《桩基设计与计算》 课件 5 桩基础的常规设计方法

桩基设计与计算第一章绪论1第二章竖向受荷桩基的承载力2第三章竖向受荷桩基的沉降3第四章水平受荷桩基的承载力与位移4第五章桩基础的常规设计方法（一般步骤、高层建筑桩基、桥梁桩基、桩基础的抗震设计）5第六章复合疏桩基础的设计6第七章抗滑桩的设计与计算7*第八章桩基施工与检测8目录CONTENTS本课程学习内容桩基计算理论竖向受荷桩基（承载力与沉降）水平向受荷桩基（承载力与位移）桩基础的常规设计非常规桩基础的设计桩基础设计*桩基施工及检测静载荷试验法经验参数法静力计算法静力触探等原位测试动力法极限平衡理论法群桩效率系数法承载力单桩群桩沉降荷载传递法弹性理论法剪切变形传递法简化计算方法承载力静载荷试验法规范推荐公式内力和位移静力平衡法（极限地基反力法）弹性地基梁法（弹性地基反力法）p-y曲线法（弹塑性地基反力法）弹性理论法实体深基础法明德林-盖德斯法竖向受荷桩基水平向受荷桩基Review桩基计算理论第五章桩基础的常规设计方法第一节概述第二节桩基设计计算的一般步骤和方法第三节高层建筑桩基础设计要点第四节桥梁桩基础设计要点第五节桩基础的抗震设计与计算第六节设计算例第一节概述一、常规设计荷载主要由基桩承担桩数根据基桩容许承载力确定桩距<6d，一般为3～4d且较均匀布桩各基桩的截面和长度基本相同本章依据的工程规范《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）《铁路桥涵地基基础设计规范》（TB10002.5-2005）二、桩基础设计计算方法

（课本第6页）极限状态设计承载力极限状态（Ultimatelimitstate/ULS）桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值正常使用极限状态（Serviceabilitylimitstate/SLS）承载能力计算和稳定性验算1、竖向和水平向承载力计算2、桩身和承载结构承载力计算3、软弱下卧层验算4、坡地、岸边整体稳定性验算5、抗浮、抗拔桩基，基桩和群桩抗拔承载力验算6、抗震设防区的抗震承载力验算承载力极限状态（Ultimatelimitstate/ULS）桩基沉降计算1、设计甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基2、设计乙级的体形复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱下卧层3、软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础水平受荷桩，计算水平位移验算桩和承载正截面的抗裂和裂缝宽度正常使用极限状态（Serviceabilitylimitstate/SLS）注意荷载取值荷载效应抗力确定桩数和布桩（承载力）标准组合特征值桩基沉降和水平变形准永久组合地震、风载下的水平变形地震、风载标准组合坡地附近的桩基整体稳定性标准组合结构承载力、确定尺寸和配筋基本组合承台和桩身裂缝控制标准组合/准永久组合第二节桩基设计计算的

一般步骤和方法（1）荷载不超过地基的承载能力（2）变形小于容许值（3）结构（承台和桩身）应有足够的强度、刚度及耐久性1、桩基础设计的技术要求（验算内容）2、桩基础设计计算内容桩基设计桩基类型、截面及桩长桩数及平面布置、承台底面尺寸桩身结构及承台结构设计桩基计算（验算）承载力验算变形验算结构强度验算桩基础设计计算要求及内容定值设计法概率极限设计法七、桩与承台的连接八、承台与承台的连接桩基设计计算的一般步骤和方法一、桩型的选择和基桩几何尺寸的确定二、确定单桩承载力特征值三、确定桩数和平面布置、承台底面尺寸五、桩身强度验算及结构设计六、承台设计和验算四、地基验算

承载力验算—基桩、软弱下卧层承载力沉降验算设计确定桩的类型和几何尺寸确定单桩承载力确定桩数及桩的平面布置、承台底面尺寸

计算验算地基验算（1）基桩承载力计算（2）承载力验算（基桩承载力验算、桩基软弱下卧层验算）（3）沉降验算桩身结构设计及强度验算承台结构设计及强度验算（已学√）（已学√）（已学√）一、桩型的选择和基桩几何尺寸的确定综合比较各类桩的特点，选择经济合理、安全适用的桩型结构荷载性质地层情况施工工艺设备、施工队伍水平和经验等条件环境影响

（一）桩型的选择（1）沉桩难易（2）振动和噪声（3）挤土效应（4）施工应力及造价（5）质量稳定性有效桩长：地基计算（承载力和沉降计算）设计桩长：桩身结构设计计算入土深度有效桩长设计桩长5～10cm1.3～1.5b（二）基桩几何尺寸确定包括桩长、截面尺寸持力层埋深及承台底面埋深选择坚实土层作为持力层桩端全断面进入持力层深度

粘性土、粉土不宜小于2d砂土不宜小于1.5d碎石类土不宜小于1d存在软弱下卧层，硬持力层埋深不宜小于3d硬持力层较厚、施工条件许可埋深达到桩端阻力临界深度嵌岩桩的最佳嵌岩深度h=(3～6)d从结构要求及方便施工来拟定承台埋深结构方面，承台底标高=承台顶标高+承台厚度厚度验算见承台设计内容桩长确定根据当地经验和桩型选取截面尺寸主要考虑因素：成桩工艺和建筑物荷载情况桩截面尺寸的确定钻孔灌注桩：直径500，800mm钢筋混凝土预制桩：边长350~500mm高强度预应力混凝土管桩：直径400~500mm（抗震设防烈度为8度时禁用）超高层（高度>100m）,采用更大直径的钻孔灌注桩和钢管桩上海环球金融中心：直径700mm钢管桩金茂大厦：直径914mm钢管桩上海中心：直径1m后注浆钻孔桩上海地区建筑桩基常见桩型及截面尺寸二、确定单桩承载力特征值Ra

（单桩容许承载力）静载荷试验法经验参数法静力计算法其它原位测试静力触探

(√)(√)高应变动测等确定单桩承载力方法(√)（一）竖向静载荷试验单桩s-lgt曲线lgt(min)Q－s曲线陡降型Q－s曲线明显陡降的起始点对应的荷载s－lgt曲线尾部明显向下弯曲的前一级荷载值Q－s曲线缓变型取s＝40～60mm对应的荷载单桩极限承载力确定

单桩极限承载力标准值（二）经验参数法单桩极限承载力特征值——单桩容许承载力承载力极限状态验算方法到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。单桩极限承载力单桩容许承载力（承载力特征值）/承载力设计值设计时考虑一定的安全度而取用的承载力值。两类验算方法荷载、承载力、变形参数的实测值是具有变异性和不确定性的随机变量荷载承载力定值标准组合特征值/容许值=标准值/安全系数概率基本组合设计值=标准值/分项系数三、确定桩数及其平面布置、

承台底面尺寸(一）桩数确定竖向轴心、偏心荷载作用下桩数估算G——桩基承台和承台上土的自重标准值（地下水位以下部分扣除水的浮力）Ra——单桩承载力特征值

μ

——考虑偏心荷载等因素而增加桩数的经验系数，

可取μ=1.0～1.2

未定承台尺寸时，暂不计G，在桩基验算时再计算G

常规桩距为（3～4）d。具体见规范（二）桩的中心距（三）桩群的平面布置布置原则1、桩群形心与长期荷载重心重合

受水平力和力矩较大方向有较大的抵抗矩2、桩箱(筏)基础，考虑优化基础结构受力条件桩箱基础，宜将桩布置于墙下带梁的桩筏基础，宜将桩布置于梁下布置形式行列式(方形或矩形网格)梅花式(三角形网格)（四）承台底面尺寸边桩中心距离承台边缘不小于一倍桩径（或边长）边桩外边缘至承台边缘距离应不小于150mm由以上初步确定的桩数、桩距及布置方式，即可确定承台的底面尺寸。dd≥150验算内容四、地基验算

（一）计算基桩承载力

（二）承载力验算

（基桩承载力验算、桩基软弱下卧层验算）

（三）沉降验算五、桩身结构设计及强度验算六、承台结构设计及强度验算四、地基验算基桩：群桩基础中一根桩复合基桩：考虑承台效应的基桩fak—承台底1/2宽度深度范围(≤5m）内地基土承载力特征值Ac—基桩所对应分配的承台底与土接触的净面积不考虑承台作用时，R=Ra当承台底面以下是软土、欠固结土、湿陷性黄土等(一）基桩承载力特征值R计算复合基桩承载力特征值《建筑桩基技术规范》、《建筑地基基础规范》规定《公路桥涵地基与基础设计规范》《铁路桥涵设计规范》单桩承载力特征值——单桩容许承载力不考虑承台效应群桩效应问题由群桩承载力验算来反映(二）桩基承载力验算1、基桩承载力验算（1）轴心荷载作用下Nk

——荷载效应标准组合，基桩所受竖向力

Fk——荷载效应标准组合，作用于承台顶的竖向荷载

Gk——土自重标准值验算要求R——基桩（或复合基桩）承载力特征值（桩顶作用效应验算）（2）偏心荷载作用下Nik——偏心荷载下，任一基桩所受的竖向力Mxk,Myk——荷载效应标准组合，承台底对桩群形心X、Y轴力矩

Xi,Yi——第i根基桩到Y、X轴的距离验算要求当Nkmin<0时，需验算抗拔承载力XiYXMY（3）水平承载力验算验算要求按简化方法计算桩顶反力问题：弯矩由轴力提供不考虑桩顶自身的转角和弯矩对应条件：桩顶水平荷载较小，承台刚度无限大（无共同作用）2、群桩软弱下卧层承载力验算软弱下卧层定义桩端以下地基承载力<1/3持力层承载力，桩基冲破硬持力层的冲剪破坏验算原则附加应力+土自重应力<软卧层承载力特征值位置：软卧层顶面基底附加压力P0P0向下扩散：软弱层顶的附加应力σZ附加应力计算等效实体深基础FGGfθA0Az0zLtQsθP0σZ软弱层顶:附加应力+自重应力<软土承载力特征值（深度修正）软弱下卧层进入临界状态前，基桩侧阻平均值已接近极限传递至桩端平面的荷载，为扣除实体基础外表面总极限侧阻力的3/4，而非1/2总极限侧阻力（1/2为安全系数）（三）桩基沉降计算1、等代墩基法——国家标准《建筑桩基技术规范》

简化计算方法等代墩基法（实体深基础）弹性理论应力解法（盖徳斯公式）适用sa<6d桩基础（1）桩基础视为实体基础基础埋深——桩端基础尺寸——取承台底面积基底P0——取承台底面P0（2）按浅基础沉降计算方法计算沉降SS′按浅基础分层总和法计算的沉降ψ为桩基沉降计算经验系数p0zi-1zizn

z（3）引入桩基等效沉降系数ψe浅基础应力计算公式布辛奈斯克解（荷载作用在半无限体表面）桩基——深基础，布辛奈斯克解使计算结果偏大很多。均质土中刚性承台群桩的沉降数值解明特林解（荷载作用在半无限体内部）桩土变形协调，略去桩身压缩应用广义链杆法减少桩土系统的未知变量桩端以下土中应力计算仍采用布辛奈斯克解，但引入修正系数

e（二）弹性理论应力解法1、基本原理（1）分层总和法，附加应力作用位置——桩端（2）应力计算方法非等代墩基，

各基桩在桩端平面以下土中产生的附加应力进行叠加应力计算——明德林应力解上海地基基础规范DGJ-11-2010p0zi-1zizn

z（2）群桩荷载下地基土中竖向附加应力的计算k为桩数；σZj为第j根桩产生的土中附加应力（3）分层总和法计算桩端平面以下土的压缩量σZi为群桩荷载在基础中心点以下i土层中点处的竖向附加应力。（4）乘以桩基沉降计算经验系数ψm计算步骤（1）单桩荷载下地基土中竖向附加应力的计算n为计算分层数；（α桩端荷载分担比）五、桩身结构设计及强度验算（一）材料强度验算单桩抗压承载力（二）桩身结构设计Ⅰ、预制桩结构设计（1）吊运（2）沉桩（3）构造要求Ⅱ、灌注桩结构设计（1）竖向轴心受压桩（2）受水平荷载较大的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩（一）材料强度验算单桩抗压承载力轴心受压钢筋混凝土桩承载力Φ——稳定系数不考虑压曲影响时（如低桩承台）取1.0；考虑压曲影响时（如高桩承台、桩周为可液化土等），取值参照规范φc——基桩混凝土施工工艺系数预制桩、预应力管桩取0.9干作业非挤土灌注桩取0.85泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩取0.7～0.8软土地区挤土灌注桩取0.6考虑施工和使用阶段各种最不利受力状态预制桩，吊运和沉桩过程中的内力起到控制作用灌注桩，施工结束后才成桩，由使用荷载确定（二）桩身结构设计Ⅰ、预制桩结构设计最不利受力状况：吊运和锤击沉桩吊运过程：受力状态与梁相同起吊和运输：两支点（桩长L<18m）或三支点（桩长L>18m）打桩架下竖起：一点吊立吊点设置：桩身在自重下正负弯矩相等（1）吊运两吊点q—桩单位长度的自重l—为设计桩长k—动力系数，吊运中可能受到冲撞和振动，一般取k=1.5按吊运中引起的内力对桩身配筋进行验算桩的配筋起决定作用一吊点（2）沉桩沉桩方法：锤击法、静力压桩法静力压桩：不验算沉桩中应力<运输和使用阶段应力锤击法：桩身结构动应力计算沉桩产生应力波传递，桩身受到锤击压、拉应力反复作用一级建筑桩基，有抗裂要求、腐蚀性土中打入预制混凝土桩，钢桩锤击压应力<桩材的轴心抗压强度设计值锤击拉应力值<桩身材料的抗拉强度设计值（锤击压应力和拉应力的计算见桩基规范）（3）构造要求主筋：沿桩长均匀分布，

一般设4根（截面边长a<300mm）或8根（a=350～550mm）

直径14～25mm。截面尺寸：普通，边长≥200mm，预应力，边长≥350mm

混凝土强度等级：普通≥C30，预应力≥C40

混凝土保护层厚度：≥30mm配筋率：普通≥0.8%，静压法≥0.6%

箍筋：直径6～8mm，间距≤200mm《全国通用建筑标准设计图集——预制钢筋混凝土方桩》、《预应力混凝土管桩》配筋均已按桩在吊运、运输、就位过程产生的最大内力进行强度和抗裂度验算，且已满足构造要求。注意桩身混凝土强度达到设计强度70％时起吊，100％时运输不能满足时，根据实际情况验算配筋Ⅱ、灌注桩结构设计主筋主筋水平：≥Φ8@12mm抗压/抗拔：≥Φ6@12mm，净距≥60mm配筋率桩身直径300~2000mm，配筋率0.65%~0.2％配筋长度端承桩，坡地岸边桩，抗拔桩：通长配筋d>600mm摩擦桩，≥2/3桩长水平荷载，≥4.0/α（α为桩的变形系数）地震作用：穿过可液化/软弱土层，进入稳定土层长度（计算）碎石、砾、粗中砂、密实粉土、坚硬黏土：≥2~3d其它非岩石土：≥4~5d负摩擦桩：穿过软弱土层进入稳定土层，进入深度≥2~3d满足抗压强度和计算要求时，只需按构造要求配筋混凝土强度等级：≥C25主筋混凝土保护层厚度：≥35mm水下灌注混凝土桩保护层厚度：≥50mm

为保证桩头具有设计强度，施工时应超灌50cm以上，

以除掉混凝土浇注面处浮浆层。箍筋Φ6～8@200～300mm，螺旋式受水平荷载较大的桩基和抗震桩基，桩顶5～10d范围内箍筋应适当加密，间距<100mm；钢筋笼长度>4m时，为加强其刚度，Φ12～18加劲箍筋/2m

六、承台设计和计算（一）构造要求承台最小宽度：≮500mm承台边缘至边桩中心距离：≮1d,

且桩的外边缘至承台边缘的距离≮150mm承台厚度：≮300mm承台埋深：≮600mm砼：≮C30，钢筋保护层≮50mm（二）结构计算Ⅰ、承台厚度的确定（1）冲切验算（冲切锥体）柱/基桩对承台的冲切（2）抗剪验算（斜截面）柱边（墙边）和桩边连线形成斜截面的抗剪承载力Ⅱ、承台抗弯验算——配筋计算桩顶反力下受弯构件Ⅲ、承台局部受压计算

承台混凝土强度等级<柱子/桩的强度等级板式承台：冲切验算条形承台梁：斜截面剪切验算柱下独立承台：剪切及冲切验算剪坏基础高度不够，产生冲切破坏，柱\桩边发生45°斜拉裂缝，形成冲切角锥体剪坏剪切面沿柱边和桩边连线处形成斜截面拉坏弯曲应力超过材料的抗弯强度，导致抗弯破坏。剪切七、桩与承台的连接的构造要求主筋伸入桩顶埋入桩顶嵌入承台：中等直径≥50mm，大直径≥100mm主筋伸入承台：≥35d0(主筋直径）桩顶设置钢筋网以扩散应力桩身埋入承台长度d<0.6m，L≤2d（桩径）d=0.6～1.2m，L≤1.2dd>1.2m，L<d八、承台之间连接采用联系梁设置条件单桩承台：垂直方向两桩承台：短向单排桩条形基础：垂直梁方向抗震要求独立承台：两个方向设计内容取柱轴力的1/10为两端拉压力，粗略方法确定截面尺寸和配筋构造要求顶面标高：同承台顶面宽度：≥250mm高度：1/10~1/15承台中心距，≥400mm上下部纵向钢筋：>2根，直径>12mm，按受拉要求锚入承台小结——竖向受荷桩基设计的一般步骤一、确定桩的类型和几何尺寸二、确定单桩承载力三、确定桩数及桩的平面布置、承台底面尺寸四、地基验算

（一）计算基桩承载力

（二）承载力验算

（基桩承载力验算、桩基软弱下卧层验算）

（三）沉降验算五、桩身结构设计及强度验算六、承台结构设计及强度验算第三节高层建筑桩基础设计要点一、地基－桩筏(箱)基础－上部结构的共同作用二、桩筏(箱)基础的计算方法概述三、常规设计计算步骤1、工作性状2、共同作用机理3、可以不考虑共同作用的典型情况1、理论不考虑共同作用（常规）桩筏共同作用三者共同作用2、实际应用常规设计方法变刚度调平复合疏桩基础高层建筑荷载特点竖向和水平向荷载都比较大对倾斜敏感上部结构刚度大基础结构型式独立承台和梁式承台/桩筏、桩箱基础桩筏基础独立桩承台基础1、桩－筏基础满堂布桩，通过整块混凝土板把柱、墙、筒的集中荷载传递给桩。软土地基上筒体结构、框剪结构，借助高层结构的巨大刚度来弥补基础刚度的不足。若为端承桩基，也可用于框架结构。raft2、桩－箱基础通过底板、顶板、外墙和若干纵横隔墙构成的箱型基础将上部结构荷载分配给桩。刚度很大，调整各桩受力和沉降在软弱地基上建造高层建筑时曾经较多采用适合桩基地质条件下建造任何结构型式高层建筑的“万能式桩基”造价最高限制了大跨度地下空间的使用要求一、地基－桩筏（箱）基础－上部结构共同作用建筑物的受力和变形特点地基、基础、上部结构形成整体，传递和承担荷载三者在接触部位的受力及变形都是连续的高层建筑桩筏（箱）基础，共同作用问题特别突出基础底面积大基础埋深大上部结构刚度变化大（一）桩筏(箱)基础工作性状桩与筏板的荷载分担基底土反力分布桩顶反力分布筏(箱)挠曲和底板钢筋应力桩与筏(箱)下土体共同承担荷载共同作用阶段基底与地基保持接触，桩筏(箱)共同承担荷载基底与地基土脱离，桩承担荷载基底与地基再度接触，桩筏(箱)再度共同承担荷载基底与地基土再度脱离，桩承担荷载的阶段循环继续，直到建筑物沉降稳定1、桩与筏板的荷载分担国内桩箱和桩筏基础实测数据国外桩箱和桩筏基础实测数据*（国外桩筏基础一般特指复合疏桩基础）影响基底土分担荷载的主要因素(a)桩端持力层性质，越硬越小(b)基底以下土层的性质，越软越小(c)桩距大小，越密越小(d)沉桩挤土效应(e)荷载水平，荷载越小则越小(f)桩土应力比，桩越软则越小筏(箱)底土反力即为板分担的荷载2、基底土反力分布竖向荷载下的软土地基中呈外部大、内部小的马鞍形分布中部与边缘土反力差异随桩距增大明显减小传统设计方法假定

竖向中心荷载下，桩顶反力均匀分布实际情况

桩筏(箱)基础沉降均匀

各桩桩顶反力不相等3、桩顶反力分布（角桩荷载Pc、边桩荷载Pe、内部桩荷载Pi、Pav平均荷载）实测资料角、边、內角、平均边、平均內、平均施工初期结构刚度不大，Pc≈Pe≈Pi施工进展结构刚度不断增大，差异增加，呈现Pc＞Pe＞Pi施工完毕不等式仍成立，Pc越来越大，Pi越来越小分布形式类似于弹性地基上刚性基础反力分布形式即基础板下满堂群桩桩顶反力分布曲线呈马鞍形分布内因筏板和上部结构刚度大小外因群桩效应基础变形使底层墙、柱荷载发生重新分配桩顶反力分布不均桩顶荷载分布与施工中上部结构刚度形成关系密切建造初期，底部应力随上部结构层数增加而增加 ——荷载增加，变形增加一定层数以后趋于稳定，顶部应力受压变为受拉 ——上部结构刚度对基础变形约束4、筏\箱挠曲和底板钢筋应力常规设计（s=3～4d）接近弹性地基上刚性基础上部结构和群桩刚度对筏\箱基础刚度有贡献，但有限筏\箱挠曲底板钢筋应力三栋高层建筑底板钢筋应力实测资料应力转折层数约为建筑物总层数的1/5~1/6（二）三者共同作用机理上部结构刚度影响上部结构（刚度增加）基础地基（桩）内力次应力增加减小反力不均更严重（边桩>角桩>内桩）变形减小基础刚度影响上部结构基础（刚度增加）地基（桩）内力次应力减小增加反力不均严重（边桩>角桩>内桩）变形减小桩的刚度影响上部结构基础地基（桩）（刚度增加）内力次应力减小减小变形减小地基、基础、上部结构三者相互影响、相互制约。三者作为一个整体来考虑，不应将三者隔离开来计算共同作用小结计算困难，往往采用不考虑共同作用的简化计算方法注意适用条件，否则计算结果误差大理论上实际上（三）可以不考虑共同作用的典型情况体系在受力全过程中不产生整体弯曲和不均匀沉降时，不需按刚度来重新调整三者的接触应力可以不考虑共同作用地基为坚硬岩石——不产生压缩变形

不产生整体弯曲变形，不发生整体弯曲应力基础或者上部结构为理想绝对刚体建筑物只产生均匀沉降或整体倾斜，不产生整体弯曲变形

整体弯曲应力由绝对刚性体承担不论地基状况，不论上部结构及基础刚度

如能调整荷载（包括基础板上的外荷及桩顶反力）使基础与结构不产生整体弯曲变形，不产生整体弯曲应力“变刚度调平设计”二、桩筏（箱）基础计算方法概述1、不考虑共同作用2、桩筏共同作用3、三者共同作用（一）理论方法1、不考虑共同作用三者隔离，分别计算只满足静力平衡条件：总荷载与总反力不考虑位移连续性条件上部结构与基础连接点基础底面与地基土接触点隔离上部结构，固定支座代替基础——支座无变形，基础绝对刚性

计算内容：上部结构内力、变形、支座反力上下桩顶仅受轴力作用弯矩由轴力提供水平力由筏板侧面提供支座反力作用于基础，计算桩顶反力上部结构柔性（无约束），支座反力由桩承担基于基础刚性，按简化方法计算桩顶反力支座反力及桩顶反力作用于基础板，计算筏板内力和变形

基础刚度较大，仅考虑局部弯曲，忽略整体弯曲用刚性板条法/倒楼盖法计算筏板内力倒楼盖法上部结构刚度较大结构柱为支座，桩顶力为外荷按倒置楼盖结构计算筏板的内力刚性板条法上部结构刚度较小桩为支座，上部结构柱荷载为外荷将板带简化为以桩作为支座的多跨连续梁按结构力学方法近似计算板带的内力中未考虑共同作用导致的问题上部结构内力计算值偏小，设计偏于危险特别是底层梁、柱和边跨梁、柱尤为明显，甚至出现严重开裂桩顶反力群桩桩顶受力较均匀，与实测值不符筏板内力忽略了基础整体弯曲作用刚性板条法：筏板内力计算值偏大倒楼盖法：承台内力计算值偏小工程应用情况简化方法有缺点，但简单方便，力学概念相对清楚，易于使用根据经验采取措施整个体系在受力全过程中不产生整体弯曲和不均匀沉降时，可以不考虑共同作用，结果误差小。弱化共同作用效应调整桩位布置减小基础板挠曲上部结构的边跨梁、柱处增加钢筋增加底板厚度与配筋，以加大基础刚度（接近刚性板的计算假定）传统设计方法变刚度调平设计2、桩筏（箱）共同作用筏板是置于弹性土体地基上的板地基和基础为整体，与上部结构隔离上部结构为理想柔性体系，对基础变形无约束作用上部结构效果仅以荷载形式作用在基础上整体弯曲应力全部由基础承担基础底面和地基表面始终贴合（满足静力平衡、变形协调）基本假设弹性地基板理论具体步骤隔离上部结构，固定支座

计算内容：上部结构内力、变形、支座反力上中+下支座反力作用下，计算桩和筏板内力基础：弹性地基板法理论（有限差分法、有限单元法）桩：线性或非线性弹簧反力未考虑上部结构共同作用导致的问题筏板的变形与内力计算值偏大为减少基础的变形与内力而不必要地去增加基础高度或底板厚度与配筋，造成浪费上部结构变形与内力计算值偏小夸大了基础刚度作用，导致上部结构设计偏于危险20世纪80年代开始，伴随结构分析有限元法发展逐步开展反映施工期间结构逐层增加，荷载与结构刚度实际变化及对共同作用的影响3、三者共同作用考虑上部结构、地基、基础变形协调条件的设计方法比较真实地反映建筑物的实际工作状态子结构分析技术共同作用分析方法三部分各自存在多种计算模型—如筏-土和桩-土共同作用尚无较符合实际的计算模型应用于实际工程还比较困难是地基基础设计的发展方向难点（二）实际应用中桩筏（箱）基础设计方法设计人员需根据自己的设计经验和计算能力，按照规范所提供的基本设计原则进行设计。传统设计方法不考虑地基－基础－上部结构的共同作用变刚度调平概念设计方法以共同作用概念来调整布桩控制变形复合疏桩基础设计方法在满足设计条件及有地区经验的情况下，该类设计方法也可用于桩筏基础的设计。1、传统设计方法不考虑地基－基础－上部结构的共同作用基于承载力确定桩数，相同桩长、桩径，均匀布桩桩顶内力：简化方法（轴心荷载下各桩荷载相等）承台内力：刚性板条法、倒楼盖法计算简单，便于手算未考虑共同作用，与实际有偏差基础不经济造成材料浪费，上部结构偏于危险优缺点均匀布桩2、变刚度调平减小差异沉降的途径加大基础抗弯刚度增加造价调整地基或基桩的刚度分布调节桩长、桩位布置和桩径变刚度调平建筑桩基规范规定考虑桩－土－承台－上部结构共同作用对于承载力和变形的影响，既满足荷载与抗力的整体平衡，又兼顾荷载与抗力的局部平衡，以优化桩型选择和布桩为重点，力求减小差异变形，降低承台内力和上部结构次内力，实现节约资源、增强可靠性和耐久性。局部增强（非满堂布桩）

对荷载集度高的区域局部增强处理,

包括采用局部桩基或局部刚性桩复合地基具体方法2)桩基变刚度（满堂布置框筒、框剪结构）变桩距、变桩径、变桩长(多层持力层)

内部桩群增强

荷载集度高、相互作用影响

外围区适当弱化

复合桩基设计3)主裙连体变刚度增强主体(采用桩基)弱化裙房(采用天然地基、疏短桩基、复合地基)4)上部结构-基础-地基(桩土)协同工作分析

基于概念设计

进行上部结构-基础-地基协同工作分析计算

进一步优化布桩

确定承台内力与配筋3、复合疏桩基础设计方法疏布摩擦型桩基，由桩和桩间土共同承担荷载。

在满足设计条件及有地区经验的情况下，该类设计方法也可用于高层建筑桩筏（箱）基础的设计。三、桩筏基础传统设计计算不考虑共同作用水平荷载较小，简化公式水平荷载较大，“m”法计算计算桩顶反力承台内力刚性板条法/倒楼盖法设计按承载力要求计算桩数采用相同桩长、桩径和比较均匀地布桩或布置在梁柱下验算承载力、变形（一）埋深满足地基承载力、变形和稳定性要求（抗倾覆和抗滑移稳定性的要求）有利于减少建筑物地基变形量和整体倾斜值，发挥地基土的承载力。《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)规定埋深天然地基/箱基或筏基：>1/15建筑物高度桩/箱或桩/筏基础：（不计桩长）>1/18～1/20建筑物高度岩石地基上/高层建筑基础：满足抗滑要求为防止建筑物滑移，桩筏基础设置一层地下室是必要的。桩数确定基桩承载力特征值根据上部结构荷载效应标准组合值，计算拟定桩数（二）桩数确定及桩基布置桩基布置一般要求桩数量较少宜布置在墙下、梁板式筏形基础梁下或平板式筏形基础柱下减少基础底板局部弯曲和内力满堂布桩桩的中心距一般不小于3倍桩径桩群承载力合力点与长期荷载重心重合受水平力和力矩较大方向有较大截面模量桩顶反力角桩和边桩桩顶反力较大，布桩时适当提高边、角区域中布桩密度对于均化桩顶反力有其合理处，进一步导致桩顶反力向边、角区域集中，对底板受力不利基础底板满堂均匀布桩的桩筏(箱)基础底板产生下凹盆形的整体弯曲特别在上部结构为框架结构或大跨度筒中筒结构时，基础底板的整体弯曲将更加严重变刚度调平设计思想底板下边缘弱、中间强墙柱下及筏板梁（肋）下强、跨中板下弱的布桩原则改善基础板的受力状态，获得整体最优的设计效果传统设计方法与变刚度调平设计方法的布桩区别传统设计方法——主要考虑的是减少承台局部弯曲变刚度调平设计——主要考虑的是减少承台整体弯曲（三）桩筏(箱)基础设计验算桩顶反力（不合理）地基承载力竖向承载力水平承载力桩基沉降桩身强度承台底板结构验算抗剪切、抗冲切、局部受压竖向承载力、水平承载力验算水平力较小，简化方法1、桩基承载力验算（1）计算：基桩桩顶反力水平力较大按“m”法计算基桩桩顶力。具体见上一章。

R——基桩的竖向承载力Rh——基桩的水平承载力（2）基桩竖向承载力验算（3）基桩水平承载力验算2、桩基沉降验算（1）实体深基础法（等代墩基法）（2）Geddes应力叠加—分层总和法（3）简易理论法（4）半理论半经验公式方法水平荷载较小，基桩桩顶反力简化计算公式水平荷载较大，根据承台底面处的荷载，“m”法计算3、桩身结构强度验算（1）基桩内力计算(2）桩身抗压及抗弯强度验算（见下节桥梁桩基）4、承台结构强度验算（1）承台内力计算（2）承台抗弯、抗剪切、抗冲切及局部受压验算（见上节）考虑共同作用弹性地基板承台整体弯曲较小，不考虑共同作用倒楼盖法刚性板条法筏板：平板式、梁板式根据土质、布桩情况、上部结构体系、柱距、

荷载大小以及施工等条件选定（四）筏板构造要求强度等级：≥C30垫层：≥C30,厚度>70mm（1）混凝土（2）筏板厚度平板式厚度：≥500mm，≥1/14板跨（3）筏板平面尺寸布桩、上部结构以及地基分担荷载的要求等因素确定底板边缘至外排桩桩中心的距离≥桩的直径或边长边缘挑出部分宽度≥150mm计算满足局部弯矩考虑到整体弯曲的构造要求上层钢筋：按计算配筋率全部连通下层配筋率：≥0.15%（纵横两个方向）底部支座钢筋：1/4，1/3贯通全跨当筏板厚度：>2000mm板厚中间部位：设置双向钢筋网钢筋网：直径≥12mm、间距≤300mm底板下部钢筋保护层厚度有垫层：≥50mm无垫层：≥70mm>桩头嵌入底板长度（4）筏板钢筋

四、高层建筑桩筏基础设计及实测资料桩筏基础设计的要点：基础板厚度的确定从厚到薄，观念上的转变。对应共同作用理念的发展。早期，10cm/层（经验）28层大楼，2.5m

近期，5cm/层金茂大厦88层，4m上海环球金融中心101层，4.5m上海中心121层，6m第四节桥梁桩基础设计要点一、桥梁墩台桩基础上的荷载二、桩的屈曲问题及强度验算三、桥梁桩基设计及验算内容一、桥梁墩台所受荷载及其组合（一）荷载概述恒载（永久荷载）活载（可变荷载）偶然荷载1、恒载长期作用的荷载1）结构自重桥跨自重、墩台自重、基础上覆土重等2）浮力3）土压力（作用在桥台背面）桥梁荷载复杂多样2、活载经常作用，作用位置可移动或大小可变化的荷载按对结构物的影响程度：基本活载、其他活载（1）基本可变荷载

（基本活载）1）汽车或列车活载2）车辆冲击力3）离心力4）汽车或列车荷载引起的侧向土压力5）人群（2）其他可变荷载（其他活载）1）车辆制动力或牵引力2）风力3）列车横向摇摆力4）流水压力5）冰压力6）温度影响力3、偶然荷载1）船只或漂流物的撞击力2）汽车撞击力3）地震力荷载特性及概率，考虑各种不利荷载组合每一验算项目，不利荷载组合都不同该项验算能否通过，取最不利条件验算地基强度，ΣNi大，ΣMi大的组合验算滑移稳定，ΣNi小，ΣHi大的组合桥梁荷载的荷载组合（二）《公路桥涵设计通用规范》永久作用

结构重力、预加力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩徐变、水的浮力可变作用

汽车荷载、汽车冲击力、汽车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、汽车制动力、风荷载、流水压力、冰压力、温度作用、支座摩阻力偶然作用地震作用、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用作用分类作用和荷载的区别荷载：直接施加于结构上的外力结构自重，人群、车辆狭义作用：

不以外力形式施加，与结构本身的特性、结构所处环境有关地震、基础变位、混凝土收缩、徐变、温度变化广义作用：所有引起结构反应的原因狭义作用+荷载作用效应组合的定义及组合原则作用特性桥梁结构特性施工方法桥位所处的环境确定出桥梁各种作用后，根据决定各种作用的取舍以及同时作用的可能性作用效应组合原则结构上同时出现的作用，才进行组合。进行不同受力方向验算，取不同方向的最不利组合。可变荷载产生有利影响，不参与组合。施工阶段应按计算需要及结构所处条件，施工人员和机具作为临时荷载多个偶然荷载不同时参与组合混凝土收缩、徐变、温度效应组合基础变位作用钢筋混凝土承载力能力极限状态设计，不考虑视具体情况而定拱桥结构考虑考虑承载能力极限状态正常使用极限状态基本组合偶然组合标准组合频遇组合准永久组合永久荷载√√标准值？？可变荷载√√标准值/组合值频遇值/准永久值准永久值偶然荷载√1个标准值组合值频遇值准永久值永久荷载√可变荷载√√√√偶然荷载√荷载代表值：验算极限状态所采用的荷载量值荷载组合：保证结构可靠性，对同时出现各种荷载设计值规定《建筑结构荷载规范》的术语公路桥涵的作用效应组合公路桥涵结构设计承载能力极限状态正常使用极限状态基本组合偶然组合短期组合长期组合永久荷载设计值标准值标准值标准值可变荷载设计值某种代表值频遇值准永久值偶然荷载1个，标准值，1.0）桩基设计承载能力极限状态正常使用极限状态基本组合偶然组合短期组合偶然组合长期组合桩结构承载力√√桩基承载力√√桩基沉降

√（三）《铁路桥涵设计通用规范》中主力：恒载+基本活载附加力：其他可变荷载二、桩的屈曲问题及强度验算屈曲破坏细长轴心、偏心受压构件轴向荷载达一定数值时，强度未发生破坏之前，纵向弯曲使构件丧失稳定，导致破坏基桩屈曲分析复杂桩周土体约束,土的力学特性非常复杂轴向压力下桩身抗压曲强度验算偏心压力下桩身抗弯拉强度验算实用中考虑基桩屈曲影响的桩身截面强度验算钢筋混凝土结构的正截面受压承载力计算（一）轴向压力下桩身抗压曲强度验算桩身截面强度验算，考虑纵向挠曲影响条件：《桥规》规定，轴向受压构件长细比>7

作法：引入纵向弯曲系数φ（≤1）钢筋混凝土桩压曲稳定性验算公式φ：根据桩的长细比l0/d查表.*与材料力学空间杆件不同，桩侧受土抗力作用，l0需另行确定*用”m”法计算横向荷载时，可按下表计算l0

（二）偏心受压下桩身截面强度验算1、初始偏心距e02、偏心距增大系数η以钢筋混凝土圆形截面桩（直径为d）为例桩顶水平力和弯矩作用引起桩的挠度对纵向力偏心距的影响桥涵规范

荷载偏心率对截面曲率的影响系数构件长细比对截面曲率的影响系数3、截面强度验算公式JTG3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

当截面內纵向普通钢筋数量不少于8根时当混凝土强度等级在C30~C50、纵向钢筋配筋率在0.5%~4%之间时

三、桥梁桩基设计及验算内容设计步骤同前收集设计资料（荷载、地质、水文、施工技术等）拟定设计方案（桩基类型、桩径、桩长、桩数及布置）进行验算作修改，多次反复试算，得出较佳设计方案（一）桩基类型的选择高承台还是低承台柱桩还是摩擦桩单排桩还是多排桩打入桩还是钻孔灌注桩（二）桩径、桩长的拟定桩的特点及常用尺寸考虑工程地质情况施工条件确定1、桩径拟定2、桩长拟定桩底持力层：桩的承载力和沉降有着重要影响由桩底持力层初步确定桩长，还应考虑施工的可能性（如钻进的最大深度等）。施工条件容许的深度内没有坚实土层存在，应尽可能选择压缩性较低、强度较高的土层作为持力层避免把桩底座落在软土层上或离软弱下卧层的距离太近，以免桩基础发生过大的沉降。横截面尺寸摩擦桩有时桩底持力层可能有多种选择，桩长与桩数相互牵连试算比较，选用合理桩长桩长不应拟定太短，达不到把荷载传递到深层或减小基础下沉量的目的，且必然增加桩数、扩大承台尺寸，不经济不合理。入士深度应大于承台宽度的2—3倍以上，也不宜小于4m。为保证发挥桩底土层支承力，桩底端部应插入桩底持力层一定深度（插入深度与持力层土质、厚度及桩径等因素有关）一般不宜小于1m。（三）单桩容许承载力的确定有实测数据时，以实测值为准无实测资料或初步设计时，可计算承载力容许值1、摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值计算1）钻（挖）孔灌注桩2）沉桩的承载力容许值经验系数法静力触探法2、支承在基岩上或嵌入基岩的桩单桩轴向受压承载力容许值计算3、摩擦桩单桩轴向受拉承载力容许值计算（四）确定桩数及其在平面的布置假定荷载全部由桩承受，不考虑承台底面的作用。1、桩数的估算N：承台底面竖向荷载Ra：单桩承载力容许值μ——荷载偏心，各桩受力不均而适当增加桩数，1.2~1.6估算桩数是否合适，待验算各桩受力状况后验算确定。2、桩的平面布置满足最小桩距等构造要求考虑基桩布置对桩基受力有利——各桩受力均匀，充分发挥每根桩的承载能力布置尽可能使桩群横截面重心与荷载合力作用点重合或接近桥墩基桩对称布置桥台多排桩桩基础视受力情况在纵桥向可采用非对称布置弯矩较大时，尽量将桩布置在离承台形心较远处，采用外密内疏的布置方式，以增大对承台形心或合力作用点的惯性矩，提高桩基的抗弯能力。常规布桩角桩、边桩桩顶反力较大，布桩时适当提高边、角区域中的布桩密度，对于均化桩顶反力有其合理的一面，但进一步导致桩顶反力向边、角区域集中，对底板受力不利。满堂均匀布桩的桩筏(箱)基础，底板往往产生下凹整体弯曲，上部结构为框架结构或大跨度筒中筒结构时，底板整体弯曲更严重。共同作用应整体考虑桩筏(箱)基础的工作状态采用底板下边缘弱、中间强墙柱下及筏板梁（肋）下强、跨中板下弱的布桩原则以改善基础板的受力状态，获得整体最优设计效果比较：桩筏基础的布桩变刚度调平（五）桥梁桩基构造要求1、桩径钻孔桩设计直径：≥0.8m挖孔桩直径或最小边宽度：≥1.2m钢筋混凝土管桩直径：0.4～1.2m，管壁最小厚度≥80mm。2、桩的布置和中距群桩可采用对称形、梅花形或环形等布置形式桩的中心距根据成桩工艺和桩的类型按表确定边桩外侧与承台边缘的距离应满足表要求承台厚度宜为桩径的1.0~2.0倍，且≥1.5m混凝土的强度等级≥C25。3、承台构造当桩顶直接埋入承台连接时，应在每根桩顶面上设1~2层钢筋网。当桩顶主筋伸入承台时，承台在桩身混凝土顶端平面内应设一层钢筋网，钢筋网应通过桩顶且不截断。每米内（按每一方向）设钢筋网1200~1500mm2，钢筋直径12~16mm。承台的顶面和侧面应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的钢筋面积≥400mm2/m,钢筋间距不≤400mm。*建筑桩基承台厚度要求是≥0.3m（六）桩基础的计算与验算1、桩基内力和位移计算2、单桩承载力验算

地基承载力

结构承载力-屈曲3、群桩承载力验算4、墩台顶水平位移5、桩基沉降验算6、承台强度的验算（六）桩基础的计算与验算1、桩基内力和位移计算“m”法计算，验算：桩横向位移≤0.6cm（地面或局部冲刷线处）。2、单桩承载力验算1）土阻力验算单桩轴向容许承载力2）桩身材料强度验算偏心受压构件：抗压屈稳定、截面强度、最大裂缝宽度。具体见前述或《公路桥涵设计规范》（JTGD62-2004)Nimax：最不利荷载组合算得的基桩最大轴力G为基桩自重（在透水层中应考虑浮力）端承桩，桩底压力分布面积小，各桩压力叠加作用小，可不考虑群桩效应承载力=所有单桩承载力之和沉降量=单柱的沉降量摩擦桩，桩上外力通过桩侧土摩擦力传递到桩底下土层，在桩底处（以及桩底附近）应力叠加，考虑群桩效应承载力<各单桩承载力之和沉降>单桩3、群桩承载力验算验算条件：实体基础基底（桩端平面）总压力<持力层承载力桩基：图中acde范围内的实体基础基底（桩端平面）总压力p计算低桩承台低桩承台高桩承台（1）轴心受压（2）偏心受压，应满足下列条件当桩的斜度时：建筑桩基计算基桩承载力反映群桩承载力（群桩效应）进行桩基软弱下卧层验算桥梁桩基计算实体深基础下土的承载力反映群桩承载力（群桩效应）建筑桩基与桥梁桩基在计算群桩承载力时的区别计算承台底面转角和水平位移，求得墩台顶的水平位移，该位移值<《桥规》规定的容许值l0——桩顶（承台底面）至墩顶的距离x0——桩顶（承台底面）的水平位移Φ0l0——桩顶（承台底面）处转角Φ0所引起的在墩顶的位移xH——墩台身在水平力H作用下产生的水平位移xm——墩台身在M作用下产生的水平位移高承台情况的墩顶位移H、M还包括墩身上的风力等。4、墩台顶水平位移（1）需验算桩基沉降量情况地基为非岩石地基且上部结构为静不定相邻墩台下的地基土，显著不同或相邻跨度差别悬殊跨线桥下的净高需预先考虑沉降量地基土为湿陷性黄土或软土确定地基土承载力，已考虑了地基变形满足地基强度要求满足了基础沉降要求5、桩基沉降验算（2）桩基沉降量的计算方法端承桩或桩距>6D，总沉降量=单桩沉降量（可取单桩静载试验沉降量）摩擦桩总沉降量：实体基础分层总和法计算计算墩台基础沉降：只按恒载考虑公路桥涵地基基础设计规范中群桩沉降计算还要求计入桩身压缩量1）桩对承台的冲切验算基桩处于墩台边缘以刚性角向外扩散的范围内时，不需验算桩对承台的冲切。桩顶到承台顶面的厚度6、承台强度的验算2）承台的抗剪验算Xiyi承台应有足够的厚度，防止沿墩身底面边缘（Ⅰ、Ⅱ）截面处产生的剪切破坏。X、Y两方向截面的计算剪力分别为截面外侧的桩顶力之和。3）承台的抗弯验算承台最大弯矩在墩底边缘截面（Ⅰ、Ⅱ）处，按单向受弯计算——注意在设计、计算及构造要求方面的不同比较建筑桩基与桥梁桩基单桩承载力验算考虑桩的自重群桩承载力的验算方法不需沉降验算的情况沉降计算不计及活载考虑桩身压缩量墩台水平位移验算承台最小厚度要求等荷载及其不利组合高承台较多布桩方式单桩承载力的计算方法不考虑承台效应设计验算苏通大桥主桥塔、主跨、斜拉索300.4米1088米577米南北两座主塔桥墩下钻孔灌注桩131根直径达2.5m~2.8m最深入土长度为120m(一般114m~117m)钢筋混凝土承台长100多米、宽近50米面积相当于足球场大小体积：6万立方米*总结竖向与水平向受荷的桩基础计算内容2、基桩竖向承载力验算3、基桩水平承载力验算1、基桩桩顶荷载、桩身内力及位移计算竖向受荷竖向+水平向受荷水平力较小低承台桩基简化计算高承台桩基水平力较大低承台桩基计算水平位移桩身内力4、沉降验算5、水平位移验算 1）基桩在地面或局部冲刷线处的水平位移x0≤6mm 2)承台或墩台顶的水平位移6、桩身强度验算

轴心受压N（注意高承台桩时的压曲稳定）

偏心受压N/M/H7、桩身配筋灌注桩——按桩身计算弯矩MZ配置预制桩——一般由吊运内力控制8、承台结构验算满足m法表格要求。第五节桩基础的抗震设计与计算一、概述（一）地基基础的地震作用地振动通过地基和基础传至上部结构而产生地震作用使结构物产生惯性力，附加于静荷载之上导致总应力超过结构的材料强度而破坏地震作用下地基的失效，成为结构破坏或损坏的原因如强度降低或过大的残余变形等（1）选择合适场地，降低震害危险（2）必要时进行地基加固，保证地基的抗震稳定性，特别注意避免液化、震陷等地基失效现象的危害（3）合理设计地基基础，验算地基抗震承载力和满足基础的抗震构造要求（4）正确评价场地土动力特性，考虑地基基础与上部结构的共同作用，使上部结构的抗震计算更符合实际情况不利场地：高耸孤立的山丘、非岩质陡坡、河岸和边坡边缘等不稳定场地，以及平面分布上成因、岩性不均匀的场地如古河道、暗浜、断裂带等。不利地基：液化地基（失去强度）、软粘土地基（触变致强度降低）、不均匀地基。（二）抗震设计中对地基基础的要求1、竖向荷载为主的低承台桩基础较少在地震中发生破坏（不仅桩自身的震害很小，对上部结构也有较好的抗震效果）上部结构和桩周土层的动力作用有时会造成桩身结构损伤，导致建筑物的沉降、倾斜、开裂或水平位移。2、水平荷载和水平地震作用为主的高承台桩基，震害程度相对比较严重。桩基础抗震性能较好（三）桩基础的抗震性能及地震作用震害调查：房屋桩基础（低承台）震害（1）上部结构水平向惯性力过大引起连接处破坏或者浅部桩身的剪压、剪弯破坏（2）土层的地震反应，

软硬土层界面处出现较大的剪切变形（3）桩周摩阻力急剧下降（可液化土层或饱和软弱土层）（4）桩基土体发生流动

地震中的土坡滑动、挡土墙位移或堆载失稳、液化桩身侧向挤压、弯折、错位或损伤

由于桩基整体作用，桩身结构震害不直接造成建筑物倒塌，但影响建筑物的正常使用及寿命。（四）不需要进行桩基抗震承载力验算的情况桩基础失效导致的破坏<上部结构惯性力的破坏承受水平荷载为主的高承台桩基需进行抗震验算。承受竖向荷载为主的低承台桩基建筑物高度较小，地基土不是特别差一般不需要进行桩基抗震承载力验算。桩基抗震验算/上部结构抗震验算可不进行桩基抗震承载力验算地基基础承受竖向荷载为主的低承台桩基地面下无液化土层桩周无淤泥质土地基承载力特征值≤100kPa的填土建筑

1、6~8度下列建筑 1)一般单层厂房、单层空旷房屋 2)一般民用框架房屋≤8层，高度<24m 3)多层框架厂房、多层混凝土抗震墙房屋基础荷载与2)项相当的2、砌体房屋3、规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑《建筑抗震设计规范》如砌体结构，抗震性能较差，由上部结构抗震验算控制。破坏：失效地基<上部结构惯性力失效地基定义：饱和松砂软弱粘性土成因、岩性状态严重不均匀的土层桩基可以不验算抗震一般，天然地基具有较好的抗震性能，抗震性能，桩基>天然地基*说明：上部结构、桩和土体的运动割裂开来考虑上部结构运动时，桩基不运动桩基运动时，桩周土不运动震害调查实例发现：不合理三者共同作用的方法合理常规的桩基抗震计算方法（五）桩基抗震设计的基本方法以静代动验算最大惯性力=重力×影响系数（考虑地震作用）桩基抗震性能较好，桩基与土共同作用及动力问题相当复杂。桩基抗震设计计算，目前无成熟完善的理论，以概念设计为主。常规做法经验指导(主)+以静代动验算(辅)+构造措施地震作用时上部结构传至承台底面的

竖向偏心力和水平荷载单桩抗震承载力的确定基桩的竖向及水平向承载力验算桩身截面的抗震验算桩基础抗震设计计算重点二、作用于承台底面的总荷载拟静力法，地震作用如同静力近似考虑地基基础与上部结构共同作用的方法

假定上部结构：嵌固于基础块体的多质点系统基础和地基：作水平向或竖向运动的刚性底盘计算上部结构的地震反应：底部剪力法、振型分解法和时程分析法振型分解反应谱法假定建筑结构是线弹性的多自由度体系利用振型分解和振型正交性原理求解n个自由度弹性体系的地震反应求解n个独立的等效单自由度弹性体系的最大地震反应求得每一个振型的作用效应（弯矩、剪力、轴力、变形）按一定法则将每个振型效应组合成总的地震效应进行截面抗震验算时程分析法对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。可用于非线性分析底部剪力反应谱法1.1求出等效单质点的地震作用（底部剪力）α1——水平地震影响系数Geq——结构等效总重力荷载地震影响6度（0.05g）7度（0.1g/0.15g）8度(0.2g/0.3g)9度(0.4g)多遇地震0.040.08（0.12）0.16（0.24）0.32罕遇地震0.280.50（0.72）0.90（1.20）1.40水平地震影响系数最大值1、水平地震作用计算结构周期T=0.243sT=0.5sT=1sT=2s加速度反应谱建立地震加速度时程结构反应加速度时程输入不同的地震波、不同的结构周期得到最大结构加速度与结构周期的曲线时程分析1.2将底部剪力分配到各个质点位移反应以第一振型为主，为一直线高度≤40米、以剪切变形为主质量和刚度沿高度分布较均匀的结构根据各质点的重力和高度分配

引入顶部附加水平地震作用考虑第一振型引起的误差修正1.2将底部剪力分配到各个质点结构上部质点的水平地震作用底部剪力法<振型分解法基本周期长、高层建筑时，误差较大高振型对结构的影响主要在结构上部MEK:承台底面的力矩结构顶部水平地震作用1.2将底部剪力分配到各个质点MEK1.3按静力法计算结构的内力和变形HM2、竖向地震作用计算1）高耸结构及高层建筑2）平板型网架屋盖和跨度>24m的屋架FEVK取其重力荷载代表值与竖向地震作用系数（见表)的乘积。3）长悬臂及其它大跨度结构8度和9度FEVK:重力荷载代表值的10％和20％。8度和9度时的大跨度结构、长悬臂结构、烟囱和类似高耸结构9度时的高层建筑3、地震作用效应组合重力风荷载水平地震竖向地震标准值γ

分项系数Ψ

组合值系数取值上部结构自重承台（基础）自重及其上土重基本组合1.21.01.31.4（组合值系数0.2）标准组合1.01.01.01.0（组合值系数0.2）4、桩基抗震验算规范不同取值不同地震作用效应组合承载力建筑抗震设计规范上海地基基础设计规范建筑抗震设计规范上海地基基础设计规范桩基承载力验算标准基本（分项系数1.0）特征值（放大1.25）设计值结构强度验算基本基本设计值/抗震系数设计值仅取1/3朗肯被动土压力承台底部（1）扣除底面水平摩阻力（2）竖向分担10-20%4、近似考虑承台－桩－土的共同作用不考虑承台的抵抗假设结构(包括承台或地下室)地震作用的计算结果，全部传至桩顶近似考虑承台、桩、土的共同作用最保守的做法三、水平荷载下的桩基计算——得到桩顶反力（一）m法基本公式弹性桩：桩顶与土面齐平，桩顶自由，桩顶荷载H0、M0挠度转角弯矩剪力Ay、By、Aφ、Bφ、Am、Bm、AQ、BQ为无量纲系数，均为αh和αz的函数，可查表格。（二）m法的具体应用1、桩身内力计算（桩顶弹性嵌固）建筑桩基桩顶与低承台或地下室底板相连，桩顶不能转动，为弹性嵌固（φ0=0,y0≠0）桩身截面位移和内力计算由β系数表可知，弹性嵌固时，桩身最大内力及挠度在桩顶。承台底面总荷载为N、M、H（地震作用效应组合值）各桩桩顶力简化计算方法2、桩顶内力的计算四、基桩抗震承载力的确定（一）非液化土中低承台桩基1、单桩抗震承载力特征值，提高25%1.25考虑因素地基土在有限次循环动力作用下强度较静强度提高在地震作用下结构可靠度容许有一定程度降低竖向

水平向

《建筑抗震设计规范》当承台周围回填土夯实至干密度≥《建筑地基基础设计规范》对填土的要求①考虑②不考虑承台效果①②③（二）存在液化土层低承台桩基1、承台埋深较浅，不计入承台周围土的抗力或刚性地坪对水平地震作用的分担作用。《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）建议：分两阶段进行抗震验算，并按最不利情况设计。2≥1.5m≥1m非液化土非软弱土内容主震余震桩承受的地震作用全部10%水平地震影响系数最大值桩抗震承载力提高25%提高25%土层效应液化土层桩周摩阻力×折减系数桩水平抗力×折减系数液化土层桩周摩阻力：扣除非液化土桩周摩阻力：承台下2m深度范围内扣除3、打入式预制桩及其它挤土桩有利影响打桩对土的加密作用、桩身对液化土变形限制平均桩距：2.5～4d，桩数：≥5×5，计入该有利影响打桩后桩间土达到不液化要求(标准贯入锤击数值、静探试验贯入阻力)单桩承载力可不折减桩尖持力层作强度校核时，挤密的液化土在桩群外侧应力扩散角=0桩间土的标准贯入锤击数：

五、桩基抗震设计验算的一般方法（一）基桩抗震承载力验算1、单桩桩顶荷载计算

考虑地震作用组合的桩基单桩承载力验算2、单桩抗震承载力的确定承载力验算2、桩身截面承载力验算桩身最大内力计算(嵌固)截面应力验算在轴力N、剪力Q和弯矩M作用下桩身正截面：偏心受压构件斜截面承载：受弯构件注意：桩身的抗弯危险截面除桩顶外，还有软硬土层交界处，但计算困难，只能采用构造钢筋加强界面附近的桩身。六、桩周存在液化土层的桩基抗震设计《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）建议的做法如下：12-34打入桩是否折减？≥1.5m≥1m非液化土非软弱土5、理论分析和震害调查都表明，液化与非液化土层界面附近，桩身弯剪应力集中容易引起破坏，m法分析远不能反映这方面问题。必须采取有效的构造措施来提高土层界面附近桩身的抗弯剪能力6、液化土和震陷软土中桩的配筋范围桩顶至液化深度以下符合全部消除液化沉陷所要求的深度其纵向钢筋应与桩顶部相同箍筋应加粗和加密将土力学、力学、岩土性质的基本概念、地下水的渗流概念、各种施工工艺的特点、各种结构体系的特点、桩土与结构的共同作用、桩基实践经验等综合应用到桩基设计计算的各环节中。包括以下部分：利用基本概念1）确定拟设计桩基的关键控制点

2）进行桩的设计和布置

3）对计算结果进行分析，进一步优化桩基方案4）解决桩基工程中的一些疑难问题建立在基本概念和实践经验基础上的概念设计，可以避免发生难以补救的原则性错误，有利于经济合理和安全适用。桩基概念设计抗震概念设计的重要性由于地震是随机的，具有不确定性和复杂性，单靠“数值设计”很难有效地控制结构的抗震性能。结构的抗震性能取决于良好的“概念设计”。主要是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。七、桩基抗震构造措施桩基在地震作用下工作状态的许多影响因素还难以在设计计算中完善地加以考虑，构造要求是重要的安全措施。1、桩身强度方面控制最小配筋率限制最小箍筋直径加强桩顶一定范围的桩身强度

灌注桩：桩顶10d长度范围内：必须配置纵向钢筋，设计直径300～600mm，纵向配筋率：≥0.40％~0.65％。桩顶0.6~1.2m长度范围内，箍筋≥Φ6~8mm（桩径>

500mm，Φ10mm），间距≤80～100mm，采用螺旋箍筋或焊接箍筋。钢筋混凝土预制桩：纵向配筋率：≥l％～1.2％，桩顶1.6m长度范围内箍筋≥Φ6~8mm，间距≤100mm。接头采用钢板焊接或法兰盘