【正文】 前言 第十九講 深基礎(chǔ) 一、內(nèi)容提要： 本講主要講述深基礎(chǔ)的類型、樁和樁基礎(chǔ)的類別、單樁豎向承載力 二、重點難點： 單樁豎向承載力的計算 一、深基礎(chǔ)的類型 一、深基礎(chǔ)的類型 深基礎(chǔ)主要有樁基礎(chǔ)、沉井和地下連續(xù)墻等幾種類型。其中以歷史悠久的樁基應(yīng)用最為廣泛。相對于淺基礎(chǔ)，深基礎(chǔ)埋入地層較深，結(jié)構(gòu)形式和施工方法較淺基礎(chǔ)復(fù)雜，在設(shè)計計算時需考慮基礎(chǔ)側(cè)面土體的影響。 1．樁基礎(chǔ) 樁基礎(chǔ)是通過承臺把若干根樁的頂部聯(lián)結(jié)成整體，共同承受動靜荷載的一種深基礎(chǔ)。通常對下列情況，可考慮用樁基礎(chǔ)方案： 1)軟弱 地基或某些特殊性土上的各類永久性建筑物，不允許地基有過大沉降和不均勻沉降時； 2)對于高重建筑物，如高層建筑、重型工業(yè)廠房和倉庫、料倉等，地基承載力不能滿足設(shè)計需要時； 3)對橋梁、碼頭、煙囪、輸電塔等結(jié)構(gòu)物 ,宜采用樁基以承受較大的水平力和上拔力時； 4)對精密或大型的設(shè)備基礎(chǔ)，需要減小基礎(chǔ)振幅、減弱基礎(chǔ)振動對結(jié)構(gòu)的影響時； 5)在地震區(qū)，以樁基作為地震區(qū)結(jié)構(gòu)抗震措施或穿越可液化地基時； 6)水上基礎(chǔ)，施工水位較高或河床沖刷較大，采用淺基礎(chǔ)施工困難或不能保證基礎(chǔ) 安全時。 2．沉井基礎(chǔ) 沉井基礎(chǔ)是一個用混凝 土或鋼筋混凝土等制成的井筒形結(jié)構(gòu)物，它可以僅作為建筑物基礎(chǔ)使用，也可以同時作為地下結(jié)構(gòu)物使用。沉井基礎(chǔ)施工的施工方法是先就地制作第一節(jié)井筒，然后在井筒內(nèi)挖土，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)計標(biāo)高后，在其下端澆筑混凝土封底。沉井只作為建筑物基礎(chǔ)使用時，常用低強度混凝土或砂石填充井筒，若沉井作為地下結(jié)構(gòu)物使用，則不進行填充而在其上端接筑上部結(jié)構(gòu)。 沉井在下沉過程中，井筒就是施工期間的圍護結(jié)構(gòu)。在各個施工階段和使用期間，沉井各部分可能受到土壓力、水壓力、浮力、摩阻力、底 面反力以及沉井自重等的作用。沉井的構(gòu)造和計算應(yīng)充分滿足各個階段的要求。 3．地下連續(xù)墻 地下連續(xù)墻是利用專門的成槽機械在地下成槽，在槽中安放鋼筋籠 (網(wǎng) )后以導(dǎo)管法澆灌水下混凝土，形成一個單元墻段，再將順序完成的墻段以特定的方式連接組成的一道完整的現(xiàn)澆地下連續(xù)墻體。地下連續(xù)墻具有擋土、防滲兼作主體承重結(jié)構(gòu)等多種功能；能在沉井作業(yè)、板樁支護等法難以實施的環(huán)境中進行無噪音、無振動施工；能通過各種地層進入基巖，深度可達(dá) 50m以上而不必采取降低地下水的措施，因此可在密集建筑群中施工。尤其是用于二層以上地下室的建筑物， 可配合 “ 逆筑法 ” 施工而更顯出其獨特的作用。 【例題 1】在下列各種基礎(chǔ)形式中，不屬于深基礎(chǔ)類型的是（）。 A. 樁基礎(chǔ) B. 沉井基礎(chǔ) C. 地下連結(jié)續(xù)墻 D. 筏板基礎(chǔ) 答案： D 二、樁與樁基礎(chǔ)的類別 二、樁與樁基礎(chǔ)的類別 (一 )樁的分類 1．按施工工藝分類 樁按施工工藝可分為預(yù)制樁和灌注樁兩大類。 1)預(yù)制樁 預(yù)制樁系指借助于專用機械設(shè)備將預(yù)先制作好的具有一定形狀、剛度與構(gòu)造的樁桿打入、壓入、或振動沉入土中的一類樁。主要有預(yù)制鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁、鋼樁 (鋼管樁和 H形樁 )等。預(yù)制樁的施工工 藝包括制樁與沉樁兩部分，沉樁工藝又隨沉樁機械而變，主要有三種：錘擊式、靜壓式和振動式。 2)灌注樁 灌注樁系指在工程現(xiàn)場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成的樁孔內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的一類樁。依照成孔方法不同，灌注樁又分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾大類。 2．按樁的受力特點分類 根據(jù)樁側(cè)阻力與樁端阻力的發(fā)揮程度和分擔(dān)荷載比可將樁分為摩擦型樁和端承型樁兩大類型。 1)摩擦型樁 摩擦型樁是指在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁側(cè)摩阻力承受。根據(jù)樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載的大小 ，摩擦型樁又可分為摩擦樁和端承摩擦樁兩類。 在深厚的軟弱土層當(dāng)中，無較硬的土層作為樁端持力層，或樁端持力層雖然較堅硬但樁的長徑比 l／ d 很大，傳遞到樁端的軸力很小，以至在極限荷載作用下，樁頂荷載絕大部分由樁側(cè)阻力承受，樁端阻力很小可忽略不計的樁，稱其為摩擦樁。 當(dāng)樁的 l／ d不很大，樁端持力層為較堅硬的粘性土、粉土和砂類土?xí)r，除樁側(cè)阻力外，還有一定的樁端阻力。樁頂荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，但大部分由樁側(cè)阻力承受的樁，稱其為端承摩擦樁。這類樁所占比例很大。 2)端承型樁 端承型樁是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)阻力相對樁端阻力而言較小，或可忽略不計的樁。根據(jù)樁端阻力發(fā)揮的程度和分擔(dān)荷載的比例，又可分為摩擦端承樁和端承樁兩類。 樁端進入中密以上的砂土、碎石類土或中、微化巖層，樁頂極限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，而主要由樁端阻力承受，稱其為摩擦端承樁。 當(dāng)樁的 l／ d較小 (一般小于 10)，樁身穿越軟弱土層，樁端設(shè)置在密實砂層，碎石類土層中、微風(fēng)化巖層中，樁頂荷載絕大部分由樁端阻力承受，樁側(cè)阻力很小可忽略不計時，稱其為端承樁。 【例題 2】在地基中設(shè)置下列各種類型的樁中，不能按 樁基礎(chǔ)進行考慮的是（）。 A . CFG 樁 B. 鉆孔灌注樁 C. 預(yù)制樁 D. 沉管灌注樁 答案 :A 【例題 3】當(dāng)樁的長徑比較小且樁身穿越軟弱土層，樁端設(shè)置在密實砂層上，該類樁屬于（）。 A . 摩擦樁 B. 端承摩擦樁 C. 端承樁 D. 摩擦端承樁 答案 :C (二 )樁基礎(chǔ)的類型 樁基礎(chǔ)按承臺位置可以分為高樁承臺基礎(chǔ)和低樁承臺基礎(chǔ) (簡稱高樁承臺和低樁承臺 )。低樁承臺的承臺底面位于地面 (或沖刷線 )以下；高樁承臺的承臺底面位于地面 (或沖刷線 )以上。 【例題 4】當(dāng)樁承臺的承臺底面位于地面 (或沖刷線 )以下 時，該類樁基礎(chǔ)屬于（）。 A . 淺基礎(chǔ)樁 B. 深基礎(chǔ)樁 C. 低樁承臺 D. 高樁承臺 答案 :C 三、單樁豎向承載力 三、單樁豎向承載力 (一 )單樁的荷載傳遞特性 樁的荷載傳遞特性主要包括如下三個方面內(nèi)容： 樁身軸力位移在樁頂最大，自上而下逐步減小，因此，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮程度也總是在樁頂附近最高，然后向下不斷減小。由于發(fā)揮樁端阻力所需的極限位移，明顯大于樁側(cè)阻力發(fā)揮所需的極限位移，一般樁側(cè)摩阻力總是先于端阻力發(fā)揮。 、樁端阻力的荷載分擔(dān)比 樁側(cè)、樁端阻力的荷載分擔(dān)情況，除了與樁 側(cè)、樁端土的性質(zhì)有關(guān)以外，還與樁土相對剛度、長徑比 l／ d有關(guān)。樁土相對剛度越大，長徑比 l／ d越小，樁端傳遞的荷載就越大。 單樁的破壞模式同樁的荷載 — 沉降曲線和受力特點有關(guān)。如圖 1741 所示，對于摩擦型樁， ks值很小， 23直線段近似于豎直線， Qs曲線陡降，在點 2處出 現(xiàn)明顯拐點，一般屬于刺入破壞；對于端承型樁，樁端阻力占承載力的比例較大， ks值較大，在點 2 處不出現(xiàn)明顯拐點，而端阻破壞又需要很大位移，整個 Qs曲線呈緩變型。對于端承樁和樁身有缺陷的樁，在土阻力尚未充分發(fā)揮情況下，出現(xiàn)因樁身材料強度破壞而破壞， Qs曲線也呈陡降型。 【例題 5】下列各項中不屬于樁的荷載傳遞特性主要所包括的內(nèi)容的是（）。 A . 荷載傳遞過程 B. 樁側(cè)、樁端阻力的荷載分擔(dān)比 C. 單樁的破壞模式 D. 單樁承載力 答案 :D 【例題 6】在下列各項中對于樁側(cè)、樁端阻力的荷載分擔(dān)比無影響的是（）。 A. 樁土相對剛度 B. 長徑比的大小 C. 樁側(cè)、樁端土的性質(zhì) D. 樁身內(nèi)有無剛筋 答案 :D （二）單樁豎向承載力的確定 1．單樁豎向極限承載力 單樁豎向極限承載力是指單樁在豎向荷載作用下到達(dá)破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形所對應(yīng)的最大荷載。確定單樁豎向極限承載力的方法主要有靜載荷試驗法、經(jīng)驗參數(shù)法和靜力觸探法等。 1)靜載荷試驗法 根據(jù)靜載荷試驗確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 Quk的方法是先按試樁極限承載力的確定方法確定各根試樁的極限承載力實測值 Qui，而后對試樁條件基本相同的樁按有關(guān)統(tǒng)計方法確定 其單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 Quk。常用的方法是當(dāng)各試樁極限承載力實測值的極差不超過平均值的 30％時取各試樁實測值的平均值為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，即 這里 n 為參加統(tǒng)計的試樁數(shù)。 2)靜力觸探法 根據(jù)單橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時，一般通過如下經(jīng)驗公式分計算： 式中 Qsk、 Qpk—— 單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值； u、 Ap、 li—— 樁身周長、樁端面積和樁側(cè)第 i層土的厚度； qsik—— 用靜力觸探比貫入阻力 Ps值估算的樁側(cè)第 i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值； ap—— 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 )。 這里 α p、 qsik、 Psk的取值方法一般按地區(qū)經(jīng)驗確定，當(dāng)無地區(qū)經(jīng)驗時，可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 (JGJ94— 94)。 3)經(jīng)驗參數(shù)法 通過經(jīng)驗參數(shù)法確定的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值也由總樁側(cè)摩阻力和總樁端阻力組成，即 式中 qski、 qpk分別為樁側(cè)第 i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和樁 的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，一般按地區(qū)經(jīng)驗確定，當(dāng)無地區(qū)經(jīng)驗時，可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 (JGJ94— 94)表 與表 。 【例題 7】常用的單樁豎向承載力的確定方法當(dāng)中不包括（）。 A . 靜載荷試驗法 B. 靜力觸探法 C. 經(jīng)驗參數(shù)法 D. 樁身強度法 答案 :D 【例題 8】某建筑物采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計樁數(shù)為 200 根，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為 400KN，試回答： 根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 (JGJ94— 94)規(guī)定，試樁數(shù)量合理的為（）根。 A . 1 B. 2 C. 3 D. 4 答案 :C 作靜載荷試驗的樁數(shù)為 4 根，經(jīng)試驗其單樁極限承載力實測值分別為： 360KN， 410KN，400KN， 480KN，則該載荷試驗測得的單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為（） KN。 A . 360 B. 480 C. 400 D. 412 答案 :D 【例題 9】當(dāng)根據(jù)土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)確定單樁承載力時，該方法屬于（）。 A . 靜載荷試驗法 B. 靜力觸探法 C. 經(jīng)驗參數(shù)法 D. 樁身強度法 答案 :C 單樁豎向承載力設(shè)計值尺應(yīng)根據(jù)樁基的設(shè)計等級分別采用不同的方法。對三級建筑樁基可采用經(jīng)驗參數(shù)估算法；對二級建筑樁基可采用靜力觸探與經(jīng)驗參數(shù)估算法并參照相鄰試樁資料綜合確定；對一級建筑樁基應(yīng)采用現(xiàn)場載荷試驗并結(jié)合靜力觸探等原位測試方法綜合確定。 【例題 10】對一級建筑樁基，當(dāng)確定單樁承載力設(shè)計值時應(yīng)采用的方法為（）。 A . 靜載荷試驗法 B. 靜力觸探法 C. 經(jīng)驗參數(shù)法 D. A+B+C 答案 :D 1)靜載荷試驗方法 當(dāng)根據(jù)靜載荷試驗確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 Quk時， 單樁豎向承載力設(shè)計值 R由下式確定： 式中 γ s、 γ p—— 分別為樁側(cè)阻抗力分項系數(shù)和樁端阻抗力分項系，可查表 1741。 (三 )群樁基礎(chǔ)的承載力 1．群樁效應(yīng) 群樁在豎向荷載作用下，由于承臺、樁、土之間相互影響和共同作用，群樁的工作性狀趨于復(fù)雜，樁群中任一根樁的工作性狀都不同于孤立的單樁，群樁 承載力將不等于各單樁承載力之和，群樁沉降也明顯地超過單樁，這種現(xiàn)象就是群樁效應(yīng)。群樁效應(yīng)可用群樁效率系數(shù) η ，和沉降比 ξ 表示。 群樁效率系數(shù) η 是指群樁豎向極限承載力 Pu與群樁中所有樁的單樁豎向極限承載力 Qu總和之比，即 η=P u／ nQu(n 為群樁中的樁數(shù) )。沉降比 ξ 是指在每根樁承擔(dān)相同荷載條件下，群樁沉降量 sn與單樁沉降量 s 之比，即 ξ=s n／ s。群樁效率系數(shù) η 越小、沉降比ξ 越大，則表示群樁效應(yīng)越強，也就意味著群樁承載力越低、沉降越大。 群樁效率系數(shù) η 和沉降比 ξ 主要取決于樁距和樁數(shù)，其次與土質(zhì)和土層構(gòu)造、樁徑、樁 的類型及排列方式等因素有關(guān)。 由端承樁組成的群樁，通過承臺分配到各樁樁頂?shù)暮奢d，其大部或全部由樁身直接傳遞到樁端。因而通過承臺土反力、樁側(cè)摩阻力傳遞到土層中的應(yīng)力較小，樁群中各樁之間，承臺、樁、土之間的相互影響較小，其工作性狀與獨立單樁相近。因而端承型群樁的承載力可近似取為各單樁承載力之和，即群樁效率 η 、沉降比 ξ 可近似取為 1。 由摩擦樁組成的群樁，樁頂荷載主要通過樁側(cè)摩阻力傳布到樁周和樁端土層中，在樁端平面處產(chǎn)生應(yīng)力重疊。承臺土反力也傳遞到承臺以下一定范圍內(nèi)的土層中，從而使樁側(cè)阻力和樁端阻力受到干擾。就一般 情況而言，在常規(guī)樁距 (3～ 4d)下，粘性土中的群樁，隨著樁數(shù)的增加，群樁效率明顯下降，且 η1 ，同時沉降比迅速增大， ξ 可以從 2增大到 10 以上；砂土中的擠土樁群，有可能 η1。 而沉降比則除了端承樁 ξ=1 外，均 ξ1 。 【例題 12】下列各項中，能夠用來表示群樁效應(yīng)的是（ ）。 A . 長徑比