樁基的設計驗算探討

譚 凱 瞿 鵬 石立君

(1.郴州市宇華專家建筑設計有限公司，湖南 郴州 423000； 2.湖南省宏尚檢測技術股份有限公司，湖南 長沙 410208)

樁基的設計驗算探討

譚 凱1瞿 鵬2石立君2

(1.郴州市宇華專家建筑設計有限公司，湖南 郴州 423000； 2.湖南省宏尚檢測技術股份有限公司，湖南 長沙 410208)

通過工程算例，介紹了樁基的設計理論和步驟，提出基礎設計時應根據不同的基礎形式選擇相應的地基力學參數，對樁基的設計驗算提供了一定的參考。

樁基，承載力，穩定性，偏心，計算長度

0 引言

隨著城市建設迅猛發展，無論是城市人口急劇增長還是城市商業經濟發展，對橋梁、高層建筑的需求越來越大，建筑的穩定性和安全性也越來越受到人們的關注。而建筑的基礎就是樁基，樁基的設計直接影響著高層建筑的穩定與安全[1]。為此，我國政府相關管理部門在投入工程施工建設時應當對樁基的設計環節給予足夠的重視，并加大監管力度。同時，要明確建筑工程施工環境以及樁基的基礎信息，以便確保建筑工程工作中樁基設計的科學性、合理性，充分體現我國建筑工程的嚴謹性和時效性。

樁基礎由設置在土中或部分設置在土面以下的樁和承接上部結構的承臺組成。樁基礎常被看作是一種深基礎。與深平基相比較，樁基礎施工需要比較復雜的機具，但可以節省不少材料和開挖基坑的土石方量，施工中也可免去深基坑施工中經常遇到的防水、防漏和坑壁支撐等復雜問題。

樁基礎是一種古老的基礎形式，在人類歷史上，早新石器時代就在湖泊和沼澤地里打木樁筑平臺作為住所。到近代，由于高層建筑、重型廠房、大跨橋梁和近海海洋工程等對地基承載力的要求越來越高，而樁基礎具有承載力高、沉降量小而均勻、抗震性好、抗拉性強、對地質條件適應性強、容易滿足各種建筑物的不同要求等優點，促使樁基礎的發展十分迅速。特別是鉆(挖)孔灌注樁，它具有對地基土層的適應性強、承載力大、造價低，以及低噪聲、低振動等優點，已成為一種廣泛的基礎形式。

1 工程概況

某橋位于直線上，沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵層，其容重γ=20 kN/m3，內摩擦角φ=38°，地基的基本承載力σ0=800 kPa，沖刷線標高為147.00 m，承臺底設計標高與水位線平齊，標高為151.00 m，采用鉆孔樁基礎。初步擬定基樁的設計樁徑為1.5 m，樁中心間距為3.5 m。作用于承臺底面的豎向力N=27 000 kN，水平力H=550 kN，力矩M=9 000 kN·m。樁側土極限摩阻力f=120 kPa，橫向地基系數的比例系數m=60 MN·m4。

基樁混凝土采用C20，其彈性模量Eh=2.6×107kPa，見圖1。

2 參數計算

2.1 樁的計算寬度b0[2]

b0=0.9(d+1)Ke。

水平力作用方向上相鄰兩樁的凈距L0=3.5-1.5=2 m。

考慮相互影響時對樁的計算入土深度h0=3(d+1)=7.5 m。

2.2 變形系數

2.3 估算所需樁數

按n=(1.3-1.8)N/[P]估算，先確定[P]。

取樁的入土深度l=14m。

其中，取m0=0.6，成孔樁徑采用1.55m。

2.4 計算ρ1，ρ2,ρ3,ρ4

可得：

ρ2=58 418kN/m；

ρ3=291 045kN·m/m；

ρ4=1 975 199kN·m/rad。

2.5 計算承臺位移b,α和β

2.6 計算樁頂內力

Hi=αρ2-βρ3=68.828kN;

Mi=βρ4-αρ3=-322.687。

2.7 驗算單樁軸向受壓容許承載力

將樁底置于透水土中，計算樁身自重和樁入土部分同體積的土重時均可考慮水的浮力。

樁身自重：

與樁入土部分同體積的土重:

則，3 542.49+555.3-264.2=3 833.6kN<1.2[P]=1.2×53.83=6 459.6kN。

故單樁軸向受壓容許承載力滿足要求。

2.8 驗算地基的容許承載力

把群樁基礎看成一個實體基礎，按下式驗算地基承載力：

外力對承臺底面樁群重心的力矩：

M=9 000+550×6=12 300 kN·m。

基礎底面形心處的豎向力：

2.9 樁的計算長度

1)判別大小偏心：

考慮縱向彎曲后的偏心距為e′=ηe=58.3mm,換算截面重心軸的偏心距為e=e′=58.3mm

2)截面應力核算：

3)穩定性檢算：

σc=1.76 MPa<[σc]=6.1 MPa。

故滿足要求。

4)鋼筋布置：

主筋：由于樁下9 m處彎矩已為零，故主筋在該處截斷；

箍筋：采用φ8，樁下9 m以內間距為200 mm，以下則取400 mm。

3 結語

基礎設計時應根據不同的基礎形式選擇相應的地基力學參數。樁基工程設計主要包括：深入掌握場地地質條件、環境條件、荷載條件和施工條件，認真分析比較，不斷總結經驗、更新觀念，完善樁基設計和計算方法。

[1] 龔曉南.復合地基發展概況及其在高層建筑中的應用[J].土木工程學報,1999(6)：55-56.

[2] 史佩棟.實用樁基工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.

The discussion on the design of pile foundation

Tan Kai1Qu Peng2Shi Lijun2

(1.ChenzhouYuhuaExpertArchitecturalDesignCo.,Ltd,Chenzhou423000,China; 2.HunanHongshangTestingTechnologyCo.,Ltd,Changsha410208,China)

Through the engineering example, this paper introduces the design theory and steps of the pile foundation, put forward in the foundation design should select corresponding foundation mechanical parameters according to different foundation forms, and provides the reference for the design and checking of the pile foundation.

pile foundation, bearing capacity, stability, bias, calculated length

1009-6825(2017)22-0060-03

2017-05-24

譚 凱(1977- )，男，工程師； 瞿 鵬(1989- )，男，助理工程師； 石立君(1981- )，男，博士

TU473.1

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