基础工程设计原理2010-2011-2桩基础(三)课件

1、Telmail：weihuanwei基础工程设计原理任课教师：魏焕卫山东建筑大学土木工程学院2010-2011学年第2学期土木工程学院第4章：桩基础的主要内容4.1 概述4.2 桩的类型4.3 桩的竖向承载力4.4 桩基础沉降的计算4.5 桩的负摩擦问题4.6 桩的水平承载力4.7 桩的平面布置原则4.8 桩承台的设计4.9 桩基础设计的一般步骤解：（1）选择桩型例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础解：（2）选择桩径采用预制桩桩径受限d=500mm例：某柱基承受的轴心荷载Fk=10

2、50kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础解：（4）计算桩侧极限阻力-按抗剪强度指标 极限摩阻力软粘土：=1或更大打入桩：Ks=1.5K0钻孔桩：Ks=0.75K0淤泥中砂例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础解：（4）计算桩侧极限阻力-按抗剪强度指标 淤泥例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础中砂淤泥中砂解：（5）计算桩端极限阻力例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基

3、础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础由=30查表得：桩端极限总阻力（6）单桩净极限承载力-按抗剪强度指标 桩侧极限总阻力桩端极限总阻力桩的重量解：例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础解：（7）计算桩端极限阻力例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础由=30查表得：桩端极限总阻力例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地

4、面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（8）单桩承载力特征值-按嵌岩桩-经验公式 解：桩的根数中心荷载下1.0偏心荷载下1.11.2例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（9）确定桩数-按摩擦桩-经验公式 解：这里取2棵桩桩的根数中心荷载下1.0偏心荷载下1.11.2例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（9）确定桩数-按嵌岩桩-经验公式 解：这里取4棵桩桩布置的构造要求在有门洞的墙下布

5、桩时，应将桩设置在门洞的两侧。梁式或板式承台下的群桩布桩时应注意使梁、板中的弯矩尽量减小，即多布设在柱、墙下以减小梁和板中的桩数。墙下尽量采用单排桩。尽量采用桩数少而桩长较大的桩基础减小沉降作用明显平面布置：对称式、梅花式、行列式和环状排列采用不等距排列时，宜采用外密内疏的布置方式桩布置的构造要求4.3.3 竖向荷载下的群桩效应群桩效应系数：用以衡量群桩基础中各根单桩的平均承载力因群桩效应比独立单桩而降低或提高幅度的指标。1. 端承型群桩基础端承型群桩基础中的各单桩的工作性状接近于独立单桩；群桩的承载力等于各单桩承载力之和，群桩效应系数2. 摩擦型群桩基础承台底面脱地的情况（非复合桩基）桩端平

6、面附加应力扩散直径：当桩距 时，桩周扩散应力相互叠加而增大。摩擦型群桩的沉降大于独立单桩，群桩效应系数可能大于1，也可能小于1。 承台底面贴地的情况（复合桩基） 承台贴地的桩基，通过承台底面的反力分担桩基荷载，分担荷载的作用是随着桩群相对于基土向下位移幅度的加大而增强的。此时的群桩效应概括为对桩侧阻力的削弱作用；对桩端阻力的增强作用；对基土侧移的阻挡作用。承台效应2. 摩擦型群桩基础桩基技术规范（2008）的规定美国、英国规范规定，当桩距sa3d 时不考虑群桩效应。我国规范规定的最小桩距除桩数少于3 排和9 根桩的非挤土端承桩群桩外，其余均不小于3d。鉴于此，2008桩基规范在设计中不再考虑侧

7、阻和端阻的群桩效应。这样处理，方便设计，多数情况下可留给工程更多安全储备。这里桩间距取3d，即1.5m，桩边缘距离承台边缘取200mm例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（10）桩的布置解：确定承台的尺寸单桩承载力的验算FGMyMx987216345XYx7y7偏心荷载桩基础的验算2、单桩承载力抗震验算 抗震设防区的桩基，应进行下列抗震验算：轴心竖向力作用的桩基：偏心竖向力作用的桩基：4.8 桩承台的设计承台的作用 将各桩联成一个整体，把上部结构传来的荷载转换、调整、分配于各桩。承台设计

8、应按现行混凝土结构设计规范进行进行受弯、受冲切、受剪切和局部承压承载力计算。4.8 桩承台的设计桩基承台的分类柱下独立承台柱下或墙下条形承台筏板承台箱形承台4.8.1 构造要求形状:方,矩型,三角形,多边形,圆形最小宽度 50 cm最小厚度 30 cm，埋深同浅基4.8.1 构造要求桩嵌入承台 大桩10 cm,小桩5 cm 混凝土标号C20,保护层7cm（无垫层），5cm（有垫层）配筋要求：直径12 mm，间距200mm5、10 cm承台4.8.1 构造要求钢筋伸入承台长度主筋为HPB235：:30d主筋为HRB335：:35d主筋为HRB400：:40d抗拔桩主筋：40d4.8.1 构造要求

9、钢筋伸入承台长度4.8.1 构造要求钢筋伸入承台长度4.8.1 构造要求钢筋伸入承台长度4.8.1 构造要求钢筋伸入承台长度桩基设计的作用效应组合确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合。桩基设计的作用效应组合验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基

10、本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。 承台受冲切计算计算目的：确定承台厚度4.8.2 柱下桩基础独立承台 承台受冲切计算破坏形式：柱对承台的冲切；角桩对承台的冲切柱对承台冲切的承载力冲切力冲切系数冲跨比例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（12）承台的冲切验算解：假定柱子根部厚度为700mm，边缘部位厚度为300mm基础有效高度桩嵌入承台 大桩10 cm,小桩5 cm例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋

11、深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（12）承台的冲切验算解：柱对承台冲切的承载力冲切力例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（12）承台的冲切验算解：柱对承台冲切的承载力冲跨比冲切系数例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（12）承台的冲切验算解：柱对承台冲切的承载力抗冲切力C30混凝土柱子截面柱抗冲切满足角桩对承台的冲切多桩矩形承台受角桩冲切的

12、承载力例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（12）承台的冲切验算解：角桩对承台冲切的承载力冲切力Mk例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（12）承台的冲切验算解：角桩对承台冲切的承载力冲跨比冲切系数例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（12）承台的冲切验算解：角桩对承台冲切的

13、承载力抗冲切力C30混凝土角桩抗冲切满足角桩对承台的冲切三桩三角形承台受角桩冲切的承载力底部角桩：顶部角桩：对于圆柱和圆桩：将圆形截面换算成正方形 承台受剪切计算计算目的：验算承台厚度计算截面：柱边和桩边、变截面和桩边联线形成的斜截面。当承台砼等级低于柱或桩的等级时，还应进行柱下或桩上承台的局部受压承载力的计算 承台受剪切计算斜截面受剪承载力：剪切系数计算截面剪跨比 承台受剪切计算斜截面受剪承载力： 计算变阶处截面A1-A1、B1-B1的斜截面受剪承载力时其截面有效高度均为h01截面计算宽度分别为by1和bx1 阶梯形承台 承台受剪切计算斜截面受剪承载力：对A2-A2 对B2-B2 阶梯形承台

14、 承台受剪切计算斜截面受剪承载力：对A-A计算宽度 对B-B计算宽度 锥形承台例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（13）承台的受剪验算解：剪力剪切系数冲跨比例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（13）承台的受剪验算解：计算宽度抗剪切力承台受剪切满足4.8.2 柱下桩基础独立承台 承台的抗弯计算 如果承台厚度较小，配筋量不足，承台可能发生弯曲破坏。4.8.2 柱下桩基础独立承台XX

15、YYxiyixy 发生梁式破坏，计算截面在柱边和承台截面变化处 多桩矩形承台Mx = NiyiMy = Nixi多桩矩形承台受弯计算Yh0h0XXYNixiyiMx = NiyiMy = Nixi例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（14）承台的受弯验算解：Mx = Niyi My = Nixi例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（14）承台的受弯验算解：例：某柱基承受的轴心荷载F

16、k=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（14）承台的受弯验算解：承台的构造要求柱下独立桩基承台纵向受力钢筋应通长配置，对四桩以上（含四桩）承台宜按双向均匀布置对三桩的三角形承台应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内承台纵向受力钢筋的直径不应小于12mm，间距不应大于200mm。柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%。承台的构造要求 承台受弯计算 三桩三角形承台等边三角形承台-柱子刚度大 承台受弯计算 三桩三角形承台等边三角形承台-柱子刚度小 承台受弯计算 三桩三角形承台等腰三角

17、形承台梁式破坏特征三桩三角形承台受弯计算等边三桩承台: 取两种模式的平均值作为设计值；s为桩距；c为方柱边长，圆柱时c=0.866d三桩三角形承台受弯计算 等腰三桩承台s为长向桩距；为短向桩距与长向桩距之比；c1c2分别为垂直于和平行于等腰三角形底边的柱截面边长。桩身结构设计工作条件系数，预制桩 0.75，灌注桩 0.60.7桩轴心受压时桩身混凝土强度应满足抗压设计要求桩身混凝土轴心抗压强度设计值相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值桩身横截面面积主筋应经过计算确定，最小配筋率为：打入式预制桩不宜小于：0.8%；静压式预制桩不宜小于：0.6%；灌注桩可取：0.2%0.65%（不应小于）桩身

18、混凝土强度预制桩不宜小于：C30预应力实心桩不应小于：C40灌注桩不得小于：C25桩身构造要求桩身主筋钢筋保护层厚度：预制桩不宜小于：30mm灌注桩不应小于：35mm水下灌注桩不得小于：50mm桩身构造要求桩身主筋直径和数量预制桩不宜小于：14mm（具体按照吊运、打桩及桩使用过程中的受力条件确定）水平受载灌注桩不应小于：812抗压抗拔灌注桩不应小于： 610，净距离不小于60mm桩身构造要求钢筋长度按构造要求确定。桩身构造要求水平受荷和抗弯，计算确定穿透软弱层抗拔和嵌岩桩通常配置直径大于600mm的钻孔灌注桩，不宜小于2/3桩长例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基

19、础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（15）桩身结构验算解：C30混凝土材料抗力桩身结构强度满足设计要求例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（15）桩身结构验算解：桩身结构强度满足设计要求按照最小配筋率配置桩的主筋按照最小配筋率配置桩的主筋4.4 桩基础沉降的计算竖向荷载作用下的单桩沉降的组成桩身弹性变形引起的桩顶沉降；桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角向下传递，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降；桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端

20、沉降。 单桩沉降的计算侧阻端阻4.4 桩基础沉降的计算单桩沉降计算方法 荷载传递分析法； 弹性理论法； 剪切变形传递法； 有限单元分析法； 其他简单方法。 单桩沉降的计算桩间土的压缩变形（包括桩身压缩、桩端贯入变形）；桩端平面以下土层受群桩荷载共同作用产生的整体压缩变形。4.4 桩基础沉降的计算群桩沉降的组成 不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响，采用单向压缩分层总和法计算桩基础的最终沉降量。实体深基础方法Mindlin公式法4.4 桩基础沉降的计算群桩沉降计算方法（地基基础规范法）F lG b0A实体深基础方法（s6d） 将桩基础视为天然地基上的实体深基础，按浅基础的沉降计算方法进行计算，将沉

21、降计算的经验系数改为实体深基础的桩基沉降计算经验系数p，即：F lG b0A实体深基础方法（s6d） 考虑扩散作用（荷载扩散法）计算深度例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（16）群桩沉降的计算解： 考虑扩散作用（荷载扩散法）例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（16）群桩沉降的计算解： 考虑扩散作用（荷载扩散法） 不考虑扩散作用时（扣除侧阻法）Gk为桩基承台自重及承台上土自重Gfk为实体深基础的桩与桩间土自重侧摩阻力实体深基础方法（s6d）F l G b0例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础（16）群桩沉降的计算解： 不考虑