2019巖土工程師基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：單樁豎向承載力

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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(gè)方面內(nèi)容：

1.荷載傳遞過程

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。

2.樁側(cè)、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(duì)剛度、長徑比l/d有關(guān)。樁土相對(duì)剛度越大，長徑比l/d越小，樁端傳遞的荷載就越大。

3.單樁的破壞模式

單樁的破壞模式同樁的荷載—沉降曲線和受力特點(diǎn)有關(guān)。如圖17-4-1所示，對(duì)于摩擦型樁，ks值很小，2-3直線段近似于豎直線，Q-s曲線陡降，在點(diǎn)2處出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，一般屬于刺入破壞;對(duì)于端承型樁，樁端阻力占承載力的比例較大，ks值較大，在點(diǎn)2處不出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，而端阻破壞又需要很大位移，整個(gè)Q-s曲線呈緩變型。對(duì)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(qiáng)度破壞而破壞，Q-s曲線也呈陡降型。

【例題5】下列各項(xiàng)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(xiàng)中對(duì)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(duì)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(duì)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(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法和靜力觸探法等。

1)靜載荷試驗(yàn)法

根據(jù)靜載荷試驗(yàn)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(shí)測值Qui，而后對(duì)試樁條件基本相同的樁按有關(guān)統(tǒng)計(jì)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(shí)測值的極差不超過平均值的30%時(shí)取各試樁實(shí)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(jì)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(shí)，一般通過如下經(jīng)驗(yàn)公式分計(jì)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αp、qsik、Psk的取值方法一般按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—94)5.2.6條確定。

3)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法

通過經(jīng)驗(yàn)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(yàn)確定，當(dāng)無地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—94)表5.2.8-1與表5.2.8-2取值。

【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(yàn)法

B. 靜力觸探法

C. 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法

D. 樁身強(qiáng)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(jì)樁數(shù)為200根，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值為400KN，試回答：

1、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

2、作靜載荷試驗(yàn)的樁數(shù)為4根，經(jīng)試驗(yàn)其單樁極限承載力實(shí)測值分別為：360KN，410KN，400KN，480KN，則該載荷試驗(yàn)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(shí)，該方法屬于()。

A . 靜載荷試驗(yàn)法

B. 靜力觸探法

C. 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法

D. 樁身強(qiáng)度法

答案:C

2.單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值

單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值尺應(yīng)根據(jù)樁基的設(shè)計(jì)等級(jí)分別采用不同的方法。對(duì)三級(jí)建筑樁基可采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)估算法;對(duì)二級(jí)建筑樁基可采用靜力觸探與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)估算法并參照相鄰試樁資料綜合確定;對(duì)一級(jí)建筑樁基應(yīng)采用現(xiàn)場載荷試驗(yàn)并結(jié)合靜力觸探等原位測試方法綜合確定。

【例題10】對(duì)一級(jí)建筑樁基，當(dāng)確定單樁承載力設(shè)計(jì)值時(shí)應(yīng)采用的方法為()。

A . 靜載荷試驗(yàn)法

B. 靜力觸探法

C. 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法

D. A+B+C

答案:D

1)靜載荷試驗(yàn)方法

當(dāng)根據(jù)靜載荷試驗(yàn)確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk時(shí)，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值R由下式確定：

式中 γs、γp——分別為樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)和樁端阻抗力分項(xiàng)系，可查表17-4-1。

(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(tái)、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=Pu/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=sn/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(qiáng)，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(tái)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(tái)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(tái)、樁、土之間的相互影響較小，其工作性狀與獨(dú)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(tái)土反力也傳遞到承臺(tái)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η<1，同時(shí)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η>1;而沉降比則除了端承樁ξ=1外，均ξ>1。

【例題12】下列各項(xiàng)中，能夠用來表示群樁效應(yīng)的是( )。

A . 長徑比

B. 沉降比

C.樁間距與樁徑比

D.工作效率

答案:B

【例題13】在下列各項(xiàng)中，對(duì)群樁效應(yīng)影響最大的是( )。

A . 樁距和樁數(shù)

B.樁徑

C.土質(zhì)與土層情況

D. 樁的類型

【例題14】在下列各項(xiàng)敘述中，正確的是( )。

A. 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(qiáng)

B. 群樁效率系數(shù)η越小、沉降比ξ越大，則表示群樁效應(yīng)越弱

C. 群樁效率系數(shù)η越小、沉降比ξ越小，則表示群樁效應(yīng)越弱

D. 群樁效率系數(shù)η越大、沉降比ξ越大，則表示群樁效應(yīng)越強(qiáng)

答案:A

【例題15】對(duì)于由摩擦樁組成的群樁，下列各項(xiàng)中正確的是( )。

A . η>1

B. ξ>1

C. ξ=1

D. η<1

答案:B

2.群樁承載力

對(duì)于樁數(shù)超過3根的非端承樁復(fù)合樁基，宜考慮群樁效應(yīng)對(duì)樁基承載力的影響，此時(shí)群樁基礎(chǔ)中的單樁承載力設(shè)計(jì)值R/，按下式計(jì)算：

靜力觸探與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)估算法式中

Qck——復(fù)合基樁承臺(tái)底面地基土總極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值;

ηs、ηp、ηsp——分別為樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)、樁側(cè)阻端阻綜合群樁效 應(yīng)系數(shù)，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—94)表5.2.3-1采用;

ηc——承臺(tái)底土阻力群樁效應(yīng)系數(shù)：

當(dāng)nb的計(jì)算值小于1時(shí)取nb=1，其中Lc、Bc、n分別為矩形承臺(tái)的長、寬及總樁數(shù)。當(dāng)布樁不規(guī)則時(shí)，可取等效距徑，計(jì)算群樁沉降的方法實(shí)際上是一種實(shí)體基礎(chǔ)法，它不考慮樁基側(cè)面應(yīng)力擴(kuò)散作用，將承臺(tái)視作直接作用在樁端平面，即實(shí)體基礎(chǔ)的長、寬視作等同于承臺(tái)底長、寬，且作用在實(shí)體基礎(chǔ)底面上的附加應(yīng)力也取為承臺(tái)底的附加應(yīng)力。

【例題16】對(duì)于樁群的沉降計(jì)算，在( )條件下采用等效作用分層總和法計(jì)算樁基內(nèi)任意點(diǎn)的最終沉降量。

A . 樁中心距sa≥3d

B. 樁中心距sa≥6d

C. 樁中心距sa≤6d

D. 樁中心距sa≤3d

答案:C

【例題17】對(duì)于樁群的沉降計(jì)算，其產(chǎn)生沉降的范圍為( )。

A . 承臺(tái)以下至樁端范圍

B. 自樁端至以下沉降計(jì)算深度以內(nèi)的范圍

C. 承臺(tái)至以下沉降計(jì)算深度以內(nèi)的范圍

D. A和B各占一半

答案:B

【例題18】當(dāng)樁群的沉降計(jì)算時(shí)，作用于樁端的附加應(yīng)力值為( )。

A. 承臺(tái)底的附加應(yīng)力

B. 承臺(tái)底的附加應(yīng)力與承臺(tái)底面至樁端的土的自重應(yīng)力之和

C. 承臺(tái)底面至樁端的土的自重應(yīng)力

D. 承臺(tái)底的附加應(yīng)力與承臺(tái)底面至樁端的土的自重應(yīng)力之差

答案:A

(五)樁基設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)基本資料

1)工程地質(zhì)勘察資料

包括土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，地下水位，試樁資料或鄰近類似樁基工程資料，液化土層資料等。

2)建筑物情況

包括建筑物平面布置圖，結(jié)構(gòu)類型、安全等級(jí)，變形要求和抗震設(shè)防烈度等。

3)建筑環(huán)境條件與施工條件

包括相鄰建筑物情況，地下管線與構(gòu)筑物分布，施工機(jī)械設(shè)備條件及周圍環(huán)境對(duì)施工的要求等。

2.樁的類型與成樁工藝選擇

樁型與成樁工藝選擇應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)類型、荷載性質(zhì)、樁的使用功能、穿越土層的性

質(zhì)、樁端持力層土類、地下水位、施工設(shè)備、施工環(huán)境、施工經(jīng)驗(yàn)、制樁材料供應(yīng)條件等，選擇經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的樁型和成樁工藝。選擇時(shí)可參考《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—94)附錄A。

3.樁基持力層的選擇

一般應(yīng)選擇壓縮性低而承載力高的較硬土層作為樁基持力層。當(dāng)?shù)鼗写嬖诙鄬涌晒┻x擇的樁基持力層時(shí)，應(yīng)根據(jù)樁基承載力、樁位布置和樁基沉降的要求并結(jié)合有關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)確定。

樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度，對(duì)于粘性、粉土不宜小于2d。當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁基以下硬持力層厚度不宜小于4d。當(dāng)持力層較厚且施工條件許可時(shí)，樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度宜達(dá)到樁端阻力的臨界深度。砂與碎石類土的臨界深度為(3～10)d，隨其密度提高而增大;粉土、粘土的指數(shù)的臨界深度為(2～6)d，隨土的孔隙比和液性指數(shù)的減小而增大。

【例題19】樁端阻力的臨界深度對(duì)于砂與碎石土而言為( )。

A .1~3d

B. 2~6d

C. 6~10d

D. 3~10d

答案:D

4.樁截面的選擇

樁的截面主要根據(jù)上部荷載等情況選定，一般情況下可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載大小、樓層數(shù)、現(xiàn)場施工條件及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等初步確定樁徑或樁的邊長，然后驗(yàn)算其截面的樁壓強(qiáng)度(按鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算)。

5.樁數(shù)的初步確定與樁的平面布置

樁數(shù)n可根據(jù)荷載情況按下面的公式初步確定：

軸心荷載 n≥(N+G)/R (17-4-12a)

偏心荷載 n≥(1.1～1.2)*[ (N+G)/R] (17—4-12b)

這里

N——作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力設(shè)計(jì)值;

G——樁基承臺(tái)和承臺(tái)上土的自重設(shè)計(jì)值;地下水位以下取有效重度計(jì)算。

樁的平面布置應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式與受力要求，結(jié)合承臺(tái)平面尺寸情況布置成矩形或梅花形等形式并滿足有關(guān)最小中心距的要求。

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