基礎(chǔ)樁基設(shè)計(jì)與工程計(jì)算手冊(cè)前言基礎(chǔ)是建筑物的根基，而樁基作為一種重要的深基礎(chǔ)形式，在各類工程建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。它通過(guò)將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層或巖層，有效解決了淺基礎(chǔ)在軟弱地基或荷載較大情況下的承載力不足、沉降過(guò)大等問(wèn)題。本手冊(cè)旨在系統(tǒng)闡述基礎(chǔ)樁基設(shè)計(jì)的基本原理、關(guān)鍵步驟、工程計(jì)算方法及實(shí)踐要點(diǎn)，為從事巖土工程、結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)人員提供一本實(shí)用的專業(yè)參考資料。手冊(cè)內(nèi)容力求嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，緊密結(jié)合工程實(shí)踐，并注重理論與應(yīng)用的平衡。第一章工程地質(zhì)勘察與資料分析1.1勘察目的與要求樁基設(shè)計(jì)的首要依據(jù)是詳盡、準(zhǔn)確的工程地質(zhì)勘察資料?？辈旃ぷ鞯哪康脑谟诓槊鲌?chǎng)地的工程地質(zhì)條件，為樁型選擇、樁端持力層確定、單樁承載力估算及樁基沉降計(jì)算提供可靠的巖土參數(shù)?？辈鞈?yīng)滿足以下基本要求：查明場(chǎng)地各土層的分布規(guī)律、厚度、物理力學(xué)性質(zhì)；測(cè)定巖土的承載力特征值、壓縮性指標(biāo)、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等；查明地下水的類型、埋藏條件、水位變化幅度及對(duì)混凝土的腐蝕性；了解場(chǎng)地內(nèi)有無(wú)影響樁基施工的不良地質(zhì)現(xiàn)象，如溶洞、土洞、滑坡、液化土層等。1.2主要勘察內(nèi)容與方法常用的勘察方法包括鉆探、觸探（靜力觸探、動(dòng)力觸探）、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)等。鉆探是獲取地下土層剖面最直接的手段，可采取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。靜力觸探能連續(xù)測(cè)定土層的錐尖阻力、側(cè)摩阻力，對(duì)劃分土層、估算土的承載力和變形參數(shù)有重要價(jià)值。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)則可用于評(píng)價(jià)砂土的密實(shí)度、粉土和粘性土的稠度，以及估算地基土的承載力和判定飽和砂土與粉土的液化可能性。室內(nèi)土工試驗(yàn)主要測(cè)定土的物理性質(zhì)指標(biāo)（如天然含水量、密度、孔隙比）和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)（如壓縮模量、內(nèi)摩擦角、粘聚力等）。1.3勘察資料的整理與應(yīng)用勘察完成后，需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整理分析，編制工程地質(zhì)勘察報(bào)告。報(bào)告應(yīng)包含場(chǎng)地地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及不良地質(zhì)現(xiàn)象處理建議等內(nèi)容。設(shè)計(jì)人員應(yīng)仔細(xì)研讀勘察報(bào)告，充分理解場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性和特殊性，合理選用巖土參數(shù)，為樁基設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。例如，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的取值，應(yīng)結(jié)合土層性質(zhì)、成樁工藝及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合確定。第二章設(shè)計(jì)基本要求與荷載確定2.1設(shè)計(jì)原則與基本規(guī)定樁基設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量的原則。設(shè)計(jì)前應(yīng)明確建筑物的安全等級(jí)、抗震設(shè)防烈度、使用年限及對(duì)沉降變形的限制要求。樁基設(shè)計(jì)需滿足承載力（包括豎向抗壓、豎向抗拔及水平承載力）和變形兩大基本要求。對(duì)于重要的、有特殊要求的建筑物，還需進(jìn)行樁基穩(wěn)定性驗(yàn)算。設(shè)計(jì)成果應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定，并考慮施工可行性。2.2荷載分類與組合樁基所承受的荷載包括永久荷載和可變荷載。永久荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、土重及土壓力等；可變荷載包括樓面活荷載、屋面活荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載及地震作用等。進(jìn)行樁基承載力計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)荷載性質(zhì)和組合情況，采用不同的荷載效應(yīng)組合。例如，基本組合用于承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)組合用于正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合（如確定單樁承載力特征值時(shí)），準(zhǔn)永久組合用于正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合（如計(jì)算沉降時(shí)）。地震作用組合則用于抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的樁基抗震驗(yàn)算。2.3荷載計(jì)算與效應(yīng)分析上部結(jié)構(gòu)荷載通過(guò)承臺(tái)傳遞給樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員需根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，準(zhǔn)確計(jì)算作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力、水平力和力矩。對(duì)于高層建筑，還需考慮風(fēng)荷載或地震作用引起的傾覆力矩對(duì)樁基受力的影響。荷載計(jì)算應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)類型（如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等）的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析方法。在計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)注意荷載傳遞路徑的清晰，確保各項(xiàng)荷載準(zhǔn)確無(wú)誤地傳遞至樁基。第三章樁型與樁端持力層選擇3.1常用樁型及其特點(diǎn)工程中常用的樁型按材料可分為混凝土樁（預(yù)制混凝土樁、灌注樁）、鋼樁、木樁等；按成樁工藝可分為擠土樁、部分?jǐn)D土樁和非擠土樁。預(yù)制混凝土樁具有單樁承載力高、施工速度快、質(zhì)量易于保證等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)周圍環(huán)境影響較大，適用于土質(zhì)較密實(shí)且對(duì)擠土效應(yīng)不敏感的場(chǎng)地。灌注樁則適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)土層條件和設(shè)計(jì)要求靈活調(diào)整樁長(zhǎng)和樁徑，對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小，但施工質(zhì)量控制要求高。鋼樁強(qiáng)度高、重量輕、貫入性好，但成本較高，且易腐蝕。選擇樁型時(shí)，應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、荷載特征、上部結(jié)構(gòu)類型、施工條件、環(huán)境要求及經(jīng)濟(jì)性等因素。3.2樁端持力層選擇樁端持力層的選擇對(duì)樁基安全和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。理想的樁端持力層應(yīng)是承載力較高、壓縮性較低、分布均勻、厚度適宜的土層或巖層。對(duì)于端承樁或端承摩擦樁，應(yīng)優(yōu)先選擇巖層、密實(shí)的碎石土、砂土或硬塑-堅(jiān)硬狀態(tài)的粘性土作為持力層。樁端進(jìn)入持力層的深度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、樁型及荷載大小確定，以確保樁端能可靠地傳遞荷載，并避免因持力層過(guò)薄或下臥軟弱土層導(dǎo)致過(guò)大沉降。當(dāng)存在多個(gè)可能的持力層時(shí)，需進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇最優(yōu)方案。3.3樁型選擇的影響因素與決策選擇樁型是一個(gè)多因素綜合決策的過(guò)程。地質(zhì)條件是首要考慮因素，例如，在松散砂土或淤泥質(zhì)土層中，灌注樁可能比預(yù)制樁更合適；在堅(jiān)硬巖層中，鉆孔灌注樁或嵌巖樁更為適用。荷載大小和性質(zhì)也影響樁型選擇，大荷載宜選用大直徑樁或高承載力樁型。施工條件方面，需考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的地形、交通、水電供應(yīng)及周邊建筑物情況，選擇合適的施工機(jī)械和工藝。環(huán)境因素如振動(dòng)、噪音、擠土效應(yīng)等，在市區(qū)或敏感區(qū)域需嚴(yán)格控制。此外，工期要求和工程造價(jià)也是樁型選擇的重要參考依據(jù)。第四章單樁承載力計(jì)算4.1單樁豎向抗壓承載力單樁豎向抗壓承載力特征值是樁基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法、現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)或理論計(jì)算方法確定。經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法是工程中最常用的方法之一，它基于樁側(cè)土的摩阻力和樁端土的承載力。其基本公式為：?jiǎn)螛敦Q向抗壓承載力特征值Ra=Qsu/K+Qpu/K式中，Qsu為單樁總極限側(cè)摩阻力，Qpu為單樁總極限端阻力，K為安全系數(shù)（通常取2.0）。Qsu等于各土層的極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik與該土層厚度l_i的乘積之和；Qpu等于極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk與樁端橫截面面積Ap的乘積。qsik和qpk應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察資料，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)和規(guī)范推薦值綜合確定?，F(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)是確定單樁豎向抗壓承載力最可靠的方法，尤其適用于重要工程或地質(zhì)條件復(fù)雜的場(chǎng)地。試驗(yàn)應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行，采用慢速維持荷載法，根據(jù)荷載-沉降曲線特征確定單樁極限承載力，再除以安全系數(shù)得到承載力特征值。理論計(jì)算法則基于土力學(xué)原理，如彈性理論、塑性理論等，分析樁土相互作用，計(jì)算樁側(cè)摩阻力和樁端阻力。該方法較為復(fù)雜，一般用于對(duì)精度要求高或缺乏經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況。4.2單樁豎向抗拔承載力當(dāng)樁基承受向上的拔力時(shí)，需驗(yàn)算單樁豎向抗拔承載力。其承載力特征值主要由樁身自重、樁側(cè)摩阻力（此時(shí)為負(fù)摩阻力）及樁頂部的附屬結(jié)構(gòu)（如地下室底板與土的摩擦力）提供。計(jì)算方法與抗壓類似，但樁側(cè)抗拔摩阻力通常小于抗壓摩阻力，具體取值需參考規(guī)范或試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于永久性抗拔樁基，還需考慮樁身材料的抗拉強(qiáng)度。4.3單樁水平承載力單樁水平承載力主要取決于樁的剛度、樁側(cè)土的水平抗力特性及樁頂約束條件?？刹捎胢法（地基系數(shù)比例系數(shù)法）、常數(shù)法等進(jìn)行計(jì)算。m法假定樁側(cè)土的水平抗力系數(shù)隨深度成正比增加，能較好地反映樁土共同作用特性，是目前應(yīng)用較廣泛的方法。計(jì)算時(shí)需確定地基土的水平抗力系數(shù)比例系數(shù)m值，該值與土的類別、狀態(tài)及樁的入土深度有關(guān)。對(duì)于承受較大水平荷載的樁基，還應(yīng)驗(yàn)算樁身的水平位移和裂縫寬度。第五章樁基承載力與沉降計(jì)算5.1樁基承臺(tái)的作用與類型樁基承臺(tái)是連接上部結(jié)構(gòu)與樁頂?shù)闹匾獦?gòu)件，其作用是將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞給各樁，并協(xié)調(diào)各樁受力，共同承擔(dān)荷載。承臺(tái)按其結(jié)構(gòu)形式可分為獨(dú)立承臺(tái)、條形承臺(tái)、筏板承臺(tái)、箱形承臺(tái)等。獨(dú)立承臺(tái)常用于柱下樁基；條形承臺(tái)多用于墻下樁基或作為將各獨(dú)立承臺(tái)連接成整體的聯(lián)系梁；筏板承臺(tái)和箱形承臺(tái)則適用于荷載較大、樁數(shù)較多的高層建筑或重要構(gòu)筑物，能有效減小承臺(tái)沉降和不均勻沉降。5.2樁基承載力計(jì)算樁基承載力計(jì)算包括樁基豎向承載力、水平承載力及抗傾覆、抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算。樁基豎向承載力計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮群樁效應(yīng)。群樁效應(yīng)是指群樁中各樁的工作性狀相互影響，使樁基的承載力不等于各單樁承載力之和的現(xiàn)象。對(duì)于端承樁，群樁效應(yīng)通?？珊雎圆挥?jì)，樁基承載力等于各單樁承載力之和；對(duì)于摩擦樁，尤其是在軟土地基中，群樁效應(yīng)較為明顯，需考慮群樁效率系數(shù)或采用等效作用分層總和法等方法計(jì)算樁基沉降，并據(jù)此間接評(píng)價(jià)樁基承載力是否滿足要求。樁基水平承載力計(jì)算需根據(jù)承臺(tái)與地基土的共同作用、樁頂約束條件及樁的水平承載力特性綜合確定。對(duì)于水平荷載較大的樁基，可通過(guò)設(shè)置斜樁或增強(qiáng)承臺(tái)剛度來(lái)提高整體水平承載力。5.3樁基沉降計(jì)算樁基沉降計(jì)算是確保建筑物正常使用的重要環(huán)節(jié)，特別是對(duì)于高層建筑物、精密儀器廠房等對(duì)沉降敏感的結(jié)構(gòu)。樁基沉降包括樁身壓縮和樁端以下土層的壓縮兩部分。目前常用的樁基沉降計(jì)算方法有等效作用分層總和法、實(shí)體深基礎(chǔ)法等。等效作用分層總和法將群樁視為一個(gè)等效的實(shí)體基礎(chǔ)，按分層總和法計(jì)算樁端以下土層的壓縮量，并考慮樁身壓縮。計(jì)算時(shí)需合理確定地基土的壓縮模量、沉降計(jì)算深度及各土層的附加應(yīng)力。樁基沉降計(jì)算應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的允許沉降值和沉降差要求。第六章樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與構(gòu)造6.1樁的布置原則樁的布置應(yīng)遵循以下原則：1.使各樁受力均勻，避免出現(xiàn)過(guò)大的偏心荷載。樁的中心應(yīng)盡量與荷載合力中心重合。2.樁的排列應(yīng)緊湊合理，充分利用承臺(tái)底面積，同時(shí)滿足樁頂凈距要求，以避免施工時(shí)樁間相互干擾或產(chǎn)生過(guò)大擠土效應(yīng)。3.考慮上部結(jié)構(gòu)的布置和形式，樁的布置應(yīng)與柱、墻的位置相對(duì)應(yīng)。4.避開(kāi)地下管線、構(gòu)筑物基礎(chǔ)及其他障礙物。5.便于施工，保證樁的施工質(zhì)量。常用的樁排列方式有行列式和梅花形。對(duì)于獨(dú)立承臺(tái)，樁數(shù)通常為1、2、3、4根或更多，根據(jù)荷載大小和單樁承載力確定。6.2樁數(shù)的確定樁數(shù)n可按下式初步估算：n=(Fk+Gk)/Ra式中，F(xiàn)k為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用于承臺(tái)頂面的豎向力；Gk為承臺(tái)及其上覆土的自重標(biāo)準(zhǔn)值；Ra為單樁豎向抗壓承載力特征值。計(jì)算結(jié)果應(yīng)取整數(shù)，并根據(jù)樁的布置情況和受力均衡性進(jìn)行調(diào)整。必要時(shí)，還需驗(yàn)算最不利樁的受力是否超過(guò)其承載力特征值。6.3承臺(tái)設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求承臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度和耐久性要求。承臺(tái)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C25，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。承臺(tái)的厚度應(yīng)根據(jù)樁頂反力、上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的彎矩和剪力，通過(guò)計(jì)算確定，同時(shí)應(yīng)滿足構(gòu)造要求，一般不宜小于300mm。承臺(tái)配筋應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定。對(duì)于柱下獨(dú)立承臺(tái)，通常在兩個(gè)方向配置受力鋼筋；對(duì)于條形承臺(tái)和筏板承臺(tái)，受力鋼筋的配置應(yīng)符合受彎構(gòu)件的要求。鋼筋保護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)環(huán)境類別確定，一般不小于40mm。樁頂嵌入承臺(tái)的長(zhǎng)度應(yīng)符合規(guī)范要求，對(duì)于大直徑樁不宜小于100mm，對(duì)于中小直徑樁不宜小于50mm。樁頂鋼筋應(yīng)伸入承臺(tái)內(nèi)，并滿足錨固長(zhǎng)度要求，以保證樁與承臺(tái)的可靠連接。承臺(tái)的埋置深度應(yīng)根據(jù)地基承載力、凍結(jié)深度、地下水位及施工要求確定，一般不宜小于500mm。第七章樁基施工與質(zhì)量檢測(cè)7.1主要施工工藝與技術(shù)要點(diǎn)不同樁型的施工工藝各不相同，其技術(shù)要點(diǎn)也各有側(cè)重。預(yù)制樁施工常用錘擊沉樁、靜壓沉樁等方法。錘擊沉樁應(yīng)注意控制落距和錘擊次數(shù)，避免樁身受損或過(guò)度錘擊導(dǎo)致周圍土體破壞；靜壓沉樁則應(yīng)控制壓樁力和壓樁速度，確保樁身垂直度和樁位準(zhǔn)確。灌注樁施工工藝多樣，如鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁、沉管灌注樁等。鉆孔灌注樁需注意護(hù)壁，防止孔壁坍塌，清孔要徹底，保證沉渣厚度符合要求；挖孔灌注樁則需做好通風(fēng)、排水和安全支護(hù)措施；沉管灌注樁要控制拔管速度和混凝土灌注量，避免出現(xiàn)斷樁、縮頸等質(zhì)量問(wèn)題。無(wú)論采用何種施工工藝，都應(yīng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，做好施工記錄，確保樁的成樁質(zhì)量。7.2施工質(zhì)量控制與驗(yàn)收樁基施工質(zhì)量控制應(yīng)貫穿于施工全過(guò)程，包括原材料檢驗(yàn)、施工過(guò)程控制和成品檢驗(yàn)。原材料如鋼筋、水泥、砂石、外加劑等必須符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，并具有出廠合格證和進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)報(bào)告。施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)樁位、樁身垂直度、成孔深度、孔徑、混凝土坍落度、鋼筋籠制作與安裝等關(guān)鍵工序進(jìn)行嚴(yán)格檢查和驗(yàn)收。樁基施工完成后，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收。驗(yàn)收內(nèi)容包括樁位偏差、樁頂標(biāo)高、樁身完整性及單樁承載力等。樁身完整性可采用低應(yīng)變法、高應(yīng)變法、聲波透射法等方法檢測(cè)；單樁承載力則主要通過(guò)靜載荷試驗(yàn)確定，對(duì)于地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、樁型單一、施工質(zhì)量有可靠保證的工程，可采用高應(yīng)變法結(jié)合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)綜合判定。7.3常見(jiàn)施工問(wèn)題與處理措施樁基施工過(guò)程中可能出現(xiàn)各種問(wèn)題，如樁位偏差過(guò)大、樁身傾斜、斷樁、縮頸、樁頂破碎、沉渣過(guò)厚等。針對(duì)不同問(wèn)題，應(yīng)分析原因，采取相應(yīng)的處理措施。例如，樁位偏差過(guò)大可通過(guò)調(diào)整后續(xù)樁位或?qū)Τ信_(tái)進(jìn)行適當(dāng)加大處理；樁身傾斜可采取糾偏措施或重新補(bǔ)樁；斷樁或嚴(yán)重縮頸則需根據(jù)具體情況采用接樁、補(bǔ)樁或其他加固方法處理。對(duì)于處理方案，應(yīng)確保其技術(shù)可行、安全可靠，并經(jīng)設(shè)計(jì)單位認(rèn)可。第八章工程實(shí)例與常見(jiàn)問(wèn)題處理8.1典型工程案例分析（概念性）在實(shí)際工程中，樁基設(shè)計(jì)需緊密結(jié)合具體項(xiàng)目的地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)要求。例如，某高層建筑場(chǎng)地土層分布為上部為較厚的淤泥質(zhì)粘土層，下部為密實(shí)砂層?？紤]到上部結(jié)構(gòu)荷載大，且淤泥質(zhì)土承載力低、壓縮性高，設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁，以下部密實(shí)砂層