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)

    近日，有同行提出一個問題：“樁基規(guī)范在計算大直徑樁承載力時需考慮樁側(cè)阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)(＜1的系數(shù))，但計算嵌巖樁時沒有區(qū)分大直徑樁，沒有考慮樁側(cè)阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)，是否有點兒前后不對應(yīng)呢？”

    為了解釋這個問題，我們先了解下規(guī)范是如何規(guī)定的，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范 》JGJ 94-2008 對于大直徑樁單樁極限承載力標準值是這樣規(guī)定的：    

    5.3.6 根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系，確定大直徑樁單樁極限承載力標準值時，可按下式計算：

1.png

式中 qsik——樁側(cè)第i層土極限側(cè)阻力標準值，如無當?shù)亟?jīng)驗值時，可按本規(guī)范表5.3.5-1取值，對于擴底樁變截面以上2d長度范圍不計側(cè)阻力；

qpk——樁徑為800mm的極限端阻力標準值，對于干作業(yè)挖孔（清底干凈）可采用深層載荷板試驗確定；當不能進行深層載荷板試驗時，可按表5.3.6-1取值；2.png3.png

——大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)，按表5.3.6-2取值。 

4.png

而對于嵌巖樁卻沒有尺寸效應(yīng)系數(shù)：

5.3.9  樁端置于完整、較完整基巖的嵌巖樁單樁豎向極限承載力，由樁周土總極限側(cè)阻力和嵌巖段總極限阻力組成。當根據(jù)巖石單軸抗壓強度確定單樁豎向極限承載力標準值時，可按下列公式計算：

5.png

式中 Qsk、Qrk——分別為土的總極限側(cè)阻力、嵌巖段總極限阻力；

qsik——樁周第i層土的極限側(cè)阻力，無當?shù)亟?jīng)驗時，可根據(jù)成樁工藝按本規(guī)范表5.3.5-1取值；

frk——巖石飽和單軸抗壓強度標準值，黏土巖取天然濕度單軸抗壓強度標準值； 6.png

——嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)，與嵌巖深徑比hr/d、巖石軟硬程度和成樁工藝有關(guān)，可按表5.3.9采用；表中數(shù)值適用于泥漿護壁成樁，對于干作業(yè)成樁（清底干凈）和泥漿護壁成樁后注漿，7.png

應(yīng)取表列數(shù)值的1.2倍。

8.png

注：①極軟巖、軟巖指frk≤15MPa，較硬巖、堅硬巖指frk>30MPa，介于二者之間可內(nèi)插取值。

②hr為樁身嵌巖深度，當巖面傾斜時，以坡下方嵌巖深度為準；當hr/d為非表列值時，QQ截圖20200505175514.png可內(nèi)差取值。

    大直徑樁，為何要考慮側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)呢？

    由于樁的承載性狀隨樁徑而有所變化，工程界通常將樁劃分為小直徑樁或微型樁 

(d~250mm) 、中等直徑樁 (250mm <d < 800mm) 、大直徑樁 (d≥800mm) 。大量試驗證實，灌注樁的樁側(cè)阻力與樁端阻力不僅與土層性質(zhì)和成樁工藝有關(guān)，而且與樁徑有明顯關(guān)系，稱其為尺寸效應(yīng)?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》JGJ 94-2008 表 5.3.5-1 中樁的極限側(cè)阻力標準值是由中、小直徑樁的試驗參數(shù)統(tǒng)計而得，將之套用于大直徑樁是不合適的，會得出偏大的結(jié)果。同樣， 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范 》JGJ 94-2008 表 5.3. 6-1 干作業(yè)挖孔樁(清底干凈， D=800) 極限端阻力標準值給出端阻力尺寸效應(yīng)的修正基準 。

        近年來的試驗研究和工程實踐發(fā)現(xiàn)，發(fā)揮側(cè)阻所需的相對位移并非定值，除與成樁工藝、土層性質(zhì)及各土層豎向分布位置(處于樁側(cè)的上、中、下方)有關(guān)外，還與樁徑大小有關(guān)；樁側(cè)阻力亦隨樁徑增大而減小。分析原因有兩方面：一方面由于大直徑樁發(fā)揮側(cè)阻所需沉降遠大于常規(guī)直徑樁所需沉降；另一方面由于樁成孔后產(chǎn)生應(yīng)力擇放，孔壁出現(xiàn)松弛變形，導(dǎo)致側(cè)阻力有所降低?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》JGJ 94-2008 表 5.3.5-1 是根據(jù)常規(guī)樁徑極限承載力下沉降標準確定的側(cè)阻力參數(shù)，如套用于大直徑樁，其數(shù)值偏大。    

    那對于對于大直徑擴底嵌巖灌注樁，根據(jù)巖石的物理力學(xué)指標確定單樁承載力時，是否需考慮側(cè)阻力與端阻力的尺寸效應(yīng)系數(shù)呢?

    大直徑灌注樁側(cè)阻力及端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)主要對于粘性土、粉士、砂土和碎石類等土層，相對于巖石而言，內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力較弱，可能由于樁成孔后應(yīng)力釋放較快，孔壁出現(xiàn)松弛變形，國內(nèi)外的一些試驗研究發(fā)現(xiàn)，大直徑灌注樁的側(cè)阻力與端阻力較中小直徑灌注樁有所降低。而巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，構(gòu)成巖石的礦物顆粒之間結(jié)合力較土顆粒之間的結(jié)合力大得多，巖石的抗剪、抗壓強度較士也高得多，因此巖石因樁施工成孔產(chǎn)生的應(yīng)力釋放較慢，故嵌巖樁嵌巖段可不考慮側(cè)阻力與端阻力的尺寸效應(yīng)系數(shù)。

    綜上，對大直徑嵌巖樁（直徑>800mm），嵌巖段的側(cè)阻力和端阻力不需要考慮尺寸效應(yīng)系數(shù)；計算嵌巖段以上土層側(cè)阻力時，應(yīng)考慮大直徑樁側(cè)阻力的尺寸效應(yīng)系數(shù)。

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

（1）管樁一旦穿過風化巖層覆蓋就立即接觸巖層，管樁很容易就破壞，破壞率達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大；

（3）樁長難以把握，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間，通過預(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DB42/242-2003規(guī)定不宜超過同類非壓漿樁的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）增強機理：a、后注漿對樁側(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）增強特點：端阻的增幅高于側(cè)阻，粗粒土的增幅高于細粒土。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底效應(yīng)，樁端沉渣和土的加固效應(yīng)強于樁側(cè)泥皮的加固效應(yīng)；粗粒土是滲透注漿，細粒土是劈裂注漿，前者的加固效應(yīng)強于后者。

（4）注漿后變形特點：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：a、固化了樁底沉渣及虛土，同時樁端有擴底效應(yīng) b、由于注漿壓力較大（一般均大于1Mpa），對樁端土進行了預(yù)壓。

（5）設(shè)計以注意的事項：a、注漿管的連接應(yīng)采用套管連接 b、當注漿管代替鋼筋時，最好在樁頂處預(yù)埋附加鋼筋，避免由于施工保護不當導(dǎo)致注漿管在樁頂處折斷 c、注漿管的固定應(yīng)采用綁扎固定。

四、單樁承載力的時間效應(yīng)

所謂的單樁承載力的時間效應(yīng)是指樁的承載力隨時間變化，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，土不易被立即擠實（特別是軟土中），在強大的擠壓力作用下，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，抗剪強度降低（觸變）。經(jīng)過一段時間的間歇后，孔隙水壓力逐漸消散，土逐漸固結(jié)密實，同時土的結(jié)構(gòu)強度也逐漸恢復(fù)，抗剪強度逐漸提高。因而摩擦力及樁端阻力也不斷增加。

強度提高最快發(fā)生在1~3個月時。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)來解釋。實際上緊靠樁的土（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。

樁的承載力隨時間的增長的現(xiàn)象在軟土中比較明顯。但在硬塑土中的變化規(guī)律有待進一步研究。

不是所有的樁的承載力都隨時間增加，一些樁的承載力隨時間降低。

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)剛度進行分配 ，基礎(chǔ)中間部位樁的承載力低說明土對樁的支撐剛度降低，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的荷載。換一種解釋方法是，中間有限的樁間土不能同時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)，采取增強與弱化結(jié)合，減沉增沉結(jié)合，整體平整，實現(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)整宜采用強化指數(shù)進行控制。核心區(qū)強化指數(shù)宜為1.05~1.30，外框區(qū)弱化指數(shù)宜為0.95~0.85。

4. 對于主裙連體建筑，應(yīng)按增強主體，弱化裙房的原則進行設(shè)計。

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?，以降低承臺內(nèi)力，最大限度發(fā)揮承臺底地基土分擔荷載的作用，減小柱下樁基與核心筒樁基的相互作用。

6. 宜在概念設(shè)計的基礎(chǔ)上進行上部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-樁土的共同作用分析，優(yōu)化細部設(shè)計，差異沉降宜嚴于規(guī)范值，以提高耐久性可靠度

七、樁基變剛度設(shè)計細則

1. 框筒結(jié)構(gòu)

核心筒和外框柱的基樁宜按集團式布置于核心筒和柱下，以減小承臺內(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)標準組合值平衡為前提，強化核心區(qū)，弱化外框區(qū)。核心區(qū)強化指數(shù)，對于核心區(qū)與外框區(qū)樁端平面豎向錯位或外框區(qū)柱下樁數(shù)不超過5根時，宜取1.05~1.15，外框為一排柱時取低值，二排柱時取高值；對于樁端平面處在同一標高且柱下樁數(shù)超過5根時，核心區(qū)強化指數(shù)宜取1.2~1.3，一排柱時取低值，二排柱時取高值。外框區(qū)弱化指數(shù)根據(jù)核心區(qū)強化指數(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準值平衡，單獨控制核心區(qū)強化指數(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，對于電梯井和樓梯間等荷載集度高處宜強化布樁?；鶚兑瞬贾糜趬ο?，對于墻體交叉、轉(zhuǎn)角處應(yīng)予以布樁，當單樁承載力較小，按滿堂布樁時，應(yīng)強化內(nèi)部，弱化外圍。

3. 樁基承臺設(shè)計

對變剛調(diào)皮設(shè)計的承臺，應(yīng)按計算結(jié)果確定截面和配筋，其最小板厚和梁高，對于柱下梁板式承臺，梁的高跨比和平板式承臺板的厚跨比，宜取1/8；梁板式筏式承臺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；對于墻下平板式承臺厚跨比不宜小于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。

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

4. 共同作用分析與沉降計算

對于框筒結(jié)構(gòu)宜進行共同作用計算分析，據(jù)此確定沉降分布、樁土反力分布和承臺內(nèi)力。

當不進行共同作用分析時，應(yīng)按規(guī)范計算沉降，據(jù)此檢驗差異沉降等指標

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。一般樁土相對位移到達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)揮需要樁土相對位移達到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）時間性。

土體中樁基礎(chǔ)的沉降要經(jīng)歷一個很長的時間。在上海地區(qū)，一般竣工后5~7年的沉降速度才會降到每年4mm以下。軟土中樁基礎(chǔ)沉降的主要部分是與時間因數(shù)有關(guān)的，按目前土力學(xué)的認識，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程時，單樁頂荷載較小時，首先使樁的上部樁身產(chǎn)生壓縮，樁的上部質(zhì)點向下位移于土體之間產(chǎn)生了相對位移，土體要阻止樁的上部的位移就產(chǎn)生了摩阻力。樁頂荷載通過摩阻力逐漸擴散到土體中去。不僅擴散到樁于樁之間的土體中，也擴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)力增加的幅度會大于樁間土體中的應(yīng)力的增加。（一般認當?shù)鄬ξ灰七_到2~5mm時，樁側(cè)摩阻力達到極限，樁土之間將產(chǎn)生相對滑移） 加載完成以后，樁間土及樁尖土在應(yīng)力場的作用下由于固結(jié)和流變會繼續(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，因此在這段時間內(nèi)，樁間土體質(zhì)點向下的位移要大于同一截面深度處樁質(zhì)點的位移，即在樁的上部，樁身質(zhì)點向下位移與相鄰?fù)临|(zhì)點之間的位移差會減小，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)生一個新的沉降增量，增加樁土相對位移來增加土反力。在這一工程中就會發(fā)生新的滑移（刺入變形）?？偟内厔菔鞘箻渡喜康哪ψ枇χ饾u減少，樁下部的摩阻力和樁端支撐力逐漸增加。當樁的數(shù)量較多，樁的布置比較密集，樁間土體中應(yīng)力較大時，樁上部可能出現(xiàn)負摩阻力，承臺下的土體會與承臺底面脫開。

（3）土體中摩擦樁基礎(chǔ)的沉降實際上由 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典型的非線性過程。樁土共同工作的實驗表明：

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

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

（3）樁上荷載達到單樁屈服荷載后，承臺底的地基土承受的荷載才明顯的增加，樁的分擔比顯著減小，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。