一、關于大直徑樁(d≥800mm)極限側阻力和極限端阻力的尺寸效應

1.大直徑樁端阻力的尺寸效應。主要原因是樁成孔卸載造成的孔底土回彈,造成端阻力的降低,類似于深基坑的回彈。大直徑樁靜載試驗曲線均呈緩變型,反映出其端阻力以壓剪變形為主導的漸進破壞。G.G.Meyerhof(1998)指出,砂土中大直徑樁的極限端阻隨樁徑增大而呈雙曲線減小。

2.大直徑樁側阻尺寸效應系數,樁成孔后產生應力釋放,孔壁出現松弛變形,導致側阻力有所降低,側阻力隨樁徑增呈雙曲線型減小 。

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二、巖溶地區的樁基設計原則(規范3.4.4條)一不宜采用管樁的原因如下

1.管樁一旦穿過風化巖層覆蓋就立即接觸巖層,管樁很容易就破壞,破壞率達30%~50%。

2.樁尖接觸巖面后,很容易沿傾斜的巖面滑移,造成樁身傾斜,導致樁身斷裂或傾斜率過大。

3.樁長難以把握,配樁困難。

4.樁尖落在基巖上,周圍土體嵌固力小,樁身穩定性差。

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三、灌注樁后注漿

1.灌注樁成樁后一定時間,通過預設于樁身內的注漿導管及與之相連的樁端、樁側注漿閥注入水泥漿,使樁端、樁側土體(包括沉渣和泥皮)得到加固,從而提高單樁承載力,減小沉降。承載力一般可提高40%~100%(但湖北省標DB42/242-2003規定不宜超過同類非壓漿樁的1.3倍),沉降可減少20%~30%,可使用與除沉管灌注樁外的各種鉆、挖、沖孔樁。

2.增強機理:后注漿對樁側及樁端土的加固作用,表現為:固化效應 -樁底沉渣及樁側泥皮因漿液滲入而發生物理化學作用而固化,充填膠結效應-對樁底沉渣及樁側泥皮因滲入注漿而顯示的充填膠結,加筋效應-因劈裂注漿現成網狀結石。

3.增強特點:端阻的增幅高于側阻,粗粒土的增幅高于細粒土。樁端、樁側復式注漿高于樁端、樁側單一注漿。這是由于端阻受沉渣影響敏感,經后注漿后沉渣得到加固且樁端有擴底效應,樁端沉渣和土的加固效應強于樁側泥皮的加固效應;粗粒土是滲透注漿,細粒土是劈裂注漿,前者的加固效應強于后者。

4.注漿后變形特點:非注漿的Q-s曲線為陡降型,而后注漿為緩變型,使得在相同安全系數下樁的可靠度提高,沉降減少。沉降減少的主要原因如下:1) 固化了樁底沉渣及虛土,同時樁端有擴底效應 2) 由于注漿壓力較大(一般均大于1MPa),對樁端土進行了預壓。

5.設計以注意的事項:1)注漿管的連接應采用套管連接;2)當注漿管代替鋼筋時,最好在樁頂處預埋附加鋼筋,避免由于施工保護不當導致注漿管在樁頂處折斷 ;3)注漿管的固定應采用綁扎固定。

另:對巖溶發育地區高層建筑樁基勘察、設計要求和施工的思考見附件。

四、單樁承載力的時間效應

所謂的單樁承載力的時間效應是指樁的承載力隨時間變化,一般出現在擠土樁中,特別是預制樁。上海的資料顯示,隨著打樁后間歇時間的增加承載力都有不同程度的增加,間歇一年后的但樁承載力可提高30%~60%。

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分析原因如下:

樁打入時,土不易被立即擠實(特別是軟土中),在強大的擠壓力作用下,使貼近樁身的土體中產生了很大的空隙水壓力,土的結構也造成了破壞,抗剪強度降低(觸變)。經過一段時間的間歇后,孔隙水壓力逐漸消散,土逐漸固結密實,同時土的結構強度也逐漸恢復,抗剪強度逐漸提高。因而摩擦力及樁端阻力也不斷增加。

強度提高最快發生在1~3個月時。某種程度上可由高孔隙水壓和排擠開的體積的影響,使緊靠樁的土產生迅速的排水固結來解釋。實際上緊靠樁的土(大約50~200mm的范圍內)往往固結的很厲害,以至使樁的有效直徑增加。

樁的承載力隨時間的增長的現象在軟土中比較明顯。但在硬塑土中的變化規律有待進一步研究。

不是所有的樁的承載力都隨時間增加,一些樁的承載力隨時間降低。

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五、樁筏基礎反力呈馬鞍型分布的解釋

根據傳統的荷載分布原則,荷載的分布是根據剛度進行分配 ,基礎中間部位樁的承載力低說明土對樁的支撐剛度降低,也就是樁側樁端土的剛度降低。

原因是中間部位的樁間土要承受四周樁傳來的荷載。換一種解釋方法是,中間有限的樁間土不能同時給周圍的樁提供所要求的承載力,而靠近外側的樁除依靠基礎內側的土提供承載力外,還能利用靠近基礎外側的土提供承載力,而靠近基礎外側的土受內部樁的影響小,能比內部的土提供更多的承載力,因此外側的樁能承受較內部樁更多的荷載,也就是樁反力呈馬鞍型分布的原因。

另基坑開挖對樁間土的卸載造成樁間土的回彈,導致靠近基坑邊緣處樁剛度大,中部樁剛度小,更加加劇了基礎反力呈馬鞍型分布。

六、變剛調平設計原則總體思路

根據上部結構布局、荷載和地質特征,考慮相互作用效應,采取增強與弱化結合,減沉增沉結合,整體平整,實現差異沉降最小化,基礎內力最小化和資源消耗最小化。

1.根據建筑物體型、結構、荷載和地質條件,選擇樁基、復合樁基、剛性樁復合地基,合理布局,調整樁土支承剛度,使之與荷載相匹配。

2.為減小各區位應力場的相互重疊堆核心區有效剛度的削弱,樁土支承體布局宜做到豎向錯位或水平向拉開距離。

3.考慮樁土的相互作用效應,支承剛度的調整宜采用強化指數進行控制。核心區強化指數宜為1.05~1.30,外框區弱化指數宜為0.95~0.85。

4.對于主裙連體建筑,應按增強主體,弱化裙房的原則進行設計。

5.樁基的樁選型和樁端持力層的確定,應有利于應用后注漿技術,應確保單樁承載力有較大的調整空間;鶚兑思胁贾糜谥鶋ο,以降低承臺內力,最大限度發揮承臺底地基土分擔荷載的作用,減小柱下樁基與核心筒樁基的相互作用。

6.宜在概念設計的基礎上進行上部結構-基礎-樁土的共同作用分析,優化細部設計,差異沉降宜嚴于規范值,以提高耐久性可靠度。

七、樁基變剛度設計細則

1. 框筒結構

核心筒和外框柱的基樁宜按集團式布置于核心筒和柱下,以減小承臺內力和減小各部分相鄰影響。

以樁筏總承載力特征值與總荷載效應標準組合值平衡為前提,強化核心區,弱化外框區。核心區強化指數,對于核心區與外框區樁端平面豎向錯位或外框區柱下樁數不超過5根時,宜取1.05~1.15,外框為一排柱時取低值,二排柱時取高值;對于樁端平面處在同一標高且柱下樁數超過5根時,核心區強化指數宜取1.2~1.3,一排柱時取低值,二排柱時取高值。外框區弱化指數根據核心區強化指數越高,外框區弱化指數越低的關系確定;或按總承載力特征值與總荷載標準值平衡,單獨控制核心區強化指數,使外框區弱化指數相應降低。

框剪,框支剪力墻,筒中筒結構形式,參框筒結構確定。

2. 剪力墻結構

剪力墻結構整體性好,墻下荷載分布較均勻,對于電梯井和樓梯間等荷載集度高處宜強化布樁;鶚兑瞬贾糜趬ο,對于墻體交叉、轉角處應予以布樁,當單樁承載力較小,按滿堂布樁時,應強化內部,弱化外圍。

3. 樁基承臺設計

對變剛調皮設計的承臺,應按計算結果確定截面和配筋,其最小板厚和梁高,對于柱下梁板式承臺,梁的高跨比和平板式承臺板的厚跨比,宜取1/8;梁板式筏式承臺的板厚和最大雙向板區格短邊凈跨之比不宜小于1/16,且厚度不小于400mm;對于墻下平板式承臺厚跨比不宜小于1/20,且厚度不小于400mm;筏板最小配筋率應符合規范要求。

筏式承臺的選型,對于框筒結構,核心筒和柱下集團式布樁時,核心筒宜采用平板,外框區宜采用梁板式,對于剪力墻結構,宜采用平板。承臺配筋可按局部彎矩計算確定。

4. 共同作用分析與沉降計算

對于框筒結構宜進行共同作用計算分析,據此確定沉降分布、樁土反力分布和承臺內力。當不進行共同作用分析時,應按規范計算沉降,據此檢驗差異沉降等指標。

八、樁基礎受力的基本規律

隨著豎向荷載的加大,側阻的發揮先于端阻。隨著變形的增加,端阻力得以發揮。一般樁土相對位移到達4~10mm左右(根據土種類而定),側阻力即可以充分發揮,而端阻力的充分發揮需要樁土相對位移達到d/12~d/4(小直徑樁),d為樁徑,黏性土為d/4,砂性土為d/12~d/10。

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九、樁基沉降的特征

1.時間性。土體中樁基礎的沉降要經歷一個很長的時間。在上海地區,一般竣工后5~7年的沉降速度才會降到每年4mm以下。軟土中樁基礎沉降的主要部分是與時間因數有關的,按目前土力學的認識,沉降主要部分有固結變形和土體的流變組成。

2.刺入變形。產生刺入變形的解釋入下: 在群樁樁頂逐漸加載過程時,單樁頂荷載較小時,首先使樁的上部樁身產生壓縮,樁的上部質點向下位移于土體之間產生了相對位移,土體要阻止樁的上部的位移就產生了摩阻力。樁頂荷載通過摩阻力逐漸擴散到土體中去。不僅擴散到樁于樁之間的土體中,也擴散到樁尖以下的土體中。在這一階段,樁側阻力的分布可能是樁的上端大,下端小,逐步向下發展。土體中的應力主要由于樁上部的摩阻力傳給上部的土體,因此樁間土體的應力也大于樁尖以下土體的應力。 再繼續加載,樁側上部滑移區域不斷向下擴大。樁尖承載力開始發揮作用,樁尖以下土體中的應力增加的幅度會大于樁間土體中的應力的增加。(一般認當但相對位移達到2~5mm時,樁側摩阻力達到極限,樁土之間將產生相對滑移) 加載完成以后,樁間土及樁尖土在應力場的作用下由于固結和流變會繼續變形。其中樁間土體的固結壓縮和流變更為重要,由于樁身的變形基本上是材料的彈性壓縮,因此在這段時間內,樁間土體質點向下的位移要大于同一截面深度處樁質點的位移,即在樁的上部,樁身質點向下位移與相鄰土質點之間的位移差會減小,甚至會改變方向。由于位移差產生的摩阻力也將隨之減小,甚至產生負摩阻力。為了使減少了的樁周土體反力與樁頂荷載平衡,必須產生一個新的沉降增量,增加樁土相對位移來增加土反力。在這一工程中就會發生新的滑移(刺入變形)?偟内厔菔鞘箻渡喜康哪ψ枇χ饾u減少,樁下部的摩阻力和樁端支撐力逐漸增加。當樁的數量較多,樁的布置比較密集,樁間土體中應力較大時,樁上部可能出現負摩阻力,承臺下的土體會與承臺底面脫開。

3.土體中摩擦樁基礎的沉降實際上由 樁身壓縮、樁尖的刺入變形及樁尖下土體的壓縮變形(固結和流變)。

十、樁土共同工作

樁土共同工作是一個典型的非線性過程。樁土共同工作的實驗表明:

1.樁土共同作用的加載過程中,樁土是先后發揮作用的,是一個非線性的過程。樁總是先起支撐作用,樁的承載力達到100%以后,既達到極限以后土體才能起支承作用。樁土分擔比是隨加載過程而變化,沒有固定的分擔比。

2.樁頂荷載小于單樁極限荷載時,每級增加的荷載主要由樁承受,樁承擔90~95%左右。

3.樁上荷載達到單樁屈服荷載后,承臺底的地基土承受的荷載才明顯的增加,樁的分擔比顯著減小,沉降速度也有所增加。

4.樁土共同作用的極限承載力>單樁承載力+地基土的極限承載力。

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