樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)務(wù)基樁設(shè)計(jì)?

工程應(yīng)用–建筑物基礎(chǔ)–

橋梁基礎(chǔ)–

擋土排樁–

其他(棧橋碼

頭、錨碇樁等)?

基樁功能–

垂直支承–

側(cè)向支承–

減少沉陷或位移1橋梁基礎(chǔ)向反力周面摩擦力向反力基樁設(shè)計(jì)?單樁垂直支承力?單樁拉拔力?負(fù)摩擦力?側(cè)向支承力?基樁強(qiáng)度?群樁效應(yīng)?基樁沈陷垂直反2基樁設(shè)計(jì)流程開(kāi)

始否過(guò)量·

沉陷量檢核

允許樁支承力安全水平力作用

有利用直樁否·

水平承載樁數(shù)

安全

·

承受拉力是不足·

承受拉力樁數(shù)檢核足夠樁帽設(shè)計(jì)

樁基設(shè)計(jì)

圖

完

成基樁施工對(duì)周

邊環(huán)境之影響◎：嚴(yán)重

○：中度△：輕微依基樁施工方式區(qū)分周邊環(huán)境之影響打入式樁鉆植掘入式式樁樁發(fā)生原因媒介物主要妨礙噪

音大氣1.日常生活之妨礙2.生理的影響3.對(duì)公共設(shè)施(學(xué)校、醫(yī)院等)

之妨礙4.對(duì)家畜生理

的影響◎○○△△△△△振

動(dòng)地層1.與噪音1~4

同2.地層變動(dòng)(沈陷、龜

裂等)3.埋設(shè)物損壞4.構(gòu)造物(房屋、廠房等)之損

壞◎○○△△○△△地下水位變動(dòng)地層或地下水1.與振動(dòng)1~4

同2.地下水污染3.井水的枯竭

、污染△△△○○△排水、污水處理地層(下

水道)1.地下水、河川污染、污濁

2.周邊(道路、鄰地等)之污染3.處理場(chǎng)(棄土場(chǎng))之妨礙4.下水道堵塞、容

量不足△△△△○○○△地層變位地層1.與振動(dòng)1~4

同2.交通阻礙○○△△塵埃

、油氣、瓦斯、煙、惡

臭等之?dāng)U散大氣或地層1.對(duì)日常生活之妨礙2.對(duì)生理的妨礙3.對(duì)動(dòng)、植物之妨礙4.構(gòu)造物及其他周邊之污染○△△○△△△○妨害交通1.交通堵塞

(繞道、危險(xiǎn)性增

大等)2.空氣污染△○△△地層狀況、土壤強(qiáng)度性質(zhì)、設(shè)計(jì)荷重包含使用材料、形狀大小、長(zhǎng)度,施

工方法等之假定。資

料收

集·

基樁配置合適基樁沉陷量計(jì)算基樁容許支承力計(jì)算基樁容許拉力計(jì)算計(jì)算基樁水平支承力計(jì)算斜樁數(shù)目及排列決定基樁數(shù)目負(fù)摩擦

力計(jì)算選擇基樁形式及材料基樁材料容許應(yīng)力計(jì)算表面負(fù)擦力存

在有

↓情形、施工狀況調(diào)查。

無(wú)

否

無(wú)3+

是無(wú)否基樁設(shè)計(jì)?單樁垂直支承力?單樁拉拔力?負(fù)摩擦力?側(cè)向支承力?基樁強(qiáng)度?群樁效應(yīng)?基樁沈陷單樁垂直支承力?

極限垂直支承力Qu

=Qs

+

Qp?

容許垂直支承力

?

安全系數(shù)FS

=2~4

通常取

3

4基樁垂直支承力點(diǎn)承樁

摩擦－點(diǎn)承樁

摩擦樁Loadtransfermechanism5垂直支承力之發(fā)揮

(Mobilization)Q=Q1

+

Q2

→Qu

=Qs

+

Qp-

Qss較較早發(fā)生

(約貫入0.5%D)-

Qpp較較后發(fā)生

(約貫入10~20%D)Q

QuQQsQp0.1Q

QuQQpQs0.1

s

D摩擦樁

點(diǎn)承樁建筑物基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范

(2001)?

容許垂直支承力

?

安全系數(shù)QuQs

=

fsAsQb

=

qu

Ab支承力推估方法載重狀況樁載重試驗(yàn)支承力推估公式FSFS1FS2平時(shí)233地震時(shí)1.5226s

D11表-解5.3-1基樁長(zhǎng)期容許垂直支承力安全系數(shù)之比較極限垂直支承力-靜力學(xué)公式規(guī)范名稱FfFbFS日本建筑基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)指針打入式333鉆掘式20.1D/3cm≧33日本道路

橋

示方書(shū)點(diǎn)承樁--3摩擦樁--4日本

國(guó)鐵建造物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)打入式3.333.33-鉆掘式3.331.67(

Qb

/

Qu

≦

0.6)1.67~3.33(0.6<

Qb

/

Qu

≦

1)-日本港灣設(shè)施

技術(shù)基準(zhǔn)--≧

2.5AASHTO--1.9~3.5*加拿大基礎(chǔ)工程規(guī)范--3

(靜力

學(xué)公式)4

(N法)(1)樁表面之摩擦阻力f

s

=ca

+

Kσtan

δ(2)樁端點(diǎn)之極限支承壓力*qb

=cN

c

+σ

Nv′v′*q

+

0

.5γDN*γ7樁表面之摩擦阻力(1)

黏土層fs

=

ca

=

α

cu–打入式基樁α值變化范圍極大，主要與粘土之不

排水剪力強(qiáng)

度與基樁埋置深度有關(guān)。–場(chǎng)鑄基樁α值較低，Skempton(1959建)議α值之變化自0.3

至0.6之間，通?？刹?.45

。(2)砂土層fs

=

Kσ

tan

δ

表-解5.3-2側(cè)向土壓力系數(shù)

(K)－NAVFACDM7.2(1982)v′基樁施工方式受壓

力

時(shí)受拉

力時(shí)附

注打

入

式0

.5~1

.00

.3~0

.5打入過(guò)程排土

量

甚小者打

入

式1

.0~1

.50.6~1

.0打入過(guò)程大

量

擠壓

四周土層者打

入

式1

.5~2.01

.0~1

.3打入過(guò)程大

量

排土，且樁身

由

上而下逐漸變小者打

入

式0.4~0.90

.3~0.6先

行

沖孔，再打入者鉆

掘

式0.70.4直徑小于60公分者8樁端點(diǎn)之極限支承壓力(1)

黏土層*qb

=

cu

Nc–打入式基樁

Nc

*可取

9–場(chǎng)鑄基樁Nc

可取

6樁端點(diǎn)之極限支承壓力(2)砂土層*qb

=

σ

Nq臨界深度取20D(NAVFACDM-7.2)表-解5.3-3支承力因子v′φ26283031323334353637383940*Nq打入式大位移基樁1015212429354250627786120145*Nq鉆掘式基樁5810121417212530384360729*樁基礎(chǔ)破壞模式

日(本土質(zhì)工學(xué)會(huì),

1993)建筑物基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范極限垂直支承力-貫入試驗(yàn)公式(1)砂性土層注：表中

N值均采樁端點(diǎn)上方4倍樁徑范圍內(nèi)土壤平均N值與樁端下方1倍樁徑范圍內(nèi)土壤平均N值之平均值，其值均不得超過(guò)50。施工法

支承力打入式基樁鉆掘式基樁植入式基樁預(yù)鉆孔工法中掘工法f

sN/3(≤15)N

/

3(≤15)N/5(≤15)1.5qb

30N

7.5N

25N

25N10極限垂直支承力-貫入試驗(yàn)公式(2)

礫石層或堅(jiān)硬巖盤(pán)–端點(diǎn)支承力可依載重試驗(yàn)結(jié)果或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)

推估之。–原則上，打入式基樁之樁端支承力以不大

于1800tf/㎡為限，而鉆掘式基樁以不大于750tf/㎡為限。(3)底端開(kāi)口之打入式基樁–應(yīng)考慮土栓效應(yīng)，對(duì)端點(diǎn)支承力作適當(dāng)之

修正。表-解5.3-4各規(guī)范用N值推估砂土層中基樁支承力方法之比較規(guī)

范名

稱f

sqb打入式鉆掘式打入式鉆掘式日本建筑基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)指針N/3N/330N≦

1800tf/m7.5N日本道路

橋

示方書(shū)0.2N≦10t

f/m0.5N≦20t

f/m30N(N≦40)300t

f/m(N≧30)日本國(guó)鐵建造

物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)0.3N+3≦15t

f/m?

未用穩(wěn)定液0.5N≦

20tf/m

?

使用穩(wěn)定液0.2N≦

10tf/m?

砂質(zhì)土30N≦

1000tf/m

?砂礫30N≦

1500t

f/m?

砂質(zhì)土7N≦

350tf/m?砂礫10N≦

750t

f/m日本港灣構(gòu)造

物設(shè)計(jì)基準(zhǔn)N/5-30N-AASHTO-f

s

max

＝

19.2t

f/m-5.75N(N≦75)431t

f/m(N＞75)加拿大基礎(chǔ)工程規(guī)范0.2N0.1N40N12N222222222222211演進(jìn)極限垂直支承力-貫入試驗(yàn)公式?Meyerhof

(1976)打入

式基樁：

qb

=

40N

(tf/m2)

(tf/m2)

鉆掘

式基樁：

qb

=12N(tf/m2

)

?我國(guó)建筑技術(shù)規(guī)則第九十五條（民國(guó)90年以前)

?77年建筑學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)規(guī)范

表-解5.3-5以圓錐貫入試驗(yàn)結(jié)果推估基樁支承力(tf/m2)施工法

支承力打入式基樁鉆掘式基樁不使用皂土液使用皂土液fsqc≦500qc/60qc/60qc/120500≦qc≦1200qc/100qc/100qc/200qc>1200qc/150≦15qc/150≦15qc/300≦10qb0.5qca0.5qca0.4qca121.5D1.5Dqca

之

計(jì)算步

驟：(1)計(jì)

算樁端上

下方各

1.5倍

樁

徑范圍

內(nèi)錐頭阻抗qc

之

平均值

qc

2

。(2)將

樁端上下

方各

1.5倍

樁徑范

圍內(nèi)大

于1.3qc

2

之錐

頭阻抗

以

1.3qc

2

取代

；樁端

上方1.5倍樁徑

范圍內(nèi)

之錐頭阻

抗小于

0.7qc

2者，以

0.7qc

2

取代(3)計(jì)

算樁端上

方及下

方各

1.5倍樁徑范

圍內(nèi)修

正

后之錐

頭阻抗

平均值，即為qca

。(Bustamante&Gianeselli,

1982）基樁設(shè)計(jì)?單樁垂直支承力?單樁拉拔力?負(fù)摩擦力?側(cè)向支承力?基樁強(qiáng)度?群樁效應(yīng)?基樁沈陷qca13單樁拉拔力

表5.3-3拉拔力安全系數(shù)QuQs

=

f

s

As(2)砂土層fs

=

Kσ

tan

δ

表-解5.3-2側(cè)向土壓力系數(shù)

(K)－NAVFACDM7.2(1982)v′基樁施工方式受壓

力

時(shí)受拉

力時(shí)附

注打

入

式0

.5~1

.00

.3~0

.5打入過(guò)程排土

量

甚小者打

入

式1

.0~1

.50.6~1

.0打入過(guò)程大

量

擠壓

四周土層者打

入

式1

.5~2.01

.0~1

.3打入過(guò)程大

量

排土，且樁身

由

上而下逐漸變小者打

入

式0.4~0.90

.3~0.6先

行

沖孔，再打入者鉆

掘

式0.70.4直徑小于60公分者推估方法

載重型態(tài)樁載重試驗(yàn)支承力推估公式短期載重1.53長(zhǎng)期載重3614表-解5.3-6各規(guī)范基樁長(zhǎng)期容許拉拔力安全系數(shù)之比較主要修正項(xiàng)目：1.樁底承載力之減小2.拉拔樁安全系數(shù)之提高Qs

=

f

s

As0

.2

N

→

0

.33

NFS

=

3Qb

=

qu

Ab40

N

→15

N

→

7

.5N規(guī)范名稱極限抗拔摩擦阻力推估方式安

全

系

數(shù)平時(shí)地震

時(shí)日本建筑基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)指針取受壓時(shí)之2/331.5日本道路橋

示方書(shū)與受壓時(shí)相同63日本國(guó)鐵建造物設(shè)

計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與受壓時(shí)相同83.33

(地震)6.67

(短期載重)日本港灣設(shè)施

技術(shù)基準(zhǔn)與受壓時(shí)相同32.5加拿大基礎(chǔ)工程規(guī)

范與受壓時(shí)相同6

(靜力學(xué)公式)8

(N

法)-Qs

=

f

s

As

FS

=

615QuQu同一場(chǎng)址相同尺寸PC樁

9組壓力與拉力試驗(yàn)之比較300拉力試驗(yàn)20015010050001020

3040

5060

7080

90700600500400300200壓力試驗(yàn)0

10

20

30

40

50

60

70

80

90Displacement(mm)試樁地點(diǎn)試樁地區(qū)L(m)D(mm)壓力樁Qs(ton)拉力樁Tu(ton)云林麥寮公共管架R1,A5段23500ML15408MLT3138云林麥寮第二硫磺工廠12500ML6278MLT5108云林麥寮公共管架R6段23500ML18249MLT6161云林麥寮煉油廠水汽單元23500ML19360MLT7162云林麥寮第二重油煤裂反應(yīng)區(qū)25500ML21414MLT8193云林麥寮第一重油丙烯12500ML28203MLT9119云林麥寮公共管架D1段25500ML4314MLT13170云林麥寮第一重油煤裂反應(yīng)區(qū)23400ML29187MLT10103高雄林園工業(yè)區(qū)20600LY2235LYT1158 ML1 ML4 ML6 ML15 ML16 ML18 ML19 ML21 ML28 ML29 ML31 LY2 DA1MLT1MLT3MLT5MLT6MLT7MLT8MLT9

MLT10 MLT11

MLT12

MLT13

LYT1DAT1100016Load(ton)Load(ton)250基樁設(shè)計(jì)?單樁垂直支承力?單樁拉拔力?負(fù)摩擦力?側(cè)向支承力?基樁強(qiáng)度?群樁效應(yīng)?基樁沈陷5.3.4負(fù)摩擦力1.基樁四周之地層，若可能發(fā)生相對(duì)于基樁之沉陷位移情形，則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)檢討負(fù)摩擦力發(fā)生之可能性與大小，並檢核基樁之安全性。2.單樁所受之負(fù)摩擦力應(yīng)考慮中立點(diǎn)以上所有負(fù)摩擦力之總和。中間層QS支持層周面摩擦力(a)正摩擦力(b)負(fù)摩擦力周面摩

擦力17正值負(fù)摩擦力?

易發(fā)生負(fù)摩擦力之情形–回填土地層–

抽取地下水產(chǎn)生地盤(pán)下陷–

高敏感性黏土地層受擾動(dòng)?中立點(diǎn)深度為：(1)摩擦樁及局部點(diǎn)承樁(端點(diǎn)貫入阻力N<20)

Ln=0.8L(2)點(diǎn)承于砂土或砂礫土層基樁

Ln=0.9L(3)點(diǎn)承樁于巖盤(pán)或極堅(jiān)實(shí)黏土層(紅土層)之基樁

Ln=1.0L負(fù)摩擦力之計(jì)算fn

=σK

tan

δf

=

βσ

式中

，f

n

=

樁

身負(fù)摩

擦力

(tf/m2)K

=土壤側(cè)

壓系

數(shù)δf

=土

壤

與基樁

表面

間之有

效摩

擦角

(度

)σ=地

層

之有效

覆土

壓力

(tf/m2)v′v′v′18表-解5.3-7建議值

(Garlanger,

1974)表5.3-8建議值

(日本鋼管樁協(xié)會(huì),

1978)負(fù)摩擦力之計(jì)算

f

n

=

樁身負(fù)摩擦力(tf/m)N

=

基

樁

周

邊

地

層

之

平

均SPT-N

值2土

層砂含量

(%)β粘土及

粉土砂質(zhì)粘

土及粉土砂

質(zhì)

土

(N<10)20

以下20-5050-700.2

-0.250.25

-0.350.35

-0.50土

層β粘土粉土砂土0.2

-0.250.25

-0.350.35

-0.5019負(fù)摩擦力之檢核(P

+

Pfn

)/

Ap

≤σsa(P

+

Pfn

)≤(Qp

+

Rf

)/

1.2P=

樁頂部之長(zhǎng)期軸

向荷重(tf)Pfn

=中立點(diǎn)以上之負(fù)摩擦

力總和(tf)Qp

=

樁端點(diǎn)之極限支承力

(tf)Rf

=

樁身中

立點(diǎn)以下之正摩擦阻

力

(tf)Ap

=

樁身斷面積(m2

)σ

sa

=

樁材

料之短期容許應(yīng)力強(qiáng)

度

(tf/m2

)基樁設(shè)計(jì)?單樁垂直支承力?單樁拉拔力?負(fù)摩擦力?側(cè)向支承力?基樁強(qiáng)度?群樁效應(yīng)?基樁沈陷-單樁沈陷量205.5

變位量5.5.1

單樁沉陷量?單樁之沉陷量應(yīng)包含樁身受壓

之變形量,及載重造成樁尖底

部地層之變形量。?單樁總沉陷量(Vesic,

1977)WO

=WS

+WPP

+WPS

式(解5.5-5)

WO1.樁體彈性變形量

α=基樁樁身摩擦力分佈型態(tài)之係數(shù)Qb

+

Qs

QsQbα=0.5α=0.5α=0.67α=0.33212.樁端荷重所引致之沉陷量

q0

=樁端點(diǎn)之極限支承壓力(tf/㎡)表-解5.5-1

不同土壤種類及樁種所采用之Cp

值3.樁身摩擦力所引致之沉陷量

D=樁埋置長(zhǎng)度(m)??(0.93

+

0.16

DB

CP土壤種類打入式基

樁鉆掘式基樁砂

土

(緊密至疏松)

粘土

(堅(jiān)實(shí)至軟弱)粉

土

(緊密至疏松)0.02～

0.040.02～

0.030.03～

0.050.09～

0.180.03～

0.060.09～

0.12CS

=經(jīng)驗(yàn)常數(shù)=22基樁設(shè)計(jì)?單樁垂直支承力?單樁拉拔力?側(cè)向支承力?基樁強(qiáng)度?群樁效應(yīng)?基樁沈陷基樁受側(cè)向力作用單樁試驗(yàn)H自由樁頭(樁頭可自由旋轉(zhuǎn))樁基礎(chǔ)H固定樁頭(樁頭轉(zhuǎn)角保持為0)23基樁側(cè)向變形行為?

基樁受側(cè)向荷載之反應(yīng)具高度非線性行為?

土壤非線性–

解壓后具殘留位移?

樁材料非線性–

鋼筋計(jì)不均勻應(yīng)力–

沿樁身之EI值并非定值，彈性梁理論不再適用。?

樁身變形主要發(fā)生于樁身上半部–

變位、彎矩、剪力及土壤反力均呈劇烈變化基樁之側(cè)向反應(yīng)?樁頭荷載～位移曲線

呈非線性-樁前土壤發(fā)生顯著之側(cè)向變位，土壤塑性

區(qū)漸深，基樁變形漸

增，直至基樁產(chǎn)生破

壞為止。?基樁側(cè)向變位直接影

響結(jié)構(gòu)安全-工程設(shè)計(jì)以容許側(cè)向變位為控制條件24基樁垂直與水平阻抗之比較?

垂直支承力-樁身摩擦力~

D×

L-樁底承載力

~D2?地表面下土層均有貢獻(xiàn)?

深層堅(jiān)硬土層能發(fā)揮顯著貢獻(xiàn)

?側(cè)向支承力-樁前土壤之阻抗~D×

L0

L0

<<L?僅限于地表附近土層有貢獻(xiàn)?

淺層土壤大都為疏松軟弱之堆積層

?側(cè)向承載能力遠(yuǎn)低于垂直承載

能力QS上限植基樁垂直與側(cè)向承載能力之比較試驗(yàn)地點(diǎn)地層種類樁徑(mm)樁長(zhǎng)(m)垂直載重

@s=2.5cm側(cè)向載重

@u=1.0cm嘉義太保砂黏土互層800PC樁34600ton20ton嘉義太保砂黏土互層1500反循

環(huán)樁341100ton70ton云林麥寮砂土層600PC樁30450ton15

ton臺(tái)北基隆河軟弱黏土層1500全套

管樁702080ton70ton桃園大潭礫石層1200全套

管樁16.5800ton30ton桃園林口礫石層1000全套

管樁301800ton130ton25側(cè)向樁分析?

土壤反力:-單位面積土壤反力p可表為

p=

?kh

y其中kh為地盤(pán)之水平反力系

數(shù)(tf/m3)，y為樁身施加于土壤之側(cè)向位移-

一般通稱為土壤彈簧模式k可h視為相互獨(dú)立之單位面積彈簧的勁度?線彈性土壤彈簧-Winkler

Model?

非線性土壤彈簧-

p~y

ModelM

MT地盤(pán)反力系數(shù)LinearSoil

Spring－WinklerModelBeamonElasticFoundationy?單位面積土壤彈簧kh

(F/L3

)-水平地盤(pán)反力系數(shù)

(horizontal

subgrade

reaction

coeff.)?單位長(zhǎng)度土壤彈簧Es

=khD

(F/L2

)水-平地盤(pán)反力模數(shù)

(horizontalsubgradereactionmodulus)EpIpy

′′

=

MEpIpy

′′′

=

?SEpIpy

′′′′

=p=

?kh

Dy

=?Es

yBeamEquation側(cè)

反

力變位量δ單位面積應(yīng)力p26溫克基礎(chǔ)模式－Uniform

kh

along

depth

1

β為控制樁變形曲線之重要參數(shù)之單位為L(zhǎng)，為樁～土系統(tǒng)特征長(zhǎng)度y=e-βx(Acos

βx

+

B

sin

βx)+

eβx(C

cosβx

+

Dsin

βx)Forlongpile,

C=D=0A&Baredeterminedbyboundaryconditionsatpilehead樁頭受水平力作用S(0)=

-H0

M

(0)=0H

θ=

y'

M=EI

y''β代表變形衰減系數(shù)

第一不動(dòng)點(diǎn)深度為

-S=EI

y'''

p=EI

y''''yResponse

ofa

laterally

loaded

pile

(k=const)27樁頭受彎矩作用S(0)=

0M

(0)=

-M0

M0yθ

=

y'M=EI

y''-S=EI

y'''p=EI

y''''Responseof

alaterallyloadedpile

(k=const)樁身變形曲線函數(shù)

M=-M0e-βx(cos

βx

+

sin

βx)-

S=

H0e-βx(cos

βx

-sin

βx)-

S=-2

βM0e-βx

sin

βxp=2

βH0e-βx

cos

βxp=-2

β2M0e-βx(cos

βx

-sin

βx)

H0

applied

at

pile

headM0

appliedatpileheadPilehead

response28單樁容許側(cè)向支承力?容許位移控制-橋梁基礎(chǔ)δallH0/

y0

=

0

2EIβ3H0

=

4EIβ3=

1=

0長(zhǎng)期載重

短期載重1.0cm1.5cmy0θ0?自由樁頭Hall

=2Ep

Ip

β3

δall

?固接樁頭Hall

=

4

Ep

Ip

β

3

δall

溫克基礎(chǔ)模式理論解日(本土質(zhì)工學(xué)會(huì)，1993)

Es

=khD=const

Es

=khD=

nh

x

D

D29H?p~y曲線通常隨深度增加

而勁度漸增軟黏土p-y曲線

(Matlock,1970)1.

極限抵抗力pu

=

cNcD

Wedgefailuremodel3

9Z6D=+

0.5cZLateral

flow

failuremodel Non-Linear

Soil

Spring

－p~y

model

30≈6Dγ

D′zr軟黏土p-y曲線

(Matlock,1970)2.降伏位移

3.

p-y曲線ε

.

clay

.csoftDr0o5250250y砂土p-y曲線

(Reese,et

al.,

1974)1.

極限抵抗力pst

=

γx

?t

x(

-n

s

+

ta

a(

-β

φ)(D

+

x

tan

β

tan

α)

（淺土層楔形破壞模式）+

k0x

tan

β(tan

φ

sin

β

-

tanα)-

kaD]psd

=ka

Dxγ[(tan

8

β)-1]+

k0Dγx

tanφ

tan

4

β（深土層水平滑移破壞模式）2.決定變形量yu=3D/80之土壤反力

pu

=As

ps3.決定變形量ym=D/60之土壤反力

pm

=

Bs

psntonφφank0L?31砂土p-y曲線

(Reese,et

al.,

1974)1.

C(yu,

pu)

yu

/D=3/802.B(yB,

pB)yB

/D=1/60

pB

/pu

=

B/A

3.

Curve

OB

4.Line

OA

k1

:Terzaghi

subgrade

coef.Lateralflowfailure

model單樁之極限側(cè)向抵抗力Wedgefailuremodel32砂土p-y曲線

(API,

1987)1.

極限抵抗力pus

=(C1x+C2D)γ（淺土層楔形破壞模式）pud

=C3Dγ（深土層水平滑移破壞模式）2.

p-關(guān)y系p

=

Apu

tanh

?

yA

=

(?3.0

-

0.8

x

??

≥

0.9yx′x′樁基礎(chǔ)分析–單樁分析?

kx

?p

=

Apu

tanh

?LAp

y」?u?

D,33p樁基礎(chǔ)分析模式?

基樁+土壤基樁模式?梁元素

?實(shí)體元素YXZ34土壤模式各模式之主要差異在于土壤之模擬方式1.

連體力學(xué)模式-線彈性連體力學(xué)，例如Mindli彈n性理論解-理論解之應(yīng)用通常只限于均質(zhì)、等向性與線彈性土壤2.有限元素模式-線彈性土壤元素-彈塑性土壤元素-具有強(qiáng)大之模擬功能，能模擬復(fù)雜的邊界條件及土層性質(zhì)-需要完整之材料組成律,通常不易求得3.

土壤彈簧模式-線彈性土壤彈簧（Winkler

model)-等值割線地盤(pán)反力模數(shù)-非線性土壤彈簧

(t-z、q-z與p-y曲線)I.單樁分析－土壤彈簧模式側(cè)向反力周面摩擦力側(cè)向反力VMH—神vkhkskt土壤彈簧模式1.

基樁-以梁元素模擬，每

節(jié)點(diǎn)具垂直、水平

與旋轉(zhuǎn)自由度2.

土壤-以互相獨(dú)立之單向

彈簧模擬(1)線彈性土壤彈簧(2)等值割線地盤(pán)反力

模數(shù)(3)非線性土壤彈簧垂直反力35MHN(1)線彈性土壤彈簧(2)等值割線反力系數(shù)(3)非線性土壤彈簧MH?單位面積土壤彈簧-水平向

kh

(tf/m3)-樁周摩擦ks

(tf/m3)-樁底承載

kt

(tf/m3)

?節(jié)點(diǎn)土壤彈簧(tf/m)-水平向

kH＝kh(DL

9

)-樁周摩擦

kVs=ks(πDL

9

)-樁底承載

kVt

=kt(πD2/4)kVt?水平地盤(pán)反力系數(shù)kh與地盤(pán)變形模數(shù)E–

Vesic(1961)

–

Broms(1964)

–

Poulos(1980)

(1)線彈性土壤彈簧土壤彈簧模式kVskH36

bvV?日本建筑學(xué)會(huì)kh

(y1

)=0.8αE0D

?0.75y1

=1cm

或

D/100為參考變位地盤(pán)反力系數(shù)與地盤(pán)變形模數(shù)?R.F.

Scott（1981）-水平地盤(pán)反力系數(shù)

-垂直地盤(pán)反力系數(shù)

-扭轉(zhuǎn)地盤(pán)反力系數(shù)

(2)

等值割線反力系數(shù)

37日本道路協(xié)會(huì)－水平方向地盤(pán)反力系數(shù)kH

=kHO

(BH

/

30)?

BH

=

Dββ

=

4

kHD

4EIkh

(y1

)=0.34(αE0

)1.1

D

?0.31

(EI

)?0.103

kH

=

水平地盤(pán)反力系數(shù)(kgf/cm)，對(duì)應(yīng)于y1

=

1cm或D/100為準(zhǔn)kHO

=

相當(dāng)于直徑

30公分之平鈑試驗(yàn)所求得之水平地盤(pán)反力系數(shù)(kgf/cm)：

EO

=地盤(pán)變形模數(shù)(kgf/cm)，可用EO

=28N計(jì)算。α

=

地盤(pán)反力系數(shù)推估用系數(shù),平時(shí)載重用

1，臨時(shí)載重用2BH

=

基礎(chǔ)換算載荷幅(cm)

，可用疊代運(yùn)算

，或用

計(jì)算：

D

=

基樁直徑(cm)β

﹦基樁之特性值(cm

)EI

﹦基樁斷面之剛度-1233基礎(chǔ)換算載荷幅

?自由樁頭變形

1βπ2

β1β刁刁DZ38刁刁刁VMH—神vkhkskt?單位面積土壤彈簧-水平向-樁周摩擦-樁底承載kh

：p~y曲線ks

：t~z曲線kt

：q~z曲線水平地盤(pán)反力系數(shù)-經(jīng)驗(yàn)式-日本道路協(xié)會(huì)規(guī)范33kh

=

αE0

(

)

4

=

α(28N)(

)

4

(kgf

cm3

)-日本建筑學(xué)會(huì)kh

=

0.8E0B?0.75

=

0.8(7N)B?0.75

(kgf

cm3

)-

赤井，高橋-福岡，宇都-謝旭升等kh

=

0.502N0.37

(kgf/cm3

)kh

=

0.691N0.406

(kgf/cm3

)kh

(tf

m3

)=

(100

~150)N

kh

(tf/m3

)=

(200

~

300)SuSu

(tf/m2

)??(3)

非線性土壤彈簧39T-z&

q-z曲線?

WinklerModel–Soilresistanceismodeledby

DistributedLinearElasticSpringsQqQ圭圭圭圭1.

t~曲z線(樁周摩擦力彈簧)tmax

=αc+

σKtan

θ

zu

≈0.5cm2.q~曲z線(樁底承載力彈簧)土壤:

qmax

=cNc

+

q′(Nq

?1)巖石:

qmax

=qu

(Nφ

+1)

(Goodman,1980)qu

,design

=

0.2qu

,lab

Nφ

=

tan

2

(45

+

φ

2)q=qmax

(z/zu

)1

3

zu

≈0.05Dv′基樁承受軸向力分析之非線性土壤彈簧40?黏土(Matlock,

1970)

?砂土(Reese,

et

al.,

1974)1

p

?

y

?

3pu

=

0.5?Lyc

」?1

=

(

)

m1

ΔpuB

yB

=

m

ΔyuB

pBΙΙ

.單樁分析-連體力學(xué)法?

Pileismodeledby

beamelements?

Soilisregarded

as

an

elasticcontinuumand

perfectlybondedto

thepileelements?

Responsesof

soils

subjectedtothepile

loadaremodeled

throughcontinuum

approachP

MtMt2-FijnniFi水平向土壤彈簧－

p-y曲線41HtHtΙΙΙ

.單樁分析－有限元0素..5m

法11

l

ABAQUS-樁與土壤使用軸對(duì)稱元素-樁土界面則采用界面元素-遠(yuǎn)域部分為無(wú)限元素樁基礎(chǔ)分析-群樁效應(yīng)與群樁分析42?

基樁～土壤～基樁互制作用-應(yīng)力圈重疊

承載能力減小-應(yīng)變?nèi)χ丿B

土壤變位增大-重疊愈多

群樁效應(yīng)愈顯著-樁群內(nèi)各樁之勁度不一致，變位亦將不一致。P5.4.1基樁間距樁基礎(chǔ)之各單樁間應(yīng)保持適當(dāng)間距，原則上各單樁中心間距應(yīng)符合下列規(guī)定。間距小于規(guī)定者，應(yīng)視地層條件、基樁種類及施工方式審慎檢討群樁之互制效應(yīng)

。1.設(shè)置木樁時(shí)，其中心間距不得小于樁頭直徑之2倍，且不得小于

60cm。2.設(shè)置預(yù)鑄混凝土樁時(shí)，其中心間距不得小于樁頭直徑之2.5倍，且不得小于75cm。3.設(shè)置鋼樁時(shí)，其中心間距不得小于樁頭寬度或直徑之2倍，且不得小于75cm。若采用底部封閉式之鋼管樁，其中心間距不得小于樁徑之2.5倍，且不得小于75cm。4.設(shè)置場(chǎng)鑄混凝土樁時(shí)，其中心間距原則上不得小于樁頭直徑之2.5

倍，且不得小于樁直徑加1m。5.設(shè)置擴(kuò)座基樁時(shí)，其中心間距不得小于樁頭直徑之3.0倍，且不得小于擴(kuò)座寬度加1m。建筑物基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范

(2001)群樁效應(yīng)435.4.2

群樁總支承力1.群樁垂直支承力(1)

堅(jiān)實(shí)

地層

且下方

無(wú)軟

弱土

層

之

點(diǎn)承

樁，

S>2.5d

者

，總

支承力

為單

樁端點(diǎn)支承

力之

和。(2)砂土層中之群樁總支承力為單樁支承力之和。(3)粘土層中之群樁支承力為下列較小者︰

將群樁視為一整體之墩基礎(chǔ)，其底面支承力及四周摩擦阻力之和

單樁摩擦阻力之和乘以適當(dāng)之折減值，加上各單樁端點(diǎn)支承力之總和。2.群樁拉拔力群樁之容許拉拔力為下列較小者：(1)各單樁容許抗拔力之總和。(2)

Rat

=

W

+τ

LUG

/

FS建筑物基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范

(2001)5.5.2群樁沉陷量?

群樁之沉陷量應(yīng)考慮樁身受壓之變形量,及群樁底部地層受群樁合力影響而生之變形量。?影響群樁基礎(chǔ)沉陷之因素相當(dāng)復(fù)雜，計(jì)算困難。?實(shí)務(wù)上常以等似墩基模式之近似方法來(lái)分析，假想墩基底面之位置可簡(jiǎn)化如下：建筑物基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范

(2001)445.5.3群樁側(cè)向變位量群樁之變位量得將樁帽視為剛體，基樁及周圍地盤(pán)視為彈性體并依結(jié)構(gòu)理論分析推估之。1.Winkler模式-線彈性土壤彈簧-彈塑性土壤彈簧2.有限元素模式-線彈性土壤元素-彈塑性土壤元素3.連體力學(xué)模式-線彈性連體力學(xué)樁基礎(chǔ)分析-群樁分析建筑物基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范

(2001)45群樁分析法-1?彈性理論法-較易考量彈性互制效應(yīng)?

有限元素法-可直接考量群樁互制效應(yīng)-材料組成律要求高

?

土壤彈簧法-忽略群樁互制效應(yīng)直接采用單樁之土壤彈簧-考慮群樁互制效應(yīng)以折減之地盤(pán)反力系數(shù)來(lái)考

量群樁互制效應(yīng)Ι

.群樁分析-連體力學(xué)法?

Recall單樁分析法–

PileismodeledbyBeamElements–Soilisregarded

as

anelasticcontinuumandperfectlybondedtothe

pileelements–

Responses

of

soilssubjectedtothepileloadaremodeledthroughcontinuum

approachP

MtMt2-FijnniFi46HtHt。

21vs

,i2us

,i●1py

,j2px

,j●n

n+lUs

=1p

=……1vs

,n+11py

,n+12s,12px

,12s

,12py

,1…2vs

,n+1\T/\T/2…

py

,n+1?Displ.inducedbytwopiles

Us

=

Ipp=K

s

vs(4(n

+1)

×4(n

+1))?Fullmatrix?ElasticinteractionRs

=?Yp=?YK

sUs群樁分析法－2.11.

彈性理論法-較易考量彈性互制效應(yīng)2.

有限元素法-可直接考量群樁互制效應(yīng)-材料組成律要求高3.

土壤彈簧法-

忽略群樁互制效應(yīng)直接采用單樁之土壤彈簧-

考慮群樁互制效應(yīng)以折減之地盤(pán)反力系數(shù)來(lái)考

量群樁互制效應(yīng)群樁水平與垂直耦合互制2

vs

,is,11py

,12py

,j1px

,ju。

2s

,i●1●Mt47px

,1s

,1uuvv11II群.樁分析－土壤彈簧模式(1)

基樁-以梁元素模擬，每節(jié)點(diǎn)具垂

直、水平與旋轉(zhuǎn)自由度(2)

土壤-以互相獨(dú)立之單向彈簧模擬(3)樁帽-以剛體或?qū)嶓w元素模擬，若

埋置時(shí)，可考慮樁帽四周土壤

之阻抗勁度(土壤彈簧)群樁溫克基礎(chǔ)分析模式Axx

.δx

+

Axy

.δy

+

Axα

.δα

=

H0

Ayx

.δx

+

Ayy

.δy

+

Ayα

.δα

=

V0

Aαx

.δx

+

Aαy

.δy

+

Aαα

.δα

=

M0?

δx

,

δy

,δα

（樁帽水平位移、垂直位移與轉(zhuǎn)角）

Axy

=

Ayx

=

Σ

(KV

?

K1

)

.sinθi

cos

θi

)Axα

=

Aαx

=

Σ

{(KV

?

K1

)xi

.sinθi

cos

θi

?

K2

.cos

θi

)Ayy

=

Σ

(KV

.cos2

θi

+

K1

.sin2

θi

)Ayα

=

Aαy

=

Σ

{(KV

cos2

θi

+

K1

.sin2

θi

)xi

+

K2

.sinθi

}Aαα

=

Σ

{(KV

.cos2

θi

+

K1

.sin2

θi

)xi

2

+(K2

+

K3

)xi

.sinθi

+

K4

}48群樁溫克基礎(chǔ)分析模式各樁樁頭反力與位移：PNi

=

KV

.δy'iPHi

=

K1

.δx'i

?

K2

.

αMti

=?K3

.δx'i

+

K4

.

αδx'i

=

δx

.

cos

θi

?

(δy

+

αxi

)

.

sinθiδy'i

=

δx

.

sinθi

+

(δy

+

αxi

)

.

cos

θi

樁頭反力轉(zhuǎn)換：Vi

=PNi

.

cos

θi

?

PHi

.

sinθiHi

=PNi

.

sinθi

+

PHi

.

cos

θi群樁溫克基礎(chǔ)模式-直樁情況

(θ

=0)樁帽位移：

δy

=V0

/(n.

KV

)

各樁樁頭反力:

PNi

=KV

.

(δy

+

α

.

xi

)PHi

=K1

.δx

?

K2

.α=(H0

/

n)Mti

=K3

.δx

+

K4

.

α49K1,

K2,

K3

&

K4Foralongpileembeddedinuniform

soils

(Chang,

1937)M,θ1H,

δ1EIRecall:

單樁樁頭勁度矩陣：

(a)beam-springmodel計(jì)算例(1)設(shè)計(jì)條件-

場(chǎng)鑄樁，樁徑

D=1m

，樁長(zhǎng)l=30m

(

l/D

=30,

long

pile)-

樁剛度

EI=2.7

*10

6

*0

.0491=1.326

*10

5

t-m-

樁頭垂直勁度

KV=55100

t/m-

參考水平地盤(pán)反力系數(shù)kh0

=

αE0

/

30

=

1×

28N/

30

=

9.33

kg/cm3

(N=10,表層平均

N值)-地震時(shí)的地盤(pán)反力系數(shù)

kH

=

2

?

kh0

(BH

/

30)?

=

4.6

kg/cm3-

基樁之特性值

收斂后之

-假設(shè)樁頭與樁帽剛性接合K1

=

4EIβ3

=

9003

t/mK2

(=

K3

)=

2EIβ2

=

17516t/radK4

=

2EIβ

=

68156t?

m/rad-設(shè)計(jì)載重：垂直荷重

Vo=1500

t原點(diǎn)

o

之彎矩

Mo=5000t-m水平載重

Ho=1000

t-

樁數(shù)

n=

4

×

3=

12-

樁群剛性

Σxi2

=

3

×{3.752

+1.252

+(?