[PPT]如何正确使用新的桩基规范及软件进行设计

1、如何正确使用新的桩基规范及软件进行设计 二OO九年一月 引言建筑桩基技术规范（JGJ942008）自2008年10月1日起实施，原行业标准建筑桩基技术规范（JGJ9494）同时废止。有些设计人员参加了桩基新规范的学习，大多是自学规范。由于设计人员在设计中采用JCCAD，迫切了解JCCAD针对新规范作的修改，在规范修编的同时，程序也作了同步修改，并协助规范组作了一些力所能及的工作。 1。增加内容减少差异沉降和承台内力的变刚度调平设计 ；后注浆灌注桩承载力计算与施工工艺；软土地基减沉复合疏桩基础设计；考虑桩径因素的Mindlin应力解计算单桩、单排桩和疏桩基础沉降；抗压桩与抗拔桩桩身承载力计算；预

2、应力混凝土空心桩承载力计算与沉桩等 与设计相关的规范修订内容2。调整内容基桩和复合基桩承载力设计取值与计算；单桩侧阻力和端阻力经验参数；嵌岩桩嵌岩段侧阻力系数和端阻力系数；等效作用分层总和法计算桩基沉降经验系数；一、规范总则及概念设计 桩基的设计与施工，应综合考虑工程地质与水文地质条件、上部结构类型、使用功能、荷载特征、施工技术条件与环境，重视地方经验，因地制宜；注重概念设计，合理选择桩型与成桩工艺，优化布桩，节约资源；强化施工质量控制与管理。软件相关内容1,地质资料输入的必要性2,地质资料简化输入3,地质资料的作用:计算沉降,计算桩长及承载力,计算土的基床系数及桩的刚度4,如何实现优化布桩:

3、就地消化,调平设计5,如何利用地质资料选择合适桩型及持力层桩基础设计中的概念设计 （1）基础设计的目的是为上部结构提供一个可靠的平台，使上部结构实际受力与分析结果一致。如果基础不能保证一定的刚度和强度，上部结构是不安全的。地基基础规范与桩基规范等对基础沉降与差异沉降都提出强制规定。桩基础设计中的概念设计 （2）基础类型可分两大类，独立式基础（独基，桩承台）和整体式基础（地基梁、筏板、箱基、桩梁、桩筏、桩箱）。对于独立式基础可以取荷载的最大轴力组合、最大弯矩组合、最大剪力组合计算；对于整体式基础每个柱子的最大值不会同时出现，应对各种荷载组合分别计算后进行统计。相比两种设计方法，整体式基础整体刚度

4、大、计算复杂，但对地基承载力的要求降低，桩数减少。桩基础设计中的概念设计 （3）天然地基上的筏基与常规桩筏基础是两种典型的整体式基础形式。常规桩筏基础不考虑桩间土承载力的发挥，当减小桩数量后桩与土就能共同发挥作用，如桩基规范中的复合桩基。当天然地基上的筏基沉降不能满足设计要求时，可加少量桩来减小沉降及提高承载力，如上海规范采用沉降控制复合桩基。对天然地基进行人工处理后（比如采用CFG桩或其它刚性桩），就可变成复合桩基（不设柔性垫层）或复合地基（设柔性垫层）。桩基础设计中的概念设计（4）整体式基础是一个超静定结构，基底土、桩反力及基础所受内力与筏板刚度密切相关，刚度越大所受内力越大。当局部构件配

5、筋过大时，如增大尺寸不起作用，减小尺寸有时更有效。桩基础设计中的概念设计（5）相比上部结构计算，基础设计人员的工程经验起着重要作用。在桩筏有限元计算中，桩弹簧刚度及板底土反力基床系数的确定等均与沉降密切相关，因此基础计算的关键是基础的沉降问题。合理的沉降量是筏板内力及配筋计算的前提，在沉降量合理性的判断过程中，工程经验起着重要的作用。 桩基础设计中的概念设计（6）针对高层建筑桩筏（箱）基础传统设计方法带来的碟形差异沉降问题和主裙房的差异沉降问题，新桩基规范（JGJ942008）提出了变刚度调平设计新理念。变刚度调平设计 以减小差异沉降和承台内力为目标的变刚度调平设计，宜结合具体条件按下列规定实

6、施： （1）对于主裙楼连体建筑，当高层主体采用桩基时，裙房（含纯地下室）的地基或桩基刚度宜相对弱化，可采用天然地基、复合地基、疏桩或短桩基础。（2）对于框架核心筒结构高层建筑桩基，应加强核心筒区域桩基刚度（如适当增加桩长、桩径、桩数、采用后注浆等措施），相对弱化核心筒外围桩基刚度。（3）对于框架核心筒结构高层建筑天然地基承载力 满足要求的情况下，宜于核心筒区域设置增强刚 度、减小沉降的摩擦型桩。 （4）对于大体量筒仓、储罐的摩擦型桩基，宜按内强 外弱原则布桩。 （5）对上述按变刚度调平设计的桩基，宜进行上部结 构承台桩土共同工作分析。 变刚度调平设计 图3-6-4 均匀布桩与变刚度调平布桩的

7、变形与反力示意 图3-6-5 变刚度布桩模式变形与反力示意（1）减小荷载传递路径（2）实现抗力与荷载局部平衡（3）考虑相互作用效应,增强荷载高集度区的基桩刚度(调整桩长,桩径等)变刚度调平概念设计要点变刚度调平设计绩效（1）降低差异沉降（2）减小承台冲,剪,弯矩.变刚度调平概念设计成效建成3年以上项目：北京皂君庙电信楼、山东农业银行大厦、北京长青大厦等10余项工程桩基设计进行优化，取得显著技术经济效益。Smax40mm,Smax0.0008L。刚建成或在建项目：北京电视中心、北京万豪大酒店、威海海悦国际大酒店、北京国际财源中心、望京嘉美风尚酒店、嘉美风尚写字楼，陕西法华寺合十舍利塔等工程的桩基

8、础均采用变刚度调平概念设计。注：红字标注的工程为本人负责计算，财源中心工程指导计算。软件相关内容调平设计本是概念设计的内容，但由于调整内容是沉降值（沉降差），所以是定量计算的内容，在计算中必须综合考虑上部结构荷载及刚度、基础、地基才能计算出沉降差。目前只有JCCAD能够完成计算内容（别的软件不能计算上部结构刚度）。在初设计中用桩重心校核完成任意局部的重心校核，图上会标注局部荷载的值及重心，图上还标注桩承载力合力值及重心。计算结果会给出任意布桩方案下的沉降图，反力图，配筋图等等。桩基础设计中的概念设计（7）筏板计算模型必须具备荷载、基础构件及边界约束。荷载有多种形式，包括点荷载（如柱荷载）、线荷

9、载（如墙荷载）、面荷载（如板面荷载）；基础构件可划分成多种形式单元，包括梁单元（如明梁、暗梁、筏板的肋）、板单元；边界约束可分为固定约束、弹性约束（如点弹簧、面弹簧）。力的传递路径叫力流，在概念设计中要求受力、传递路径简单、直接、明确。对于复杂的基础进行分析经常用“水流”形象地理解“力流”，上部结构荷载通过柱、墙传给基础的梁与板，通过基础后传给与基础相接的土和桩。其中基础的梁与板力的内力分配是按刚度进行分配，板越厚梁分担就越少，但梁比板受力及传递简单、明确，且容易发挥其抗弯刚度，应首先考虑梁（包括明梁、暗梁、筏板的肋）的设置。如梁超筋，可将板厚加大或采用平板基础，由于板承担内力增加，梁的内力就

10、会降低。刚度的突变对力流的传递是不利的，梁板尺寸的变化应渐变。由于剪力墙相当于刚度很大的梁，剪力墙的边角部筏板或梁的内力计算值往往很大，在设计中应注意局部的验算和加强。 基桩布置（1）排列基桩时，宜使桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合，并使基桩受水平力和力矩较大方向有较大抗弯截面模量。 （2）对于桩箱基础、剪力墙结构桩筏（含平板和梁板式承台）基础，宜将桩布置于墙下。 注：软件提供梁下布桩功能，在布置筏板前先布置梁，布完桩后可保留可删除梁，再布置板。（3）对于框架核心筒结构应按荷载分布考虑相互影响，将桩相对集中布置于核心筒区域。 二、安全系数设计法及桩的“特征值”1、2002年4月1日

11、开始实施的建筑地基基础设计规范（GB500072002）改变了基础设计的设计原则，从原来的可靠度分析设计法变成了现在的安全系数设计法，采用“特征值”来表示正常使用极限状态计算时采用的地基承载力和单桩承载力的值。采用准永久组合值计算沉降，采用标准组合校核承载力，采用基本组合计算承台、桩截面及配筋。2、JCCAD在2002年新规范版本中就实现了上述各种类型荷载组合的自动生成，根据计算内容自动选择荷载组合类型。由于地基规范（GB500072002）没有给出桩承载力的经验参数计算方法，软件利用建筑桩基技术规范（JGJ9494）经验参数法计算出桩极限承载力标准值，将其除2后得到该桩的特征值。 二、安全系

12、数设计法及桩的“特征值”3、建筑桩基技术规范（JGJ942008）在建筑地基基础设计规范（GB500072002）框架内进行具体的修改，保留了原极限承载力标准值经验参数计算方法，增加了将其除2后得到桩的特征值的规定。这种计算方法正好与JCCAD传统的处理方法一致。4、这种对特征值的处理方法主要是因为桩侧摩擦力与桩端阻力发挥机理不一样，且不同步，从严格的意义上不存在桩侧摩擦力的特征值与桩端阻力的特征值，考核特征值应从整体安全度来评价。按同样的方法，考核复合桩基的承载力特征值也应从整体安全度来评价，先计算出桩与土的整体极限承载力标准值，将其除2后得到其桩与土的整体特征值。三、基桩承载力计算 1、单

13、桩承载力包括单桩侧阻力和单桩端阻力，桩基新规范（JGJ942008）调整了经验参数法计算桩极限侧阻力和桩极限端阻力。对经验参数表格中的数据进行调整是由于增加了统计样本，提高统计值的可靠性。经验参数表格删除了沉管灌注桩的内容，主要是考虑沉管灌注桩是挤土桩。由于大量的工程事故及挤土引起的负面效应，规范不主张采用沉管灌注桩并且删除了原规范表格中的内容。不过考虑到现有许多中仍包含沉管灌注桩的内容，JCCAD保留了沉管灌注桩的计算内容。表5.3.51 桩的极限侧阻力标准值qsik 表5.3.52 桩的极限端阻力标准值qpk 三、基桩承载力计算 2、在嵌岩桩承载力计算时，如何考虑桩侧摩阻力是一个有争议的问

14、题。一种意见认为嵌岩桩的端阻力很小，构成嵌岩桩承载力的主要是侧摩阻力；另一种意见认为桩侧土的摩阻力在总承载力中所占的比例较小，一般不超过10%左右，在大约10m厚的土层中，桩侧土的摩阻力所占的比例更低，因此没有必要计入。桩基新规范考虑到实际上的嵌岩桩不一定是端承桩，桩基新规范（JGJ942008）调整嵌岩桩嵌岩段側阻和端阻综合经验系数。为了计算方便，在规范正文中将嵌岩桩嵌岩段側阻力和端阻力用嵌岩桩总极限阻力标准值来表示，同时在条文说明中保留原规范分别计算嵌岩桩嵌岩段側阻力和端阻力的公式。嵌岩桩承载力 (5.3.9-1) (5.3.9-2) (5.3.9-3) (5.3.9-4) （2）端阻力系

15、数p=qrp/fr,软质岩高于硬质岩注：干作业成孔桩，嵌岩桩s、 p按表列值乘以1.2.三、基桩承载力计算3、上世纪九十年代初，后注浆工艺开始用于灌注桩，中国建筑科学研究院地基所研究开发了泥浆护壁灌注桩桩底、桩侧后注浆专利技术（专利号ZL9416598.1），并制订了相应的企业标准。后注浆灌注桩不但能提高承载力还能减少沉降，同时是基础变刚度调平设计的一种手段。桩基新规范（JGJ942008）增加后注浆灌注桩承载力计算与施工工艺，提供了承载力的计算公式，给出了侧阻增强系数与端阻增强系数的表格，大大有利于后注浆工艺的推广使用。后注浆工艺对桩承载力增强效果也不是一成不变的，影响因素与压浆压力、压浆时

16、间、压浆量等有关。后注浆灌注桩承载力1 承载力的增强机理图5-7-1 后注浆对桩端阻、侧阻的 增强机理 固化效应：沉渣和泥皮被固化；伴随扩底和扩径效应充填胶结效应：粗粒土（卵砾、粗中砂）因渗入注浆被胶结加筋效应：细粒土（粘性土、粉土、粉细砂）因劈裂注浆成加筋复合土1）.桩底后注浆 通过在钢筋笼端部设置2根带单向阀的注浆钢管, 待桩混凝土灌注之后一定时间采用高压泵将水泥浆液通过注浆管和单向阀压入桩底。2）.桩侧后注浆 于钢筋笼上设置带单向阀的注浆管,在桩底注浆前实施桩侧注浆。3 细粒土中的增强效应图5-7-2 细粒土中侧阻、端阻的增强特征 2 侧阻、端阻的增强特征桩端注浆不仅增强端阻，而且使桩底

17、以上1020m侧阻增强；桩侧注浆不仅增强侧阻，而且起封堵作用，提高桩底注浆效果；4 粗粒土中的增强效应图5-7-3 粗粒土中侧阻、端阻的增强特征 5 后注浆灌注桩的荷载沉降曲线变化图5-7-4 首都国际机场航站楼粉细砂粘性土层后注浆与灌注桩Q-S曲线图5-7-5 北京（人保大厦）粗粒土持力层后注浆与非注浆桩QS曲线 6 单桩竖向承载力计算模式Lj后注浆非竖向增强段第j层土厚度； Lgi后注浆竖向增强段内第i层土厚度：对于泥浆护壁成孔灌注桩，当为单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12m；当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12m与各桩侧注浆断面以上12m之和，重叠部分应扣除；对于干

18、作业灌注桩，竖向增强段为桩端以上、桩侧注浆断面上下各6m； qsik、qsjk、qpk分别为后注浆竖向增强段第i土层极限侧阻力标准值、非竖向增强段第j土层极限侧阻力标准值、极限端阻力标准值；根据场地岩土工程勘察报告或本规范第5.3.5条确定； si、 p分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数，无当地经验时，可按表5.3.10取值。 7 侧阻增强系数si和端阻增强系数p表5.3.10 后注浆侧阻力增强系数si 、端阻力增强系数 p四、复合桩基计算 复合桩基的概念在JGJ9494桩基规范就已提出，不过只出现在桩承台复合基桩的承载力计算中，由于公式复杂在实施中少有人用。桩基新规范（JGJ942008）修

19、改了公式，使计算更加方便，在软土中减沉桩设计时用于桩数的确定，沉降的计算。基桩竖向承载力特征值 R（1）不考虑承台效应：端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型桩基、土性特殊、使用条件等因素不宜考虑承台效应时：（2）考虑承台效应：不考虑地震作用： 考虑地震作用：式中 c 承台效应系数，按表5.2.5确定； fa地基承载力特征值； a 地基抗震承载力调整系数，按建筑抗震设 计规范GB50011取值。表5-2-5 承台效应系数c软件相关内容在桩筏计算中如考虑桩间土分担，分担比的计算依据前面的规定。四、复合桩基计算桩土共同作用问题一直受到岩土界同行的重视，是基础工程设计中人们反复讨论、反复争论的一个热点。桩

20、基新规范（JGJ942008）中的复合桩基为何不采用上海地基规范（DGJ08111999）中减沉复合桩基的成果，主要原因是：（1）上海规范的复合桩基假设将桩土共同作用分成两个阶段：当桩顶上全部荷载小于各单桩极限承载力之和时，全部荷载可近似认为全部由桩承受；当桩顶上全部荷载大于或等于单桩极限承载力之和时，多余的荷载由承台下的土体承担，此时，承台下的土才真正参与共同作用。（2）桩反力会根据发挥度的不同大于特征值，甚至达到特征值的2倍，这样桩承载力校核会与规范中桩承载力校核相矛盾。在桩身强度设计时如何选择单桩设计荷载也是问题。（3）上海规范中复合桩基沉降等于桩引起的沉降加上土的沉降，尽管在数学角度上

21、保证与天然地基沉降及常规桩基沉降的连续性，但物理意义上不太完美。桩基新规范（JGJ942008）考虑到上海地区的特殊性与全国复合桩基的使用情况，为了计算的方便，规范规定根据承台面积控制系数计算承台面积，按承台效应系数计算分担比，根据分担比确定桩数。五、桩基沉降计算 1、对于桩距小于和等于6倍桩径的群桩，桩基新规范（JGJ942008）的沉降计算保留了原规范（JGJ9494）的等效分层总和法，但是调整修正系数的确定方法。等效作用分层总和法沉降计算 桩距小于和等于6d的群桩1 采用弹性半无限体内作用力的Mindlin位移解，给出沉降数值解：式中 群桩中各桩的平均荷载； Es土的压缩模量； d桩径；

22、 Mindlin解沉降系数，随群桩Sa/d、L/d、n、a/b而变（5.5.5）2 运用半无限体表面均布荷载下的Boussinesq解，求得实体深基础的沉降：式中 m桩群外围长宽比, ； P 矩形基础上均布荷载之和。 为便于应用，将上述表达式进行统计分析得：式中 na、nb分别为矩形基础长边和短边布桩数。为应用方便，将按Sa/d2,3,4,5,6；l/d=5,10,15100；总桩数n4600，na/nb1，2，10，承台长宽比Lc/Bc= 1,210 ，对e表达式进行回归分析，得：式中 Co,C1,C2为随 Sa/d、 l /d 、 Lc/Bc而变得系数，列于附录E。3 求等效系数e 4 经

23、验系数 注： 为沉降计算深度范围内压缩模量的当量值 ； 可根据 内插取值 。五、桩基沉降计算 2、对于单柱单桩、双桩、单排桩、桩距大于6倍桩径的疏桩基础，其沉降不能采用等效作用分层总和法计算。 桩基新规范（JGJ942008）在肯定mindlin方法可以计算沉降的前提下，指出地基规范及上海规范Geddes解的问题。Geddes解假设桩侧摩擦力作用于桩轴线上，将桩端反力用集中力表示。由于半无限体力集中力会引起局部解失真，在分层总和法计算沉降时，特别是计算单桩沉降时会引起失真。 在JCCAD实施地基规范及上海规范时已发现并解决问题，主要是要考虑其尺寸效应，桩侧摩擦力仍作用桩侧，桩端阻力仍以面荷载作

24、用于桩端，不象手工计算一样进行简化。 在这次新规范附表计算中，我们协助规范组进行数值分析及表格整理。在计算承台沉降时，不能简单地以承台形心作为计算点，当中心点是土不是桩时，沉降会偏小，应找到离中心最近处的桩中心作为计算参考点。5.2.1 考虑桩基因素的Mindlin解应力系数 Geddes应力公式是以半无限体内部集中力作用下的Mindlin应力解为基础导出的，桩的侧阻力简化为沿桩轴线的集中力，桩端阻力简化为作用于桩底中心的集中力。由此导致桩端以下0.1倍桩长范围应力高度集中，而上述特殊形式的桩基沉降计算深度很小，因此无法利用Geddes解计算其沉降。为此，必须对Mindlin解考虑桩径因素求解

25、。 求得考虑桩径因素的沿桩身轴线的应力解析式及轴线以外数值解，并制成竖向应力系数Ip、Isr、Ist列于附录F。图5-12-1 单桩侧阻力、端阻力分布及荷载分担 5.2.2 分层总和法计算沉降计算基桩及相临基桩引起的附加应力：承台压力引起的附加应力： 其中，基桩产生的附加应力按考虑桩径因素的Mindlin解确定；当基础埋深大于5m时，桩荷载取准永久组合值与土自重之和，作为考虑回弹再压缩的等代附加荷载。这是由于疏桩土的回弹明显，而回弹再压缩尚无计算方法；Pc为承台底均布压力， Pcck fak；ki为第k块承台角点下第i计算土层（桩端以下）的附加压力系数。 计入桩身压缩Se。以CCTV单桩试验实

26、测结果为例，l/d=2843，se/s5988。 摩擦型桩： 端承型桩：5.2.3 关于桩身压缩 上述方法以34组单桩、单排桩试验结果进行了验证。经验系数暂取1.0，待实测资料积累后作进一步调整。5.2.4 沉降计算经验系数五、桩基沉降计算上海规范中利用mindlin方法计算沉降时提供了沉降经验系数，建筑地基基础设计规范（GB500072002）及建筑桩基技术规范（JGJ942008）没有给出相应的系数，这给设计人员提出难题，同时告诉大家经验系数是有地区性的。在JCCAD计算沉降时，提供了一个可以修改的参数“沉降计算修正系数”。JCCAD会根据选择规范的不同，给出不同的计算结果。六、部分计算内容比较6-1 桩基承载力计算和稳定性验算竖向承载力、水平承载力（视条件）计算；问题：软件中单桩水平承载力可在地质资料中计算，但水平承载力没有校核。桩身（含桩身压曲、钢管桩局部压曲）和承台结构承载力计算；问题：软件中桩身强度没有校核。3 软弱下卧层验算；问题：软件中没有。4 坡地、岸边桩基整体稳定性验算；问题：软件中没有。抗浮、抗拔桩基的抗拔承载力（基桩和群桩）验算；问题：软件中单桩抗拔承载力可在地质资料中计算,但抗拔承载力没有校核。6 抗震设防区抗震承载力验算。6-2