基础工程-第4章+桩基础-2015.12.10课件

4.7桩基础设计本节重点：桩基础设计的一般步骤。本节难点：承台设计。4.7桩基础设计桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用，对桩和承台有足够的强度、刚度和耐久性；对地基有足够的承载力和不产生过量的变形，其设计内容和步骤如下：①进行调查研究、场地勘察，收集有关资料；②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；③选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；④确定单桩承载力特征值；⑤根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；⑥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；⑦验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；⑧验算承台尺寸及结构强度；⑨必要时验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；⑩单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。一、收集设计资料

在设计之前，首先应通过调查研究，充分掌握一些基本的设计资料，其中包括上部结构的情况(如平面布置、结构型式、荷较大小以及构造和使用上的要求)、工程地质与水文地质勘察资料、基础材料的来源及施工条件(如桩的制作、运输、沉桩设备)等。并了解当地使用桩的经验，以供设计参考。二、初步选择桩的类型、桩长及桩的截面尺寸等

桩基设计时，首先应根据建筑物的结构类型、荷载情况、地层条件、施工能力及环境限制（噪音、振动）等因素，选择预制桩或灌注桩的类别，确定桩的受力工作类型。1.桩的类型

2.桩的截面尺寸

桩的横截面面积根据桩顶荷载大小与当地施工机具及建筑经验确定。如为钢筋砼预制桩：中小工程常用250×250mm或300×300mm，大工程常用350×350mm或400×400mm。人工挖孔桩直径则在800mm以上。3.桩长

根据土层的竖向分布特征，尽可能选定硬土层作为桩端持力层和下卧层，从而可初步确定桩长，这是桩基础要具备较好的承载变形特性所要求的。强度较高、压缩性较低的粘性土、粉土、中密或密实砂土、砾石土以及中风化或微风化的岩层，是常用的桩端持力层，如果饱和软粘土地基深厚，硬土层埋深过深，也可采用超长摩擦桩方案。

桩端全断面进入持力层的深度，对于粘土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石类土不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于3d。三、确定单桩承载力

四、确定桩的数量及其平面布置1.确定桩数n荷载效应标准组合下作用在承台顶面的竖向力承台及其上方填土的重力

选择最优的桩距就是合理布桩，这是使桩基设计做到经济和有效的重要一环。

一般常用桩距为：s=3～4d

桩距太大会增加承台的面积，使其体积和用料加大而

不经济；桩距太小则会使摩擦桩基承载力降低，沉降加大，

且给施工造成困难。

桩的边距s1（桩的中心至承台边的距离）一般不小于桩的直径，亦不得小于300mm。2.确定桩距s在确定桩数、桩距和边距后，根据布桩的原则，选用合理的排列方式，尺寸。（1）布置原则:

①力求使桩基中各桩受力比较均匀:作用在板式承台上荷载的合力作用点，应与群桩横截面的重心相重合或接近；②桩基在承受水平和弯矩较大方向有较大的抵抗矩，以增强桩基的抗弯能力。3.桩的平面布置横墙下“探头桩”的布置外密内疏（桩承台外围布桩间距较小、而内部布桩间距较大）布置探头桩

荷载效应标准组合下作用于承台顶面的竖向力；承台及其上土的自重标准值，地下水位以下部分应扣除水的浮力；荷载效应标准组合下作用于承台底面通过桩群形心的x，y轴的力矩；荷载效应标准组合轴心和偏心竖向力作用下第i根基桩或复合基桩的平均竖向力、竖向力；荷载效应标准组合下作用于承台底面的水平力；荷载效应标准组合下作用于第i根基桩或复合基桩的水平力；桩基中的基桩总数；第i，j基桩或复合基桩至y，x轴的距离。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》规定可不进行桩基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。2.桩基竖向承载力验算（1）轴心竖向力作用下:荷载效应标准组合:（2）偏心竖向力作用下:（3）水平力作用下:基桩水平承载力特征值基桩或复合基桩竖向承载力特征值2.桩基竖向承载力验算（1）轴心竖向力作用下:地震作用效应和荷载效应标准组合:（2）偏心竖向力作用下: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%，因此：地震作用效应与荷载效应标准组合基桩或复合基桩的平均竖向力；地震作用效应与荷载效应标准组合下，基桩或复合基桩的最大竖向力。基桩或复合基桩竖向承载力特征值3.桩基软弱下卧层承载力验算

对桩距不超过6d的群桩基础，当桩端持力层以下受力层范围内存在承载力低于桩端持力层1/3的软弱下卧层时，应进行下卧层的承载力验算。六、桩身截面强度计算及构造

桩身结构强度验算需考虑整个施工阶段和使用阶段期间的各种最不利受力状态。在许多场合下，对于预制混凝土桩，在吊运和沉桩过程中所产生的内力往往在桩身结构计算中起到控制作用；而灌注桩在施工结束后才成桩，桩身结构设计由使用荷载确定。1.桩身承载力验算预制桩构造：（1）最小截面尺寸：非预应力桩不小于200mm；预应力桩不小于350mm。（2）混凝土强度等级与保护层厚度：非预应力桩不小于C30，预应力桩不小于C40，保护层不小于30mm。（3）打入、静压的最小配筋率、箍筋与网片设置：锤击沉桩不小于0.8％，静压沉桩不小于0.6％；桩顶4～5d箍筋加密，并设网片。（4）分节长度根据施工、运输条件确定：接头不多于3个。下图为方形截面的混凝土预制桩的构造示意图。

计算桩基结构承载力时，采用荷载效应基本组合。七、桩基承台设计桩基承台的设计包括确定承台的材料、底面标高、平面形状及尺寸、剖面形状及尺寸,以及进行受弯、受剪、受冲切和局部受压承载力计算，并应符合构造要求。

桩基承台可分为柱下独立承台，柱下或墙下条形承台梁，以及筏板承台和箱型承台等。其作用是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应有足够的强度和刚度。

承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形式决定，通常墙下桩基做成条形承台梁；柱下桩基宜采用板式承台（矩形或三角形），其剖面形状可做成锥形、台阶形或平板形。外形尺寸及构造要求1.承台的计算

桩基承台的受力十分复杂，作为上部结构墙、柱和下部桩群之间的力的转换结构，承台可能因承受弯矩作用而破坏，亦可能因承受冲切或剪切作用而破坏。因此，承台计算包括受弯计算、受冲剪计算和受剪计算三种验算。当承台的混凝土强度等级低于柱子的强度等级时，还要验算承台的局部受压承载力。

根据受弯计算的结果进行承台的钢筋配置；根据受冲切和受剪计算确定承台的厚度。

模型试验研究表明，柱下独立桩基承台（四桩及三桩承台）在配筋不足的情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏。破坏时屈服线如图所示，最大弯矩产生于屈服线处。2.承台的内力计算①柱下多桩矩形承台：弯矩的计算截面应取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），并按下式计算：——扣除承台和承台上土自重设计值后i桩竖向净反力设计值；当不考虑承台效应时，则为i桩竖向总反力设计值。②柱下三桩三角形承台：计算截面应取在柱边，并按下式计算：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。③柱下或墙下条形承台梁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。3.承台厚度及强度计算

当桩基承台的有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。承台冲切破坏的方式，一是沿柱（墙）边的冲切，一是单一基桩对承台的冲切。柱边冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角大于或等于45°，该斜面的上周边位于柱与承台交接处或承台变阶处，下周边位于相应的桩顶内边缘处。

承台的受冲切承载力与该冲切锥角有关，可采用冲跨比λ来表达。①柱（墙）下桩基承台受冲切承载力可按下列公式计算：β0–冲切系数F-作用于柱（墙）底的竖向荷载设计值对于圆柱及圆桩，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bp=0.8d②受剪切计算桩基承台的剪切破坏面为一通过柱（墙）边与柱边连线所形成的斜截面。其受剪承载力按下式计算：式中V-斜截面的最大剪力设计值；b0，h0-承台计算截面处的计算宽度和高度；βhs-受剪切承载力截面高度影响系数；α-剪切系数；ft-混凝土轴向抗拉强度设计值。③局部受压计算对于柱下桩基承台，当混凝土强度等级低于柱的强度等级时，应按现行《混凝土结构设计规范》（50010-2002）验算承台的局部受压承载力。④受弯计算可根据承台内力验算正截面受弯承载力，计算方法同一般梁板。承台底部两个方向配筋近似按下式计算：承台构造承台尺寸桩的中心距一般不小于3倍桩径或边长。扩底灌注桩不小于15倍扩底直径。承台最小宽度不应小于2倍桩的直径或边长≥

500mm。承台边缘至边桩的中心距不小于桩的直径或边长，边缘挑出部分≥150mm。承台厚度应≥300mm钢筋受力筋应通长配置。矩形承台宜按双向均匀布置。不宜少于10@200；承台梁的受力筋不宜小于12mm，架立筋不应小于10mm，箍筋不应小于6mm，钢筋保护层厚度不小于≥70mm，当有混