黃龍龍

(太原市興華巖土工程勘察質(zhì)量檢測有限公司，山西太原 030013)

有關(guān)建筑樁基礎(chǔ)的計(jì)算探討

黃龍龍

(太原市興華巖土工程勘察質(zhì)量檢測有限公司，山西太原 030013)

介紹了建筑工程中單樁極限承載力的確定方式，從樁基承載力驗(yàn)算、沉降計(jì)算、承臺(tái)計(jì)算等方面，探討了建筑樁基礎(chǔ)的計(jì)算方式，并總結(jié)了計(jì)算過程中的注意事項(xiàng)，為樁基設(shè)計(jì)提供參考。

樁基，承載力，承臺(tái)，靜載荷試驗(yàn)

和過去相比，像以前的多層房屋、輕型廠房、低速公路和鐵路已經(jīng)滿足不了當(dāng)代人們的需要，所以當(dāng)代不斷涌現(xiàn)出高層建筑、重型廠房、高速鐵路和公路以滿足人類的需求。和過去相比這就對(duì)工程技術(shù)人員提出了更高的技術(shù)要求?，F(xiàn)就筆者工作當(dāng)中遇見的一些涉及樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算問題做一些總結(jié)和論述。

1 單樁極限承載力的確定方法

單樁極限承載力，可通過現(xiàn)場單樁豎向靜載荷試驗(yàn)、現(xiàn)場原位測試、室內(nèi)土工試驗(yàn)及工程經(jīng)驗(yàn)等方法確定。靜荷載試驗(yàn)是最有效也是最直接的確定單樁承載力的方法，得出的承載力是可直接供設(shè)計(jì)使用的。但往往在初步設(shè)計(jì)時(shí)是不可做試驗(yàn)的，那就要求設(shè)計(jì)人員通過一些別的方法初步的計(jì)算得出單樁極限承載力。

《規(guī)范》用原位測試法(單橋探頭)確定混凝土預(yù)制樁的單樁極限承載力，公式中qsik為根據(jù)比貫入阻力psk結(jié)合qsk—psk曲線來確定的;α為端阻力修正系數(shù)，α＜1其實(shí)是對(duì)端阻力的折減;該公式關(guān)鍵在于確定psk，psk涉及psk1樁端全截面以上8d范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值，psk2樁端全截面以下4d范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值;β為折減系數(shù)，通過比較psk1和psk2的大小來確定psk。《規(guī)范》用原位測試法(雙橋探頭)確定混凝土預(yù)制樁的單樁極限承載力，公式中β為樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù);fsi為探頭平均側(cè)阻力;α為端阻力修正系數(shù);該公式的關(guān)鍵在于qc的確定，qc取樁端以上4倍樁徑范圍內(nèi)按土層厚度的探頭阻力加權(quán)平均值，與樁端以下1倍樁徑范圍內(nèi)土層的探頭阻力進(jìn)行平均。

采用室內(nèi)土工試驗(yàn)與工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法來確定單樁極限承載力，該方法是目前工程設(shè)計(jì)運(yùn)用較為廣泛的方法。公式中qsik和qpk均是根據(jù)土工試驗(yàn)先確定土的巖性與土的狀態(tài)，再結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)綜合確定的;對(duì)于不小于800 mm的樁稱為大直徑樁，由于樁成孔后土層產(chǎn)生的應(yīng)力釋放和土層的松弛變形，則必須考慮側(cè)阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)ψsi和端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)ψp，ψsi和ψp與土的類型和樁的直徑有關(guān);對(duì)于開口的鋼管樁與空心的混凝土樁，它們由于樁端沒有封閉，對(duì)于樁的極限端阻力則發(fā)生了變化，公式中引入了λp樁端土塞效應(yīng)系數(shù)，該系數(shù)與樁進(jìn)入持力層的深度和空心直徑有關(guān);嵌巖樁主要是極限端阻力的計(jì)算有別，公式中ξr為樁嵌巖段的側(cè)阻和端阻綜合修正系數(shù)，frk則為巖石室內(nèi)試驗(yàn)單軸抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值;近些年來為提高單樁的極限承載力，不少工程進(jìn)行了樁側(cè)與樁端的后注漿，所以《規(guī)范》也把該工藝引入了進(jìn)來，分析該公式只是對(duì)注漿段引入了側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)βsi和端阻力增強(qiáng)系數(shù)βp，增強(qiáng)系數(shù)是根據(jù)土性并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定的一個(gè)增加系數(shù)，但對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說最重要的是要正確的確定注漿豎向增強(qiáng)段范圍。

2 樁基豎向承載力的驗(yàn)算

樁基豎向承載力的驗(yàn)算其實(shí)可歸結(jié)為左端(豎向力)與右端(基樁豎向承載力特征值)的大小比較。左端(豎向力)又分為軸心豎向力與偏心豎向力兩種情況;右端(基樁豎向承載力特征值)是單樁豎向極限承載力的1/2。當(dāng)存在以下四種情況還需考慮承臺(tái)效應(yīng)的復(fù)合基樁豎向承載力:1)上部結(jié)構(gòu)整體剛度較好、體型簡單的建筑物;2)對(duì)差異沉降適應(yīng)性較好的排架結(jié)構(gòu)和柔性構(gòu)筑物;3)按變剛度調(diào)平原則設(shè)計(jì)的樁基剛度相對(duì)弱化區(qū);4)軟土地基的減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)。對(duì)于基樁承載力的驗(yàn)算若在抗震設(shè)防區(qū)驗(yàn)算時(shí)，不僅要考慮荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合還應(yīng)考慮地震作用效應(yīng)。

3 特殊條件下樁基豎向承載力的驗(yàn)算

此章節(jié)包含軟弱下臥層驗(yàn)算、樁基負(fù)摩擦阻力計(jì)算和抗拔樁基承載力驗(yàn)算三部分。

1)軟弱下臥層驗(yàn)算是指樁距小于6d的群樁基礎(chǔ)，樁端持力層下存在承載力低于樁端持力層承載力1/3的軟弱下臥層。

2)負(fù)摩阻力是由于樁周土層產(chǎn)生的沉降超過基樁的沉降，樁側(cè)負(fù)摩阻力會(huì)引起基樁的下拉荷載。

3)承受抗拔力的基樁，則應(yīng)驗(yàn)算群樁呈整體破壞和群樁呈非整體破壞下的兩種情況。《規(guī)范》把季節(jié)性凍土和膨脹土上的輕型建筑的短樁基礎(chǔ)兩種特殊情況納入了進(jìn)來。

4 關(guān)于樁基沉降的計(jì)算

樁基沉降計(jì)算可分為樁距小于6d的樁基和單樁、單排樁、疏樁基礎(chǔ)兩種情況。樁距小于6d的樁基最終沉降量計(jì)算可采用等效作用分層總和法(角點(diǎn)法)計(jì)算——不辛奈斯克解，但該公式引入了樁基等效沉降系數(shù)ψe——明德林解;單樁、單排樁、疏樁基礎(chǔ)實(shí)際可簡化為按單向壓縮分層總和法計(jì)算土層的沉降并計(jì)入樁身壓縮量。

對(duì)于樁基的沉降計(jì)算是比承載力計(jì)算更為復(fù)雜的問題，沉降計(jì)算是對(duì)于工程技術(shù)人員不斷總結(jié)和不斷深思的問題。

5 軟土地基減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)

該樁型主要是解決承載力基本夠但要控制沉降的問題，當(dāng)軟弱地基上的多層建筑，地基承載力基本滿足承載力的要求時(shí)，可設(shè)置穿過軟弱土層進(jìn)入相對(duì)較好土層的疏布摩擦樁，由樁和地基土共同承擔(dān)荷載。仔細(xì)分析該章節(jié)內(nèi)容其實(shí)還是減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)承載力和沉降的問題。單樁承載力需考慮承臺(tái)效應(yīng);沉降包括樁土相互作用產(chǎn)生的沉降和承臺(tái)底地基土附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生的中點(diǎn)沉降(特別之處應(yīng)注意假想天然平均附加應(yīng)力的計(jì)算)。

6 水平受荷樁基

單樁的水平承載力特征值可根據(jù)靜載荷試驗(yàn)確定，在未做單樁水平靜載荷試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)公式進(jìn)行估算，但估算應(yīng)區(qū)分樁身配筋率小于0.65%與大于0.65%、單樁還是群樁等情況。水平受荷樁承載力與位移的計(jì)算參數(shù)眾多，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用相應(yīng)的計(jì)算公式和與其相匹配的計(jì)算參數(shù)，但在眾多的計(jì)算參數(shù)中地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)“m”值尤為值得工程技術(shù)人員重視。最終設(shè)計(jì)計(jì)算得出的單樁水平承載力特征值應(yīng)不小于在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下作用于基樁頂處的水平力。

7 樁身承載力計(jì)算

樁身承載力的驗(yàn)算包括受壓樁、抗拔樁和受水平作用樁三種情況。樁身的承載力其實(shí)質(zhì)就是樁身材料(混凝土和鋼筋)的承載力;對(duì)于高承臺(tái)樁等特殊情況受壓樁尚應(yīng)考慮壓屈影響;對(duì)于承受水平荷載和地震作用下的樁，樁身受彎和受剪承載力應(yīng)按實(shí)際情況進(jìn)行驗(yàn)算。但要注意的是樁頂軸向力是基本組合而非標(biāo)準(zhǔn)組合。

8 承臺(tái)計(jì)算

有了樁再加上承臺(tái)才算是樁基礎(chǔ)，承臺(tái)是樁與上部結(jié)構(gòu)的紐帶。承臺(tái)的驗(yàn)算主要包括受彎、受沖切和受剪三部分計(jì)算;在計(jì)算承臺(tái)受彎時(shí)所采用的是基本組合下基樁豎向凈反力;受沖切和受剪驗(yàn)算其實(shí)質(zhì)也是承臺(tái)的幾何尺寸和混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之間的組合關(guān)系，也就構(gòu)成了相應(yīng)的抗力，對(duì)其作用效應(yīng)則是承臺(tái)所受的外部荷載，包括柱或樁。承臺(tái)的驗(yàn)算是為了保證承臺(tái)具有足夠的強(qiáng)度，在各種效應(yīng)組合下不被破壞，以保證建筑物的安全性。

9 結(jié)語

樁基礎(chǔ)作為深基礎(chǔ)的一種類型，隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，樁基礎(chǔ)也會(huì)越來越多的進(jìn)入工程技術(shù)界，這就要求我們要對(duì)樁基礎(chǔ)的原理、機(jī)理、工藝方法、設(shè)計(jì)計(jì)算理論等不斷的學(xué)習(xí)總結(jié)才能成為一名合格的工程技術(shù)人員，為祖國的工程事業(yè)發(fā)展獻(xiàn)出自己的綿薄之力。

［1］JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

Discussion on building pile foundation calculation

Huang Longlong
(Taiyuan Xinghua Geotechnical Engineering Investigation Quality Inspection Limited Company，Taiyuan 030013，China)

This paper introduced the determination method of single pile ultimate bearing capacity in construction engineering，from the pile foundation bearing capacity calculation，settlement calculation，pile cap calculation and other aspects，discussed the calculation ways of construction pile foundation，and summarized the matters needing attention in calculation process，provided reference for pile foundation design.

pile foundation，bearing capacity，pile cap，static load test

TU473.1

:A

1009-6825(2016)36-0093-02

2016-10-12

黃龍龍(1985-)，男，工程師