樁基礎的抗震設計ppt課件(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 （ b） PHC樁頭壓碎 液化側擴地基上樁基的震害 液化且有側向擴展的情況，不僅導致液化層范圍基樁承載力削弱，基樁還要承受側擴液化層的側向推力和水平地震作用，因而液化側擴地段樁基的震害程度要重于液化而無側擴的地段。鑒于樁基所受水平推力十分突出，因而樁頂與承臺連接處、液化土與非液化土界面，樁的剪力、彎矩高度集中，破壞更嚴重，其特征表現(xiàn)為樁頂與承臺或者樁身上下徹底斷裂，并且產(chǎn)生明顯錯位；此外位于岸邊坡地的樁基發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性更大。 液化側擴地基上樁基整體震害 1）樁身、樁頂?shù)钠茐? 左 圖為阪神地震中素混凝土樁在樁頭的破壞情況。由于地基土液化發(fā)生側向擴展流動，使樁頭發(fā)生水平直剪破壞。可見采用無筋素混凝土作為地基土的豎向增強體，其在地震設防區(qū)無法保證其具備必要的安全度。 素混凝土樁樁頭剪斷 管樁剪斷 2）液化側擴區(qū)在建樁基（僅施工基樁和部分承臺）基樁的震害 1976年唐山地震時天津新港海洋石油研究所輪機車單層排架廠房正處于施工階段，基樁和大部分承臺已完工，上部結構尚未開始施工，故樁頂豎向荷載僅為承臺自重。廠區(qū)位于新港航道南側臨海的新吹含砂新吹填土之上，吹填土厚度約 2m，以下為夾粉砂黏土、淤泥質(zhì)黏土、夾粉砂粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂。地震后發(fā)生向東北方向海邊的液化側向擴展，地表裂縫密布，特別是北面臨海一側，地面裂縫寬度一般 10cm，最寬達 20~30cm，噴水冒砂嚴重。承臺向東向北（東北方向臨海）方向發(fā)生位移，向東位移最大 ，向北位移均超過 ，承臺向東北傾斜高差一般大于 10cm，最大 21cm。 2樁承臺位移和傾斜明顯大于 4樁承臺。基樁為 50x50cm預制方樁和 d=68cm的灌注樁，樁長均為 ，預制樁主筋為 4?22+4 ?25；灌注樁主筋為 8?16。 震后選擇有代表性的樁基進行開挖檢查，開挖深度為 4m。檢查發(fā)現(xiàn)基樁震害有如下三個特征（詳見圖）。 本工程基樁的震害是在無上部結構荷載（僅有承臺自重）條件下發(fā)生的，也就是完全由液化側向擴展對基樁的水平推力和地層水平地震作用所致。 （二）樁基抗震設計的基本要求 建筑場地選址和勘察 選擇建筑場地時，應根據(jù)工程需要，掌握地震活動情況、工程地質(zhì)和地震地震的有關資料，對抗震有利、不利和危險地段作出綜合評價。對不利地段，應提出避開要求；當無法避開時應采取有效措施。對危險地段，嚴禁建造甲、乙類建筑，不應建造丙類建筑。 對于無法避開抗震不利地段的樁基，在工程實際中比較多見，如建于軟弱土、液化土、非巖質(zhì)陡坡、河岸和土坡的邊緣、平面分布上成因、巖性 、狀態(tài)明顯 不均勻土層中的樁基。在此情況下，樁基的抗震設計要求有別于抗震有利地段，包括基樁的選型、樁長、樁端持力層、抗震驗算（如除樁基豎向承載力以外的樁基整體穩(wěn)定性和樁身壓曲、水平承載力等）。 抗震設防烈度為 6度地區(qū)可不進行樁基抗震設計 樁基礎主要受上部結構慣性力、地基土強迫位移和地基失效等因素影響。調(diào)查表明，在抗震設防 6度地區(qū)，液化、震陷以至滑坡等地基失效的情況極為少見；此外，地基土強迫位移也較小，上部結構按靜力計算也可滿足抗震 6度設防的要求，綜合起來，在 6度地區(qū)可不進行地基基礎抗震設計，即不用考慮軟土震陷、液化和滑坡等，僅按靜力荷載設計即可。 同一結構單元不宜部分采用天然地基，部分采用樁基。 這一問題應結合工程地質(zhì)條件和上部結構情況分析確定，大體分以下三種情況。 1）部分基巖淺基，部分填土樁基 在山區(qū)，同一建筑場地常常出現(xiàn)大挖大填，形成一部分為基巖一部分為填土的情況。此時同一建筑的基礎一部分采用基巖上的淺基，另一部分采用穿過填土的嵌巖樁，是完全合理可行的。因為這樣既能確保沉降趨于均勻，也能使基巖上的淺基礎和嵌巖樁基的地震反應相近。 2）地基土質(zhì)較差，部分復合地基，部分樁基 同一主體建筑，當?shù)鼗临|(zhì)較差，而主體建筑面積大，設計者為節(jié)省造價，在部分土質(zhì)稍好區(qū)段采用碎石樁等復合地基，而在土質(zhì)差且厚度大的區(qū)域采用樁基。在正常靜力荷載下，兩種形式基礎沉降差異不大，但在地震作用下，復合地基的沉降將大于樁基沉降，其差異沉降可能超過規(guī)范允許值。 唐山地震中，天津化工廠某車間為五層框架結構，左側采用筏板基礎，右側采用樁基，震后筏板基礎沉降達 30cm，且向右傾斜，而右側樁基沉降較小，致使在沉降縫處造成局部破壞，如圖 (a)(b)。天津堿廠壓縮車間，廠房基礎采用天然地基，震后下沉較大，而室內(nèi)大型設備基礎采用樁基礎，震后下沉很小，造成室內(nèi)地面與設備基礎間差異沉降達 20cm，如圖 (c) 。 汶川地震中距北川極震區(qū)直線距離 10km的安縣（震后調(diào)整為 ）某工廠，三個車間分別采用鉆孔灌注樁和振沖碎石樁兩種性質(zhì)截然不同的地基基礎形式，導致震后沉降差達到 300mm，主體排架結構遭到嚴重破壞，局部倒塌，如圖 3）高層建筑主裙連體建筑 高層建筑的高層主體與多層裙房，結構和基礎多數(shù)不設縫連成一體，在此情況下能否部分采用天然地基部分采用樁基，應根據(jù)工程地質(zhì)條件、主裙房荷載集度進行分析后確定。 當?shù)鼗凛^好，裙房采用天然地基，主樓采用樁基是可行的；當?shù)鼗凛^差，裙房可采用疏短復合樁基、復合地基，主樓采用樁基。樁端持力層應置于壓縮性較低的土層上。 液化土、軟弱黏性土層中的樁基 1）存在液化土和軟弱黏性土層的場地，樁端應伸入液化土層、軟弱黏性土層以下穩(wěn)定土層的長度（不包括樁尖部分）應 按計算確定 ；對于碎石土，礫、粗、中砂，密實粉土，堅硬黏性土尚不應小于 2～ 3倍樁身直徑，對其它非巖石土尚不宜小于 4～ 5倍樁身直徑。 液化土中基樁的配筋范圍，應自樁頂至液化深度以下符合全部消除液化沉陷所要求的深度，其縱向鋼筋、箍筋直徑和間距應與樁頂部相同。當樁身長度范圍內(nèi)存在軟硬互層時，在夾層界面上下一定范圍內(nèi)其縱向鋼筋、箍筋直徑和間距應與樁頂部相同，實際施工中是自頂加強至夾層下一定深度。 軟弱黏性土指 7度、 8度、 9度時，地基靜承載力特征值分別小于 80 kPa、100kPa、 120 kPa的土層。 2）存在液化側向擴展（ 2176。 ≤液化層下界面傾斜度 5176。 ）和流滑（ 5176。 ≤液化層下界面傾斜度）地段，距常時水線 100m范圍內(nèi)的樁基宜采取防土體滑動等措施，并應對樁基的抗滑移問題和抗傾覆穩(wěn)定進行驗算。驗算時應考慮土流動的側向作用力，且承受側向推力的面積應按邊樁外緣間的寬度計算。 3）處于液化土中的樁基承臺周圍，宜用非液化土（灰土、級配砂石、壓實性較好的素土、素混凝土）填筑夯實；若用砂土或粉土，則應使土層標準貫入錘擊數(shù)不小于現(xiàn)行抗震規(guī)范規(guī)定的臨界值。 地下結構或半地下結構的底面或側面有液化土層且不處理時，宜確定液化后土的側壓力和上浮力增大對結構的影響。這主要是由于液化土的重度大于水的重度，導致地下結構所受側壓力和浮力增大。 當近地表承臺埋深范圍為液化土或者 地基承載力特征值小于 40 kPa的（或不排水抗剪強度小于 15 kPa）的軟土，且樁基水平承載力不滿足地震作用驗算要求時，可將承臺外每側 1/2承臺邊長和全部液化和極軟土層進行加固處理，以大幅提高承臺正面水平土抗力。 4）軟弱黏性土和液化土場地上的高層建筑樁基應采用筏形基礎，基礎埋深應不小于建筑物高度的 1/18。當采用預應力混凝土管樁時，直徑應大于 400mm。筏基外排樁樁身強度宜適當加強。 軟弱黏性土上設置筏形基礎，有利于基礎底板與地基土協(xié)同變形，增強建筑物抗整體傾覆能力；由于軟土側限能力極弱，當在施工或其他原因形成高差時，土體易水平流動，使得建筑物發(fā)生傾斜，增加埋深能在一定程度上緩解這類不利因素；在軟土中采用管樁，宜選擇直徑較大的樁型，以提高樁的抗側剛度和抗水平承載力。試驗表明，水平荷載下，外排樁受力最大，因此筏基外排樁樁身強度宜適當加強。 液化土中設置筏形基礎，筏板將阻礙液化土從建筑物內(nèi)部噴出，降低液化程度；土體液化噴砂后，可能使地面下陷，增加埋深能增強建筑物抗傾覆能力；在液化土中采用管樁，宜選擇直徑較大的樁型，同樣是為了提高樁的抗側剛度和抗水平承載力。筏基外排樁樁身強度宜適當加強，除了考慮水平荷載下外排樁受力最大的因素外，還由于液化土在筏板下受阻可能側向流動向室外噴砂，使得外排基樁受到較大水平力。 5）液化土和地基靜承載力特征值小于 25 kPa的極軟土中的基樁樁身的受壓承載力應考慮壓曲削弱的影響。 坡地、岸邊樁基 非巖質(zhì)的陡坡、河（湖）岸邊坡邊緣均屬于建筑抗震不利地段，但工程實踐中由于用地緊張或工程使用需求等原因，這類地段仍不乏采用樁基的建筑。對于坡地、岸邊樁基抗震設計應滿足一下要求。 1）樁基承臺應與邊坡頂邊緣（含岸邊）保持一定的水平距離： 無論是純土質(zhì)邊坡還是下伏完整基巖的土質(zhì)或強風化、全風化巖質(zhì)邊坡，建筑樁基承臺邊緣與邊坡頂邊緣應保持一定的水平距離，邊坡坡角一般應小于 45176。 、坡高不超過 8m。在此情況下，對于多層建筑樁基可不驗算地震作用下的整體穩(wěn)定性。 2）建于坡地、岸邊的高層建筑樁基，宜采用筏形承臺，以增強樁基的整體抗傾覆能力。基樁不宜采用擠土樁