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【正文】 總壓力相等的條件進行計算。選取一個具有代表性的例題講解該部分知識的具體應用。167。7—6地基變形驗算和基底尺寸調整　　本節以基本概念介紹為主一、地基變形驗算(一)概述按地基承載力適當選定了基礎底面尺寸，一般已可保證建筑物在防止地基剪切破壞方面具有足夠的安全度，但是，在荷載作用下，地基的變形總要發生。如何控制地基變形．使之不會導致建筑物開裂破壞、有損其使用條件和外觀，這是地基基礎設計必須予以充分考慮的另一基本問題。在常規設計中，一般都針對各類建筑物的結構特點、整體剛度和使用要求的不同，計算地基變形的某一特征值（　），驗證其是否不超過相應的允許值[ ]，即要求滿足下列條件： 地基變形驗算結果如不滿足要求，可以先通過適當調整基礎底面尺寸或埋深，如仍未滿足要求，再考慮是否可從建筑、結構、施工諸方面采 取有效措施以防止不均勻沉降對建筑物的損害，或改用其它地基基礎設計方案。(二)地基變形特征 地基變形特征一般分為； 沉降量——基礎某點的沉降值， 沉降差——基礎兩點或相鄰柱基電點的沉降量之差， 傾斜——基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值， 局部傾斜——砌體承重結構沿6~10m內基礎兩點的沉降差與其距離的比值。具體建筑物所需驗算的地基變形特征取決于建筑物的結構類型、整體剛度和使用要 求。以下按柔性、敏感性和剛性三類結構分述與其有關的地基變形特征及其可能招致的損害特點。 1．與柔性結構有關的地基變形特征 以屋架、柱和基礎為主體的木結構和排架結構，在中、低壓縮性地基上一般不因沉降而損壞，但在高壓縮性地基上就應注意下列情況下的地基特征變形： 被開窗面積不大的墻砌體所填充的邊排柱、抗風柱之間的沉降差 單層排架結構柱基的沉降量 相鄰柱基的沉降差所形成的橋式吊車軌面沿縱向或橫向的傾斜 廠房內部大面積地面堆載引起柱基向內轉動傾斜 2．與敏感性結構有關的地基變形特征建筑物因地基變形所引起的損壞，最常見的是砌體承重結構房屋外縱墻由拉應變形成的裂縫．根據一些實測資料，磚墻可見裂縫的臨界拉應變約為0．05％(脆性飾面最易開裂)， 裂縫的形態多樣。圖6—24是混合緒構房屋外縱墻上因砌體剪切變形引起的斜裂縫。斜裂縫的形態特征是朝沉降較大那一方傾斜地向上延伸的。一般砌體承重結構房屋的長高比不太大，以局部出現斜裂縫為主，應以局部傾斜作為地基變形的主要特征，其允許值見教材表中規定， 框架結構主要因柱基的不均勻沉降使構件受剪扭曲而損壞。3．與剛性結構有關的地基變形特征對于高聳結構以及長高比很小的高層建筑，其地基變形的主要特征是建筑物的整體傾斜。地基土層的不均勻分布以及鄰近建筑物的影響是高聳結構物產生傾斜的重要原因。如果地基的壓縮性比較均勻，且無鄰近荷載的影響，對高聳結構，只要基礎中心沉降 量不超過表6—16的允許值，便可不作傾斜驗算。有關文獻指出，高層建筑橫向整體傾斜允許值主要取決于人們視覺的敏銳程度，傾斜值到達明顯可見的程度時大致為1／250()，而結構損壞則大致當傾斜值達到1／150 時開始。(三)要求驗算地基變形的建筑物范圍凡屬下列情況之一者，在按地基承載力確定基礎底面尺寸之后，尚須驗算地基變形是否超過允許值1．安全等級為一級的建筑物，2．教材相應表所列范圍以外的二級建筑物，3．教材相應表所列范圍以內有下列情況的二級建筑物，1）．地基承載力標準值小于130kh，且體型復雜的建筑，2）．在基礎上及其附近有地面堆載或相鄰基礎荷載差異較大，引起地基產生過大的不均勻沉降時3）．軟弱地基上的相鄰建筑如距離過近，可能發生傾斜時，4）．地基內有厚度較大或厚薄不均的填土，其自重 第八章 　樁　基　礎167。８—１概 述如果建筑場地淺層的土質不能滿足建筑物對地基承載力和變形的要求、而又不宜采取地基處理措施時，就需要考慮以下部堅實土層或巖層作為持力層的深基礎方案。樁基礎是應用最為廣泛的一類深基礎。※樁基礎：是由基樁和連接于樁頂的承臺共同組成。承臺把樁聯結起來并承受上部結構的荷載，然后通過樁傳遞到地基中去。 樁是垂直或微斜埋置于土中的受力桿件，它的橫截面尺寸比長度小得多。其作用是將上部結構的荷載傳遞給土層或巖層。※樁基礎設計也應注意滿足地基承載力和變形這兩項基本要求。 按行業標準《建筑樁基技術規范》（JGJ94－94），建筑樁基設計與建筑結構設計一樣，應采用以概率理論為基礎的極限狀態設計法，并按極限狀態設計表達式計算。樁基的極限狀態分為下列兩類： 對應于樁基受荷達到最大承載能力導致整體失穩或發生不適于繼續承載的變形； 對應于樁基變形達到為保證建筑物正常使用所規定的限值或樁基達到耐久性要求的某項限值。 167。８—２　樁的分類一、按樁的使用功能分類 主要承受豎向下壓荷載（簡稱豎向荷載）的樁，應進行豎向承載力計算，必要時還需計算樁基沉降，驗算軟弱下臥層的承載力以及負摩阻力產生的下拉荷載。 主要承受豎向上拔荷載的樁，應進行樁身強度和抗裂計算以及抗拔承載力驗算。 主要承受水平荷載的樁，應進行樁身強度和抗裂驗算以及水平承載力和位移驗算。 承受豎向、水平荷載均較大的樁，應按豎向抗壓（或抗拔）樁及水平受荷樁的要求進行驗算。二、按樁承載性能分類 當軟土層很厚，樁端達不到堅硬土層或巖層上時，則樁頂的極限荷載主要靠樁身與周圍土層之間的摩擦力來支承，樁尖處土層反力很小，可忽略不計。 樁穿過軟弱土層，樁端支承在堅硬土層或巖層上時，則樁頂極限荷載主要靠樁尖處堅硬巖土層提供的反力來支承，樁側摩擦力很小，可以忽略不計。 樁頂的極限荷載由樁側阻力和樁端阻力共同承擔，但主要由樁端阻力承受。 樁頂的極限荷載由樁側阻力和樁端阻力共同承擔，但主要由樁側阻力承受。三、按樁身材料分類可分為木樁，混凝土樁，鋼樁，組合樁等。四、按設置效應分類 包括干作業挖孔樁，泥漿護壁鉆（沖）孔樁，套管護壁灌注樁等。 這類在成樁過程中基本對樁相鄰土不產生擠土效應的樁，稱為非擠土樁。其設備噪音較擠土樁小，而廢泥漿、棄土運輸等可能會對周圍環境造成影響。當擠土樁無法施工時，可采用預鉆小孔后打較大尺寸預制或灌注樁的施工方法，也可打入敞口樁。擠土樁除施工噪音較大外，不存在泥漿及棄土污染問題，當施工質量好，方法得當時，其單方混凝土材料所提供的承載力較非擠土樁及部分擠土樁高。 五、按樁徑大小分類 樁徑d≤250mm。由于樁徑小，施工機械，施工場地及施工方法一般較為簡單。小樁多用于基礎加固（樹根樁或錨桿靜壓樁）及復合樁基礎。 250mmd800mm。這類樁長期以來在工業與民用建筑物中大量使用，成樁方法和工藝繁多。 樁徑d≥800mm。近年來的發展較快，應用范圍逐漸增大。因為樁徑大且樁端還可以擴大，因此，單樁承載力較高。此類樁除大直徑鋼管樁外，多數為鉆、沖、挖孔灌注樁。通常用于高層或重型建（構）筑物的基礎，并可實現柱下單樁的結構型式。正因為如此，也決定了大直徑樁施工質量的重要性。167。８—3 單樁軸向荷載的傳遞孤立的一根樁稱為單樁，群樁中性能不受鄰樁影響的一根樁可視為單樁。單樁工作性能的研究是單樁承載力分析理論的基礎。通過樁土相互作用分析，了解樁土間的傳力途徑和單樁承載力的構成及其發展過程，以及單樁的破壞機理等，對正確評價單樁軸向承載力具有一定的指導意義。一． 單樁軸向荷載的傳遞 1．樁身軸力和截面位移 在軸向荷載作用下，樁身將發生壓縮變形；同時樁頂部分荷載通過樁身傳遞到樁底，致使樁底土層發生壓縮變形，這兩部分壓縮變形之和構成樁頂軸向位移。由于樁與樁周土體的緊密接觸，當樁相對于土向下位移時，樁側表面受到土向上的摩阻力。由樁底土層的壓縮變形導致的樁端位移加大了由于樁身的壓縮變形引起的樁身各截面的位移，并促使樁側摩阻力進一步發揮。一般來說，靠近樁身上部土層的摩阻力先于下部土層發揮出來，樁側阻力先于樁端阻力發揮出來。 單樁在軸向荷載作用下，樁身的截面位移、樁側的摩阻力分布以及軸力分布見下圖。二、樁側摩阻力和樁端阻力 樁側摩阻力是樁截面對樁周土的相對位移的函數[ qs= f(s)]，可用下圖中的曲線OCD表示，且常簡化為折線OAB。AB段表示一旦樁土界面相對滑移超過某一極限值，側摩阻力將保持極限值不變。極限摩阻力可用類似于土的抗剪強度的庫倫表達式：式中ca和ja為樁側表面與土之間的附著力和摩擦角，sx為深度z處作用于樁側表面的法向壓力，它與樁側土的豎向有效應力成正比例，即：式中Ks為樁側土的側壓力系數，對擠土樁，K0KsKp；對非擠土樁，因樁孔中土被清除，而使KaKsK0 。此處， Ka 、 K0和Kp分別為主動、靜止和被動土壓力系數。 采用上述公式計算深度z處的單位側阻時，如取則側阻將隨深度線性增大。然而砂土中的模型樁試驗表明，當樁入土深度達到某一臨界值后，側阻就不隨深度增加了，這個現象稱為側阻的深度效應。綜上所述，樁側極限摩阻力與所在的深度、土的類別和性質、成樁方法等許多因素有關。但是，樁側摩阻力達到極限值所需的樁土滑移極限值則與土的類別有關、而與樁徑大小無關，根據試驗資料約為4~6mm（對粘性土）或6~10mm（對砂類土）。單樁受荷過程中樁端阻力的發揮不僅滯后于樁側阻力，而且其充分發揮所需的樁底位移值比樁側摩阻力達到極限所需的樁身截面位移值大的多。根據小型樁試驗所得的樁底極限位移值，對砂類土約為d/12~d/10，對粘性土約為d/10~d/4（d為樁徑）。因此，對工作狀態下的單樁，其樁端阻力的安全儲備一般大于樁側摩阻力的安全儲備。單樁靜載荷試驗所得的荷載—沉降（Q~s）關系曲線可大體分為陡降型（A）和緩變型（B）兩類形態。對樁底持力層不堅實、樁徑不大、破壞時樁端刺入持力層的樁，其曲線多呈“急進破壞”的陡降型，相應于破壞時的特征點明顯，據之可確定單樁極限承載力。對樁底為非密實砂類土或粉土、清孔不凈殘留虛土、樁底面積大、樁底塑性區隨荷載增長逐漸擴展的樁，則呈“漸進破壞”的緩變型，其曲線不具有表示變形性質突變的明顯特征點，因而較難確定極限承載力。為了發揮這類樁的潛力，其極限承載力宜按建筑物所能承受的最大沉降確定。換句話說，這類樁的承載力極限狀態是受“不適于繼續承載的變形”制約的。167。８—4單樁豎向承載力的確定單樁極限承載力Qu由總極限側阻力Qsu和總極限端阻力Qpu組成，若忽略二者間的相互影響，可表示為：式中 li 、Ui——樁周第i層土厚 度和相應的樁身周長； Ap——樁底面積；qsui、qpu——第i層土的極限側阻力和持力層極限端阻力。 Qu 、 qsui 、 qpu的確定通常采用下列幾種方法：一、原型試驗法 原型靜載荷試驗是傳統的也是最可靠的確定承載力的方法。它不僅可確定樁的極限承載力，而且通過埋設各類測試元件可獲得樁身軸力、樁側阻力、樁端阻力、荷載—沉降關系等諸多資料。由于土體因打樁擾動而降低的強度有待隨時間而恢復，在樁身強度達到設計要求的前提下，樁設置后開始載荷試驗所需的間歇時間：對于砂類土不得少于10天；粉土和粘性土不得少于15天，飽和軟粘土不得少于25天。在同一條件下，進行靜載荷試驗的樁數不宜少于總樁數的1%，工程樁總樁數在50根以內時不應少于2根，其他情況不應少于3根。關于單樁豎向靜載（抗壓）試驗的方法、終止加載條件以及單樁豎向承載力標準值的確定詳見《建筑樁基技術規范》JGJ94—94。二、靜力學計算法 根據樁側阻力、樁端阻力的破壞機理，按靜力學原理，分別對樁側阻力和樁端阻力進行計算。由于計算模式、強度參數實際的某些差異，計算結果的可靠性受到限制，往往只用于一般工程或重要工程的初步設計階段，或與其他方法綜合比較來確定承載力。三、原位測試法 對地基土進行原位測試，利用樁的靜載荷試驗與原位測試參數間的關系，確定樁的側阻力和端阻力。常用的原位測試法有靜力觸探法(CPT)、標準貫入試驗法(SPT)、旁壓試驗法(PMT)。167。８—５樁基礎設計和淺基礎一樣，樁基的設計也應符合安全、合理和經濟的要求。對樁和承臺來說，應有足夠的強度、剛度和耐久性；對地基來說，要有足夠的承載力和不產生過量的變形。一、基本設計資料 設計樁基之前必須具備各種資料：建筑物類型及其規模、巖土工程勘察報告、施工機具和技術條件、環境條件及當地樁基工程經驗。勘察報告應符合勘察規范的一般規定和樁基工程的專門勘察要求。二、樁型、截面和樁長的選擇以及單樁承載力的確定樁基設計的第一步就是根據結構類型及層數、荷載情況、地層條件和施工能力，選擇樁型（預制樁或灌注樁）、樁的截面尺寸和長度。確定樁長的關鍵，在于選擇樁端持力層。堅實土（巖）層（可用觸探試驗或其它指標作為堅實土層的鑒別標準）最適宜作為樁端持力層。對于10層以下的房屋，如在樁端可達的深度內無堅實土層時，也可選擇中等強度的土層作為持力層。對于樁端進入堅實土層的深度和樁端下堅實土層的厚度，應該有所要求。一般可以這樣考慮：、粉土進入的深度不宜小于2倍樁徑，；。，一般不宜小于4倍樁徑。穿越軟弱土層而支撐在傾斜巖層面上的樁，當風化層厚度小于2倍樁徑時，樁端應進入新鮮或微風化基巖。，以確保樁端與巖體接觸。嵌巖樁或端承樁樁底下3倍樁徑范圍內應無軟弱夾層、斷裂帶、洞穴、和空隙的分布。在確定樁長之后，施工時樁的設置深度必須滿足設計要求。如果土層比較均勻，堅實土層層面比較平坦，那么樁的實際長度常與設計樁長比較接近；當場地土層復雜，或者樁端持力層層面起伏不平時，樁的實際長度常與設計樁長不一致。打入樁的入土深度應按所設計的樁端標高和最后貫入度兩方面控制。最后貫入度是指打樁結束以前每次錘擊的沉入量，通常以最后每陣（10擊）的平均貫入量表示。一般要求最后二、三陣的平均貫入量為10～30mm/陣（錘重、樁長者取大值，質量為7t以上的單動蒸汽錘、