樁基礎設計和運用探討

羅 釗 偉

(廣東 廣州 510000)

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樁基礎設計和運用探討

羅 釗 偉

(廣東 廣州 510000)

對樁基礎進行了簡要概述，從單樁豎向承載力特征值、單樁負摩阻力、考慮承臺效應的單樁承載力特征值三方面，對單樁豎向承載力特征值計算進行了分析，并結合多種實例，闡述了樁基礎的設計及運用。

樁基礎，豎向承載力，承臺效應，負摩阻力

1 樁基礎概述

由設置于巖土中的樁和與樁連接的承臺共同組成的基礎或由柱與樁直接連接的單樁基礎稱為樁基礎[1]。樁基礎是一種深基礎，樁的橫截面尺寸比長度小得多。承臺將各樁聯成一整體，把上部結構傳來的荷載轉換、調整分配于各樁，由穿過軟土層或水的樁傳遞到深部較堅硬的、壓縮性小的土層或巖層。樁所承受的軸向荷載是通過作用于樁周土層的樁側摩阻力和樁端地層的樁端阻力來支承的[3]；而水平荷載則依靠樁側土層的側向阻力來支承。樁基是由樁、土和承臺共同組成的基礎，設計時應結合地區經驗考慮樁、土、承臺的共同作用。

樁基礎可分為摩擦型樁和端承型樁，摩擦型樁又分為端承摩擦樁和摩擦樁，端承型樁又分為摩擦端承樁和端承樁；主要由側摩阻力承受的樁稱為摩擦型樁，主要由端阻力承擔的樁稱為端承樁。

根據所用材料的不同和施工方法的不同，樁基礎分為預應力混凝土管樁和鉆、沖孔灌注樁。預應力管樁的管徑有300 mm，400 mm，500 mm和600 mm；當擬建建筑物場地的巖層為全風化或強風化巖層且這些土層的埋深超過10 m或以上，則該類場地可選用預應力管樁；預應力管樁的成樁形式有靜壓成樁和錘擊成樁。灌注樁的直徑通常為800 mm，1 000 mm，1 200 mm和1 400 mm等；灌注樁的成樁方式有三種：鉆、沖和旋挖；沖孔灌注樁俗稱萬能樁，當擬建場地需以微風化巖為持力層，則需要以沖孔的形式成樁。

2 單樁豎向承載力特征值計算

根據擬建場地的地質資料關于樁側摩阻力特征值和樁端阻力特征值的數據，單樁豎向承載力特征值可按式(1)進行計算：

Ra=qpaAp+up∑qsiali

(1)

其中，Ap為樁底端橫截面面積，m2；qpa，qsia均為樁端阻力特征值、樁側阻力特征值，kPa,由當地靜載荷試驗結果統計分析算得；up為樁身周邊長度，mm;li為第i層巖土的厚度，mm。

單樁豎向承載力特征值按式(1)的計算結果為樁側土和樁端持力層所能提供的承載力，其結果需滿足樁身本身承載力的要求。

對于預應力混凝土管樁的單樁豎向承載力特征值，按式(1)算出的結果不能超過國家建筑標準圖集《預應力混凝土管樁》(10G409)P16-21。

對于大直徑混凝土灌注樁，鋼筋混凝土軸心受壓樁正截面受壓承載力應符合下列規定[2]：

1)當樁頂以下5d范圍的樁身螺旋式箍筋間距不大于100 mm，且符合JGJ 94—2008建筑樁基技術規范第4.1.1條規定時：

(2)

2)當樁身配筋不符合上述規定時：

N≤ΨcfcAps

(3)

對于大直徑灌注樁，按樁身強度算得的單樁豎向承載力特征值的結果與按式(2)，式(3)算得的結果相接近時，為最經濟的做法。若大直徑灌注樁樁身按計算為構造配筋時，其縱筋也應滿足JGJ 94—2008建筑樁基技術規范第4.1.1條中關于最小配筋率的要求。

3 單樁負摩阻力計算

1)當樁周土的沉降大于樁的沉降時，單樁承載力特征值的計算需考慮樁周土的負摩阻效應。

2)樁周土沉降可能引起樁側負摩阻力時，應根據工程具體情況考慮負摩阻力對樁基承載力的影響；可按下列規定對單樁負摩阻力進行估算，如圖1所示。

a.假設中性點以上土層算得的負摩阻力為N1；b.假設中性點以下土層算得的正側摩阻力和端阻力為N2；c.考慮負摩阻力后，單樁豎向承載力特征值為：

Ra=N2-N1

(4)

4 考慮承臺效應的單樁承載力特征值計算

1)當工程樁按計算結果為摩擦型樁基時，且承臺底處土層地勘報告描述為可作為持力層的土層時，宜考慮承臺效應確定其復合基樁的豎向承載力特征值。

2)考慮承臺效應的復合基樁豎向承載力特征值可按式(5)，式(6)確定：

不考慮地震作用時：

R=Ra+ηcfakAc

(5)

Ac=(A-nAps)/n

(6)

其中，ηc為承臺效應系數；fak為承臺下1/2承臺寬度且不超過5 m深度范圍內各層土的地基承載力特征值按厚度加權的平均值；Ac為計算基樁所對應的承臺底凈面積；Aps為樁身截面面積；A為承臺計算域面積。對于柱下獨立樁基，A為承臺總面積；對于樁筏基礎，A為柱、墻筏板的1/2跨距和懸臂邊2.5倍筏板厚度所圍成的面積；樁集中布置于單片墻下的樁筏基礎，取墻兩邊各1/2跨距圍成的面積，按條基計算ηc。

3)考慮液化效應的單樁豎向承載力特征值計算。

對于承臺下方有液化土層的樁基礎工程，在地震作用下，應考慮液化土層對單樁承載力特征值的折減。可能液化的土層包括飽和粉土和飽和砂土，液化的折減應根據建筑抗震設防類別和地基的液化等級。

5 工程算例

5.1 廣東省廣州蘿崗區時代春樹里樓盤的樁基礎設計

時代春樹里項目是建筑面積約25萬m3的高層住宅小區樓，有9棟住宅樓，分別為18層,24層，33層。其土層自地表到巖層依次為素填土(層厚0.5 m～4.1 m)，粉質粘性土(層厚0.6 m～15.9 m)，砂質粘性土(層厚0.6 m～15.6 m)，全風化花崗巖(0.6 m～28.7 m)，強風化花崗巖(0.6 m～22.9 m)，微風化花崗巖(1.2 m～7.7 m)。由于管樁有施工快，縮短工期的特點，且本場地的土層結構很適合20 m左右的預制樁，故設計擬采用預應力管樁基礎，本項目位于城區，為了減少噪聲，預應力管樁的成樁方式選為靜壓式，樁直徑選為500 mm，壁厚125 mm，1-48號孔點土層參數見表1。

表1 1-48號孔點土層 m

根據地質勘察資料顯示，砂質粘性土的樁周側摩阻力為40 kPa，全風化花崗巖樁周側摩阻力為70 kPa，強風化花崗樁周側摩阻力為100 kPa，樁端承載力特征值為3 500 kPa，按入強風化巖2 m和實際有效樁長估算，且按式(1)計算，得到單樁承載力特征值為2 393 kN，取為1 800 kN。經過試樁，500 mm管樁可入強風化巖6 m，取1 800 kN可行。由于強風化花崗巖為軟巖，該樁為摩擦型樁，故可考慮承臺效應?？紤]承載效應，增加的單樁承載力特征值為82 kN，故單樁承載力特征值可取為1 800+82=1 882 kN。

5.2 廣東省佛山市三水區時代南灣樓盤樁基礎設計

佛山市三水區時代南灣樓盤是建筑面積約40萬m3的高層住宅小區樓，有17棟住宅樓，分別為32層、33層。其土層自地表到巖層依次為人工填土、粉質粘土、淤泥、中粗砂、下伏基巖為全風化、強風化、中風化巖，其4-1號孔點土層參數見表2。

表2 4-1號孔點土層 m

由于有10多米的淤泥層，且淤泥層下方為強風化、中風化和微風化泥質砂巖，故設計擬采用灌注樁基礎，以微風化巖為持力層。以孔點4-1為例，直徑選為1 000 mm，考慮淤泥層的負摩阻力的影響，中性點以上負摩阻力為-186 kN，中性點以下正側阻力和端阻力的和為5 950 kN。

Ra=5 950-186=5 764 kN。

故選直徑為1 000 mm的灌注樁單樁承載力特征值為5 200 kN。樁直徑選為800 mm，1 000 mm，1 200 mm和1 400 mm，單樁承載力特征值分別為3 500 kN,5 200 kN,7 800 kN和9 800 kN。

6 結語

樁基礎是很常用的基礎形式，在高層建筑中應采用樁基礎的基礎形式，預制管樁和灌注樁基礎各有適用地方，應結合地質資料，考慮最優的樁基礎方案。

[1] JGJ 94—2008,建筑樁基技術規范[S].

[2] GB 50007—2011,建筑地基基礎設計規范[S].

[3] 莫海鴻,楊小平.基礎工程[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

Discussion on design and application of pile foundation

Luo Zhaowei

(Guangzhou510000,China)

This paper briefly discussed the pile foundation, from the single pile vertical bearing capacity characteristic value, single pile negative friction, considering the single pile bearing characteristic value of pile cap effect three aspects, analyzed the single pile bearing capacity eigenvalue calculation, and combining with a variety of examples, elaborated the design and application of pile foundation.

pile foundation, vertical bearing capacity, pile cap effect, negative friction

1009-6825(2017)17-0072-02

2017-04-05

羅釗偉，男，碩士，工程師，身份證號碼：441423198212132714

TU473.1

A