桩基设计.ppt

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1、4.7 桩的平面布置原则,桩的平面布置实例,桩的平面布置实例,4.7 桩的平面布置原则,4.7.1 一般原则,2.桩基中各桩受力应比较均匀，布桩时应尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截面形心重合或接近；,1.当承台承受偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础，宜采用外密内疏的布置方式；,3.桩的中心距桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的空间不允许；桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工带来较大困难。一般情况下：具体见表4-9、4-10规定大面积桩群，桩的最小中心距还应适当加大。,桩的最小中心距 表4-9,注：D-扩大端设计直径。,灌注桩扩底端最小中心距 表4-10

2、,桩在平面上可布置为：方形（或矩形）、三角形、多边形、梅花形；条形基础下的桩，可采用单排或双排，也可采用不等距。,柱下桩基 墙下桩基,圆（环）形桩基,4.7.2 布桩方法举例,对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根“探头”桩。在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在门洞的两侧。,4.8 桩基承台设计,类型：柱下独立承台、柱下或墙下条形承台梁、筏板承台和箱形承台。作用：是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应具有足够的强度、刚度。,桩基承台设计内容：,构造；计算：受弯、受冲切、受剪、局压承载力，,4.8.1 桩基承台构造要求,1.承台的平面尺寸和厚度：厚度300，宽度500。平面尺寸：

3、承台边缘至边桩中心距离不应小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分应150，对于条形承台梁应75。,筏形、箱形承台：承台板厚度：宜250，且板厚与计算取段最小跨度之比不宜小于1/20。,2.混凝土：C20。3.钢筋保护层厚度：台底钢筋的混凝土保护层厚度宜70。当有混凝土垫层时不应小于40，,4.钢筋配置：承台的配筋按计算确定，对于矩形承台板，宜双向均匀配置，钢筋直径宜10，间距应满足100200；对于三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面3根钢筋相交围成的三角形，应位于柱截面范围以内见图。承台梁的纵向主筋应12，架立筋10，箍筋直径6。筏形、箱形承台配筋与筏基、箱基相同。,5.桩顶与承台的连接构造桩

4、顶嵌入长度：为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜100；对中等直径桩宜50。桩顶主筋锚固长度：混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜30dg（级）,35dg（、级）对于抗拔桩基应40dg。,6.承台之间的连接构造单桩桩基承台宜在双向设置联系梁。两桩桩基承台：宜在其短向设置联系梁。有抗震要求的柱下独立承台：宜在双向设置联系梁。联系梁顶面宜与承台顶位于同一标高，梁宽应250，梁高可取承台中心距的1/101/15。配筋：计算、构造。,7.承台埋深：应600；在季节性冻土等地区1000。保证承台周围填土质量、密实性。,4.8.2 柱下桩基独立承台,1.受弯计算,

5、（1）柱下多桩矩形承台,其破坏特征呈梁式破坏：挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现，承台在两个方向交替呈梁式承担荷载。最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处。,多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处。,垂直于x、y轴方向计算截面弯矩设计值；垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；,扣除承台和承台上土重设计值后 i 桩竖向净反力设计值；当不考虑承台效应时，则为第 根桩的竖向总反力设计值。,（2）柱下三桩三角形承台,等边三角形承台破坏形式：,等腰三角形承台破坏形式：,柱下三桩三角形承台受弯计算,1)等边三桩承台：,式中：M由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯距设计值；Nmax扣

6、除承合和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本 组合时的最大单桩竖向力设计值;s桩距;c方柱边长，圆柱时c=0.866d(d为圆柱直径)。,2)等边三桩承台：,式中：M1、M2分别由承台形心至承台两腰和底边距离范围内板带的弯距设计值；Nmax扣除承合和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本 组合时的最大单桩竖向力设计值;s长向桩距;短向桩距与长向桩距之比，当小于0.5时，应按变截面两桩设计；c1、c2分别垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。,柱下三桩三角形承台也可按下式计算计算截面应在柱边按下式计算：,当计算弯矩截面不与主筋方向正交时，须对主筋方向角进行换算。,补充：柱下或墙下条形承台梁柱

7、下条形承台的正截面弯矩设计值一般可按弹性地基梁进行分析，地基的计算模型应根据地基土层的特性选取。当桩端持力层较硬且桩轴线不重合时，可视桩为不动支座，按连续梁计算。墙下条形承台梁可按倒置的弹性地基梁计算弯矩和剪力。,受弯承载力计算根据承台内力M，按混凝土结构设计规范设计。,近似计算：,2.受冲切计算,破坏特征：若承台高度不足，或承台变阶处的高度不足，将会产生冲切破坏。其破坏方式分为沿柱边的冲切和角桩对承台的冲切（为柱冲切破坏锥体以外角桩对承台冲切作用）。,（1）柱对承台冲切的承载力,柱边冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角大于或等于450，该斜面的上周边位于柱与承台交接处或变阶处，下周位于相应的桩顶

8、内边缘处。,F,F,（1）柱对承台冲切的承载力,F,FL扣除承台及其上填土自重，作用于冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处直相应桩顶边缘连线构成的锥体，锥体与承台底面的夹角不小于450；,Ni冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力（不计承台和承台上土的自重）设计值之和。,F柱根部轴力设计值；,hp-受冲切承载力截面高度影响系数，当h800 时，hp取1.0；当h2000时，hp取0.9；其间按线性内插法取用。,ft-承台混凝土抗拉强度设计值；,h0-承台冲切破坏锥体的有效高度；0 x、0y-冲切系数；,冲跨比，=a0/h0（a0为冲跨,即柱边或承台

9、变阶处到桩边的水平距离；当 a00.2h0时,取a0=0.2h0；当a0 h0时，取 a0=h0。满足0.21.0。,F,（2）角桩对承台的冲切,1）多桩矩形承台角桩的冲切承载力,1x、1y为角桩冲跨比取值范围0.2-1.0；,a1x、a1y角桩内边缘引450线与冲切顶面相交点至角桩内边缘的距离；当柱底面或变阶出边线位于该450线以内时，则取柱边或变阶处边与桩内边缘的水平距离 c1、c2角桩内边缘至承台外边缘水平距离。,h0-承台外边缘的有效高度；,2）三桩三角形承台角桩的冲切承载力,底部角桩：,顶部角桩：,11、11为角桩冲跨比：,a11、a12角桩内边缘引450线与冲切顶面相交点至角桩内边

10、缘的水平距离；当柱底面处边线位于该450线以内时，则取柱边与桩内边缘的水平距离。c1、c2角桩内边缘至承台外边缘水平距离。,以上计算中：对于圆柱及圆桩，计算时应将截面换算成方柱或方桩，取换算柱或桩截面边宽：,3.受剪切计算破坏特征：柱与桩边连线所形成的斜截面（图）。当柱（变阶处）外有多排桩形成多个剪切斜截面时，对每一个斜截面都要进行受剪承载力计算。,斜截面受剪承载力计算公式：,hs受剪切承载力截面高度影响系数,hs=（800/h0）1/4，当h0小于800mm时，h0取800mm，当h0大于2000mm时，h0取2000mm,V扣除承台及其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时斜截面的最大剪力设

11、计值；,b0承台计算截面处的计算宽度。,剪切系数；,计算截面的剪跨比，x=ax/h0，y=ay/h0。此处ax、ay为柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离，当0.3时，取=0.3；当3时取=3。,h0计算宽度处的承台有效高度,阶梯形承台变阶处、锥形承台的计算宽度b0、有效高度h0的确定：,1）对于阶梯形承台应分别在变阶处（A1-A1，B1-B1）及柱边处（A2-A2，B2-B2）进行斜截面受剪计算（图）。,A1-A1截面：,B1-B1截面：,变阶处（A1-A1，B1-B1）斜截面受剪计算:,计算柱边截面（A2-A2，B2-B2）进行斜截面受剪计算。此时：,A2-A2截面：,B

12、2-B2截面：,2）对于锥形承台应对A-A及B-B两个截面进行受剪承载力计算。此时,截面有效高度均为：h0,A-A截面：,B-B截面：,4.局部受压计算当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。,4.9 桩基础设计的一般步骤,进行调查研究，场地勘察，收集资料；综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；确定单桩承载力；根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；根据桩的平面布置，初步拟定承台的轮廓尺寸及承台底标高；,验算作用与单桩上的竖向和横向荷载；验算承台尺寸和结构强度；必要时验

13、算桩基的整体承载力和沉降量，当桩端下有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力；单桩设计、绘制桩和承台的结构及施工详图。,4.9.1 必要的资料准备,建筑物类型及规模;,岩土工程勘查报告;,施工机具和技术条件;,环境条件;,检测条件;,及当地桩基工程经验等。,桩基的详细勘察除满足现行勘察规范要求外，还应满足以下几点：（1）勘探间距：一般为1224m，若相邻两勘探点揭露出的层面坡度大于10%，应适当加密勘探点；摩擦型桩，点距一般为2030m。,（2）勘探深度：控制性孔数量：一般布置1/31/2的勘探孔作为控制性孔，且一级建筑桩基场地至少有3个，二级建筑桩基场地应不少于2个。深度：控制孔应穿透桩端

14、平面以下压缩层厚度，一般勘探孔应深入桩端平面以下35m；嵌岩桩钻孔应深入持力岩层不小于35倍桩径；当持力岩层较薄时，部分钻孔应钻透持力岩层。在勘察深度地区范围内的每一地层，应进行室内试验或原位测试。,4.9.2 选定桩型，确定单桩竖向及水平承载力,1、桩型、截面和桩长的选择。桩型：上部结构的型式、荷载、地质条件、环境条件及当地的施工条件和经验。,从楼层数和荷载大小来看（如为工业厂房可将荷载折算为相应的楼层数）：10层以下的，可考虑采用直径500左右的灌注桩和边长为400的预制桩；1020层的可采用直径8001000的灌注桩和边长为450500的预制桩；2030层的可用直径10001200的钻（

15、冲、挖）孔灌注桩和边长大于等于500的预制桩；3040层的可用直径大于1200的钻（冲、挖）孔灌注桩和边长为500550的预应力管桩和大直径钢管桩；楼层更多的高层建筑所采用的挖孔灌注桩直径可达5m。,截面尺寸：实心方桩边长为300500 L=2530m（现场预制）L12m（工厂预制）,地质条件:一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩难以穿透；当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度难以控制；在场地土层比较均匀的条件下，采用质量易于保证的预应力高强混凝土管桩比较合理。,经济角度：沉管灌注桩最为经济，后为钻孔灌注撞、冲孔灌注桩、人工挖孔桩、混凝土预制方桩、普通预

16、应力管桩、预应力高强混凝土管桩、钢管桩周边环境:城市环境：不允许打桩时，选用振动比较小的桩，如：钻孔灌注桩、人工挖孔桩、冲孔灌注桩、静力压桩等。建筑物的重要程度。,桩长：1）桩的长度主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好选择在进入坚硬土层或岩层，采用嵌岩桩或端承桩；当坚硬土层埋藏很深时，宜采用摩擦桩基，桩端应尽量达到低压缩性、中等强度的土层上。2）桩端进入持力层的深度（13d）：粘性土、粉土2d，砂类土1.5d,碎石类土1d,当存在软弱下卧层时,桩端以下硬持力层厚度4d,嵌岩桩进入微风化或中等风化的岩体的最小深度0.5m.,3)当硬持力层较厚且施工条件允许时，桩端进入持力层的深度尽可能达到桩端阻

17、力的临界深度,以提高桩端阻力.临界深度:砂、碎石类土临界深度=（310）d（d为桩径）粘性土、粉土临界深度=（26）d,嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布；并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。,4）同一建筑物避免同时采用不同类型的桩（如用摩擦桩和端承桩，但用沉降缝分开除外）。5）同一基础相邻桩的标高差，对于非嵌岩端承桩不宜超过相邻桩的中心距，对于摩擦型桩，在相同土层中不宜超过桩长的1/10。6）桩长、桩型初步确定后，即可定出桩的截面面积，并初步确定承台的底面标高。7）一般建筑物层数多、荷载大，宜采用大直径的桩。尤其是大直径的人工挖孔桩。目前国内最大人工挖孔桩的

18、直径为5m。,确定桩型、桩长后，可初步确定桩的截面尺寸。承台埋深：满足结构和施工要求。确定单桩竖向及水平承载力。,2.确定单桩竖向及水平承载力,4.9.3 桩的平面布置及承载力验算,1.桩的根数和布置,（1）桩的根数,中心荷载作用（轴心受压）：,式中：Fk-相应于荷载效应标准组合时，作用在桩基承台顶面的竖向力；Gk-桩基承台及其上填土的自重标准值。,偏心荷载作用（偏心受压），如果群桩重心与荷载合力点重合，桩数按上式计算，否则，按上式计算适当增加（10%20%）。,（）桩在平面上的布置：遵循.7的原则，若布桩不合理宜重新选择桩型及几何尺寸。,柱下桩基 墙下桩基,2.桩基承载力验算*,（1）桩顶作

19、用效应计算,中心荷载作用（轴心受压）：,式中：Fk-相应于荷载效应标准组合时，作用在桩基承台顶面的竖向力；Gk-桩基承台及其上填土的自重标准值。,偏心竖向力作用下：,水平力作用下：,*桩顶作用效应均按荷载作用效应标准组合计算。,当基桩承受较大水平力，或为高承台桩基时，桩顶作用效应的计算应考虑承台与基桩协同工作和土的弹性抗力。对烟囱、水塔、电视塔等高耸结构物桩基则常采用圆形或环形刚性承台，当基桩宜布置在直径不等的同心圆圆周上，且同一圆周上的桩距相等时，仍可按上式计算。,（2）单桩承载力验算*,中心荷载作用（轴心受压）桩基：,偏心荷载作用（偏心受压）桩基：,水平力作用下：,偏心荷载作用（偏心受压）

20、桩基：,此桩受压力最大,考虑地震作用效应的桩基单桩承载力验算,中心荷载作用（轴心受压）桩基：,偏心荷载作用（偏心受压）桩基：,地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖向承载力均可提高25%。,对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，当同时满足下列条件时，计算桩顶作用效应时可不考虑地震作用：（1）按建筑抗震设计规范规定可不进行天然地基和基础抗震承载力计算的建筑物；（2）不位于斜坡地带和地震可能导致滑移、地裂地段的建筑物；（3）桩端及桩身周围无可液化土层；（4）承台周围无可液化土、淤泥、淤泥质土。对位于8度和8度以上抗震设防区的高大建筑物低承台桩基，在计算各基桩的作用效应和桩身内力时，可考

21、虑承台（包括地下墙体）与基桩的共同工作和土的弹性抗力作用。,（3）桩基软弱下卧层承载力验算,当桩端平面以下受力层范围内存在软弱下卧层时，应进行下卧层的承载力验算。根据该下卧层发生强度破坏的可能性，分为整体冲剪破坏和基桩冲剪破坏。,桩基软弱下卧层承载力验算（a）整体冲剪破坏；（b）基桩冲剪破坏,Gfk,式中：z-相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值（KPa）cz-软弱下卧层顶面处土的自重应力值（KPa）faz-软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（KPa）,的计算：,对桩距Sa6d及桩距Sa6d、且硬持力层厚度t1/2（sa-d）cot的群桩基础一般可作整体冲剪破坏考

22、虑，计算公式：,对桩距Sa6d、且硬持力层厚度 的群桩基础，以及单桩基础，应作基桩冲剪破坏考虑，有下列公式：,式中：de 桩端等代直径，圆形桩de=d；方形桩为:de=1.13b（b为桩的边长）；按表2-7确定地基压力扩散角时，取b=de。,qsia,地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。体型复杂或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级建筑物桩基。对沉降有严格要求的建筑物桩基。摩擦型桩基。,（4）桩基础沉降验算,需要进行沉降计算：,桩基础沉降的计算范围,嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基。吊车工作制级别A5级A5以下的单层工业厂房桩基（桩端下为密实土层）

23、。,不需要沉降计算的情况：,计算方法：单向压缩分层总和法：,地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论按实体深基础（s6d）或其他方法(包括明德林应力公式方法)计算：,（5）桩基负摩阻力验算,群桩中任一基桩的下拉荷载：,桩基负摩阻力验算：,对于摩擦型基桩：,中性点以上侧阻为零，按下式验算：,当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载 计人附加荷载验算桩基沉降。,对于端承型基桩：,计算Ra时，中性点以上侧阻为零。,（6）桩基竖向抗拔承载力验算（桩基规）,还应验算桩身抗拉承载力、裂缝宽度或抗裂度。,T-基桩上拔力设计值；Ggp、G-桩土自重、桩自重；,4.9.4

24、桩身结构设计,1.桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求：,fc混凝土轴心抗压强度设计值;,Q相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值;,Ap桩身的横截面面积;,c桩工作条件系数，预制桩取0.75,灌注桩取0.60.7(水下灌注桩或长桩时用低值)。,2.桩混凝土等级、配筋要求,（1）桩混凝土等级,预制桩的混凝土强度等级不应低于C30；灌注桩不应低于C20；预应力混凝土桩不应低于C40。,（2）桩配筋要求桩的主筋应经计算确定。,预制桩钢筋：主筋（纵向）应按计算确定并根据断面的大小及形状选用48根直径为1425的钢筋。最小配筋率：打入式预制桩：min0.8%，一般可为1%左右。静压法沉桩的预制桩：m

25、in0.6%；,主筋混凝土保护层应30。,箍筋直径：68，间距200，在桩尖和桩顶处应适当加密（如图所示）；用打入法沉桩时，桩顶23d范围箍筋应加密。直接受到锤击的桩顶应设置三层 64070的钢筋网，间距50。桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。,预制桩施工阶段验算：预制桩的弯矩一般与桩的起吊、运输、锤击过程中的各种强度验算有关。桩长在20m以下者，起吊时采用双点起吊；在打桩架龙门吊立时，采用单点吊。,预制桩施工阶段验算：吊点位置应按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的条件确定。如图所示，式中的q为桩单位长度的重力。K=1.3。,捶击振动验算：详见桩基规范。,混凝土预制桩,主

26、筋为610根 1214，,灌注桩钢筋：,min 0.2%0.65%，小直径桩取大值。,箍筋直径：68，间距：200300，宜采用螺旋式箍筋，受水平荷载较大的桩基，桩顶35d范围箍筋适当加密。当钢筋笼长度超过4m，应每隔2m左右设一道1218焊接加劲箍筋。,主筋混凝土保护层应35,水下灌注混凝土50。,配筋长度要求：,1）受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定2）桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土或液化土层。3）坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋；4）桩径大于600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3。

27、,4.9.5 桩的质量检验,桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，极易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚。目的：检验桩身结构的完整性和单桩承载力，并进行施工监督、现场记录和质量检验。,桩的质量检验方法：（1）开挖检查：桩顶标高、桩的位置（轴线）、桩顶质量（完整性和混凝土强度）。（2）抽芯法：在灌注桩身内钻孔（直径100150），取混凝土芯样进行观测和单轴抗压强度试验，了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和夹泥等现象。（3）声波透视法：检测桩身完整性，即缺陷位置、程度。利用超声波在不同混凝土中传播速度检验桩身质量。,（4）动测法：PDA（打桩分析仪）大应变测定法，检测单桩承载力。PIT（桩身完整性分析仪）包括锤击激振等小应变动测。检测数量：小应变：灌注桩，100%，预制桩，50%大应变：灌注桩，30%，预制桩，20%,