地基基础设计问题讨论.ppt

1、地基基础设计问题讨论,主讲人：涂 津,一、场地划分的新规定,89规范首次列入场地剪切波速和场地覆盖土层厚度作为划分场地类别的两项因素，经过实践发现89抗规的划分方法存在下列缺点： 多层土剪切波速采用以厚度为权的平均方法，不能使多层土与均质土层等效，平均的物理意义不清。 对于各分层土土质和剖面顺序完全相同仅覆盖层厚度不同的两个场地，在覆盖层厚度较小场地条件较好反而出现划分为不利的类别，不合情理。 剪切波速和覆盖土层处于不同场地的分界附近，实测误差可使场地类别划分结果产生跳跃。,2001抗规中关于场地划分方法提出下列修改：,剪切波速的平均方法改为以走时为权的平均，称为等效剪切波速，即多层土与均质土

2、在剪切波速传递时间上等效。 适当调整不同类别场地的分界。 对波速和覆盖层厚度处于不同类场地分界附近（相差15%范围内）计算结构地震作用时，允许对反应谱特征周期采取内插取值。 新的划分方法结果对类与 类场地有所缩减，对类与类场地有所扩大，进一步避免了类别之间的跳跃。,岩土勘察和基础抗震设计的改进89抗规与2001抗规在勘察与基础设计方面的简要比较,二、土动力特性与地震动反应谱,90年公布的“中国地震烈度区划图”规定，50年内超越概率为10%的地震按烈度划分为5个等级，即5度、6度、7度、8度和9度。烈度对应的设计地震基本加速度值,6、7、8、9度分别取重力加速度的5%、10%、20%和40%，即

3、0.05g、0.10g、0.20g和0.40g。 2001年8月1 日公布取代90区划实施的“中国地震动参数区划图”及“中国地震动反应谱特征周期区划图”中，标准场地（相当于类场地） 50年超越概率为10%的地震,按峰值加速度分为7个等级，即 0.05g、0.05g、0.10g、 0.15g、0.20g、 0.30g和0.40g。考虑震级、震源机制和震中距的影响，同时考虑我国当前的经济实力和东西部地区的差距，2001抗规对“中国地震动反应谱特征周期区划图”进行了适当调整，定义了三个设计地震分组，给出了我国县级及以上城镇中心区的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和所属的设计地震分组。基准场地阻尼比为

4、0.05的设计加速度反应谱设计特征周期分别取0.35s、 0.4s 和0.45s三档。相比89规范特征周期相应延长0.05s。大致反映近震、中震、远震的影响。（待续）,2.(续) 于是按地震动参数抗震设计时，将有21个分档.对 结构所遭遇的地震作用的估计较以往规范更为细致。 为此烈度与地震加速度及地震影响系数最大值要作 相应改动。,max 与地震峰值加速度关系 场地土类别与Tg特征周期关系,设计地震反应谱的调整,长周期和不同阻尼比的设计反应谱 随着高层建筑高度的不断增加，高层钢结构、隔震 消能结构的出现，89规范的设计反应谱已经不满足建筑 结构发展的需要。89规范中关于设计近震和设计远震的 概

5、念以及地震的动参数区划中关于特征周期的规定也需 要发展。 修订后，设计反应谱的范围由3s延伸到6s，分为直线 上升段、水平段、曲线下降段和斜直线下降段四个区段。 一般结构阻尼比为0.05，设计反应谱在5Tg以内与89规范 相同，从5Tg起改为斜率为0.02的斜直线下降，保持了规 范的延续性。,设计地震反应谱的调整（续）,当结构阻尼比不等于0.05，设计反应谱在 = 0.05的 基础上调整： 水平段数值乘以阻尼调整系数2 2=1+(0.05-)/(0.06+1.7)0.55 当小于0.55 取0.55 曲线下降段的衰减指数由0.9改为： =0.9+(0.05-)/(0.5+5) 斜率为0.02的

6、直线下降段的斜率1由0.02改为: 1=0.02+(0.05-)/8 当设计为RC结构时,阻尼比为0.05， 2=1， =0.9， 1=0.02,2001规范设计反应谱,全钢、钢混、钢筋砼结构不同阻尼比时设计反应谱,三、建筑结构地震作用取值的控制,2001抗规以特征周期、楼层最小水平地震剪力、扭转效应（偶然偏心、单向和双向水平地震作用）结构抗震措施等四个方面来控制建筑结构地震作用。 、类场地特征周期比89规范分别延长0.05s， 、类场地特征周期比89规范分别延长0.10s 。因为我国过去的规定相比世界大多国家偏短。根据国力的增强，建筑抗震能力也应有所提高接近国际标准。总体上提高了中等高度房屋

7、和单层厂房建筑的地震作用。使量大面广的一般结构的抗震安全性有一定提高。 对于长周期结构，按加速度反应谱计算的地震作用明显偏小，主要是长周期结构对加速度的反映较迟钝，强地面运动速度和位移对结构的作用更为强烈，而加速度反应谱不可能反映这种作用，计算结果可能是不安全的。为此，2001抗规不仅控制结构底部总地震剪力，同时控制每个楼层的水平地震剪力。当结构的基本周期小于3.5s或扭转效应明显时，楼层剪力系数不应小于0.2 max，即设计烈度为7、8、9度时，分别为1.6%、3.2%、6.4%。当结构基本周期大于5.0s时， 7、8、9度剪力系数分别不小于1.2%、2.4%、4.0%。当结构基本周期介于3

8、.5s和5.0s之间时，规范规定可插入取值。,三、建筑结构地震作用取值的控制（续）,震害经验和强震记录表明，实际地震时地面运动同时具有平动、扭转和竖向分量。对于规则结构，可简化为按两个主轴方向分别考虑偶然偏心和地震的扭转分量作用，将边框结构的内力适当放大。一般情况下，短边取1.15，长边取1.05，当扭转刚度较小时宜取1.3。 对于不规则结构应考虑扭转耦联效应。当一般不规则时，可在两个主轴方向分别作单向水平地震扭转耦联计算。对于特别不规则的结构应考虑两个主轴方向同时施加地震作用的效应组合。（抗规5.2.3条之1及2) 结构时程分析法输入地震波的规定 2001抗规规定,时程分析法必需选用不少于两

9、条的实际强震记录和一条人工模拟加速度时程曲线.其平均反应谱应与振型分解法可用的设计反应谱在统计意义上相符。所谓“统计意义上相符”指的是平均反应谱与设计反应谱的值在每个周期点上相差不大于20%。为了保证时程分析法结果的可靠合理，同时规定多条地震波输入计算的平均结构底部剪力值不应小于振型分解法计算结果的80%，且单条地震波输入结果不应小于65%，运用现有的地震数据库和选波软件，一般都能达到选波要求。,四、地质特性、挤土效应与桩型选择,设计人员未能认真熟读地勘报告，未能 掌握所设计工程的地质特性、技术要点，从而导致桩型选择不当。 可以采用天然地基或浅层经合理的地基处理后可设计基础的，仍采用各种不同的

10、桩基。如果顺利，只会造成工程造价的不经济；如果不顺利，将造成不同的工程事故。,3、采用人工挖孔桩时设计上要注意,当地下水位较高，在预定的桩长范围内有粉土、粉砂和圆砾等富水层时，强行降水可能产生流砂，此时不宜采用人工挖孔桩。 桩的长径比H/d： H/d10时，可按桩基设计； H/d=510时，按载荷板试验提供的端阻值设计或按天然地基经深度修正的特征值设计。 注意地下水位高低，含水层特性、承压性、流速。,认真考虑排水是否会影响周边环境，对已有建筑造成失水、固结、不均匀沉降而导致开裂破坏。 认真考虑桩尖土层是否适宜施工桩端扩大头，防止不管什么情况都加扩大头。 扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的1.

11、5倍；当扩底直径大于2m时，桩端净距不宜小于1m。（地规8.5.2-1) 扩底灌注桩的扩底直径不应大于桩身直径的3倍. （地规8.5.2-2),3、采用人工挖孔桩时设计上要注意(续),桩的主筋配筋率不宜小于0.2%0.65%(小直径取大值)。(地规8.5.2-6) 桩的配筋长度，伸入承台的锚固长度，基础周边回填要求等应按地规8.5.2-7、8、9条设计。 人工挖孔桩承台、地梁的设计应保证达到上部结构的固结点要求。首先是人工挖孔桩一柱一桩的设计必须设置承台，承台尺寸宜为2dx2d，并配构造筋。,此外在两个方向承台部位加设地梁，对地梁的截面强度的要求，应使地梁两端截面组合弯矩大于框架柱端弯矩。比值

12、系数： 抗震等级一级框架柱为1.4 抗震等级二级框架柱为1.2 抗震等级三级框架柱为1.1 人工挖孔桩应加强检验与监测。应遵照地规10.1.6条、10.1.7条以及JGJ106-2003建筑桩基检测技术规范的有关规定处理。,4、采用振动沉管灌注桩时设计上应注意,振动沉管灌注桩在饱和软土地基中，极易产生强大的超孔隙水压力，产生挤土效应，因此饱和软粘土、淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土，且厚度较大，地下水位又较高时，不宜采用振动沉管灌注桩。类场地土时不宜采用振动沉管灌注桩。 桩基设计前应坚持先打试桩，且应要求试到极限。待试桩资料出来后，对挤土效应应有充分的分析和估计，适当扣减试桩的极限承载力值，按扣

13、减后的承载力再行布桩。,4、采用振动沉管灌注桩时设计上应注意（续）,当不得不采用振动灌注桩时，应采取下列措施： （1）桩距不宜小于4d； （2）布置必要的带状砂井或塑料排水板等竖向排水通道； （3）工程桩施工应采用跳打等旨在减小挤压效应的科学 合理的措施； （4）当周边环境无影响时，也可在工程桩施工前先采取 降水措施，旨在桩基施工时大幅降水而减小超孔隙 水压力，减少挤土效应，保证工程桩的质量。 （5）加强工程桩施工时对已施工桩的监控，必要时对每 桩建立坐标及桩顶标高，适时观测其变动情况。,4、采用振动沉管灌注桩时设计上应注意（续）,采用振动灌注桩或人工挖孔桩的桩筏基础时，除了承载力整体平衡外，

14、尚应满足竖向受力结构构件下的局部平衡。这是桩基设计的基本原则。 工程桩在满足静歇时间之后，应适时进行工程桩的检测。应包括采用小应变桩身完整性检测和静力载荷法的极限承载力检测，同时应检测桩位及标高的变化。遵照地规10.1.6-7条及JGJ106-2003建筑桩基检测技术规范的有关规定进行。,5、采用砼预制桩或预应力砼管桩时 设计上应注意,预制钢筋砼方桩和预应力砼管桩均有国标图集，分别是04G361及03SG409，设计与施工均可遵照国标图集使用。 我省以冲洪积与坡积、湖积等交互成层地质为主，打桩企业的桩机以静压桩机为主，遇粉土、粉砂、圆砾层时桩很难穿刺压下，给桩型的选择和打桩施工带来不小的麻烦。

15、一般情况下双桥静探锥阻1015MPa时就有可能压不下去。设计者此时就应提起注意，施工单位也应注意，对设计上考虑不周时应提出意见或提出采取辅助措施。勘察单位在基础形式推荐中也应指明必须采取辅助措施的警示结论用语，不能不管。,5、采用砼预制桩或预应力砼管桩时 设计上应注意（续）,钢筋砼预制方桩或预应力管桩，在粉土、粉砂和圆砾交互成层，相对厚度较大的地层中，应仔细研究静探曲线，判明压桩时是否可以穿刺。当明确难以压下时应改变桩型设计方案，当无更好选择时，设计应明确采取引孔的辅助措施。施工单位应认真研究引孔的办法。一般情况下，不能采用空管挠土的振动灌注桩的办法，那样挠土只会使厚层粉砂和圆砾层越挠越密实。

16、目前唯一办法只有采用比桩径略小的螺旋钻孔取土办法，方能奏效。否则只有改用带振动锤头的顶压桩机可能奏效。正常顶压遇阻时开振动锤锤击。,6、采用深搅加芯桩时的注意事项,深搅加芯桩总体上说承载力不高，在软土中相对比其他桩型承载力出奇的好，在层数不多地基偏软的情况下十分有效。常常出现三层小别墅的桩基设计桩长用到24m，这是不经济的，如果改用12m的加芯深搅桩，承载力不比24m桩低，造价只有24m桩的1/22/3。 深搅加芯桩在软土中采用应按地基处理的复合地基设计。在中软土中采用可按桩设计。 采用此桩型时应加强桩顶的约束垫层，宜采用砂石垫层，厚度不宜小于300mm。 芯桩长不宜少于搅拌桩长的2/3，且不

17、少于6m。 应作试桩和工程桩后的检测。,7、桩基工程中宜使静探为勘察工作中主要手段之一,静探对土性变化十分敏感准确，对土的分层起到重要指导作用，在设计桩基时是一重要的参考和依据。 一般情况下，粘土的锥阻比摩阻小，而粉土粉砂的锥阻与摩阻接近，有时锥阻还大于摩阻，有的勘察报告给出的摩/锥比供设计参考。当选择粘土作桩尖持力层时锥阻不应小于1.5MPa。当桩须穿过粘土层，而粘土层的锥阻大于3MPa时较难穿过。当桩须穿越粉土、粉砂时，锥阻大于15MPa时肯定压不下；锥阻1015MPa之间分情况可能较困难。圆砾层的情况比较复杂，主要视组成成分不同而不同，规律性不明显，一般厚度大于3m的穿越较困难。,8、挤

18、土效应是桩型选择的重要问题之一,除人工挖孔桩、搅拌桩及钻孔灌注桩外，其余的桩都存在不同程度的挤土效应，即便是搅拌加芯桩也不例外，只是它的挤土效应较微小，可忽略不计。 挤土效应是桩基设计和桩型选择首要面对的问题。要识别所设计场地的挤土效应大小，必须认真了解岩土工程报告，认识所设计场地的土特性。 在土层多数为饱和状态下，希望用桩挤密土是错误的。土中水是不可压缩的，打下较多钢筋砼立方体积的桩，必然造成侧向挤压或土体隆起的较大变形，造成桩侧向位移、断桩、缩径和上飘等现象。更重要的是超孔隙水压力破坏了原土体的结构，导致工程桩承载力的下降。土体破坏的恢复期是十分漫长的。从概念上说经分析判断当有可能存在较大

19、的挤土效应时，应增加竖向排水通道。,减少挤土效应的辅助措施,增设竖向排水通道，较经 济方便的方法就是先打袋 装砂井或塑料排水板通道。 设置袋装砂井后，施工图 设计时，可酌情少扣试桩 的承载力。,9、桩筏基础的桩的布置,桩筏基础的桩的布置不能采取方格网布桩的形式，那样只能作到总体大平衡，未能作到局部平衡，且桩的承载总合力与作用力重心之间的偏心会增大，对桩的受力不利，对筏板的承载力要求太高。设计上如果实在避免不了时，一定要相当程度的增大筏板的刚度，否则将造成筏板剪弯破坏，所以一定要注意作到局部平衡。在遵守局部平衡遇到困难时，应提高单桩的承载力特征值。,五、复合地基适用条件的讨论 1、地规GB500

20、07-2002中7.2.7条、 7.2.8条及 7.2.9条作了明确规定：,复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。 竖向增强体的选择应综合考虑土体的特殊性，如地基欠固结土、膨胀土、湿陷性土、可液化土等，并应注意竖向增强体的施工工艺的选择。 复合地基承载力特征值应现场作复合地基的试验加以确定。复合地基的试验应以两桩或两桩以上的压板载荷试验。确系条件所限，无法试验时，可采用单桩竖向荷载结果及周边土承载力特征值并结合工程试验确定。 一定要作变形控制，满足变形要求。,1、地规GB50007-2002中7.2.7条、 7.2.8条及 7.2.9条作了正确规定（续）：,增强体顶部应设褥垫层。褥垫层可采

21、用中砂、粗砂、砾砂、碎石、卵石等散体材料，碎石、卵石宜掺入20%30%的砂。这条规定有以下作用： （1）一定厚度砂石垫层对竖向增强体顶部的约束起到极 大作用，提高桩体顶的抗震能力。 （2）砂石垫层对桩土协同工作起到调整作用。复合地基 的竖向增强体与基础按一般桩基一样连接，有两种 观点两种作法： 第一种是桩顶与基础不连接，还要求桩顶离开基础 底1020cm。是地基土层强度好的一种作法。 第二种是桩与基础牢固连接。是在地基土质较软或 属高层建筑中使用的方法。,2、从工程实用出发，复合地基方法在工程地基与基础设计中使用的条件,持力层经深宽修正后的承载力特征值综合下卧层强度等的接触层土强度设计值，基本

22、满足强度要求或稍差一点（相差约2030%），地基土较均匀，持力层土较好，可采用复合地基设计。 当强度基本满足要求或强度不是问题，而变形难于控制，高层建筑的倾斜较难控制时，可采用复合地基方案。此时所选择的竖向增强体桩旨在减小变形，防止倾斜方面发挥作用。将使地基与基础的造价下降较多，不失为经济合理的方案。 复合地基的设计一定要注意基础应选择整体性较好的方案，若上部结构传至基础的荷载不大时，也可采用独立基础，但应加强地梁的刚度。,3、复合地基的设计估算,JGJ79-91建筑地基处理技术规范的第九章深层搅拌法所列的公式，完全适用于竖向增强体桩土复合地基的计算： fsp.k=mRbk/Ap+(1-m)f

23、sk 式中： fsp.k 复合地基的承载力标准值 m 面积置换率 Ap 桩的截面积 fsk 桩间土天然地基承载力标准值 Rbk 单桩竖向力标准值，应通过现场单桩载 荷试验确定 桩间土承载力折减系数，当桩端为软土 时，可取0.51.0，当桩端为硬土时，可 取0.10.4，当不考虑桩间土软土的作用 时，可取零。,3、复合地基的设计估算（续）,当天然地基基本可满足承载力要求，仅变形控制难于保证，竖向增强体的桩此时仅仅起着减小变形，防止不均匀沉降和建筑的倾斜时，对桩的要求可适当降低，可按桩的极限承载力按桩基设计进行布置。直观的比较，相当于按完全桩基工程设计的桩少了一半，是经济而合理的。 实际上前面复合

24、地基计算公式中复合地基强度由两部分组成，即桩和桩间土，无论计算结果如何，都呈现一定的比例关系：桩占百分之几，桩间土又占百分之几。有工程实践经验的工程师心中是有数的，当缺乏工程实践经验设计时，宜请有丰富经验的工程师作指导，以免出现问题。,4、竖向增强体复合地基的设计步骤,认真吃透岩土工程勘察报告，遇有疑问或异议时，应与岩土工程师协商讨论取得共识。 全面分析研究采用复合地基设计的条件。 根据工程实际情况，决定接触压力。 考察基底乃至下卧层的满足情况。 选择合适的竖向增强体。 根据经验初定桩承载力百分比，按完全桩基设计方法设计布桩，求得m值，进入公式计算，反求出单桩极限承载力，按此承载力设计桩长桩径

25、，进行试桩验证。当出入较大时，应按试桩极限承载力进行控制性计算的调整，最终应作复核地基的载荷试验，并应满足工程的需要。,六、桩基抗震验算讨论,先张法预应力：云南省地方规程的编制已进入到报批阶段，经批准后便可付印出版，省内使用管桩即将遵照执行。 云南省地方规程对国标图集03SG409作了较大变动，对一些敏感问题偏严，有些也有迁就。 国标03SG409的使用范围： 1）采用先张法工艺制作的预应力高强砼管桩PHC桩、 预应力砼管桩PC桩及预应力砼薄壁管桩PTC桩均适 用于工业与民用建筑的低桩承台桩基础。 2）PHC、PC、PTC桩仅适用于承受竖向荷载的桩基， 当有水平荷载作用时应经验算后使用。 3）

26、03SG409国标图集PHC、PC桩适用于非抗震和抗震设防烈度6度7度的地区，若使用于抗震设防烈度8度的地区，则需另行验算；PTC桩适用于非抗震和抗震设防烈度6度的地区，若使用抗震设防烈度7度的地区，则需另行验算。,云南省建设厅云建设2004138号文件，关于规范我省预应力砼管桩生产、使用有关规定的通知中规定：在地方规程批准执行以前，设计单位和管桩生产企业必须以国家标准03SG409为设计生产依据。三种管桩的适用范围及要求同国标。地方性规程批准执行以后，按其规定执行 云南省管桩地方规程和图集报审稿存在的主要问题。 取消PTC薄壁管桩的依据不足。国标都可存在，而地方规范将其取消，理由是抱压易压坏

27、，那是施工工艺问题，不是桩的问题；其次是由于壁薄而担心耐久性有问题，没有试验依据，不够慎重。 管桩无论国标还是地方规程，强调管桩抗震验算是应该的，但是桩的抗震验算对所有的桩基工程的桩都是应该的。管桩生产工艺是离心生产，砼的密实性好，砼的强度等级高，抗弯抗剪能力强，质量远远超过振动沉管现浇砼灌注桩。而现行对振动沉管桩反而不加限制，甚至9度区照用不误，这是极为不正常的现象，诚望行政主管对此应实事求是、合理地对待。,5、云南省管桩地方规程和图集报审稿 存在的主要问题（续）,实际影响桩基工程的桩的抗震验算的因素是十分复杂的问题。既然是在地基土层中的受力构件，就与地基土的特性密不可分，与地基土层刚度，桩

28、顶土层对桩的约束程度存在极大的关系。桩顶部土层好对桩顶部的约束好，桩的抗水平力能力就大，反之就小。桩的抗水平承载力与桩受动力特性有关。与土的地震峰值加速度大小（烈度）和场地地震分组（场地土类别、特征周期）有关。经常是高层、多层（67层）桩基的抗震验算容易通过，而少层的动力特性较高的工程桩基抗震验算通不过。这主要是与工程抗震验算中F/G（剪压比）有关。地震动力特性的影响更多的是反应在少层建筑的桩基上。设计上不能忽视动力特性影响大的少层建筑的桩基设计。对有抗震设防要求的工程，应从概念上、设计构造上采取措施，尽力提高浅层土即桩顶一定厚度土层的质量，使之对工程桩的桩顶约束加强。加强桩顶约束才是提高桩抗

29、水平承载能力的切实有效措施。,七、深基坑支护与 计算 1、基坑支护结构的主要和适用条件,2、基坑侧壁的安全等级及重要性系数,3、 基坑支护结构应作到地下结构施工安全，对周边环 境不造成任何影响。（地规9.1.2条),基坑开挖与支护设计包括的内容: （地规9.1.3条) 支护结构方案 技术比较和选型论述. 支护结构强度、稳定和变形计算的计算软件选择。 基坑土体稳定性验算的计算软件的选择。 基坑降水或止水帷幕设计及围护墙的抗渗设计。 坑内外水位差引起土体变形和对基础桩、邻近建筑物和周边环境的影响。 开挖施工方法的可行性及施工过程中的监测要求。,5、 基坑支护的设计一般由施工单位进行，目前实行谁 施

30、工谁设计谁负责。但土建设计单位应对基坑技术 安全及有关数据提供全面提出要求。对一、二级基 坑支护工程宜由甲方、监理方、总包方联合，请专 家对基坑工程的设计施工方案进行评审。,深基坑支护工程宜通过招投标进行选择较优设计方案和施工单位。 支护结构的计算与构造应遵照GB500072002地规第9章基坑工程执行。,八、检验与检测,验槽一般可用触探或其他方法。发现与报告不一致或出现异常情况时，应结合实际提出处理意见。（地规10.1.1强制） 当采用桩基时，设计单位应提出试桩图，并应说明桩型、桩径、桩长、配筋、桩尖持力土层，预估单桩极限承载力（注意：或注明单桩承载力特征值，但应加以说明试桩试桩一定要试到极限值。）施工工艺等要求的相关说明按地规附录Q及JGJ106-2003基桩检测规范进行。有抗震验算要求的工程尚应作水平承载力的检测，按桩基规范附录E及基桩检测规范JGJ106-2003进行。有抗浮要求时，尚应作抗拔桩的承载力试验。,3、设计单位在取得正式试桩报告后，认真分析研究试桩,报告的可信性，根据实地土层情况、含水量、可能产 生的挤土效应程度等情况决定单桩承载力特征值，进 行布桩及承台的设计 。考虑挤土效应的影响是否采取 竖向排水通道的措施。根据承台的埋深及桩顶