行開挖，必須做好對(duì)地下水的控制工作?；庸こ炭刂频叵滤姆椒ㄓ薪档偷叵滤慌c隔離地下水兩類。對(duì)于弱透水地層中的淺基坑，當(dāng)基坑環(huán)境簡單、含水層較薄、降水深度較小時(shí)，可考慮采用集水明排的方法進(jìn)行降水；在其他情