樁基礎范文
時間：2023-03-23 10:03:59
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篇1
【關鍵詞】樁基礎;類型;承載性狀;設計
0.前言
隨著我國城鄉建設的快速發展，出現了大量重型廠房、高層建筑、大型橋梁等；這些大型的建筑對地基承載力及變形都提成出了更高的高求，而淺層的天然地基一般無法滿足要求，往往就需要利用地基深層堅實土層或巖層作為地基承載力，采用深基礎方案。深基礎方案主要有樁基礎、沉井基礎、敦基礎和地下連續墻等，其中樁基因有效、經濟等特點而得到廣泛的應用。
1.樁基類型及適用條件
樁基種類繁多，根據不同的分類標準可以劃分出不同樁型[1]。
⑴按使用功能分類，可劃分為豎向抗壓樁、豎向抗拔樁、水平荷載樁、復合受荷樁。
⑵按制樁材料可劃分為木樁、石樁、混凝土樁、鋼樁以及鋼筋混凝土樁等。目前工程中應用最廣泛的是鋼筋混凝土樁。
⑶按承載性狀分類（抗壓樁），可劃分為摩擦樁、端承摩擦樁、端承樁、摩擦端承樁。
⑷按施工方法分類，可劃分為預制樁和灌注樁。
⑸按成樁方式對土層的影響分類，可劃分為擠土樁、部分擠土樁、非擠土樁。
2.單樁與群樁豎向承載分析理論概述
隨著樁基的廣泛應用，樁基理論的研究也在不斷深入，目前對樁基的承載機理有了比較深入的認識，并且提出了一系列的計算分析理論和工程簡化計算。
2.1單樁豎向承載性狀分析[2]
單樁在豎向荷載作用下的承載性狀研究主要有理論分析、室內模型試驗與工程實測等方法。其中理論分析有荷載傳遞法、彈性理論法、有限元法等。主要介紹荷載傳遞法。
荷載傳遞法是由Seed和Reese提出的，他的基本概念是把樁視為由許多彈性單元組成，每一單元與土體之間用非線性彈簧聯系，以模擬樁-土之間的荷載傳遞關系。
在某一深度取一微樁段dz，其豎向平衡方程為（忽略自重）
N(z)+dN(z)+uq■(z)dz-N(z)=0 (2-1)
整理可得
q■(z)=-■?■ (2-2）
式中N(z)―z深度處樁身軸力，kN；
u―樁身斷面周長，m；
q■(z)―樁側分布摩阻力，kPa。
通過對式(2-2)積分可得
N(z)=Q-■uq■(z)dz (2-3)
式中Q―樁頂荷載，kN。
由式（6-3）可知，若L為樁長，當樁z=0，N（0）=Q，為樁頂荷載；當z=L，N（L）為樁側總摩擦力。任一深度的軸力由樁頂荷載減去該深度對應的樁側摩擦力和。
上面提到的qs(z)為樁側摩阻力的傳遞函數，它是豎向坐標以及樁周土的相對位移的函數。其形式有多種，可由Kezdi法、佐滕悟法、Gardner等確定。
因此，樁頂荷載由樁側摩阻力和樁端阻力共同承擔，一般來說，靠近樁身上部上層的側阻力先于下部土層發揮出來，樁側阻力先于端阻力發揮出來。
2.2群樁豎向承載性狀分析[2]
群樁里的任一樁與孤立單樁的承載性狀不一樣(群樁效應)，這是由于樁與樁之間的力學作用和設樁導致的地基土體特性的變化。群樁的效應受多種因素的影響，包括群樁自身的幾何特征、樁側與樁端的土性等。計算群樁豎向極限承載力主要有以單樁極限承載力為計算參數的群樁效率系數法和以土體強度為參數的極限平衡理論計算法。
① 群樁效率系數法
Q■=ηn■Q■ (2-5)
式中Qgu―群樁的豎向極限承載力，kN；
η―群樁豎向承載力效率系數；
n■―群樁中的樁數；
Q■―單樁的極限承載力，kN。
這一方法較為簡單，但是準確合理的確定群樁系數并不容易。可采用Converce-Labrra公式和Seiler-Keenly公式。
② 極限平衡理論計算法
樁側阻呈樁土整體破壞
對于小樁距的擠土型承臺群樁，其側阻一般呈樁土整體破壞，可將群樁視為等代實體深基礎，計算模式如下。
Q■=Q■+Q■=2(A+B)■l■q■+ABq■ (2-6)
式中A―群樁中各樁所限定的假想實體深基礎長度，m；
B―群樁中各樁所限定的假想實體深基礎寬度，m；
l■―樁側第i層土內樁段的長度，m；
q■―樁側第i層土內實體深基礎的側摩阻力，kPa；
q■―假想實體深基礎底面上的地基承載力，kPa。
側阻呈樁土非整體破壞
改法可忽略群樁效應，包括忽略承臺分擔荷載的作用，可表示為下式：
Q■=Q■+Q■=n■u■l■q■+n■A■q■ (2-7)
式中n■―群樁中的樁數；
u―樁的周長，m；
l■―樁側第i層土內樁段的長度，m；
A■―樁端面積。
3.樁基的設計
樁基礎的設計應力求安全適用、經濟合理、選型恰當，對樁和承臺有足夠的強度、剛度和耐久性，對地基有足夠的承載力和不產生過量的變形。樁基礎的設計步驟和內容如下：
3.1收集設計資料
在設計之前需要收集相關的原始資料，包括建筑類型、使用要求、荷載、工程地質勘察資料、材料來源等情況，并盡力了解當地使用樁基的經驗。
3.2樁型、樁長和截面尺寸選擇[3]
設計時，首先根據建筑物的結構類型、荷載情況、地層條件、施工能力及環境限制等因素，選擇預制樁或灌注樁的類別，樁的截面尺寸、長度及樁端持力層等。
一般而言，在場地土層分布較均勻、地層較易穿越的條件下，可考慮采用預制樁；若場地土層中存在卵石層、大量孤石、廢金屬殘渣及花崗巖積層等，不宜試驗預制樁，可采用沖孔灌注樁；當然還要充分考慮經濟、環境、施工條件等因素。
樁的長度主要取決于樁端持力層的選擇。樁長的設計需要考慮到樁承載力、沉降及穩定性的要求，一般而言，對沉降要求較嚴格的建筑樁端最好進入堅硬土層或巖層；如果堅硬土層埋藏較深時，宜采用摩擦樁基。
樁長及樁型初步確定后，可根據樁的選型定出樁（下轉第310頁）（上接第341頁）的截面尺寸。
3.3樁數及樁位布置
初步設計樁數時，可先不考慮群樁效應，根據單樁豎向承載力設計之R，當樁基為軸心受壓時，樁數n按下式估算：
n?叟■ (3-4)
式中F―作用在承臺上的軸向壓力設計值；
G―承臺及其上方填土的重力。
偏心受壓時計算方法不一樣，在此不做介紹。
樁位布置，應盡可能使樁群承載力合力點與長期荷載重心重合，并使樁基受水平力和力矩較大的方向有較大的截面模量，以便樁基中各樁受力比較均勻和合理。樁在平面上可布置成方形、三角形和梅花形。
3.4承臺設計及構造要求
4.結論
⑴通過對樁基相關文獻的查閱，加深對樁基基本概念的理解，并總結了樁基的類型及其適用條件。
⑵隨著樁基的廣泛應用，樁基理論的研究在不斷的加深，本文對樁基幾種理論進行較為簡單的概述，并介紹了其在工程設計中的應用，以及在工程設計中采取的一些計算方法。
【參考文獻】
［1］王秀麗，白良，等.基礎工程.重慶：重慶大學出版社，2001,10.
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［3］陳仲頤，也書麟.基礎工程學.北京：中國建筑工業出版社.
篇2
關鍵詞：地基基礎設計 樁基礎后澆帶
一、基礎的設計
房屋基礎設計應根據工程地質和水文地質條件、建筑體型與功能要求、荷載大小和分布情況、相鄰建筑基礎情況、施工條件和材料供應以及地區抗震烈度等綜合考慮，選擇經濟合理的基礎型式。砌體結構優先采用剛性條形基礎，如灰土條形基礎、Cl5素混凝土條形基礎、毛石混凝土條形基礎和四合土條形基礎等，當基礎寬度大于2.5m時，可采用鋼筋混凝土擴展基礎即柔性基礎。多層內框架結構，如地基土較差時，中柱宜選用柱下鋼筋混凝土條形基礎，中柱宜用鋼筋混凝土柱。框架結構、無地下室、地基較好、荷載較小可采用單獨柱基，在抗震設防區可按《建筑抗震設計規范》第6.1.1l條設柱基拉梁。無地下室、地基較差、荷載較大為增強整體性，減少不均勻沉降，可采用十字交叉梁條形基礎。如采用上述基礎不能滿足地基基礎強度和變形要求，又不宜采用樁基或人工地基時，可采用筏板基礎（有梁或無梁）。框架結構、有地下室、上部結構對不均勻沉降要求嚴、防水要求高、柱網較均勻，可采用箱形基礎；柱網不均勻時，可采用筏板基礎。有地下室，無防水要求，柱網、荷載較均勻、地基較好，可采用獨立柱基，抗震設防區加柱基拉梁。或采用鋼筋混凝土交叉條形基礎或筏板基礎。筏板基礎上的柱荷載不大、柱網較小且均勻，可采用板式筏形基礎。當柱荷載不同、柱距較大時，宜采用梁板式筏基。無論采用何種基礎都要處理好基礎底板與地下室外墻的連結節點。框剪結構無地下室、地基較好、荷載較均勻，可選用單獨柱基，墻下條基，抗震設防地區柱基下設拉梁并與墻下條基連結在一起。無地下室，地基較差，荷載較大，柱下可選用交叉條形基礎并與墻下條基連結在一起，以加強整體性，如還不能滿足地基承載力或變形要求，可采用筏板基礎。剪力墻結構無地下室或有地下室，無防水要求，地基較好，宜選用交叉條形基礎。當有防水要求時，可選用筏板基礎或箱形基礎。高層建筑一般都設有地下室，可采用筏板基礎；如地下室設置有均勻的鋼筋混凝土隔墻時，采用箱形基礎。當地基較差，為滿足地基強度和沉降要求，可采用樁基或人工處理地基。多棟高樓與裙房在地基較好（如卵石層等）、沉降差較小、基礎底標高相等時基礎可不分縫（沉降縫）。當地基一般，通過計算或采取措施（如高層設混凝土樁等）控制高層和裙房間的沉降差，則高層和裙房基礎也可不設縫，建在同一箋基上。施工時可設后澆帶以調整高層與裙房的初期沉降差。 當高層與裙房或地下車庫基礎為整塊筏板鋼筋混凝土基礎時，在高層基礎附近的裙房或地下車庫基礎內設后澆帶，以調整地基的初期不均勻沉降和混凝土初期收縮。
二、基礎類型的樁基礎和后澆帶的設計
1 當天然地基或人工地基的地基承載力或變形不能滿足設計要求，或經過經濟比較采用淺基礎反而不經濟時，可采用樁基礎。
2 樁平面布置原則： 1）力求使各樁樁頂受荷均勻，上部結構的荷載重心與樁的重心相重合，并使群樁在承受水平力和彎矩方向有較大的抵抗矩。 2）在縱橫墻交叉處都應布樁，橫墻較多的多層建筑可在橫墻兩側的縱墻上布樁，門洞口下面不宜布樁。 3）同一結構單元不宜同時采用摩擦樁和端承樁。 4）大直徑樁宜采用一柱一樁；筒體采用群樁時，在滿足樁的最小中心距要求的前提下，樁宜盡量布置在筒體以內或不超出筒體外緣1倍板厚范圍之內。 5）在伸縮縫或防震縫處可采用兩柱共用同一承臺的布樁形式。 6）剪力墻下的布樁量要考慮剪力墻兩端應力集中的影響，而剪力墻中和軸附近的樁可按受力均勻布置。
3 樁端進入持力層的最小深度：1）應選擇較硬上層或巖層作為樁端持力層。樁端進入持力層深度，對于粘性土、粉土不宜小于2d（d為樁徑）；砂土及強風化軟質巖不宜小于1.5d；對于碎石土及強風化硬質巖不宜小于1d，且不小于0.5m。2）樁端進入中、微風化巖的嵌巖樁，樁全斷面進入巖層的深度不宜小于0.5m，嵌入灰巖或其他未風化硬質巖時，嵌巖深度可適當減少，但不宜小于0.2m。 3）當場地有液化土層時，樁身應穿過液化土層進入液化土層以下的穩定土層，進入深度應由計算確定，對碎石土、礫、粗中砂、堅硬粘性土和密實粉土且不應小于0.5m，對其他非巖石土且不宜小于1.5m。 4）當場地有季節性凍土或膨脹土層時，樁身進入上述土層以下的深度應通過抗拔穩定性驗算確定，其深度不應小于4倍樁徑，擴大頭直徑及1.5m。
三、樁型選擇的分析
1）預制樁（包括混凝土方形樁及預應力混凝土管樁）適宜用于持力層層面起伏不大的強風化層、風化殘積土層、砂層和碎石土層，且樁身穿過的土層主要為高、中壓縮性粘性土，穿越層中存在孤石等障礙物的石灰巖地區、從軟塑層突變到特別堅硬層的巖層地區均不適用。其施工方法有錘擊法和靜壓法兩種。
2）沉管灌注樁（包括小直徑D＜5O0mm，中直徑D＝500～600mm）適用持力層層面起伏較大、且樁身穿越的土層主要為高、中壓縮性粘性土；對于樁群密集，且為高靈敏度軟土時則不適用。由于該樁型的施工質量很不穩定，故宜限制使用。
3）在飽和粘性土中采用上述兩類擠土樁尚應考慮擠土效應對于環境和質量的影響，必要時采取預鉆孔。設置消散超孔隙水壓力的砂井、塑料插板、隔離溝等措施。鉆孔灌注樁適用范圍最廣，通常適用于持力層層面起伏較大，樁身穿越各類上層以及夾層多、風化不均、軟硬變化大的巖層；如持力層為硬質巖層或地層中夾有大塊石等，則需采用沖孔灌注樁。無地下水的一般土層，可采用長短螺旋鉆機干作業成孔成樁。鉆（沖）孔時需泥漿護壁，故施工現場受限制或對環境保護有特殊要求的，不宜采用。
4）人工挖孔樁適用于地下水水位較深，或能采用井點降水的地下水水位較淺而持力層較淺且持力層以上無流動性淤泥質土者。成孔過程可能出現流砂、涌水、涌泥的地層不宜采用。
5）鋼樁（包括H型鋼樁和鋼管樁）工程費用昂貴，一般不宜采用。當場地的硬持力層極深，只能采用超長摩擦樁時，若采用混凝土預制樁或灌注樁又因施工工藝難以保證質量，或為了要趕工期，此時可考慮采用鋼樁。鋼樁的持力層應為較硬的土層或風化巖層。
篇3
關鍵詞：樁基礎；檢測；質量控制
在城市建筑工程中，尤為重要的樁基工程是隱蔽工程，支撐著地面上的構筑物，它是建筑物的基礎，其質量優劣直接影響到這些建筑物的安全。因此在施工的過程中樁基檢測是一個不可缺少的環節，它的準確度和精密度直接關系著建筑工程的質量。
1樁基檢測的方法
1.1 樁基的承載力的檢測
（1）單樁豎向抗壓靜載法：當埋設有測量樁身應力、應變、樁底反力的傳感器或位移桿時，可測定樁的分層側阻力和端阻力或樁身截面的位移量。為設計提供依據的試驗樁，應加載至破壞樁抽樣；當樁的承載力以樁身強度控制時，可按設計要求的加載量進行。對工程檢測時，加載量不應小于設計要求的單樁承載力特征值的2.O倍。
（2）單樁豎向抗拔靜載法：當埋設有樁身應力、應變測量傳感器時，或樁端埋設有位移測量桿時，可直接測量樁側抗拔摩阻力，或樁端上拔量。為設計提供依據的試驗樁應加載至樁側土破壞或樁身材料達到設計強度；對工程樁抽樣檢測時，可按設計要求確定最大加載量。
（3）單樁水平靜載法：推定地基土抗力系數的比例系數。當埋設有樁身應變測量傳感器時，可測量相應水平荷載作用下的樁身應力，并由此計算樁身彎矩。為設計提供依據的試驗樁宜力I1載至樁頂出現較大水平位移或樁身結構破壞；對工程樁抽樣檢測，可按設計要求的水平位移允許值控制加載。
1.2 樁基的完整性檢測
（1）鉆芯法：適用于檢測混凝土灌注樁的樁長、樁身混凝土強度、樁底沉渣厚度和樁身完整性，判定或鑒別樁端持力層巖土性狀。
（2）低應變法：適用于檢測混凝土樁的樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及位置。
（3）高應變法：適用于檢測基樁的豎向抗壓承載力和樁身完整性；監測預制樁打人時的樁身應力和錘擊能量傳遞比，為沉樁工藝參數及樁長選擇提供依據。進行灌注樁的豎向抗壓承載力檢測時，應具有現場實測經驗和本地區相近條件下的可靠對比驗證資料。對于大直徑擴底樁和Q-S曲線具有緩變型特征的大直徑灌注樁，不宜采用本方法進行豎向抗壓承載力檢測。
（4）聲波透射法：適用于已預埋聲測管的混凝土灌注樁樁身完整性檢測，判定樁身缺陷的程度并確定其位置。
2、建筑工程樁基礎施工測量技術要求
設計和施工單位對建筑工程的尺寸精度要求不是按測量中誤差來要求的，而是按實際長度與設計長度之比的誤差來要求的，對長度尺寸精度要求分為2種：一是建筑物外廓主軸線對周圍建筑物相對位置的精度，即新建筑物的定位精度。二是建筑物樁位軸線對其主軸線的相對位置精度。
（1）建筑物軸線測設的主要技術要求。建筑物樁基礎定位測量，一般是根據建筑設計或設計單位所提供的測量控制點或基準線與新建筑物的相關數據，首先測設建筑物定位矩形控制網，進行建筑物定位測量，然后根據建筑物的定位矩形控制網，測設建筑物樁位軸線，最后再根據樁位軸線來測設承臺樁位。
（2）對高程測量的技術要求。樁基礎施工測量的高程應以設計或建設單位所提供的水準點作為基準進行引測。在高程引測前，應對原水準點高程進行檢測。確認無誤后才能使用，在擬建區附近設置水準點，其位置不應受施工影響，便于使用和保存，數量一般不得少于 2-3 個，一般應埋設水準點，或選用附近永久性的建筑物作為水準點。高程測量可按四等水準測量方法和要求進行，其往返較差，附合或環線閉合差不應大于±20L mm，L 為水準路線長度，以 km 為單位。樁位點高程測量一般用普通水準儀散點法施測，高程測量誤差不應大于±1cm。
3樁基礎施工質量控制
3.1建筑物樁位軸線及承臺樁位測設
（1）樁位軸線測設的質量控制
建筑物樁位軸線測設是在建筑物定位矩形網測設完成后進行的，是以建筑物定位矩形網為基礎，采用內分法用經緯儀定線精密量距法進行樁位軸線引樁的測設。對復雜建筑物圓心點的測設一般采用極坐標法測設。對所測設的樁位軸線的引樁均要打入小木樁，木樁頂上應釘小鐵釘作為樁位軸線引樁的中心點位。為了便于保存和使用，要求樁頂與地面齊平，并在引樁周圍撒上白灰。
在樁位軸線測設完成后，應及時對樁位軸線間長度和樁位軸線的長度進行檢測，要求實量距離與設計長度之差，對單排樁位不應超過±1cm，對群樁不超過±2cm.在樁位軸線檢測滿足設計要求后才能進行承臺樁位的測設。
（2）建筑物承臺樁位測設的質量控制
建筑物承臺樁位的測設是以樁位軸線的引樁為基礎進行測設的，樁基礎設計根據地上建筑物的需要分群樁和單排樁。規范規定3～20根樁為一組的稱為群樁。1～2根為一組的稱為單排樁。群樁的平面幾何圖形分為正方形、長方形、三角形、圓形、多邊形和橢圓形等。測設時，可根據設計所給定的承臺樁位與軸線的相互關系，選用直角坐標法、線交會法、極坐標法等進行測設。對于復雜建筑物承臺樁位的測設，往往設計所提供的數據不能直接利用，而是需要經過換算后才能進行測設。在承臺樁位測設后，應打入小木樁作為樁位標志，并撒上白灰，便于樁基礎施工。在承臺樁位測設后，應及時檢測，對本承臺樁位間的實量距離與設計長度之差不應大于±2cm，對相鄰承臺樁位間的實量距離與設計長度之差不應大于±3cm.在樁點位經檢測滿足設計要求后，才能移交給樁基礎施工單位進行樁基礎施工。
3.2樁基礎竣工測量質量控制
樁基礎竣工測量成果圖是樁基礎竣工驗收重要資料之一，其主要內容：測出地面開挖后的樁位偏移量、樁頂標高、樁的垂直度等，有時還要協助測試單位進行單樁垂直靜載實驗。
（1）恢復樁位軸線。在樁基礎施工中由于確定樁位軸線的引樁，往往因施工被破壞，不能滿足竣工測量要求，所以首先應根據建筑物定位矩形網點恢復有關樁位軸線的引樁點，以滿足重新恢復建筑物縱、橫樁位軸線的要求。恢復引樁點的精度要求應與建筑物定位測量時的作業方法和要求相同。
（2）單樁垂直靜載實驗。在整個樁基礎工程完成后，測量工作需要配合巖土工程測試單位進行荷載沉降測量，對樁的荷載沉降量的測量一般采用百分表測量。
（3）樁位偏移量測定。樁位偏移量是指樁頂中心點在設計縱、橫樁位軸線上的偏移量。對樁位偏移量的允許值，不同類型的樁有不同要求。當所有樁頂標高差別不大時，樁位偏移量的測定方法可采用拉線法，即在原有或恢復后的縱、橫樁位軸線的引樁點間分別拉細尼綸繩各一條，然后用角尺分別量取每個樁頂中心點至細尼綸繩的垂直距離，即偏移量，并要標明偏移方向；當樁頂標高相差較大時，可采用經緯儀法。把縱、橫樁位軸線投影到樁頂上，然后再量取樁位偏移量，或采用極坐標法測定每個樁頂中心點坐標與理論坐標之差計算其偏移量。
（4）樁頂標高測量。采用普通水準儀，以散點法施測每個樁頂標高，施測時應對所用水準點進行檢測，確認無誤后才進行施測，樁頂標高測量精度應滿足±1cm要求。
（5）樁身垂直度測量。樁身垂直度一般以樁身傾斜角來表示的，傾斜角系指樁縱向中心線與鉛垂線間的夾角，樁身垂直度測定可以用自制簡單測斜儀直接測完其傾斜角，要求盤度半徑不少30cm，度盤刻度不低于10′。
（6）樁位竣工圖編繪。樁位竣工圖的比例尺一般與樁位測量放線圖一致，采用1：500或1：200，其主要包括內容：建筑物定位矩形網點、建筑物縱、橫樁位軸線編號及其間距、承臺樁點實際位置及編號、角樁、引樁點位及編號。
4小結
近幾年，隨著城市化進程的進一步加快，建筑工程也在日益崛起，樁基工程的施工質量越來越受到工程技術人員的重視。但往往由于各種質量因素的影響，使得成樁質量不理想，為了保證施工質量，采取正確的控制措施，采取先進的樁體質量檢測手段以確保樁基施工質量就顯得極為重要。從而必須加大對樁基檢測內容和檢測技術的研究，確保建筑工程安全使用。
參考文獻：
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篇4
關鍵詞：群樁基礎；樁土相互作用；最小樁距；彈塑性分析
樁基是一種古老、傳統的基礎形式，又是一種應用廣泛、生命力很強的基礎形式。最早使用的是木樁。隨著我國橋梁建設事業的迅猛發展，大跨徑橋梁不斷涌現，對基礎承載能力的要求也越來越高，而樁基礎具有承載力高、沉降量小而均勻，且對地質條件適應性強等優點，使得樁基礎得到了廣泛的應用。近二十年來，由于工程建設和工業技術的發展，樁的類型和成樁工藝，樁的承載力與樁體結構完整性的檢測，樁基的設計計算水平，都有較大提高。在實際工程中，設計采取樁基礎的原因不外乎有兩個:或是因為天然地基的承載力不夠，需要采取樁基礎將上部結構的荷載傳到深層土或支撐于堅硬持力層上；或是因為天然地基土在上部荷載作用下將發生較大的沉降變形，需要采取樁基礎來減少沉降。絕大多數情況下，樁基礎設計時采用的是承臺一樁群體系（即群樁基礎）。因此，群樁承載力及相應沉降成為工程設計所關注的焦點。
1 樁基礎數值優化
在計算模型中，土體被簡化為理想均質、各向同性體。土體的計算范圍取為:樁底下方選取一倍樁長，側向邊界也取一倍樁長。混凝土樁垂直設置于土體之中，樁與承臺之間采用剛性連接。承臺被簡化為絕對剛性體。樁土之間不設置接觸面，無相對滑動，樁與土體共用節點，完全接觸。承臺、樁和土體均采用ANSYS程序中的八節點六面體等參單元來建模。荷載采用分級施加的方式，以模擬實際加載方式。
對于大多數群樁基礎來說，主要是由于樁周土體出現大片塑性區，使得群樁位移過大而影響結構物的使用功能，此時樁與承臺仍處于彈性變形階段。混凝土樁垂直設置于土體之中，樁與土體采用共用節點的方法。上部結構的自重荷載施加于承臺頂所有節點上，該荷載包括兩部分:上部結構自重和橋墩自重。實際的計算模型進行模擬分析時只考慮到一定的土體范圍，所以土體邊界采用對節點進行固定的方法:土體底面節點只固定沿樁長方向的位移，土體側面節點固定與樁長方向垂直的平面內的兩個方向的位移。
2 單排群樁相互作用模擬設計優化
對單樁進行了模擬分析，用位移控制法得出了單樁的極限承載力；在極限承載力作用范圍內，得出了單樁的荷載一位移曲線、軸力圖曲線、單樁土移云圖和單樁土體應力云圖，并分析了剛度比的變化對單樁受力特性的影響，為與群樁的對比分析準備了基礎資料。
單樁的模擬分析使用ANSYS有限元程序來進行，因為沒有實際的工程地質資料可以借鑒所以采用資料上的土體參數進行分析。單樁豎向承載力是指單樁所具有的承受豎向荷載的能力，其最大的承載能力稱為單樁極限承載力，可由單樁豎向靜載試驗測定，也可用其他的方法（如規范經驗參數法、靜力觸探法等）估算。單樁豎向承載力包括地基土對樁的承載能力和樁的結構強度所允許的最大軸向荷載兩個方面的涵義，以最小值控制樁的承載性能。一般情況下，樁身材料強度計算單樁豎向承載力要遠大于按土對樁的承載力確定的單樁豎向承載力。所以在一般情況下，樁的承載力主要受地基土的支承能力所控制，樁身材料強度往往不能充分發揮，只有在特殊情況下，樁身材料強度才起到控制作用。
極限荷載往往與樁的下沉量有聯系，因此常以規定樁頂下沉量的方法來確定極限荷載。在使用ANSYS建好有限元模型之后，對樁逐級施加豎向荷載，記錄單樁在各級荷載作用下的樁頂位移，求得樁的荷載一位移曲線關系，用以分析確定單樁的極限承載力。樁端持力層性質不同的大直徑樁都具有相似的荷載一沉降特性，都屬于緩變型，不顯示明顯的破壞特征點。樁側阻力都在較小樁頂沉降下發揮出來，而端阻力隨沉降增大而逐漸發揮并不顯示極限特征點。因此，根據靜載試驗曲線確定大直徑樁的承載力特征值時，通常取對應的荷載為極限承載力。
在對單樁進行逐級加載時，隨著荷載的增加，樁底周圍土始終產生豎向位移。這說明樁端土不發生整體剪切破壞，而由土的壓縮機理起主導作用。即隨著荷載的增加，樁底以下土體產生豎向和側向壓縮，由此排除的土體積足以容納樁端的下沉體積，而不會導致土體形成通向樁端平面以上的連續剪切滑動面。這種以壓縮機理起主導作用的漸進破壞，因此極限承載力或容許承載力的確定一般應以位移控制。
3 多排群樁相互作用模擬設計優化
本文用ANSYS有限元程序模擬分析方法分析兩種有代表性的樁型:六樁矩形承臺群樁和九樁方形承臺群樁。對于鉆孔灌注樁，規范規定其最小樁距為2.5d，故樁間距也采用1.5、2、2.5、3倍樁的直徑。
六樁的模擬分析同樣通過ANSYS有限元程序來進行，其中樁的幾何尺寸和力學參數與單樁分析時相同，土的物理力學指標仍按單樁分析時取值。對六樁矩形承臺群樁基礎所進行的模擬計算同樣獲得樁頂的荷載一沉降曲線和載荷為36000KN時四種不同樁距的各基樁軸力圖、樁間土體的位移和應力云圖。
對九樁方形承臺群樁基礎所進行的模擬計算同樣獲得樁頂的荷載一沉降曲線和載荷為54000KN時四種不同樁距的各基樁軸力圖、樁間土體的位移和應力云圖，。為了準確分析樁距變化時相鄰樁之間的應力重疊對樁間土的位移和變形的影響，故取A（z0時中樁與邊樁之間的中心點）、B（z0時邊樁與角樁之間的中心點）在不同荷載和不同樁距下的位移和應力進行對比。
樁基的荷載一沉降關系是群樁基礎工作性能及群樁效應的綜合反映。因此，不論排數和樁數的多少，群樁基礎的承載能力都隨著樁距和承臺的增大而提高。
4 結語
與單樁相比，群樁基礎中由于樁與樁之間的相互作用使樁的沉降和軸力、樁間土體的應力位移都有所增大，且隨排數和樁數的增多而增大。剛度比對樁的沉降和軸力有較大影響，且隨其呈正比變化。隨著剛度比的減小，樁周土移減小，但是樁周土體應力有增大的趨勢。隨著樁距的增大，群樁的沉降變小，樁間土體的應力位移也減小，群樁的承載力明顯提高，各基樁的軸力逐漸增加。
篇5
【關鍵字】：樁基礎施工技術
中圖分類號：TU74文獻標識碼： A
一、引言
樁基礎是由樁和承臺構成的深基礎。由基樁和聯接于樁頂的承臺共同組成。若樁身全部埋于土中，承臺底面與土體接觸，則稱為低承臺樁基；若樁身上部露出地面而承臺底位于地面以上，則稱為高承臺樁基。建筑樁基通常為低承臺樁基礎。高層建筑中，樁基礎應用廣泛。
二、研究現狀
隨著我市市政建設工程規模的急速擴大，市政工程從地下往空間發展，房屋保護的要求也越來越高，大直徑鉆孔灌注樁因其具有較高的承載力、無擠土、無震動、能貼近建筑物施工，適應性強等優點，在市政工程中得到廣泛應用。但是，由于樁基施工為隱蔽工程，地下地質情況千變萬化，錯綜復雜，施工質量控制難度大，經常遇到意想不到的情況和突發事件，大直徑灌注樁的質量事故時常發生，影響其功效的發揮。
三、研究目的和意義
鉆孔灌注樁作為一種樁基礎中的基礎形式之一,其用途十分廣泛,可以在各種基礎施工中用到。同時它的特點也是顯而易見的，比如:施工速度較快、施工占用面積較小,對于周圍的其他施工影響較小等等。鉆孔灌注樁的相關施工所涉及的內容很多,其中有測量方面的工作、還有機械相關操作方面的工作以及鋼筋的加工、混凝土的攪拌等等多種工作。這些工作的種類相對較多,工作中的技術含量也較多,因此所受到的制約方面也很多。這樣就會給施工過程帶來一些問題。如果這些問題的出現必然會對整體施工的質量產生不利影響,如果不對這些問題進行關注的話,這些質量問題必然會使成樁難以滿足設計要求,如果進行相關補救也存在一定的難度。所以在施工過程中,要加強施工準備、成孔等各環節的質量技術,確保鉆孔灌注樁的成樁質量，同時樁基礎質量直接關系到建筑結構及施工人員的安全性。
四、樁基礎分類
1按承臺高低分
a.高承臺樁基礎：指承臺底與地面不接觸（在沖刷線以上）的樁基。b.低承臺樁基礎：指承臺底在地面以下，與地基土（沖刷線）接觸的樁基。
2按樁身材料分a.木樁b.鋼樁c.混凝土樁d.鋼筋混凝土樁
3按作用機理分a.摩擦樁b.端承樁c.端承―摩擦樁d.摩擦―端承樁e.嵌巖樁
4按樁徑大小分a.小樁：d≤250mm
b.中等直徑樁：250mm
c.大直徑樁：d≥800mm
5按施工方法分a.預制樁
b.灌注樁
五、樁基施工新技術
在明確了樁基礎概念之后，我們向大家介紹幾種成功應用的樁基礎施工新技術。
(一)靜力壓樁
1.靜力壓樁的含義
用靜力壓樁機或錨桿將預制鋼筋混凝土樁分節壓入地基土中的一種沉樁施工工藝。靜力壓樁包括錨桿靜壓樁及其他各種非沖擊力沉樁。
2.適用范圍
靜力壓樁適用于軟土、填土及一般粘性土層中應用，特別適合于居民稠密及危房附近環境要求嚴格的地區沉樁，但不宜用于地下有較多孤石、障礙物或有厚度大于2m的中密以上砂夾層的情況，以及單樁承載力超過1600kN的情況。
（二）泥漿護壁鉆孔灌注樁
1.泥漿護壁鉆孔灌注樁的含義
（1）灌注樁：先用機械或人工成孔，然后再下鋼筋籠、灌注混凝土的基樁。
（2）泥漿護壁：用機械進行灌注樁成孔時，為防止塌孔，在孔內用相對密度大于1的泥漿進行護壁的一種成孔施工工藝。
2.適用范圍
泥漿護壁鉆孔灌注樁按成孔工藝和成孔機械的不同，可分為如下幾種，其適用范圍如下：
（1）沖擊成孔灌注樁：適用于黃土、粘性土或粉質粘土和人工雜填土層中應用，特別適合于有孤石的砂礫石層、漂石層、堅硬土層、巖層中使用，對流砂層亦可克服，但對淤泥及淤泥質土，則應慎重使用。
（2）沖抓成孔灌注樁：適用于一般較松軟粘土、粉質粘土、砂土、砂礫層以及軟質巖層應用，孔深在20m內。
（3）回轉鉆成孔灌注樁：適用于地下水位較高的軟、硬土層，如淤泥、粘性土、砂土、軟質巖層。
（4）旋挖鉆成孔灌注樁：適用于一般粘性土、砂土、砂礫層以及中等密實度的卵石地層應用，孔深在80m內。
（5）潛水鉆成孔灌注樁：適用于地下水位較高的軟、硬土層，如淤泥、淤泥質土、粘土、粉質粘土、砂土、砂夾卵石及風化頁巖層中使用，不得用于漂石。
（三）人工成孔灌注樁
1.人工成孔灌注樁的含義
人工成孔灌注樁，又稱人工挖孔灌注樁，即是采用人工挖土成孔、灌注混凝土成樁的一種基樁。
2.適用范圍
人工成孔灌注樁適用于樁直徑800mm以上，無地下水或地下水較少的粘土、粉質粘土，含少量的砂、砂卵石、姜結石的粘土層采用，特別適于黃土地層中使用，深度一般20m左右。可用于高層建筑、公用建筑、水工結構（如泵站、橋墩作支承、抗滑、擋土、錨拉樁之用。）對有流砂、地下水位較高、涌水量大的沖積地層及近代沉積的含水量高的淤泥、淤泥質土層不宜使用。
（四）螺旋鉆成孔灌注樁
1.螺旋鉆成孔灌注樁的含義
（1）干作業成孔灌注樁：是指不用泥漿或套管護壁的情況下用人工或鉆機成孔，下鋼筋籠、澆灌混凝土的基樁。
（2）螺旋鉆成孔灌注樁：是干作業成孔灌注樁的一種，是利用電動機帶動帶有螺旋葉片的鉆桿轉動，使鉆頭螺旋葉片旋轉削土，土塊隨螺旋葉片上升排出孔口，至設計深度后，進行孔底清理，然后下鋼筋籠、澆灌混凝土成樁。
2.適用范圍
螺旋鉆成孔灌注樁適用于地下水位以上的一般粘性土、粉土、黃土，以及密實的粘性土、砂土層中使用。
六、結論
本文通過對當今普遍采用的鉆孔灌注樁施工工藝的分析，參照大量施工經驗總結的資料，認真總結得出的主要結論如下：在施工前的施工組織設計中應按地質情況以及設計要求去綜合考慮，選擇方案時，應以選擇對樁基質量有利的方案為原則。鉆孔灌注樁的這一技術的發明，實際上就是因為使用了泥漿，因此，可見泥漿在鉆孔灌注樁中的重要性。結合工程實踐，通過實驗探討泥漿的護壁性能，提出了合適的泥漿配合比。一旦出現樁基施工和質量事故，就應仔細分析其原因，找出正確的措施進行解決，要做到對癥下藥。對付事故的最好辦法還是以預防為主，在施工之前，就應做足一切必要的防患措施，盡量做到少出事故
參考文獻
1、《樁基工程手冊》沈保漢
篇6
關鍵詞：樁基礎 分類 聲波檢測
1 樁基檢測分類
樁的測試方法分為靜載荷試驗和動力測樁兩大類，還有抽芯法和靜力、動力觸探以及埋設傳感器法等輔助類方法。目前樁的靜載荷試驗主要采用堆載平臺法、錨樁法、地錨法、錨樁和堆載聯合法以及孔底預埋頂壓法等。現我國已有幾家擁有1×104kN級以上的樁基靜載設備，最大加載能力達2×104kN。樁的動測技術起步較晚，目前已擁有CE系列、RS、RSM系列、PDA、EFI系列動力設備，用高應變法檢測樁的承載力和樁的完整性，用低應變法檢測樁的完整性。高應變法試樁一般用CASE法、CAPWAP法。低應變檢測常用應力波反射法（錘擊波動法）、聲波透射法。
2 樁基檢測方法與討論
2.1 由散體材料樁或低粘結強度樁和土組成的復合地基（碎石樁、石灰樁等），采用靜載荷試驗也可采用靜力觸探分別對樁和土進行檢測，確定復合地基承載力。
2.2 大直徑樁宜采用聲波透射法或鉆芯法檢測。各類樁、墩及樁墻結構完整性檢測，一般采用低應變或高應變動力試樁法檢測。
2.3 采用靜載荷試驗檢測由高粘結強度樁和土組成的復合地基（水泥土樁、CFG樁、低標號混凝土樁等）的豎向承載力。單樁承載力的檢測同其它剛性樁。
2.4 一般采用質點速度監測系統或加速度監測系統對施工中由于震動對環境的影響進行測試，也可用地震儀檢測。
2.5 一般采用鋼弦或壓力盒通過靜載荷試驗復合地基中，樁、土荷載分擔比進行測定，也可采用特制的應力傳感器測試。
2.6 施工中用變形傳感器（測斜儀）對由于擠土效應對環境的影響進行監測，也可用沉降變形標配合水平儀，經緯儀檢測。
2.7 使用階段樁體應力-應變的測試，使用混凝土應力計，鋼筋應力計或特制的傳感器。
2.8 可以采用分貝計對施工中噪音的測試加以判定。
2.9 當樁長大于30m，用其它檢測手段難以準確判定樁完整性時，可采用抽芯的方法，抽芯還可以較準確地判斷樁體混凝土的強度。也可采用聲波透射法進行檢測。
3 結合工程實例談樁基礎的檢測
3.1 工程概況。本工程主橋、引橋及梯道共有樁基礎46根，其中主橋8根，樁徑2.2m；引橋共34根，其中2.0m樁徑18根，1.2m樁徑16根；梯道共4根，樁徑為1.5m。1#-8#墩為嵌巖樁，持力層為弱風化花崗巖，要求嵌巖深度不小于1.5D，樁底沉渣不大于5cm。其余均為摩擦樁，樁底沉渣不大于15cm。樁身除主墩及梯道為C30水下砼外，其余均為C25水下砼。工程樁分批檢測，檢測時確保樁身混凝土強度不低于設計強度的70%，且留置混凝土試塊單軸極限抗壓強度不低于15Mpa；鉆芯法檢測時基樁樁身混凝土齡期不小于28天。
3.2 樁基檢測數量。本工程總樁數為46根，均為鉆孔灌注樁，工程基樁成樁質量進行100%檢測。≥2.0m樁徑超聲波檢測測26根，其他樁基礎按不少于30%進行超聲波透射法的檢測共6根；其他樁基礎進行基樁反射波法檢測，共20根。鉆芯檢測法檢測按樁數為總樁數的10%，共5根。
3.3 樁基檢測方法和目的 ①基樁反射波法檢測執行《建筑地基基礎檢測規范》。試驗目的：普查樁身結構完整性，判定樁身結構完整性質量等級。為靜載試驗、高應變動力試驗、鉆孔抽芯試驗等確定樁位提供依據。檢測方法：檢測前鑿去樁頂浮漿、松散或破損部分，漏出堅硬的混凝土表面，在樁頂均布四個檢測點，用手砂輪將樁頂混凝土打磨平整，平面與基樁軸線基本垂直，檢測時保證打磨區域干凈無積水。檢測人員用動測儀和小錘進行檢測。②鉆芯檢測法執行《建筑地基基礎檢測規范》，其檢測按下列規定進行。a設備安裝、操作參照國家地質礦產部行業標準《鉆孔灌注樁施工規程》DZ/T0155附錄D（抽芯取樣）；應采用高轉速的油壓鉆機、單動雙管鉆具、直徑101mm以上的鉆頭進行抽芯。b芯樣試件制作、試驗、混凝土強度換算值的計算參照中國工程建設標準化協會標準《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》CECS：03-2007。如果試件內骨料的最大粒徑大于試件半徑，則該試體的強度值無效。c每孔按上、中、下三個部位各取1組有代表性的芯樣試件，每組芯樣3個試件，每組芯樣的強度代表值的確定參照《混凝土強度評定標準》GBJ107-87。當缺陷位置能取樣試驗時，必須取樣進行混凝土抗壓試驗。持力層取材應靠近樁底部。d樁端持力層巖土分類參照《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001）或《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2007）或廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》（DBJ 15-31-2003）。e沉渣厚度的判別標準按設計施工圖要求并參照《地基與基礎工程施工及驗收規范》（GB 50202-2002）和《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》（CJJ2 -2008）。f對樁底持力層的鉆探，每樁應不少于1孔且鉆探深度不小于設計要求值；當無設計要求值時；應執行《公路橋涵地基與基礎設計規范及《建筑地基基礎檢測規范》的有關規定，一般應不小于3倍樁徑且不小于5m。g各種樁徑的樁其每樁鉆孔數分別規定為：1.2～1.6m的鉆2孔，大于1.6m的鉆3孔。對于無法保證鉆至樁底的超長樁，在保證總鉆孔數的前提下，可減少每樁的鉆孔數，而相應增加檢測樁數。單孔開孔位置宜偏離樁中心10～15cm。檢測試驗目的：檢驗樁底沉渣是否符合設計及施工驗收規范要求；灌注樁樁身混凝土質量、樁身混凝土強度是否達到設計要求；極端持力層的強度和厚度是否符合設計要求；施工記錄樁長是否屬實等。③超聲波透射法檢測參照執行《建筑地基基礎檢測規范》。各種樁徑的樁其每樁的聲測管埋設數量分別規定為：樁徑小于0.8m的對稱埋設兩根管，0.8
3.4 樁基檢測明細表。為了保證樁基聲測數量和檢測準確性，主橋以外的其他基樁聲測管的預埋數量按總樁數的100%預埋。本方案提供的鉆芯法檢測的樁位為暫定樁位，具體抽芯檢測樁位將根據反射波和超聲波投射法檢測的結果進行調整。下列表中：標有“√”符號為需預埋聲測管，標有“”符號的為樁基聲測，標有“”符號的為樁基動測，標有“”符號為樁基鉆芯法檢測。
4 結束語
隨著社會的發展，工程部門對基樁的樁長和樁徑都提出了更高的要求，目前我國用于橋梁中的最大基樁的樁徑已經達到5m以上，最大樁長也已超過100m。確定樁基礎承載力的理論和方法也不斷涌現，當前樁基檢測使用的方法有靜載法、動測法、靜動結合法、聲波檢測法以及自平衡測試法等。樁基工程是隱蔽工程，必須在質量上防患于未然，樁基必須做好試驗及檢測工作，針對不同類型的樁，采取相應的檢測方法，保證樁基礎的施工質量。
參考文獻：
[1]丁小文.淺談樁基檢測技術的分類[J].山西建筑，2011（30）.
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【關鍵詞】樁基礎；分類；問題
隨著國內經濟的飛速發展，這就給基礎建設帶來的前所未有的時機，在對基礎設施進行施工的時候，為了能達到其使用正常并且能具有一定的使用年限，通常采用的是樁基礎。對樁基礎的設計質量要非常重視，因為其很大程度上決定著這個工程的質量，所以對其設計是個非常重要的方面。
1 樁基礎工作特點
樁基礎由基樁和聯接于樁頂的承臺共同組成。其作用是將上部結構較大的荷載通過樁穿過軟弱土層傳遞到較深的堅硬土層上，以解決淺基礎承載力不足和變形較大的地基問題。樁基礎具有承載力高，沉降量小而均勻，沉降速率緩慢等特點。它能承受垂直荷載、水平荷載、上拔力以及機器的振動或動力作用，已廣泛用于房屋地基、橋梁、水利等工程中。其更適用于高承載力土層埋藏較深，當基礎上部為堅實土層而下部為軟弱土層時則不宜采用樁基礎。
2 樁基礎分類
樁基礎按承載性質不同分類可以分為摩擦型樁和端承型樁。摩擦型樁又可以分為端承摩擦樁和摩擦樁。端承摩擦樁：在極限承載力狀態下，樁頂荷載主要由樁側摩擦阻力承受。即在外荷載作用下，樁的端阻力和側壁摩擦力都同時發揮作用，但樁側摩擦阻力大于樁尖阻力。如穿過軟弱地層嵌入較堅實的硬粘土的樁。摩擦樁：豎向荷載下，基樁的承載力以樁側摩阻力為主，外部荷載主要通過樁身側表面與土層之間的摩擦阻力傳遞給周圍的土層，樁尖部分承受的荷載很小。主要用于巖層埋置很深的地基。這類樁基的沉降較大，穩定時間也較長。端承型樁又可以分為摩擦端承樁和端承樁。摩擦端承樁：在極限承載力狀態下，樁頂荷載主要由樁端阻力承受的樁。如通過軟弱土層樁尖嵌入基巖的樁，由于樁的細長比很大，在外部荷載作用下，樁身被壓縮，使樁側摩擦阻力得到部分地發揮。端承樁：在極限荷載作用狀態下，樁頂荷載由樁端阻力承受的樁。如通過軟弱土層樁尖嵌入基巖的樁，外部荷載通過樁身直接傳給基巖，樁的承載力由樁的端部提供，不考慮樁側摩擦阻力的作用。
按成孔方法可以分為擠土樁、非擠土樁和部分擠土樁。擠土樁就是在成樁過程中，樁周圍的土被擠密或擠開，使樁周圍的土受到嚴重擾動，土的原始結構遭到破壞，土的工程性質發生很大變化。擠土樁主要有打入或壓入的混凝土方樁、預應力管樁、鋼管樁和木樁。部分擠土樁是樁在設置過程中，由于擠土作用輕微。故樁周土的工程性質變化不大。這類樁主要有打入的截面厚度不大的工字型和H型鋼樁、開口鋼管樁和螺旋鉆成孔樁等。非擠土樁是指成樁過程中樁周土體基本不受擠壓的樁。在成樁過程中。將與樁體積相同的土挖出。因而樁周圍的土很少受到擾動。這類樁主要有干作業法、泥漿護法和套管護壁法鉆挖孔灌注樁。
按制作方法可以分為鉆孔灌注樁和預制樁。鉆孔灌注樁則適用于各類土層、巖層，但在軟土或可能發生流沙的土層施工則應注意防止塌孔，而挖孔灌注樁則適用于無地下水或地下水量少的地質情況下。預制樁一般適用于中密、稍松砂類土或可塑性粘性土、碎石類土等，其是靠打入、震八、壓入或旋轉進入土中。
3 樁基礎設計應注意的問題
3.1 高層帶裙房樁筏基礎
現階段設計出來的很多項目是高層帶裙房及同一大面積地下室上有多棟高層和裙房，按照樁基礎設計規范的規定，建筑物基礎都得設計為一級，樁基設計不宜采用不同樁型和不同持力層。而大多數設計單位未按原規范建議設計考慮荷載和樁的承載力水平，采用不同持力層、不同樁型或不同布樁密度，使樁的承載力水平接近的原則。實際上主樓與裙房荷載差異懸殊，反映在樁的承載力水平也相差懸殊，采用相同持力層，裙房樁的承載力水平過高，制約裙房的變形，致使梁上出現裂縫。對于這方面應適當考慮引起建筑物變形地基土的壓縮性及厚度因素，在承載力水平上予以增減，建筑物建成多年未發現過大的差異沉降致使梁出現裂縫，為了能達到變形協調的效果，必須對主樓的樁基進行強化，裙房的樁基也要適當的弱化。
3.2 樁筏基礎變剛度調平設計
在高層中心集荷部位，通過樁頂反力分布，可以樁的直徑增大或者長度變長，提高中心部位的樁土剛度，則筏板下的樁頂反力分布發生變化，成為外小內大狀態，筏板的變形隨之趨于平緩。變剛調平的概念設計基本思路為樁、土與上部結構共同作用，對其沉降變形的主導因素是對樁土支承剛度分布進行調整，使其沉降變形均勻，一般可以將中心部位樁的樁徑加大、布樁加密處理或者適當加長，這三種方法可以單獨使用也可以重復使用，從而加強中心部位樁土剛度，達到剛度平衡的效果，概念設計只可以通過變剛度設計對實際存在的欠缺進行彌補的設計理念，而不能成熟分析軟件或者精確計算表達式。
3.3 地基士質與樁基礎的關系
對于樁底標高和土質之間的關系的分析，大部分時候樁長決定著柱底的標高。如果土質在一定范圍內較好的情況下的樁底，為了保證樁尖落入承載力較高的土層來提高樁基礎承載力就需要適當加大樁長以保證樁尖落入承載力較高的土層，而對由于鉆探不是逐墩鉆探而不能提供全面的鉆探資料時則應根據相鄰處樁長進行確定，一般為安全起見取相鄰樁長較大值。對沉渣段與土質兩者之間的分析，當樁尤其是樁端落于具有粗顆粒的砂礫、卵石等土層時，因為樁端會有較大粒徑的卵石等，這時候為了保證樁基礎的承載力以及灌注混凝土質量，就必須在施工時應必須給予清除。
3.4 同基礎相鄰樁底高差
若樁底標高相差過大，對于樁基礎尤其是摩擦樁來說則會導致單樁的豎向承載力相差較大而造成樁基礎整體失穩問題，所以對于同一建筑物尤其是坐落在同一土層的樁基礎樁長長度及樁底標高差不宜超過樁長度的1/10；但若樁基礎坐落于強度及穩定性較好的基巖上的端承樁則該限值可適當放寬；而樁端落于非巖石類土上則相鄰樁高差不宜大于樁的中心距來避免將樁長較小的樁所受荷載傳到相鄰樁上增加臨樁所受的側向推力。
3.5 工程地質勘察
對于高層建筑的工程地質勘探的工作，勘探部門一般都比較重視，并且有個完整的報告內容，但是在多層建筑物工程地質勘探的時候，各方面的參數很難達到設計的要求。這種情況表現在以下兩個方面：變形計算的主要指標土的壓縮模量，未按工程設計所需深度土的自重壓力與附加壓力之和進行室內試驗和提供分層指標、e―P曲線；勘探手段單一，無控制性勘探孔或數量不足，鉆探深度不能滿足變形計算的要求，甚至存在樁長超過鉆孔深度現象，控制樁端下壓縮層深度不夠，多層建筑未提供第二樁端持力層土性指標等。不能實現調節樁長變剛度設計。上面的這些情況與地質勘探人員對設計荷載情況了解程度有關，也與勘察單位的資質有關。對于概念的設計需要設計人員和勘探部門之間相互配合得到的勘察報告才能符合設計的要求。
4 結束語
樁基礎的設計是個復雜的問題，它要求設計人員對場地類型，土質土層情況，工程造價和施工工藝都要有較高的了解。設計人員要謹慎的把握每個設計環節，對各方面都要有綜合的分析和判斷。努力達到在保證工程質量的情況下，盡可能的降低成本降低造價。
參考文獻
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[2]鄭建. 輝論樁基礎設計的心得 [J] 廣東科技.2007(8).
篇8
關鍵詞：樁基礎動力特性試驗數值模擬
中圖分類號：0313文獻標識碼： A
Analysis of dynamic behavior of pile foundation
Abstract: The experimental of dynamic loading test is introduced. The research development and achievements of dynamic behavior of pile foundation are discussed in domestic and foreign and some problems exist now are put forward.
Keywords: pile foundation; dynamic behavior; experiment; numerical simulation
1 前言
樁基礎在基礎結構設計中是一種主要選擇形式。當基礎持力層埋藏深度較深，上部建筑承載力要求較高時，結構沉降控制較嚴時，樁基礎往往是基礎設計中的優選方案。樁基礎實際是把上部結構荷載直接傳遞到較深土層的一種直接、易于工業化生產、機械化施工的基礎形式[1-3]。
大量工程項目實測數據證明，采用樁基方案的結構，往往具有較小的沉降量，當在結構外側布置一定數量樁基是，即可獲得較大的抗傾覆能力。在地震加速度影響下，樁土之間的傳力機理可以提供結構更長的自振周期，當這個自振周期與場地特征周期因此而加大間距時，必然帶來結構地震反應的減弱。此外，樁基結構在地震作用下的水平位移也會被樁基與土體之間的阻尼、微位移、以及相應的耗能摩擦作用削弱，破壞能量相應減小，從而形成天然的 “隔震墊”。
樁基礎作為一種重要基礎形式，從十九世紀即開始了理論分析。但是，進行樁基礎的動力特性研究，開始于二十世紀七零年代。在此之前，大部分研究人員認為樁基礎的主要受力特征來自于上部建筑荷載向下的傳遞。通過樁基礎的動力特性研究，發現當結構處于颶風、地震、潮汐等特殊工況作用下，樁基往往由于這些偶然荷載作用導致較大的水平作用。而如果在設計階段對這些水平作用不提起足夠的重視，將對樁基結構帶來重大破壞，甚至帶來上部結構倒塌。上部結構水平作用在承臺與樁基頂部直接的連接部位，當這些部位發生機械振動時，樁基即有可能發生破壞，由于樁基往往深埋于地底，對其的破壞情況進行判定已是非常復雜，對其進行修復更是困難重重。由于樁基破壞而導致結構無法使用甚至破壞倒塌也是有較多案例。
2 樁基的震害特點
雖然長期地震震中及震后災害評估及觀測累積的數據及實際情況表明：采用樁基礎的結構往往具備相對其他形式基礎更好的抗震表現及受力特性。在多次大地震的觀測中，仍出現大量樁基礎的損傷及破壞情況，如日本1948年的福井地震，1952年的十勝沖地震，1964年的新瀉地震，1964年美國Alaska地震，1985年Mexieo city地震，1995年的Kobe地震，我國1975年海城地震，1976唐山地震等強震，均觀察到大量樁基礎損傷及破壞。
根據現有的震后數據整理及現象觀察，地震作用于主體結構，主要的破壞形式是由于土層斷裂，隆起帶來的巨大的土層運動，通過樁基傳遞至主體結構，結構由于自身質量帶來的慣性，產生與土體間的加速度互相作用，該作用的直接媒介就是埋藏在土中的樁基、承臺及地下室的外墻。作為土層短期高強度運動與原有不動上部結構間的主要作用媒介，樁基承擔了大量主體結構與土體直接相互作用力，其破壞原因主要是樁身承擔的巨大的加速度、慣性力以及土層的液化。地下土層由氣、液、砂土顆粒三相構成，平時為一個穩定的平衡體，當土層產生大量運動時，該平衡打破，尤其是粘聚力差、液體滲流迅速的砂性土壤，土體中液體大量瞬時分離，直接導致土體結構破壞，土壤液化。土體液化往往導致樁基失去側限或樁端突然刺入下部持力層導致結構傾覆、沉陷。
具體破壞主要體現在圖1的幾種情況，a、b、f歸因于樁基與承臺連接、樁身強度、承臺自身強度儲備不足；c往往是因為場地軟弱土層交界處土剛度突變也容易引起樁身的水平剪切破壞。d、e的成因也是往往因為土層側向對樁基及承臺的支承作用削弱導致的樁基大幅變形。通過對震害的觀察與調查表明，樁基破壞主要是由于地基大幅度運動導致作用在樁上巨大的運動和慣性力或土體的液化所引起的。地下砂層液化是樁基礎破壞的重要原因之一，地基液化可能導致整移過大或傾覆，液化砂層界面是出現較大彎矩與剪力的危險部位，液化層在中部則彎曲破壞的危險較大。群樁與樁帽的連接處也是群樁基礎的薄弱處，樁帽脫落或在連接處被剪壞也是常見的樁基震害現象。常見的樁基破壞形式如圖1所示。
圖1 地震作用下樁基的破壞形式
地震作用下土體與結構的動力相互作用是一個普遍存在的問題。土體與結構動力相互作用，是一個涉及到土動力學、結構動力學、非線性振動理論、地震工程學以及計算機技術等眾多學科的交叉性研究課題，也是一個涉及到非線性、大變形、接觸面、局部不連續等當代力學領域眾多理論與技術熱點的前沿性研究課題，同時又是一個與土木、水利、建筑、市政、交通等眾多生產部門的工業建設質量和安全性密切相關的實際性研究課題，因而，數十年來引起了國內外學者的廣泛關注[4]。
3 樁的動力特性研究現狀
p-y曲線是在水平荷載作用下，泥面以下深度x處的土反力p與該點樁的撓度y之間的關系曲線。它綜合反映了樁周土的非線性、樁的剛度和外荷載作用性質等特點。Matlock于1970年對水下飽和軟粘土中的鋼管樁進行了側向荷載試驗，提出了短期靜荷載與循環荷載作用下樁的p-y曲線，（如圖2所示）[5]。
圖2 軟粘土的p-y曲線（Matlock，1970）
Reese與Cox于1974年對沙土中的樁進行了側向荷載試驗，并對打入水下的樁也作了試驗，提出了短期靜荷載與循環荷載作用下樁的p-y曲線[6~7]。上述成果為美國石油協會1975年制定的《固定式海上平臺設計施工技術規范》（API-RP2A）[8]采納，我國制定的《港口工程樁基規范》（JTJ254-98）局部修訂（樁的水平承載力設計）[9]和《樁基工程手冊》[3]也采用了這條曲線。
先計算出樁側單位樁長的極限水平土抗力pu和樁周土達極限水平抗力之半時，相應樁的側向水平變形yu，將上述兩者代入靜荷載和循環荷載下的p/pu-y/yu關系式中，即可得到軟粘土中的p-y曲線。此外，硬粘土和砂土也存在不同的計算方法。
4 試驗方法
李永波[10]等提出的凍土-樁動力模型試驗系統，在多年凍土區進行選土，在試驗中采用代表性的粉質黏土，將模型鋼管樁基埋設在該實驗室代表性土層中，對樁基實施水平動力加載，對3 ℃、5℃及其上層融化的多年凍土進行研究，得到試驗樁基的動力響應特性。分析了凍融條件下樁頭位移-荷載關系（如圖3示）和凍融作用對樁頭最大位移的影響。
圖3 不同凍土環境下樁頭荷載-位移關系曲線
武思宇等[11]使用振動臺，進行了剛性樁復合地基1:10比尺的試驗。使用柔性容器來擬合大范圍地基在地震作用下的動力特性。基于Bockingham 定理進行了試驗模型各項相似比設計，綜合考慮振動臺性能、自重失真不能過大等因素設定長度相似比為1:10，彈性模量相似比為1:4，質量密度相似比為1:1，進而推出其他物理量的相似比。由此給出加速度的相似比為2.5:1，由于結構豎向的重力加速度難以參照這一組相似關系進行模擬。如不能較好解決這一問題，試驗結果將直接帶來基底壓力和土體圍壓的失真，，武思宇等通過在振動臺臺面和基礎之間布置拉索，直接對基礎底板上預加豎向壓力，來擬合實際工程中的基底壓力。
試驗中將模型每層質量設定為90 kg和175 kg的兩組，來模擬剛性樁復合地基在不同類型上部結構情況下的動力性能，分級對兩組結構輸入加速度峰值，設定輸入最大加速度峰值為1.5g。為擬合抗震規范中定義的7度、8度和9度地震動加速度，設定了0.25g，0.5g，1.0g等多個加速度峰值點。圖4為傳感器布置圖。
圖4 傳感器布置圖
通過試驗，剛性樁復合地基表現出一定的抗震能力，小震狀態下，樁身彎曲、剪切應變表現出一定規律，試驗中，樁身軸向應變變化不大，樁身彎曲應變和剪切應變均未達到極限值，樁身最大彎曲應變發生在樁頂以下20 cm處，最大剪切應變發生在樁頂，在地震作用下，基礎埋深范圍內的土體對抵抗結構傾覆和滑移起到了重要的作用；中震后，樁基周圍土體與樁身脫開，對樁身約束大大削弱，中震和大震下，樁頭處樁土出現分離現象，但振動結束后，土體對樁頭的約束可以恢復，甚至有所增強。地震動作用加大，土體軟化、約束削弱效應明顯，地震作用終止后，土體仍能在一定程度上恢復到震前狀態。
馮士倫[12]進行了液化土層中樁基抗震性能振動臺試驗，試驗布置簡圖如圖6所示。在試驗箱中填筑均勻級配的河砂，控制砂的相對密度為30%。采用外直徑D=19.9 mm，壁厚t=1.8mm的鋁管樁，于樁頂放置2.45kg的配重。沿振動方向成對布置應變片，如圖所示。
圖5 試驗布置簡圖
圖6 為模型樁不同位置處的動力p-y曲線與API推薦做法得到的靜力p-y曲線的比較圖。
從這些圖中看到，在動力荷載作用下，由于砂土液化，土層橫向承載能力的削弱，在生相同的樁土位移時，砂土液化后的側向土反力比靜力荷載條件下的側向土反力小；但液化后的砂土還是有一定的橫向承載能力的，即土反力并不是完全喪失了。
（a）距樁底0.2m處（b）距樁底0.3m處
（c）距樁底0.4m處 （d）距樁底0.5m處
圖6 不同位置的p-y曲線
通過振動臺試驗，初步研究了飽和砂土中樁基的振動特性，通過對振動過程中樁身不同深度處的彎矩以及砂土中不同深度處孔壓的測量以及對得到的動力p-y曲線的分析，對樁土振動過程中的動力相互作用有了初步的認識。從數值上，說明了飽和砂土液化降低了模型樁的橫向承載能力，但并沒有使模型樁的橫向承載能力完全喪失。考慮到砂土液化對上部結構的減震作用，工程設計人員完全不考慮液化砂土的側面承載力是保守的。通過該試驗研究，初步嘗試了試驗研究樁土動力相互作用這一課題，為進一步定量分析砂土液化對樁基礎橫向承載能力的影響奠定了堅實的基礎。
5 單樁動力特性的數值模擬
金偉良和宋志剛[13]力并考慮到樁體動平衡條件,可得到樁-土體系的動力相互作用控制微分方程:
其中:[M]是樁體質量矩陣；[K]為樁體剛度矩陣；{f(t)}為激振力向量；[C]是阻尼矩陣，主要考慮土壤本身的材料阻尼，與對角形式的土體彈簧剛度[Ks]有關。根據Kagawa和Gazates等人的研究，土壤動抵抗力可以表示為：
其中：pd為土動抗力集度，ksd為土體彈簧靜剛度，Dp為樁直徑，阻尼系數取值在0.02~0.1之間。因此[C]可以表達為如下形式：
采用了Newmark算法計算樁的動力響應，利用修正p-y曲線，再根據修正后的p-y曲線確定迭代過程土體彈簧的切線剛度。為了進一步說明問題，分析了MUQ[14]平臺樁基礎在樁頂水平激勵下的動力反應，確定了樁-土的脫開區域，并分析了樁-土脫開效應對樁基動力響應的影響。圖8為不同計算條件下樁土脫開情況。
(a) (b) (c)
圖7 不同計算條件下樁土脫開狀況
研究表明：時程最大位移的分布形式與樁基礎振動的一階振動形態基本一致；在樁基土體脫開效應下，樁頂水平力作用出現動力放大效應，響應的脫開范圍也相應加大；由于阻尼作用，樁頂的水平位移和水平力發展之間有滯后效應，對模型進行荷載循環作用下，相應可以繪制出樁頂水平力和水平位移之間關系的滯回環。
6 結論與展望
對國內外樁基礎的動力特性進行了歸納總結，介紹了樁基礎的動力性能的相關試驗和數值模擬的研究成果。在此基礎上，認為還存在一些深入的問題值得思考：
（1）由于試驗條件的限制，目前大多數采用的都是縮尺試驗，與框架結構的樁基礎，特別是公路橋梁樁基礎相比相差很大，因此，必須考慮尺寸效應的影響，為現實結構中柱構件的設計提供依據。
（2）現有的大部分工作結果都是由試驗測試而得，而試驗的結果是具有一定的離散性的，還沒有統一的計算理論，因此，建立一套合理有效的理論計算模型是非常有必要的。
（3）目前關于群樁動力特性的研究還比較少。
參考文獻
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篇9
關鍵詞：樁基礎；質量控制；建筑施工
中圖分類號：O213.1 文獻標識碼： A
引言
我國當前處在社會主義建設的重要時期，經濟在高速的發展，建筑行業空前的蓬勃，各種建筑每天都在拔地而起，其中建高層已成為當前社會中的主要趨勢。高層建筑所采用的基礎多數是樁基礎，因為隨著高度的增加，上部荷載也在增加，而普通的天然地基不能滿足承載力的要求。樁基礎已經在現代社會的建設中起著相當重要的作用，它給社會帶來了越來越明顯的經濟效果。
一、樁的分類
樁基礎是廣義的深基礎的一種結構形式，根據使用材料、構造形式和施工技術等條件的差異，有著不同的分類方法。
1、按承載性能分
摩擦型。這種樁是在極限承載力狀態下，樁頂荷載全部或主要由樁側阻力來承受。摩擦型樁又可分為純摩擦樁和端承摩擦樁兩類。前者樁尖部分荷載很小，一般不超過整個荷載的10%。后者是樁頂荷載主要由樁側阻力來承受，即在外荷載作用下，樁端阻力和側壁摩擦力都同時發揮各自的作用；
端承型。端承樁分端承樁和摩擦端承樁。端承樁是指在極限承載力狀態下，樁頂荷載由樁端阻力承受的樁，它不考慮樁側摩擦阻力的作用。摩擦端承樁是指在極限承載力條件下，樁頂荷載主要由樁端阻力承受的樁。
2、按樁身材料分
按照樁身的使用材料，樁基礎可分為鋼筋混凝土樁、鋼樁和組合材料樁。按制作工藝分，樁基礎可分為預制樁、灌注樁、攪拌樁。
二、樁基礎施工中常見的質量問題及原因分析
1、樁基礎出現的缺陷
1.1樁基礎中部缺陷
實際施工過程中，可能會由于勘探失誤，引起混凝土澆灌時突發局部塌孔，阻礙混凝土翻漿，從而造成樁基礎的樁身表現出局部缺陷。施工，很多工人由于用力不均勻，拆管時使混凝土受到連續性的擾動，影響到混凝土的質量。導管氣密性如果較差，則水下灌注混凝土的導管在進入泥漿后，導管內外壓強值會不相等，情況嚴重時會阻礙混凝土連續下料，影響到正常翻漿工序，進而發生斷樁。
1.2樁基礎頂部缺陷。
影響樁基頂部質量的主要原因是混凝土的質量問題。首先，水下澆筑混凝土會有沉淀泥漿出現，而沉淀泥漿厚度難以較為準確地測定，但是若超灌樁頂的混凝土缺乏較高的強度，則既有可能表現出夾泥現象，從而進一步影響到混凝土質量；其次，在混凝土澆筑工序完成后，施工人員由于用力不均勻，導致對鋼護筒的預埋和拆拔工作較為粗糙，以此對樁頂的混凝土產生了干擾，影響到混凝土的質量；最后，由于鑿除混凝土樁頭的風鎬功率較大，會在一定程度上對聲測管附近的混凝土產生擾動，從而影響混凝土的質量。
2、斷樁、縮徑
造成斷樁的主要原因來自于復雜的地質構造。管樁的持力層通常會選在強風化巖層中。當淤泥層或軟塑層直接覆蓋在基巖上,并且基巖表面強風化層和中風化巖層都較薄,有的甚至缺失。在這種“上軟下硬,軟硬突變”的地質構造下打樁,管樁迅速穿過軟覆蓋層遇到堅硬的巖層,阻力加大,使貫入度突然降低,同時由于軟覆蓋層對管樁的阻力較小,錘沖擊力直接作用于樁身,致使樁身容易斷裂。而其他如樁體傾斜度過大、樁堆放、運輸、起吊的支點或吊點位置不得當、沉樁過程中樁身彎曲較大,錘擊產生的彎曲，樁細長且遇到的土層較硬等都可能造成樁的斷裂。
3、樁接頭斷離
由于設計的樁長度比較長，在施工工藝上不可能直接的沉入，這時會在預制時分成幾段，然后再分段沉入，各段直接用鋼制焊接連接件連接。在施工時，由于沉入預制樁時傾斜過大，樁和樁的連接頭會出現大的縫隙，還有在施工時各段樁的中心線不在一條直線上，樁接頭施工的技術不達標，質量差使樁接頭斷裂。
基樁檢測問題。基樁檢測理論不完善、檢測人員素質差、檢測方法選用不合適、檢測工作不規范等，均有可能對樁基完整性普查及樁基承載力確定給出錯誤結論與評價。
三、常用處理方法
如果打樁工序中出現了相關的質量問題，施工單位切不可自行進行處理。處理時，需通知有關部門，在經設計單位、監理單位以及相關專業技術部門共同斟酌后在采取針對性的解決辦法。出現上述問題，常見的處理方法主要有接樁法、補樁法、糾偏法、補送結合法、鉆孔補強法、擴大承臺（梁）法和復合地基基礎法。由于灌注樁對復雜多變的地質條件要求有很高的應對能力，因此，如果該類型樁出現問題，一般采用原位破除，重新澆灌。先對預制樁常用的處理方法作進一步討論。
1、接樁法
開挖接樁。挖出樁頭，鑿去混凝土浮漿及松散層，并鑿出鋼筋，整理與沖洗干凈后用鋼筋接長，再澆混凝土至設計標高。
嵌入式接樁。當成樁中出現混凝土停澆事故后，清除已澆混凝土有困難時，可采用此法。
2、補樁法
樁基承臺前補樁。當樁距較小時，可采用先鉆孔，后植樁，再沉樁的方法。在樁基承臺以及地下室的施工完成后，打上靜壓樁。打靜壓樁時會讓土層的摩擦阻力和樁尖阻力產生結構反力，產生的這些力全部由地下室和承臺去承受，不需要再采取其他的相關措施。這種方式的特點是噪聲很小，設施過程簡單，容易操作，同時還不影響其他工期的正常進行。因此，實際施工中，如果出現斷樁和樁承載力不足情況，均可采取該方法加以解決。
3、糾偏法
糾偏法主要是針對樁身傾斜的情況下使用的,使用正確合理的糾偏方法,可使各種原因造成的樁身傾向復位,避免繼續施工造成樁身斷裂。需要注意的是,糾偏只能是在樁身傾斜,但未斷裂,且樁長較短的情況下進行,可采用局部開挖后用千斤頂糾偏復位。如果樁身已經斷裂,則不能采取糾偏方法來處理。嚴禁采用機械方式進行強行糾偏,以免造成樁身斷裂。
4、鉆孔補強法
此法適應條件是基身混凝土嚴重蜂窩，離析，松散，強度不夠及樁長不足，樁底沉渣過厚等事故，常用高壓注漿法來處理，但此法一般不宜采用。樁身混凝土局部有離析，蜂窩時，可用鉆機鉆到質量缺陷下一倍樁徑處，進行清洗后高壓注漿。樁長不足時，采用鉆機鉆至設計持力層標高；對樁長不足部分注漿加固。
5、擴大承臺法
擴大承臺（梁）法即擴大承臺截面的尺寸以滿足規范規定的構造要求和承載力要求。以下兩方面原因的出現需要擴大承臺的尺寸來處理。
樁位偏差過大，原設計的承臺（梁）斷面寬滿足不了規范要求，此時采用擴大承臺（梁）來處理。
考慮樁同作用，當單樁承載力達不到設計要求，可用擴大承臺（梁）并考慮樁與天然地基共同分組上部結構荷載的方法。需要注意的是在擴大承臺（梁）斷面寬度的同時，適當加大承臺（梁）的配筋。
6、復合地基基礎法
承臺下做換土地基。在樁基承臺施工前，挖除一定深度的土，分層夯填砂、石墊層，然后再在人工地基和樁基上施工承臺。樁間加水泥土樁。當樁實際承載力達不到設計值時，可采用在樁間土中干噴水泥形成水泥土樁的方法組成復合地基基礎。大同市某教學樓(6層一7層框架)樁基事故就采用此法處理，取得了較好的效果。樁與擠密樁合成復合地基。可在樁間用石灰等材料做擠密樁，提高地基承載力，也可適當提高樁周摩阻力。承臺周邊加做石灰樁。某(7層一9層框架)建筑，灌注樁身混凝土完好率很低，采用此法處理后，取得良好效果，施工也較方便。
結束語
總之，樁基工程是一繁重而復雜的過程，施工人員一定要考慮到每一個環節，統籌兼顧，從各方面使之合理化。好的樁基礎不僅僅是能保證建筑物安全，而且能不斷地提高施工質量保障和施工進度。
參考文獻
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說明：
基金項目：銀川能源學院校級科研基金資助項目
篇10
關鍵詞∶灌注樁基礎;自然接地;雷電流
Abstract: This paper mainly discusses the pile foundation of natural ground in overhead power line design in practical application.
Key words: pile foundation; natural grounding; lightning current
中圖分類號：TU473.1+4 文獻標識碼：A 文章編號：
1 架空線路桿塔接地裝置的作用
架空線路桿塔接地裝置的主要作用是，能迅速將雷電流在大地中擴散泄導，以保持線路有一定的耐雷水平。桿塔接地電阻值愈小，其耐雷水平就愈高，所以降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平、減少線路雷擊跳閘的主要措施。筆者認為，由于灌注樁基礎的主筋和縱向箍筋相互焊接成一個整體，形成一個龐大的等電位體法拉第籠，這個法拉第籠的接地電阻往往很小，完全可以作為桿塔的自然接地體來利用。
2利用自然接地的理論根據
根據有關規程規定，完全可以利用灌注樁基礎的鋼筋籠作為自然接地體，當自然接地體滿足規程規定時，完全可以不敷設人工接地裝置。
2.1根據《110～750kV架空輸電線路設計規范》
根據《110～750kV架空輸電線路設計規范》GB 50545-2010第7.0.16條的規定，土壤電阻率較低的地區，如桿塔的自然接地電阻不大于表1所列數值，可不裝人工接地體。
表1有地線的線路桿塔的工頻接地電阻
土壤電阻率變化范圍很大，通常從小到十幾歐米，大到上萬歐米。至于什么地區才算是土壤電阻率較低的地區，筆者認為這只是一個相對數，佛山市除北部三水區和西部高明區外，其它大部分地區屬于三角洲沖積平原，地下水較豐富，松散狀軟塑淤泥質土較厚，這些地區，就算干燥季節，其土壤電阻率也往往在100Ω·m以下，所以這些地區應當算是土壤電阻率較低的地區。
另外，《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》DL/T 620-1997第6.1.7條也規定，鋼筋混凝土桿和鐵塔應充分利用其自然接地作用，在土壤電阻率不超過100Ω·m或有運行經驗的地區，可不另設人工接地裝置。
2.2根據《交流電氣裝置的接地》
根據《交流電氣裝置的接地》DL/T 621-1997第3.1條的規定，電力系統中電氣裝置、設施的某些可導電部分應接地。接地裝置應充分利用自然接地極接地，但應校驗自然接地極的熱穩定。
第6.3.1條規定，高壓架空線路桿塔的接地裝置，在土壤電阻率ρ≤100Ω·m的潮濕地區，可利用鐵塔和鋼筋混凝土桿自然接地。在居民區，當自然接地電阻符合要求時，可不設人工接地裝置。
第7.2.7條規定，土壤電阻率在200Ω·m及以下地區的鐵橫擔鋼筋混凝土桿線路，可不另設人工接地裝置。
另外，《電力設備接地設計技術規程》也有相同的條文。
以上的規定可理解為，只要灌注樁基礎的自然接地極滿足熱穩定要求，對于土壤電阻率較低的地區，可以不另外敷設人工接地裝置。
2.3其它行業接地規定
地鐵、工業與民用建筑等亦涉及到接地問題，且這些接地設施更直接地關系到人們的生命安全，所以應比電力設施的接地要求更為苛刻。而查閱《地鐵設計規范》、《城市軌道交通設計規范》和《工業與民用電力裝置的接地設計規范》等規范，無一例外地主張充分利用自然接地，且在自然接地體滿足要求時，亦可不裝設人工接地裝置。
3自然接地的熱穩定驗算
3.1雷電流的熱效應
在架空線路桿塔遭受雷擊時，極大的雷電流將使導體溫度迅速升高，稱之為雷電流的熱效應。文獻[1]指出，鋼筋流過大電流，因發熱而溫度升高，能使水泥和鋼筋的結合力顯著減小。鋼筋溫度達到350～400℃時，結合力將全部破壞，并使混凝土保護層產生橫向和縱向裂紋。因此，鋼筋的溫度不應大于100℃。
為此，必須驗算，當采用灌注樁基礎的鋼筋籠作為自然接地體時，鋼筋截面是否滿足熱效應的要求。根據文獻[1]，熱效應的鋼筋截面A，可按公式（1）計算。
（1）
式中：A——鋼筋總面積，mm2；
Ik——接地短路電流，kA；
T——短路時間，s；
P——鋼筋20℃電阻系數，0.145，（Ω·mm2）/m；
C——鋼筋比熱，取0.5W·s/g℃；
r——鋼筋密度，取7.85g/cm3；
——溫升，≤60℃；
k1——集膚效應系數，取1.05；
k2——鋼電阻溫度系數。
由公式（1），當雷電流108kA、持續時間為0.62s時（根據文獻[9]，大于108kA的雷電流僅占10%，一次雷電放電的總持續時間大于0.62s的僅占5%，所以這樣取值能夠包含90%以上的情況），驗算鋼筋的溫度不大于60℃時對應的鋼筋截面積為2371mm2。 相當于8根Φ20的圓鋼，如果分配至鐵塔的四個灌注樁上去的話，那么僅需要2根Φ20的圓鋼就足夠了，而灌注樁基礎的主筋截面都超過該數值。但是，對于整個基礎混凝土內的通流通道來說，鋼筋截面最薄弱處為地腳螺栓與基礎主筋之間的連接筋，所以設計接地連接筋時應滿足這點要求。換言之，對于鋼管桿灌注樁基礎，接地連接筋應不少于8根Φ20的圓鋼或總截面不小于2371mm2；對于四腿灌注樁基礎，每腿接地連接筋應不少于2根Φ20的圓鋼或總截面不小于593mm2。
值得一提的是，由于架空地線~桿塔系統的阻抗(電阻)小于桿塔的接地阻抗，因此，在雷電流泄放時，架空地線可以分擔一部分雷電流。所以以上計算結果偏于安全。
從以上分析可知，由于雷電流波形是一瞬態波，沖擊電流持續時間很短，在接地電阻較小的情況下，接地體鋼筋的溫升是有限的。所以，只要灌注樁基礎主筋和接地連接筋滿足上述要求，那么，雷電流導致基礎混凝土結合力的破壞的可能性幾乎為零。
驗算結論為：目前的灌注樁基礎設計滿足雷電流的熱效應要求。
3.2雷電流的沖擊效應
雷電流的沖擊效應是由于雷擊于樹木或建筑物構件時，被擊物體內部瞬時產生大量的熱量，使內部水分瞬間蒸發并膨脹，產生巨大的內壓力而爆炸，曾有記載雷電劈開百年大樹和將鋼筋混凝土擊出一個大洞的現象。那么，雷電流流過灌注樁基礎時，其沖擊效應會不會將混凝土擊碎呢？根據文獻[1]，只要鋼筋與混凝土接觸面的電流密度滿足熱穩定要求，就不會產生火花，不會將混凝土擊碎。混凝土的熱穩定的最大允許電流密度Jy，可按公式（2）計算。
（2）
式中：Jy——最大允許電流密度，A；
γ——1.5×106J/(m3·℃)；
τm——穩定溫升，℃；
ρ——接地電阻率，Ω·m；
t ——短路時間，s。
根據公式（2），當穩定溫升60℃、混凝土接地電阻率100Ω·m、短路時間為0.62s時，Jy為1205A/m2，即0.1205 A/mm2。文獻[1]指出，根據模型試驗結果，潮濕狀態的混凝土，電流密度的極限值為4.2~15.7 A/mm2，同時，雷電流流過混凝土時，無累積的破壞效應。根據上述計算結果，雷電流流過基礎混凝土時鋼筋與混凝土接觸面的電流密度滿足要求。
驗算結論為：目前的灌注樁基礎設計滿足雷電流的沖擊效應要求。
4利用鐵塔自然接地的工程實例
已建成投運的220kV湛江霞山站至東山島站過海線路。 2 已建成投運的深圳前灣電廠至平安站220kV送電線路。 3 廣州電力設計新設計的110kV振興線、110kV公益線和110kV石馬線。這些線路均未設置人工接地裝置，工程由于充分利用灌注樁基礎自然接地，節省了資金，也省去了運行部分對人工接地裝置的運行維護工作，節省了人力物力。對于規劃區、水田河網區、海底腐蝕嚴重區，敷設、運行維護接地網都存在較大的困難和較高的費用，所以，充分利用灌注樁基礎自然接地，具有重要意義。
5結論
(1)利用灌注樁基礎的鋼筋籠作為自然接地體，是有理論根據的，實踐證明也是切實可行的。在新建和大修、技改工程中，應充分利用灌注樁基礎的鋼筋籠作為自然接地體，且在測量自然接地電阻滿足規程規定時，可以取消人工接地裝置。這個不僅可以降低工程造價，還可以減化施工程序，無疑對電力建設是非常有利的。
