一、關(guān)于大直徑樁(d≥800mm)極限側(cè)阻力和極限端阻力的尺寸效應(yīng)

1.大直徑樁端阻力的尺寸效應(yīng)。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(yàn)曲線均呈緩變型,反映出其端阻力以壓剪變形為主導(dǎo)的漸進(jìn)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(cè)阻尺寸效應(yīng)系數(shù),樁成孔后產(chǎn)生應(yīng)力釋放,孔壁出現(xiàn)松弛變形,導(dǎo)致側(cè)阻力有所降低,側(cè)阻力隨樁徑增呈雙曲線型減小 。

二、巖溶地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)原則(規(guī)范3.4.4條)一不宜采用管樁的原因如下

1.管樁一旦穿過(guò)風(fēng)化巖層覆蓋就立即接觸巖層,管樁很容易就破壞,破壞率達(dá)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(dǎo)致樁身斷裂或傾斜率過(guò)大。

3.樁長(zhǎng)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(wěn)定性差。

三、灌注樁后注漿

1.灌注樁成樁后一定時(shí)間,通過(guò)預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的注漿導(dǎo)管及與之相連的樁端、樁側(cè)注漿閥注入水泥漿,使樁端、樁側(cè)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(biāo)DB42/242-2003規(guī)定不宜超過(guò)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(qiáng)機(jī)理:后注漿對(duì)樁側(cè)及樁端土的加固作用,表現(xiàn)為:固化效應(yīng) -樁底沉渣及樁側(cè)泥皮因漿液滲入而發(fā)生物理化學(xué)作用而固化,充填膠結(jié)效應(yīng)-對(duì)樁底沉渣及樁側(cè)泥皮因滲入注漿而顯示的充填膠結(jié),加筋效應(yīng)-因劈裂注漿現(xiàn)成網(wǎng)狀結(jié)石。

3.增強(qiáng)特點(diǎn):端阻的增幅高于側(cè)阻,粗粒土的增幅高于細(xì)粒土。樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿高于樁端、樁側(cè)單一注漿。這是由于端阻受沉渣影響敏感,經(jīng)后注漿后沉渣得到加固且樁端有擴(kuò)底效應(yīng),樁端沉渣和土的加固效應(yīng)強(qiáng)于樁側(cè)泥皮的加固效應(yīng);粗粒土是滲透注漿,細(xì)粒土是劈裂注漿,前者的加固效應(yīng)強(qiáng)于后者。

4.注漿后變形特點(diǎn):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(shù)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(shí)樁端有擴(kuò)底效應(yīng)

(2)由于注漿壓力較大(一般均大于1MPa),對(duì)樁端土進(jìn)行了預(yù)壓。

5.設(shè)計(jì)以注意的事項(xiàng):

(1)注漿管的連接應(yīng)采用套管連接; 

(2)當(dāng)注漿管代替鋼筋時(shí),最好在樁頂處預(yù)埋附加鋼筋,避免由于施工保護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致注漿管在樁頂處折斷 ;

(3)注漿管的固定應(yīng)采用綁扎固定。

四、單樁承載力的時(shí)間效應(yīng)

所謂的單樁承載力的時(shí)間效應(yīng)是指樁的承載力隨時(shí)間變化,一般出現(xiàn)在擠土樁中,特別是預(yù)制樁。上海的資料顯示,隨著打樁后間歇時(shí)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%。

分析原因如下:

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

強(qiáng)度提高最快發(fā)生在1~3個(gè)月時(shí)。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(chǎn)生迅速的排水固結(jié)來(lái)解釋。實(shí)際上緊靠樁的土(大約50~200mm的范圍內(nèi))往往固結(jié)的很厲害,以至使樁的有效直徑增加。

樁的承載力隨時(shí)間的增長(zhǎng)的現(xiàn)象在軟土中比較明顯。但在硬塑土中的變化規(guī)律有待進(jìn)一步研究。

不是所有的樁的承載力都隨時(shí)間增加,一些樁的承載力隨時(shí)間降低。

五、樁筏基礎(chǔ)反力呈馬鞍型分布的解釋

根據(jù)傳統(tǒng)的荷載分布原則,荷載的分布是根據(jù)剛度進(jìn)行分配 ,基礎(chǔ)中間部位樁的承載力低說(shuō)明土對(duì)樁的支撐剛度降低,也就是樁側(cè)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(lái)的荷載。換一種解釋方法是,中間有限的樁間土不能同時(shí)給周圍的樁提供所要求的承載力,而靠近外側(cè)的樁除依靠基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)的土提供承載力外,還能利用靠近基礎(chǔ)外側(cè)的土提供承載力,而靠近基礎(chǔ)外側(cè)的土受內(nèi)部樁的影響小,能比內(nèi)部的土提供更多的承載力,因此外側(cè)的樁能承受較內(nèi)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(duì)樁間土的卸載造成樁間土的回彈,導(dǎo)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(chǔ)反力呈馬鞍型分布。

六、變剛調(diào)平設(shè)計(jì)原則總體思路

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)布局、荷載和地質(zhì)特征,考慮相互作用效應(yīng),采取增強(qiáng)與弱化結(jié)合,減沉增沉結(jié)合,整體平整,實(shí)現(xiàn)差異沉降最小化,基礎(chǔ)內(nèi)力最小化和資源消耗最小化。

1.根據(jù)建筑物體型、結(jié)構(gòu)、荷載和地質(zhì)條件,選擇樁基、復(fù)合樁基、剛性樁復(fù)合地基,合理布局,調(diào)整樁土支承剛度,使之與荷載相匹配。

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

3.考慮樁土的相互作用效應(yīng),支承剛度的調(diào)整宜采用強(qiáng)化指數(shù)進(jìn)行控制。核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù)宜為1.05~1.30,外框區(qū)弱化指數(shù)宜為0.95~0.85。

4.對(duì)于主裙連體建筑,應(yīng)按增強(qiáng)主體,弱化裙房的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.樁基的樁選型和樁端持力層的確定,應(yīng)有利于應(yīng)用后注漿技術(shù),應(yīng)確保單樁承載力有較大的調(diào)整空間;鶚兑思胁贾糜谥鶋ο,以降低承臺(tái)內(nèi)力,最大限度發(fā)揮承臺(tái)底地基土分擔(dān)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(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-樁土的共同作用分析,優(yōu)化細(xì)部設(shè)計(jì),差異沉降宜嚴(yán)于規(guī)范值,以提高耐久性可靠度。

七、樁基變剛度設(shè)計(jì)細(xì)則

1. 框筒結(jié)構(gòu)

核心筒和外框柱的基樁宜按集團(tuán)式布置于核心筒和柱下,以減小承臺(tái)內(nèi)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(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值平衡為前提,強(qiáng)化核心區(qū),弱化外框區(qū)。核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù),對(duì)于核心區(qū)與外框區(qū)樁端平面豎向錯(cuò)位或外框區(qū)柱下樁數(shù)不超過(guò)5根時(shí),宜取1.05~1.15,外框?yàn)橐慌胖鶗r(shí)取低值,二排柱時(shí)取高值;對(duì)于樁端平面處在同一標(biāo)高且柱下樁數(shù)超過(guò)5根時(shí),核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù)宜取1.2~1.3,一排柱時(shí)取低值,二排柱時(shí)取高值。

外框區(qū)弱化指數(shù)根據(jù)核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù)越高,外框區(qū)弱化指數(shù)越低的關(guān)系確定;或按總承載力特征值與總荷載標(biāo)準(zhǔn)值平衡,單獨(dú)控制核心區(qū)強(qiáng)化指數(shù),使外框區(qū)弱化指數(shù)相應(yīng)降低。

框剪,框支剪力墻,筒中筒結(jié)構(gòu)形式,參框筒結(jié)構(gòu)確定。

2. 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好,墻下荷載分布較均勻,對(duì)于電梯井和樓梯間等荷載集度高處宜強(qiáng)化布樁;鶚兑瞬贾糜趬ο,對(duì)于墻體交叉、轉(zhuǎn)角處應(yīng)予以布樁,當(dāng)單樁承載力較小,按滿堂布樁時(shí),應(yīng)強(qiáng)化內(nèi)部,弱化外圍。

3. 樁基承臺(tái)設(shè)計(jì)

對(duì)變剛調(diào)皮設(shè)計(jì)的承臺(tái),應(yīng)按計(jì)算結(jié)果確定截面和配筋,其最小板厚和梁高,對(duì)于柱下梁板式承臺(tái),梁的高跨比和平板式承臺(tái)板的厚跨比,宜取1/8;梁板式筏式承臺(tái)的板厚和最大雙向板區(qū)格短邊凈跨之比不宜小于1/16,且厚度不小于400mm;對(duì)于墻下平板式承臺(tái)厚跨比不宜小于1/20,且厚度不小于400mm;筏板最小配筋率應(yīng)符合規(guī)范要求。

筏式承臺(tái)的選型,對(duì)于框筒結(jié)構(gòu),核心筒和柱下集團(tuán)式布樁時(shí),核心筒宜采用平板,外框區(qū)宜采用梁板式,對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu),宜采用平板。承臺(tái)配筋可按局部彎矩計(jì)算確定。

4. 共同作用分析與沉降計(jì)算

對(duì)于框筒結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行共同作用計(jì)算分析,據(jù)此確定沉降分布、樁土反力分布和承臺(tái)內(nèi)力。當(dāng)不進(jìn)行共同作用分析時(shí),應(yīng)按規(guī)范計(jì)算沉降,據(jù)此檢驗(yàn)差異沉降等指標(biāo)。

八、樁基礎(chǔ)受力的基本規(guī)律

隨著豎向荷載的加大,側(cè)阻的發(fā)揮先于端阻。隨著變形的增加,端阻力得以發(fā)揮。一般樁土相對(duì)位移到達(dá)4~10mm左右(根據(jù)土種類而定),側(cè)阻力即可以充分發(fā)揮,而端阻力的充分發(fā)揮需要樁土相對(duì)位移達(dá)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。

九、樁基沉降的特征

1.時(shí)間性。土體中樁基礎(chǔ)的沉降要經(jīng)歷一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間。在上海地區(qū),一般竣工后5~7年的沉降速度才會(huì)降到每年4mm以下。軟土中樁基礎(chǔ)沉降的主要部分是與時(shí)間因數(shù)有關(guān)的,按目前土力學(xué)的認(rèn)識(shí),沉降主要部分有固結(jié)變形和土體的流變組成。

2.刺入變形。產(chǎn)生刺入變形的解釋入下: 在群樁樁頂逐漸加載過(guò)程時(shí),單樁頂荷載較小時(shí),首先使樁的上部樁身產(chǎn)生壓縮,樁的上部質(zhì)點(diǎn)向下位移于土體之間產(chǎn)生了相對(duì)位移,土體要阻止樁的上部的位移就產(chǎn)生了摩阻力。樁頂荷載通過(guò)摩阻力逐漸擴(kuò)散到土體中去。不僅擴(kuò)散到樁于樁之間的土體中,也擴(kuò)散到樁尖以下的土體中。在這一階段,樁側(cè)阻力的分布可能是樁的上端大,下端小,逐步向下發(fā)展。

土體中的應(yīng)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(yīng)力也大于樁尖以下土體的應(yīng)力。 再繼續(xù)加載,樁側(cè)上部滑移區(qū)域不斷向下擴(kuò)大。樁尖承載力開始發(fā)揮作用,樁尖以下土體中的應(yīng)力增加的幅度會(huì)大于樁間土體中的應(yīng)力的增加。(一般認(rèn)當(dāng)?shù)鄬?duì)位移達(dá)到2~5mm時(shí),樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限,樁土之間將產(chǎn)生相對(duì)滑移) 加載完成以后,樁間土及樁尖土在應(yīng)力場(chǎng)的作用下由于固結(jié)和流變會(huì)繼續(xù)變形。其中樁間土體的固結(jié)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(shí)間內(nèi),樁間土體質(zhì)點(diǎn)向下的位移要大于同一截面深度處樁質(zhì)點(diǎn)的位移,即在樁的上部,樁身質(zhì)點(diǎn)向下位移與相鄰?fù)临|(zhì)點(diǎn)之間的位移差會(huì)減小,甚至?xí)淖兎较。由于位移差產(chǎn)生的摩阻力也將隨之減小,甚至產(chǎn)生負(fù)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(chǎn)生一個(gè)新的沉降增量,增加樁土相對(duì)位移來(lái)增加土反力。在這一工程中就會(huì)發(fā)生新的滑移(刺入變形)?偟内厔(shì)是使樁上部的摩阻力逐漸減少,樁下部的摩阻力和樁端支撐力逐漸增加。當(dāng)樁的數(shù)量較多,樁的布置比較密集,樁間土體中應(yīng)力較大時(shí),樁上部可能出現(xiàn)負(fù)摩阻力,承臺(tái)下的土體會(huì)與承臺(tái)底面脫開。

3.土體中摩擦樁基礎(chǔ)的沉降實(shí)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(jié)和流變)。

十、樁土共同工作

樁土共同工作是一個(gè)典型的非線性過(guò)程。樁土共同工作的實(shí)驗(yàn)表明:

1.樁土共同作用的加載過(guò)程中,樁土是先后發(fā)揮作用的,是一個(gè)非線性的過(guò)程。樁總是先起支撐作用,樁的承載力達(dá)到100%以后,既達(dá)到極限以后土體才能起支承作用。樁土分擔(dān)比是隨加載過(guò)程而變化,沒(méi)有固定的分擔(dān)比。

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

3.樁上荷載達(dá)到單樁屈服荷載后,承臺(tái)底的地基土承受的荷載才明顯的增加,樁的分擔(dān)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。