一
、關於大直徑樁（d≥800mm）極限側阻力和極限端阻力的尺寸效應
近日，有同行提出一個問題
：“樁基規範在計算大直徑樁承載力時需考慮樁側阻力尺寸效應係數(＜1的係數)
，但計算嵌岩樁時沒有區分大直徑樁
，沒有考慮樁側阻力尺寸效應係數
，是否有點兒前後不對應呢
？”
為了解釋這個問題
，尊龍凱時先了解下規範是如何規定的
，《建築樁基技術規範 》JGJ 94-2008 對於大直徑樁單樁極限承載力標準值是這樣規定的
：
5.3.6 根據土的物理指標與承載力參數之間的經驗關係
，確定大直徑樁單樁極限承載力標準值時
，可按下式計算
：
式中 qsik——樁側第i層土極限側阻力標準值
，如無當地經驗值時
，可按本規範表5.3.5-1取值
，對於擴底樁變截麵以上2d長度範圍不計側阻力
；
qpk——樁徑為800mm的極限端阻力標準值
，對於幹作業挖孔（清底幹淨）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
；
——大直徑樁側阻
、端阻尺寸效應係數
，按表5.3.6-2取值
。
而對於嵌岩樁卻沒有尺寸效應係數
：
5.3.9 樁端置於完整
、較完整基岩的嵌岩樁單樁豎向極限承載力
，由樁周土總極限側阻力和嵌岩段總極限阻力組成
。當根據岩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
：
式中 Qsk、Qrk——分別為土的總極限側阻力
、嵌岩段總極限阻力
；
qsik——樁周第i層土的極限側阻力
，無當地經驗時
，可根據成樁工藝按本規範表5.3.5-1取值
；
frk——岩石飽和單軸抗壓強度標準值
，黏土岩取天然濕度單軸抗壓強度標準值
； 
——嵌岩段側阻和端阻綜合係數
，與嵌岩深徑比hr/d
、岩石軟硬程度和成樁工藝有關
，可按表5.3.9采用
；表中數值適用於泥漿護壁成樁
，對於幹作業成樁（清底幹淨）和泥漿護壁成樁後注漿
，
應取表列數值的1.2倍
。
注
：①極軟岩
、軟岩指frk≤15MPa
，較硬岩
、堅硬岩指frk>30MPa
，介於二者之間可內插取值
。
②hr為樁身嵌岩深度
，當岩麵傾斜時
，以坡下方嵌岩深度為準
；當hr/d為非表列值時
，
可內差取值
。
大直徑樁
，為何要考慮側阻
、端阻尺寸效應係數呢
？
由於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
，灌注樁的樁側阻力與樁端阻力不僅與土層性質和成樁工藝有關
，而且與樁徑有明顯關係
，稱其為尺寸效應
。《建築樁基技術規範》JGJ 94-2008 表 5.3.5-1 中樁的極限側阻力標準值是由中
、小直徑樁的試驗參數統計而得
，將之套用於大直徑樁是不合適的
，會得出偏大的結果
。同樣
， 《建築樁基技術規範 》JGJ 94-2008 表 5.3. 6-1 幹作業挖孔樁(清底幹淨
， D=800) 極限端阻力標準值給出端阻力尺寸效應的修正基準
。
近年來的試驗研究和工程實踐發現
，發揮側阻所需的相對位移並非定值
，除與成樁工藝
、土層性質及各土層豎向分布位置(處於樁側的上
、中
、下方)有關外
，還與樁徑大小有關
；樁側阻力亦隨樁徑增大而減小
。分析原因有兩方麵
：一方麵由於大直徑樁發揮側阻所需沉降遠大於常規直徑樁所需沉降
；另一方麵由於樁成孔後產生應力擇放
，孔壁出現鬆弛變形
，導致側阻力有所降低
。《建築樁基技術規範》JGJ 94-2008 表 5.3.5-1 是根據常規樁徑極限承載力下沉降標準確定的側阻力參數
，如套用於大直徑樁
，其數值偏大
。
那對於對於大直徑擴底嵌岩灌注樁
，根據岩石的物理力學指標確定單樁承載力時
，是否需考慮側阻力與端阻力的尺寸效應係數呢?
大直徑灌注樁側阻力及端阻力尺寸效應係數主要對於粘性土
、粉士
、砂土和碎石類等土層，相對於岩石而言
，內部結構應力較弱
，可能由於樁成孔後應力釋放較快
，孔壁出現鬆弛變形
，國內外的一些試驗研究發現
，大直徑灌注樁的側阻力與端阻力較中小直徑灌注樁有所降低
。而岩石的內部結構穩定
，構成岩石的礦物顆粒之間結合力較土顆粒之間的結合力大得多
，岩石的抗剪
、抗壓強度較士也高得多
，因此岩石因樁施工成孔產生的應力釋放較慢
，故嵌岩樁嵌岩段可不考慮側阻力與端阻力的尺寸效應係數
。
綜上
，對大直徑嵌岩樁（直徑>800mm）
，嵌岩段的側阻力和端阻力不需要考慮尺寸效應係數
；計算嵌岩段以上土層側阻力時
，應考慮大直徑樁側阻力的尺寸效應係數
。
二
、岩溶地區的樁基設計原則（規範3.4.4條）一不宜采用管樁的原因如下
。
（1）管樁一旦穿過風化岩層覆蓋就立即接觸岩層
，管樁很容易就破壞
，破壞率達30%~50%
；
（2）樁尖接觸岩麵後
，很容易沿傾斜的岩麵滑移
，造成樁身傾斜
，導致樁身斷裂或傾斜率過大
；
（3）樁長難以把握
，配樁困難4）樁尖落在基岩上，周圍土體嵌固力小
，樁身穩定性差
。
三
、灌注樁後注漿
（1）灌注樁成樁後一定時間
，通過預設於樁身內的注漿導管及與之相連的樁端
、樁側注漿閥注入水泥漿
，使樁端
、樁側土體（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鑽
、挖
、衝孔樁
。
（2）增強機理
：a
、後注漿對樁側及樁端土的加固作用
，表現為
：固化效應 -樁底沉渣及樁側泥皮因漿液滲入而發生物理化學作用而固化
，充填膠結效應-對樁底沉渣及樁側泥皮因滲入注漿而顯示的充填膠結
，加筋效應-因劈裂注漿現成網狀結石
。
（3）增強特點
：端阻的增幅高於側阻
，粗粒土的增幅高於細粒土
。樁端
、樁側複式注漿高於樁端、樁側單一注漿
。這是由於端阻受沉渣影響敏感
，經後注漿後沉渣得到加固且樁端有擴底效應
，樁端沉渣和土的加固效應強於樁側泥皮的加固效應
；粗粒土是滲透注漿
，細粒土是劈裂注漿
，前者的加固效應強於後者
。
（4）注漿後變形特點
：非注漿的Q-s曲線為陡降型
，而後注漿為緩變型
，使得在相同安全係數下樁的可靠度提高
，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 b
、由於注漿壓力較大（一般均大於1Mpa）
，對樁端土進行了預壓
。
（5）設計以注意的事項
：a
、注漿管的連接應采用套管連接 b
、當注漿管代替鋼筋時
，最好在樁頂處預埋附加鋼筋
，避免由於施工保護不當導致注漿管在樁頂處折斷 c
、注漿管的固定應采用綁紮固定
。
四
、單樁承載力的時間效應
所謂的單樁承載力的時間效應是指樁的承載力隨時間變化
，一般出現在擠土樁中
，特別是預製樁
。上海的資料顯示
，隨著打樁後間歇時間的增加承載力都有不同程度的增加
，間歇一年後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生了很大的空隙水壓力
，土的結構也造成了破壞
，抗剪強度降低（觸變）
。經過一段時間的間歇後
，孔隙水壓力逐漸消散
，土逐漸固結密實
，同時土的結構強度也逐漸恢複
，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
，使緊靠樁的土產生迅速的排水固結來解釋
。實際上緊靠樁的土（大約50~200mm的範圍內）往往固結的很厲害
，以至使樁的有效直徑增加
。
樁的承載力隨時間的增長的現象在軟土中比較明顯
。但在硬塑土中的變化規律有待進一步研究
。
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
、樁筏基礎反力呈馬鞍型分布的解釋
根據傳統的荷載分布原則
，荷載的分布是根據剛度進行分配
，基礎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
，而靠近外側的樁除依靠基礎內側的土提供承載力外
，還能利用靠近基礎外側的土提供承載力
，而靠近基礎外側的土受內部樁的影響小，能比內部的土提供更多的承載力
，因此外側的樁能承受較內部樁更多的荷載
，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
，更加加劇了基礎反力呈馬鞍型分布
。
六
、變剛調平設計原則總體思路
根據上部結構布局
、荷載和地質特征
，考慮相互作用效應，采取增強與弱化結合
，減沉增沉結合
，整體平整
，實現差異沉降最小化
，基礎內力最小化和資源消耗最小化
。
1. 根據建築物體型
、結構
、荷載和地質條件
，選擇樁基
、複合樁基
、剛性樁複合地基
，合理布局
，調整樁土支承剛度
，使之與荷載相匹配
。
2. 為減小各區位應力場的相互重疊堆核心區有效剛度的削弱
，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
，支承剛度的調整宜采用強化指數進行控製
。核心區強化指數宜為1.05~1.30
，外框區弱化指數宜為0.95~0.85
。
4. 對於主裙連體建築
，應按增強主體
，弱化裙房的原則進行設計
。
5. 樁基的樁選型和樁端持力層的確定
，應有利於應用後注漿技術，應確保單樁承載力有較大的調整空間
。基樁宜集中布置於柱牆下
，以降低承台內力
，最大限度發揮承台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. 宜在概念設計的基礎上進行上部結構-基礎-樁土的共同作用分析
，優化細部設計
，差異沉降宜嚴於規範值
，以提高耐久性可靠度
七
、樁基變剛度設計細則
1. 框筒結構
核心筒和外框柱的基樁宜按集團式布置於核心筒和柱下
，以減小承台內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標準組合值平衡為前提
，強化核心區
，弱化外框區
。核心區強化指數
，對於核心區與外框區樁端平麵豎向錯位或外框區柱下樁數不超過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
；對於樁端平麵處在同一標高且柱下樁數超過5根時
，核心區強化指數宜取1.2~1.3
，一排柱時取低值
，二排柱時取高值
。外框區弱化指數根據核心區強化指數越高
，外框區弱化指數越低的關係確定
；或按總承載力特征值與總荷載標準值平衡
，單獨控製核心區強化指數，使外框區弱化指數相應降低
。
框剪
，框支剪力牆
，筒中筒結構形式
，參框筒結構確定
。
2. 剪力牆結構
剪力牆結構整體性好
，牆下荷載分布較均勻
，對於電梯井和樓梯間等荷載集度高處宜強化布樁
。基樁宜布置於牆下
，對於牆體交叉
、轉角處應予以布樁
，當單樁承載力較小
，按滿堂布樁時
，應強化內部
，弱化外圍
。
3. 樁基承台設計
對變剛調皮設計的承台
，應按計算結果確定截麵和配筋
，其最小板厚和梁高
，對於柱下梁板式承台
，梁的高跨比和平板式承台板的厚跨比
，宜取1/8
；梁板式筏式承台的板厚和最大雙向板區格短邊淨跨之比不宜小於1/16
，且厚度不小於400mm
；對於牆下平板式承台厚跨比不宜小於1/20
，且厚度不小於400mm
；筏板最小配筋率應符合規範要求
。
筏式承台的選型
，對於框筒結構
，核心筒和柱下集團式布樁時
，核心筒宜采用平板
，外框區宜采用梁板式
，對於剪力牆結構
，宜采用平板
。承台配筋可按局部彎矩計算確定
。
4. 共同作用分析與沉降計算
對於框筒結構宜進行共同作用計算分析
，據此確定沉降分布
、樁土反力分布和承台內力
。
當不進行共同作用分析時
，應按規範計算沉降
，據此檢驗差異沉降等指標
八
、樁基礎受力的基本規律
隨著豎向荷載的加大
，側阻的發揮先於端阻
。隨著變形的增加
，端阻力得以發揮
。一般樁土相對位移到達4-10mm左右(根據土種類而定)
，側阻力即可以充分發揮
，而端阻力的充分發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
。
土體中樁基礎的沉降要經曆一個很長的時間
。在上海地區
，一般竣工後5~7年的沉降速度才會降到每年4mm以下
。軟土中樁基礎沉降的主要部分是與時間因數有關的
，按目前土力學的認識
，沉降主要部分有固結變形和土體的流變組成
；
（2）刺入變形
。
產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生壓縮
，樁的上部質點向下位移於土體之間產生了相對位移
，土體要阻止樁的上部的位移就產生了摩阻力
。樁頂荷載通過摩阻力逐漸擴散到土體中去
。不僅擴散到樁於樁之間的土體中
，也擴散到樁尖以下的土體中
。在這一階段
，樁側阻力的分布可能是樁的上端大
，下端小
，逐步向下發展
。土體中的應力主要由於樁上部的摩阻力傳給上部的土體
，因此樁間土體的應力也大於樁尖以下土體的應力
。 再繼續加載
，樁側上部滑移區域不斷向下擴大
。樁尖承載力開始發揮作用
，樁尖以下土體中的應力增加的幅度會大於樁間土體中的應力的增加
。（一般認當但相對位移達到2~5mm時
，樁側摩阻力達到極限
，樁土之間將產生相對滑移） 加載完成以後
，樁間土及樁尖土在應力場的作用下由於固結和流變會繼續變形
。其中樁間土體的固結壓縮和流變更為重要
，由於樁身的變形基本上是材料的彈性壓縮
，因此在這段時間內
，樁間土體質點向下的位移要大於同一截麵深度處樁質點的位移
，即在樁的上部
，樁身質點向下位移與相鄰土質點之間的位移差會減小
，甚至會改變方向
。由於位移差產生的摩阻力也將隨之減小
，甚至產生負摩阻力
。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生新的滑移（刺入變形）
。總的趨勢是使樁上部的摩阻力逐漸減少
，樁下部的摩阻力和樁端支撐力逐漸增加
。當樁的數量較多
，樁的布置比較密集
，樁間土體中應力較大時
，樁上部可能出現負摩阻力
，承台下的土體會與承台底麵脫開
。
（3）土體中摩擦樁基礎的沉降實際上由 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
，樁土是先後發揮作用的
，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%以後
，既達到極限以後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）樁頂荷載小於單樁極限荷載時
，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後
，承台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
。