樁承載力計算方法注意事項及分析

[摘要] 對建筑工程中常用的樁基礎承載力計算的方法進行對比，對計算過程中遇到的規范中的疑惑問題進行解答總結分析，有利于正確理解規范條文，準確的采用規范中的承載力值和計算參數，可供工程結構設計及現場施工人員作參考。

[關鍵詞] 樁基礎；樁極限側、端阻力標準值；樁側、端阻力特征值，基礎附加分項系數

樁基礎是建筑工程中廣泛使用的基礎形式，特別是東南沿海軟土地區，已經有非常成熟的工程使用經驗。基樁可以按以下規定分類：一、根據承載性狀分類：1）摩擦型樁；2）端承型樁。在實際工程中大部分的樁都是端承摩擦樁，要根據工程地質勘查報告反應的工程地質情況具體分析，總體上如果樁端能進入密實的較硬的土層或基巖時都可以考慮樁的端承力，在沉降控制較嚴格的建筑中樁基礎宜按端承樁考慮。二、按成樁方法分類：1）非擠土樁；2）部分擠土樁；3）擠土樁。主要是考慮成樁過程中對地基土的影響，特別是在淤泥層較厚的沿海地區，不同的成樁方法對地基土的擾動和破壞情況存在差別，對樁的承載力有一定的影響。三、按樁徑大小分類：1）、小直徑樁D≤250mm；2）中等直徑樁250mm樁。各種不同分類的樁基礎雖然存在一定的差別，但總體上其受力形式和原理是基本相同的。

對計算樁的承載力時，不同的規范中的參數表示方法和參數的名詞經常使我們容易混淆，如：“極限標準值”和“特征值”兩個參數名詞經常會讓我們很疑惑，在不同的規范里采用了不同的參數。如在國家標準《建筑地基基礎設計規范》里采用的都是特征值并未提及極限標準值及兩者的轉換關系，而且規范中沒有給出特征值的經驗取值范圍，只在參數說明中指出“樁端端阻力、樁側阻力特征值由當地靜荷載試驗結果統計分析算得”。這給我們在工程設計工作中帶來不方便，無法在工程初設階段根據土質的大概情況估算基樁的承載力，為基礎型式方案的選擇和優化提供支撐數據。在建筑行業標準《建筑樁基技術規范》條文5.2.2中就給出了特征值和極限標準值之間的轉換公式：Ra= Quk，Quk 為單樁豎向極限承載力標準值，K是安全系數，一般取2.0，這為特征值和極限標準值之間的轉換提供了依據。在電力行業標準《架空送電線路基礎設計技術規定》中僅提及了極限標準值并沒提及特征值，但目前一般的地質勘察報告中提供的地基土層參數都是以承載力特征值給出的，如果沒注意就容易基礎計算時把特征值當極限值使用，由于兩者計算時使用的安全系數、基礎作用力的取值都不同，如果把特征值代入了極限值的計算公式中計算會造成基礎尺寸和配筋偏大，造成材料的浪費。在《建筑樁基技術規范》中的表5.3.5-1和《架空送電線路基礎設計技術規定》中的表11.4.6-1都提供了樁的極限側阻力標準值，但兩表中相同的地基土的參數存在一定的差異。造成各不同行業標準規范的之間的參數不同，主要的原因：一、行業之間存在一定的差異，側重點不一樣，考慮的基礎安全系數也不一樣；二、規范的更新步伐不一致，很多行業的規范還沿用84年規范的標準和計算參數。

在驗算特殊條件下的基樁時，應該注意各計算參數的選用，如地下水位以下的地下室的抗拔驗算，當考慮樁、承臺及地下室底板的自重對樁的抗拔有利作用時自重荷載應按照標準值考慮，這是我們十分容易忽視的。甚至在一些行業規范中不時會發現類似的個別欠缺嚴謹的地方，如在電力行業標準《架空送電線路基礎設計技術規定》（DL/T 5219-2005）中的11.5 樁上拔承載力計算的公式：1） 單樁：T≤Uk/γs+Gp；2）樁基中的基樁應滿足：Tmax≤Uk/γs+Gp和T≤Ugk/γs+Ggp。公式中的Gp和Ggp采用自重設計值，這是不太嚴謹的，對于上拔力驗算Gp和Ggp屬于對結構有利荷載根據《建筑結構荷載規范》中的條文3.2.5應取標準值。設計值需要乘以1.2的分項系數，上拔力和自重力是兩個方向相反的力，如果自重乘以了1.2分項系數意味基礎偏不安全了，所以應該使用不考慮分項系數的自重標準值。根據已建工程的已有經驗，在多層建筑中的地下室抗浮驗算一般在工程竣工之后，由于建筑上部的自重非常大，所以只要保證地下室的底板抗浮驗算滿足要求就可以了。但在一些單獨地下結構時，如地下油庫、地下水池等，要注意進行在空庫或空池的工況下的抗浮驗算，而且如果是考慮用分段預制樁的摩擦力來抵抗浮力時，如果出現基樁由多段預制樁組成時，只能考慮一段樁長的抗浮摩擦力，因為由于施工現場由多段預制樁組成的基樁一般兩端樁之間都是通過焊接端部鋼箍連接的，焊縫在水中長期浸泡，很容易被腐蝕而無法傳遞拉力，造成樁身的摩擦力無法發揮作用，所以只有與承臺嵌固的第一段樁的抗拔摩擦力能夠完全地發揮了作用。同時由于樁的摩擦力主要是考慮錨入承臺的樁插筋來傳遞到主體結構的，因此首先要保證錨筋滿足受力和伸入承臺的最小錨固要求，還要保證插筋在預制樁中的灌漿長度要滿足抗拔的要求，這樣才有保證樁的抗拔作用有效地發揮。

在計算樁的承載力時，還有一處比較容易忽略考慮的是基樁的負摩擦力的計算，如果建筑所處的位置是回填土、濕陷性黃土或地基下的土層存在較厚的軟弱淤泥層，我們應注意考慮樁的負摩阻力。負摩阻力是由于基樁施工完成后由于樁周圍土沉降，土對樁身產生一個向下的摩擦力，使得施工樁的承載力在施工完成后的一段時間內承載力不增反降。引起樁周土沉降主要有以下幾種情況：一、樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結土、液化土層進入相對較硬土層時；二、樁周存在軟弱土層，鄰近樁側地面承受局部較大的長期荷載，或地面有大面積堆載時；三由于降低地下水位，使樁周土有效應力增大，并產生顯著壓縮沉降時。如果建筑位于軟弱淤泥層或新近回填土較厚的地基上時，由于建筑施工過程對地基土有一定擾動，土中的空隙水的平衡被破壞，施工完成后土體固結，重新達到平衡的過程中，土體存在沉降。為了減少負摩阻力的影響可以采取以下的措施：1）對于填土建筑場地，宜先填土并保證填土的密實性，軟土場地填土前應采取預設塑料排水板等措施，待填土地基沉降基本穩定后方可成樁。2）對于有地面大面積堆載的建筑物，應采取減小地面沉降對建筑物樁基影響的措施，主要是減小堆載的高度或遠離建筑物堆放。3）對于自重濕陷性黃土地基，可以采用強夯、擠密土樁等現行處理，消除上部或全部土的自重濕陷，對于欠固結土宜采取先期排水預壓等措施。4）對于擠土沉樁，應采取消減超空隙水壓力、控制沉樁速率等措施。5）對于中性點以上的樁身可對表面進行處理以減少負摩阻力。負摩阻力對樁的承載力有一定影響，特別是對于基樁沒有進入持力層的純摩擦樁，地基沉降對建筑的基礎影響會出乎意料之外，所以應該引起足夠的重視，避免引起工程隱患。

以上是我多年來在工程實踐中總結的一些經驗，希望對廣大的工程設計人員和施工單位現場技術人員提供一定參考價值。

參考文獻

1、《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）

2、《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008）