桩基础-桩基础的设计

桩基础的设计延时符学习目标1.明确桩基础的设计原理与计算步骤；2.掌握桩基础的设计计算方法与要求。

一、桩基础设计内容与步骤

桩基础设计应根据荷载性质与大小，上部结构形式与使用要求，地质和水文资料以及材料供应和施工条件等，确定适宜的桩基础类型和各组成部分尺寸，并保证承台、基桩和地基在强度、变形和稳定性方面均能满足安全和使用要求，同时考虑设计方案的可行性与合理性。

一、桩基础设计内容与步骤1.桩基础类型的选择1）桩基础类型、承台位置和尺寸的选定

2）端承桩桩基和摩擦桩桩基的选定

3）单排桩基础和多排桩基础的选定

4）桩型与成桩工艺的选择5）承台尺寸的拟定桩基础的设计计算，一般包括下述内容与步骤：

一、桩基础设计内容与步骤2.桩径、桩长的拟定和单桩承载力容许值的确定1）桩径的拟定2）桩长的拟定3）单桩承载力容许值的确定3.确定基桩的根数及其在平面上的布置1）桩的根数估算2）确定桩的平面布置

一、桩基础设计内容与步骤4.桩基础设计方案的检验

1）单根基桩的检验（1）单桩竖向承载力检验①按地基土的支承力确定和验算单桩竖向承载力。②按桩身材料强度确定和检验单桩承载力。（2）单桩横向承载检验（3）单桩水平位移检验

2）群桩基础承载力和沉降量的检验

3）承台强度检验按材料强度确定桩的竖向承载力1.轴向受压情况（1）钢筋混凝土桩，当配有普通箍筋时，在轴心受压情况下，其截面强度按下式验算一、桩基础设计内容与步骤（2）钢筋混凝土桩，当采用螺旋式或焊接式间接钢筋时，其截面强度按下式验算：

2.偏心受压情况构件偏心受压时，除验算水平力及弯矩作用平面内桩的抗压强度外，还应验算桩身抗弯拉强度。一、桩基础设计内容与步骤

二、桩基础设计基本概念1.土的横向抗力和地基系数桩基础在荷载作用下产生变位(包括竖向位移、水平位移和转角)，使桩挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩身产生一个横向抗力，即土的横向抗力，起抵抗外力和稳定桩基础的作用，其大小取决于土的性质、桩身刚度、桩的入土深度、桩的截面形状、桩距及作用荷载等因素。

二、桩基础设计基本概念

地基系数C的物理意义是使单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需施加的力，即桩侧某点发生单位横向位移时，土对桩的横向抗力。，其值不仅与土的类别和物理力学性质有关，而且还随着深度而变化。常用的地基系数分布规律如下图所示

二、桩基础设计基本概念2.单桩、单排桩和多排桩

1）单桩或与横向外力作用方向相垂直的单排桩对于单根桩来说，上部荷载全部由其自身来承担。对于单排桩，作纵向验算时，若作用于承台底面中心的荷载为N、H和My，当N在单排桩方向无偏心时，可以假定它是平均分布在各桩上当竖向力N在单排桩方向有偏心距e时，即Mi=N·e，因此每根桩上的竖向作用力可按偏心受压计算，二、桩基础设计基本概念

二、桩基础设计基本概念2）顺横向外力作用方向的单排桩或多排桩此类桩基础实际上是一个超静定的平面或空间刚架，其内力分析和变位计算需用超静定方法求解，一般采用结构力学中的位移法计算各桩桩顶的受力。

二、桩基础设计基本概念3.桩的计算宽度桩侧土产生横向抗力的范围总要大于桩的侧向尺寸，且与桩的横截面形状、大小和相邻桩的间距等因素有关。在计算中将各种不同情况下桩侧土抗力的实际作用范围，称为桩的计算宽度。d≥1.0m时，d<1.0m时，当当(1)对单排桩或

的多排桩

K=1.0(2)对的多排桩二、桩基础设计基本概念

kf——桩形kf状换算系数，视水平力作用面而定。圆形或圆端截面kf=0.9；矩形截面=1.0；对圆端形与矩形组合截面二、桩基础设计基本概念

在桩平面布置中，若平行于水平力作用方向的各排桩数量不等，且相邻(任何方向)桩间中心距等于或大于(d+1)，则所验算各桩可取同一个桩间影响系数，其值按桩数量最多的一排选取。此外，若垂直于水平力作用方向上有n根桩时，计算宽度取nb1。，但须满足nb1≤B+1二、桩基础设计基本概念

二、桩基础设计基本概念3.刚性桩与弹性桩m法计算中常将置于土中的桩柱分成刚性构件和弹性构件两类。刚性构件是指在横向力作用下，桩柱本身不发生挠曲变形，只发生转动和位移的桩柱；弹性构件是指在横向力作用下，本身出现挠曲变形的桩柱、为了反映桩柱截面、刚度和土的性质等对桩柱变形的影响，引入桩的变形系数：

非岩石地基抗力系数的比例系数m应通过试验确定，缺乏试验资料时，可根据地基土分类、状态按表查用。查用时应注意以下事项：1.m值的确定要与桩的实际荷载相适应。一般结构在地面处最大位移不应超过6mm，位移较大时，应适当降低表列m值。2.当基桩侧面由几种土层组成时，从地面或局部冲刷线起，应求得主要影响深度hm=2(d+1)范围内的平均m值作为整个深度内的m值。对于刚性桩，hm采用整个深度h。二、桩基础设计基本概念

当深度hm内存在两层不同土时二、桩基础设计基本概念

二、桩基础设计基本概念若桩底面置于地面或局部冲刷线以下的深度为h，根据试验，当时，可将桩柱视为刚性构件，一般沉井、大直径管桩及其他实体深基础都属于这一类；

当根据不同构件，可采用不同公式计算变位和内力及土的横向抗力。

时，则应将桩柱视为弹性构件，一般沉桩与灌注桩多属这一类。

三、“m”计算单排桩的作用效应及位移

1.计算假定考虑到桩与土体共同承受外荷载的作用，为了方便计算，在基本理论中作了一些必要的假设：（1）将土视作弹性变形介质，它具有随深度成正比例增长的地基系数(C=mz)；（2）土的应力应变关系符合文克尔假定；（3）计算公式推导时，不考虑桩与土之间的摩擦力和黏结力；（4）桩与桩侧土在受力前后始终密贴接触；（5）桩作为一弹性构件。目前较普遍采用文克尔弹性地基梁法。

三、“m”计算单排桩的作用效应及位移

2.符号规定横向位移顺x轴正方向为正值；转角逆时针方向转动为正值；弯矩当左侧纤维受拉时为正值；横向力顺x轴正方向为正值。

三、“m”计算单排桩的作用效应及位移

三、“m”计算单排桩的作用效应及位移3.单排桩柱式桥墩桩顶受力时的作用效应及位移

当时，单排桩柱式桥墩承受桩柱顶荷载时的作用效应及位移可按表5-6-3计算。

表中单排桩柱式桥墩分为桩底支承在非岩石类土或基岩面和桩底嵌固在基岩中两种情况，其计算方法有所不同，设计计算时应注意区分。

(1)地面或局部冲刷线处桩的作用效应三、“m”计算单排桩的作用效应及位移(2)地面或局部冲刷线处桩变位①柱顶自由，桩底支承在非岩石类土或基岩面上的单排桩式桥墩三、“m”计算单排桩的作用效应及位移

因桩端转动桩端底面土体产生的抗力对刚度系数的影响系数

当桩底置于非岩石类土且αh≥2.5时或置于基岩上且αh≥3.5时，取kh=0。

②柱顶自由，桩底嵌固在基岩中的单排桩式桥墩

三、“m”计算单排桩的作用效应及位移（3）地面或局部冲刷线以下深度z处桩各截面内力桩身各截面处弯矩Mz的计算，主要是检验桩的截面强度和配筋计算。为此，要找出弯矩最大的截面所在的位置及相应的最大弯矩值MMAX，一般可将各深度z处的M值求出后绘制z-M图，即可从图中求得。三、“m”计算单排桩的作用效应及位移αh＞2.5时，单排桩柱式桥台桩柱侧面受土压力作用时作用效应及位移三、“m”计算单排桩的作用效应及位移地面或局部冲刷线处桩的作用效应三、“m”计算单排桩的作用效应及位移4、桩顶位移的计算

设桩顶的水平位移为△，它是由下列各项组成：桩在地面处的水平位移、地面处转角所引起的桩顶的水平位移、桩露出地面段作为悬臂梁桩顶在水平力H以及在M作用下产生的水平位移，即三、“m”计算单排桩的作用效应及位移三、“m”计算单排桩的作用效应及位移单排桩基础设计算例

四、竖向荷载作用下群桩基础的检验1.群桩共同作用特性1）端承桩群桩基础

端承桩群桩基础的承载力等于各单桩承载力之和，其沉降量等于单桩沉降量，除进行单桩承载力验算外，不必进行群桩竖向承载力验算。

四、竖向荷载作用下群桩基础的检验

2）摩擦桩群桩基础