《基础工程课件》课件-4 桩基础4.9

4.9桩基础设计p.1584.9.1基本设计资料桩基设计前必须具备的资料主要有：建筑物类型及其规模、岩土工程勘察报告、施工机具和技术条件、环境条件、检测条件及当地桩基工程经验等，其中，岩土工程勘察资料是桩基设计的主要依据。4.9.2

桩的类型和桩长选择4.9.2.1

桩的选型（预制桩或灌注桩）桩类选择应考虑的主要因素是：场地的地层条件、各类型桩的成桩工艺和适用范围。

下列地质条件不宜选用预制桩：①预制桩的穿透能力有限，当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩将难以穿越。②当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度较难掌握。③石灰岩场地不宜用管桩。连州某工程地质剖面图特点：上软下硬缺过渡层红层地层返幻灯片30回特点：岩层软硬交替出现花岗岩特点：由软到硬逐渐过渡。花岗岩残积土特点：花岗岩残积土一般仍保持其原岩粒状结构，具有相当高的结构强度，但遇水易崩解、软化。因此，对其采用一般的室内土工试验方法测得的物理力学性质分析，其工程性质是较差的，表现在高孔隙比、高压缩性等方面。但以原位测试分析，它表现为承载力较高、压缩性较低，工程性质较好。广东省标准《静压预制混凝土桩基础技术规程》规定：

当桩端持力层为扰动后易软化的风化岩层时，管桩应采用封口型桩尖，焊缝应连续饱满不渗水，且宜在施压过程中往桩孔底部灌注高度为1.5~2m的C30细石混凝土进行封底。

软土地区的桩基，应考虑桩周土自重固结、蠕变、大面积堆载及施工中挤土对桩基的影响，在层厚较大的高灵敏度流塑粘性土中（如我国东南沿海的淤泥和淤泥质土），不宜采用大片密集有挤土效应的桩基，宜采用承载力高而桩数较少的桩基。同一结构单元宜避免采用不同类型的桩。为什么？旋挖桩：适用于土层、砂层，较松散的、粒径较小的卵砾石层，以及10MPa以下的软岩。人工挖孔桩：在松砂层（尤其是地下水位下的松砂层，花岗岩残积土）、极软弱土层、地下水涌水量多且难以抽水的地层中难以施工或无法施工。4.9.2.2桩的截面尺寸选择①桩的截面尺寸选择应考虑的主要因素是:成桩工艺和结构的荷载情况。②从楼层数和荷载大小来看（如为工业厂房可将荷载折算为相应的楼层数），建筑桩基可考虑采用的桩的截面尺寸：a）10层以下：直径500mm左右的灌注桩、边长为400mm的预制桩；

b）10～20层：直径800～1000mm的灌注桩、边长450～500mm的预制桩；

c）20～30层：直径1000～1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩、边长等于或大于500mm的预制桩；d）30～40层：直径大于1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩、边长500～550mm的预应力混凝土管桩和大直径钢管桩；

e）楼层更多的高层建筑所采用的挖孔灌注桩直径可达5m左右。4.9.2.3

桩长选择主要取决于桩端持力层的选择。通常，坚实土（岩）层（可用触探试验或其它指标来鉴别）最适宜作为桩端持力层。对于10层以下的房屋，如在桩端可达的深度内无坚实土层时，也可选择中等强度的土层作为桩端持力层。桩端进入坚实土层的深度，应根据地质条件、荷载及施工工艺确定，一般不宜小于1～2倍桩径（对黏性土、粉土不宜小于2d；砂类土不宜小于1.5d；碎石类土不宜小于1d）。对薄持力层、且其下存在软弱下卧层时，桩端以下坚实土层的厚度不宜小于3d。

当硬持力层较厚且施工条件许可时，为充分发挥桩的承载力，桩端全断面进入持力层的深度宜尽可能达到该土层桩端阻力的临界深度（砂与碎石类土为3～10d；粉土、粘性土为2～6d）。管桩常用2～5d。

对于穿越软弱土层而支承在倾斜岩层面上的桩，当风化岩层厚度小于2d时，桩端应进入新鲜或微风化基岩。端承桩嵌入微风化或中风化岩体的最小深度，不宜小于0.5m，以确保桩端与岩体接触。

同一基础的邻桩桩底高差，对于非嵌岩桩，不宜超过相邻桩的中心距，对于摩擦型桩，在相同土层中不宜超过桩长的1／10。岩层土层1≤1后施工当桩端为土层时，若桩底高差过大，后施工的长桩会对相邻短桩的桩端土层产生扰动，导致短桩桩端阻力下降

嵌岩桩或端承桩桩端以下3倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带、洞穴和空隙分布；在桩端应力扩散范围内应无岩体临空面（例如沟、槽、洞穴的侧面，或倾斜、陡立的岩面)。

实践证明，作为基础施工图设计依据的详细勘察阶段的工作精度，较难满足这类桩的设计和施工要求。所以，在桩基方案选定之后，还应根据桩位进行专门的桩基勘察，或施工时在桩孔下方钻取岩芯（“超前钻”），以便针对各根桩的持力层选择埋入深度。

高层或重型建筑物采用大直径桩通常是有利的，但在碳酸岩类岩石地基，当岩溶很发育、而洞穴顶板厚度不大时，为满足桩底下有3倍桩径厚度的持力层的要求及有利于荷载的扩散，宜采用直径较小的桩和条形或筏形承台。超前钻逸彩新世界4.9.2.4桩长的施工控制为保证桩的施工长度满足设计桩长的要求，打入桩的入土深度应按桩端设计标高和最后贯入度（经试打确定）二方面控制。

最后贯入度是指打桩结束以前每次锤击的沉入量，通常以最后每阵（10击）的平均贯入量表示。一般要求最后二、三阵的平均贯入量（贯入度）为10～30mm／阵（锤重、桩长者取大值，质量为7t以上的单动蒸汽锤、柴油锤可增至30～50mm／阵）。桩长的施工控制原则：①打进可塑或硬塑黏性土中的摩擦型桩，沉桩深度宜按桩端设计标高控制，同时以最后贯入度作参考，并尽可能使同一承台或同一地段内各桩的桩端实际标高大致相同；②打到基岩面或坚实土层的端承型桩，沉桩深度宜按最后贯入度控制，同时以桩端设计标高作参考，并要求各桩的贯入度比较接近；③大直径的钻（冲、挖）孔桩则以取出的岩屑（可分辨出风化程度）为主、结合钻进速度等来确定施工桩长。4.9.3桩的根数和布置4.9.3.1桩的根数

一般可先按n>Fk/Ra估算桩数（偏心受压时桩数再增加10%~20%），然后进行桩的平面布置，确定承台平面尺寸。

4.9.3.2桩的间距桩的间距(中心距)一般采用3～4倍桩径。间距太大会增加承台的体积和用料，太小则将使桩基(摩擦型桩)的沉降量增加，且给施工造成困难。

对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距宜适当加大。4.9.3.3桩在平面上的布置对称式梅花式行列式环状排列，不等距排列，外密内疏等为了使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。在有门洞的墙下布桩时，应将桩设置在门洞的两侧。梁式或板式承台下的群桩，布桩时应多布设在柱、墙下，减少梁和板跨中的桩数，以使梁、板中的弯矩尽量减小。为了节省承台用料和减少承台施工的工作量，在可能情况下，墙下应尽量采用单排桩基，柱下的桩数也应尽量减少。一般地说，桩数较少而桩长较大的摩擦型桩基，无论在承台的设计和施工方面，还是在提高群桩的承载力以及减小桩基沉降量方面，都比桩数多而桩长小的桩基优越。

4.9.4桩身结构设计桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。计算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数Ψc，桩身强度应符合下式要求：桩轴心受压时（4-70）式中N——桩顶轴向压力设计值；

fc——混凝土轴心抗压强度设计值；

Aps——桩身横截面面积；

Ψc——工作条件系数，非预应力预制桩取0.75，预应力桩取0.55~0.65，灌注桩取0.6～0.8（水下灌注桩、长桩或混凝土强度等级高于C35时用低值）。

桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8％；静压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6％；预应力桩不宜小于0.5%；灌注桩最小配筋率不宜小于0.2％～0.65％(小直径桩取大值)。桩顶以下3~5倍桩身直径范围内，箍筋宜适当加强加密。配筋长度：①受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。②桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层。③坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋。④钻孔灌注桩构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3；桩施工在基坑开挖前完成时，其钢筋长度不宜小于基坑深度的1.5倍。4.9.5承台设计承台类型：柱下独立承台（板式承台）、柱下或墙下条形承台（梁式承台）、筏形承台、箱形承台等4.9.5.1构造要求承台的最小宽度不应小于500mm，边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm。对于墙下条形承台，桩的外边缘至承台边缘的距离不小于75mm。

≥500≥d≥150条形承台和柱下独立桩基承台的最小厚度为300mm。

承台混凝土强度等级不应低于C20，承台底面钢筋的混凝土保护层厚度不应小于70mm，当有混凝土垫层时，不应小于50mm且不应小于桩头嵌入承台内的长度。

承台的配筋，对于矩形承台，钢筋应按双向均匀通长布置，钢筋直径不应小于12mm，间距不应大于200mm；对于三桩承台，钢筋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。

钢筋锚固长度自边桩内侧（当为圆桩时，应将其直径乘以0.8等效为方桩）算起，不应小于35dg（dg为钢筋直径）；当不满足时应将钢筋向上弯折，此时水平段的长度不应小于25dg，弯折段长度不应小于10dg。柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%。柱下独立两桩承台，应按《混凝土结构设计规范》中的深受弯构件配置纵向受拉钢筋、水平及竖向分布钢筋。承台纵向受力钢筋端部的锚固长度及构造应与柱下多桩承台的规定相同。桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm（大直径桩为100mm)。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于钢筋直径的35倍。

管桩与承台连接时，应采用桩顶填芯混凝土中埋设连接钢筋的连接方式，桩顶嵌入承台内的长度宜取50~100mm。填芯混凝土应是补偿收缩混凝土，其强度等级不得低于C30，其深度不得小于2d且不得小于1.2m。当柱截面周边位于桩的钢筋笼以内，柱下端已设置两个方向与柱可靠连结的具有足够抗弯刚度的连系梁，以及在桩顶以下4/α范围内无软弱土层存在时，可采用单桩支承单柱的桩基型式，此时，柱下端与桩连接处可不设置承台。但宜在桩顶设置钢筋网，或在桩顶将桩的纵向受力钢筋水平向内弯至柱边并加构造环向钢筋连接，并应采取其它有效的构造措施。承台之间的连接，对于单桩承台，宜在两个互相垂直的方向上设置连系梁；对于两桩承台，宜在其短向设置连系梁；有抗震要求的柱下独立承台，宜在两个主轴方向设置连系梁。连系梁顶面宜与承台位于同一标高。

4.9.5.2承台的承载力计算1.受弯计算(1)柱下两桩条形承台和多桩矩形承台Mx＝∑Niyi

My＝∑Nixi

式中Mx、My——分别为垂直于y轴和x轴方向计算截面处的弯矩设计值；

xi、yi——垂直于y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；

Ni——扣除承台和其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时的第i基或复合基桩竖向力设计值。

其他理论：拉杆确保锚固长度(2)柱下三桩三角形承台柱下三桩承台分等边和等腰两种形式，其受弯破坏模式有所不同，后者呈明显的梁式破坏特征。①等边三桩承台由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值M按下式计算：式中Nmax——扣除承台和其上填土自重后的三桩中相应于作用的基本组合时的最大基桩竖向反力设计值；

sa——桩距；

c——方柱边长，圆柱时c＝0.886d

（d为圆柱直径）。

②等腰三桩承台

承台弯矩按下式计算：

式中M1、M2——分别为由承台形心到承台两腰和底边的距离范围内板带的弯矩设计值；

sa——长向桩距；

α——短向桩距与长向桩距之比，当α小于0.5

时，应按变截面的二桩承台设计；

2.承台受冲切计算(1)柱对承台的冲切冲切系数：式中

Fl——扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线构成的锥体，锥体与承台底面的夹角不小于45°；

βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0，

当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；

ft——承台混凝土轴心抗拉强度设计值；

h0——冲切破坏锥体的有效高度；

β0x、β0y——冲切系数；

λ0x、λ0y——冲跨比，λ0x＝a0x／h0、λ0y＝a0y／h0，a0x、a0y为柱边或变阶处至桩边的水平距离；当λ0x（或λ0y）<0.25时，取λ0x（或λ0y）＝

0.25；当λ0x（或λ0y）>1.0时，

取λ0x（或λ0y）＝1.0；

Ｆ——柱根部轴力设计值；∑Ni——冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计值之和。

(2)角桩对承台的冲切①矩形承台受角桩冲切对于柱下两桩承台，宜按深受弯构件（l0/h<5.0，l0=1.15ln，ln为两桩净距）计算受弯、受剪承载力，不需要进行受冲切承载力计算。式中Nl——扣除承台和其上填土自重后角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的反力设计值；β1x、β1y——角桩冲切系数；λ1x、λ1y——角桩冲跨比，其值满足0.25～1.0，λ1x＝a1x／h0、

λ1y＝a1y／h0；c1、c2——从角桩内边缘至承台外边缘的距离；a1x、a1y——从承台底角桩内边缘引45°冲切线与承台顶面或承台变阶处相交点至角桩内边缘的水平距离；

h0——承台外边缘的有效高度。②三桩三角形承台受角桩冲切底部角桩

顶部角桩

式中λ11、λ12——角桩冲跨比，λ11＝a11／h0、

λ12＝a12／h0；

a11、a12——从承台底角桩内边缘向相邻承台边引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；当柱位于该45°线以内时，则取柱边与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线。对圆柱和圆桩，计算时可将圆形截面按等周长原则换算成正方形截面，即取方形截面边长b=0.8d（d为圆形截面直径）。3.受剪切计算柱下桩基独立承台应分别对柱边和桩边、变截面和桩边联线形成的斜截面进行受剪计算。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时，尚应对每个斜截面进行验算。

式中V——扣除承台及其上填土自重后相应于作用的基本组合时斜截面的最大剪力设计值；

βhs——受剪切承载力截面高度影响系数，βhs＝（800／h0）1/4，当h0小于800mm时，h0取800mm，当h0大于2000mm时，h0取2000mm；β——剪切系数；λ——计算截面的剪跨比，λx＝ax/h0，λy＝ay/h0。此处，ax、ay

为柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离，当λ<0.25时，取λ＝0.25；当λ>3时，取λ＝3；b0——承台计算截