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1、桩桩 基基 工工 程程（第（第 四四 讲）讲）第二章第二章 桩基设计计算桩基设计计算23 桩基础的设计桩基础的设计 桩基础设计的目的主要是：桩基础设计的目的主要是：根据上部结构的型式及适用要求、荷载根据上部结构的型式及适用要求、荷载的性质及大小，地质及水文资料、施工方法的性质及大小，地质及水文资料、施工方法等条件，确定合适的桩基类型及尺寸，保证等条件，确定合适的桩基类型及尺寸，保证承台、基桩和地基强度、变形及稳定方面，承台、基桩和地基强度、变形及稳定方面，满足安全和使用上的要求，且经济合理。满足安全和使用上的要求，且经济合理。一、调查研究，收集勘察资料一、调查研究，收集勘察资料1.工程地质剖面
2、图、钻孔柱状图；工程地质剖面图、钻孔柱状图；2.土工试验成果；土工试验成果；3.现场试桩资料及建筑物附近地区可供参考的现场试桩资料及建筑物附近地区可供参考的试桩资料；试桩资料；4.地下水位及水分析结论；地下水位及水分析结论；5.如果为冻土地区，应提供地基土冻胀资料如果为冻土地区，应提供地基土冻胀资料。二、选定桩基类型，桩长和截面尺寸二、选定桩基类型，桩长和截面尺寸1.桩基础的类型选择桩基础的类型选择 根据土层分布，施工条件，打桩设备等，根据土层分布，施工条件，打桩设备等，选择合适的桩型选择合适的桩型，确定桩的型状和截面尺寸。，确定桩的型状和截面尺寸。.摩擦型桩与端承型桩基的选择摩擦型桩与端承型
3、桩基的选择 主要根据地质条件和受力情况确定。主要根据地质条件和受力情况确定。端承型桩基：端承型桩基：承载力大，沉降小，较为安全可靠。承载力大，沉降小，较为安全可靠。（当基岩埋深浅时的首选）；（当基岩埋深浅时的首选）；摩擦型桩基：摩擦型桩基：适宜的桩端持力层埋深较大或受到适宜的桩端持力层埋深较大或受到施工条件的限制不宜采用端承桩时，则采用；施工条件的限制不宜采用端承桩时，则采用；.承台底面标高承台底面标高 主要根据桩的受力情况、桩的刚度、主要根据桩的受力情况、桩的刚度、地形、地质、水流、施工等条件确定。地形、地质、水流、施工等条件确定。低承台：低承台：桩身受力条件好，稳定性，但在水中施工桩身受力
4、条件好，稳定性，但在水中施工难度在；难度在；高承台：高承台：桩身内力较大，但避免了水下施工。桩身内力较大，但避免了水下施工。（海岸工程、海洋平台以及常年有流水的桥梁工程（海岸工程、海洋平台以及常年有流水的桥梁工程中多选用高承台）中多选用高承台）2.桩长：桩长：主要选择桩端持力层：主要选择桩端持力层：坚硬土层和岩层为坚硬土层和岩层为首选，若无此土层可选择中等强度土层，否首选，若无此土层可选择中等强度土层，否则就重新选择桩型。则就重新选择桩型。桩尖进入持力层深度：桩尖进入持力层深度：粘性土和粉土进入深度粘性土和粉土进入深度 2d(桩径桩径)d(桩径桩径)。应避免同时使用端承桩和摩擦桩应避免同时使用
5、端承桩和摩擦桩 为了减小不匀均沉降为了减小不匀均沉降；同一基础中相邻桩底标高差同一基础中相邻桩底标高差 端承桩不宜超过桩的中心距，磨擦桩不端承桩不宜超过桩的中心距，磨擦桩不宜超过桩长的十分之一。宜超过桩长的十分之一。3.桩径：桩径：当桩的类型当桩的类型 选定后，桩径可根据各类桩选定后，桩径可根据各类桩的特点及常用尺寸选择确定。的特点及常用尺寸选择确定。钻钻(冲冲)孔桩，桩径孔桩，桩径d=6001500mm;沉管桩，沉管桩，桩径桩径d=350 500mm；人工孔桩，人工孔桩，桩径桩径d800mm。三、确定单桩极限承载力标准值和设计值三、确定单桩极限承载力标准值和设计值1、单桩竖向极限承载力标准值
6、、单桩竖向极限承载力标准值.按桩身材料确定抗压承载力（按桩身材料确定抗压承载力（P12）.土对桩的支承力确定抗压承载力土对桩的支承力确定抗压承载力（P1517）.按静载荷试验确定抗压承载力（按静载荷试验确定抗压承载力（P1921）单桩竖向极限承载力标准值（单桩竖向极限承载力标准值（P1517）土对桩的支承力确定抗压承载力土对桩的支承力确定抗压承载力m的小直径桩的小直径桩适用于大直径桩（适用于大直径桩（d0.8m）2、端承桩和桩数不超过、端承桩和桩数不超过3根的摩擦桩根的摩擦桩竖向极限承载力设计值（竖向极限承载力设计值（P19）这种桩不考虑群桩效应系数。这种桩不考虑群桩效应系数。竖向承载力设计值
7、竖向承载力设计值R可用下式计算可用下式计算3.摩擦群桩承载力设计值的计算（摩擦群桩承载力设计值的计算（P38）超过超过3根的摩擦桩，应考虑群桩效应。所以需根的摩擦桩，应考虑群桩效应。所以需要乘以群桩效应系数要乘以群桩效应系数用下式计算用下式计算。s,p,sp,c桩各阻力的抗分项系数桩各阻力的抗分项系数s,p,sp,c 桩各阻力的群桩效应系桩各阻力的群桩效应系 数。数。式中：式中：Q uk单桩竖向极限承载力标准值（单桩竖向极限承载力标准值（kN）Q sk单桩总极限侧阻力标准值（单桩总极限侧阻力标准值（kN）Q pk单桩总极限端阻力标准值（单桩总极限端阻力标准值（kN）Q ck任一复合基桩总极限阻
8、力标准值（任一复合基桩总极限阻力标准值（kN）A c 承台底地基土净面积（承台底地基土净面积（m2）q ck承台底承台底1/2承台宽度深度范围（承台宽度深度范围（5m）内地基极限阻力标准值（内地基极限阻力标准值（kN）四、确定桩数及平面布置四、确定桩数及平面布置1.桩的根数：桩的根数：.中心荷载中心荷载.偏心荷载偏心荷载2.桩的间距：桩的间距：桩的中心线之间的距离。桩的中心线之间的距离。d；端承桩间距端承桩间距3d；桩的最大间距桩的最大间距(56)d。.打入桩的间距打入桩的间距3d，在软土地基适当增加。，在软土地基适当增加。.为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，为了避免承台边缘距桩身过近而发
9、生破裂，边桩外侧到承台边缘的距离：边桩外侧到承台边缘的距离：对于桩径小于对于桩径小于1md，m;对于桩径大于对于桩径大于1md，m。3.桩的平面布置见图示：桩的平面布置见图示：桩的布置原则：桩的布置原则：.群桩横截面重心与承台荷载合力作用点相群桩横截面重心与承台荷载合力作用点相重合或接近。当上部荷载有几组，则尽可能接重合或接近。当上部荷载有几组，则尽可能接近最不利的合力作用点。近最不利的合力作用点。.当作用于承台底面的力矩较大时，应力求增当作用于承台底面的力矩较大时，应力求增加桩基的惯性矩，从面增强抗弯能力。加桩基的惯性矩，从面增强抗弯能力。宜采用外疏内密的布置方式；宜采用外疏内密的布置方式；
10、对于横墙的桩基，则可考虑将横墙下的承台外对于横墙的桩基，则可考虑将横墙下的承台外挑，在外纵墙壁之外布置一两根挑，在外纵墙壁之外布置一两根“探头桩探头桩”.对于纵横墙壁交接处的桩，往往要承受两面对于纵横墙壁交接处的桩，往往要承受两面个方向传来的荷载，有可能负担过重，此时，个方向传来的荷载，有可能负担过重，此时，该该 桩与相邻桩的距离应取最小桩距；如果是沉桩与相邻桩的距离应取最小桩距；如果是沉管灌注桩，可以采用复打扩大，也可以将管灌注桩，可以采用复打扩大，也可以将4根根桩对称地布置在两轴线交点的四周。桩对称地布置在两轴线交点的四周。.在有门洞的墙下布桩时，应将桩布置在门洞在有门洞的墙下布桩时，应将
11、桩布置在门洞的两侧。的两侧。.为减小承台尺寸，节省用料和施工工作量，为减小承台尺寸，节省用料和施工工作量，在尽可能情况下，尽量加大桩长、减少桩数。在尽可能情况下，尽量加大桩长、减少桩数。五、桩基验算五、桩基验算R进行验算进行验算：.轴心竖向力作用下：轴心竖向力作用下：.偏心竖向力作用下除满足上式外还应满足：偏心竖向力作用下除满足上式外还应满足：五、桩基验算五、桩基验算地震效应基本组合的极限状态表达式地震效应基本组合的极限状态表达式.轴心竖向力作用下：轴心竖向力作用下：.偏心竖向力作用下除满足上式外还应偏心竖向力作用下除满足上式外还应满足：满足：2.桩基软弱下卧层验算：桩基软弱下卧层验算：当桩端
12、平面以下受力层在软弱下卧层时，当桩端平面以下受力层在软弱下卧层时，应考虑软弱土层发生强度破坏的可能性，分别应考虑软弱土层发生强度破坏的可能性，分别按桩基整体和各基桩单独冲剪破坏按桩基整体和各基桩单独冲剪破坏二种模式进行验算。二种模式进行验算。2.桩基软弱下卧层验算：桩基软弱下卧层验算：当桩端平面以下受力层在软弱下卧层时，当桩端平面以下受力层在软弱下卧层时，应考虑软弱土层发生强度破坏的可能性，由于应考虑软弱土层发生强度破坏的可能性，由于有群桩效应的存在，根据桩距的大小分别对桩有群桩效应的存在，根据桩距的大小分别对桩基整体和各基桩单独冲剪破坏二种模式进行验基整体和各基桩单独冲剪破坏二种模式进行验算
13、。算。.对桩距对桩距Sa6dSa6d的群桩基础，按整体的群桩基础，按整体冲剪验算：冲剪验算：对于桩距小于对于桩距小于6倍直径的群桩基础，群桩、倍直径的群桩基础，群桩、桩间土如同墩基发生整体冲剪破坏，需按下式桩间土如同墩基发生整体冲剪破坏，需按下式验算。（验算。（P34）式中：式中：z z作用于软弱下卧层顶面的附加应力作用于软弱下卧层顶面的附加应力(kpa)(kpa)i i软弱层顶面以上各主要土层加权平均重度软弱层顶面以上各主要土层加权平均重度 （kN/mkN/m3 3）Z Z 地面至软弱层顶面的深度（地面至软弱层顶面的深度（m)m)q qw wukuk软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力标软弱
14、下卧层经深度修正的地基极限承载力标 准值（准值（kpakpa）q q地基承载力分项系数，取地基承载力分项系数，取q q=1.65=1.65；F F 上部建筑物作用于承台上的荷载（上部建筑物作用于承台上的荷载（kNkN）G G 假想实体墩基础重力（假想实体墩基础重力（kNkN）a a0 0 b b0 0分别为群桩外缘矩形面积长和宽（分别为群桩外缘矩形面积长和宽（m)m)压力扩散角可查（见压力扩散角可查（见P35P35表表2-292-29）各基桩单独冲剪破坏：各基桩单独冲剪破坏：当群桩桩距大于当群桩桩距大于6倍桩径、且各基桩桩端倍桩径、且各基桩桩端的压力扩散线不相交于硬持力层中时，即硬的压力扩散线
15、不相交于硬持力层中时，即硬持力层厚度持力层厚度 时，各单桩呈单独时，各单桩呈单独冲剪破坏，按下式计算。冲剪破坏，按下式计算。式中：式中：N N 桩顶轴向荷载设计值（桩顶轴向荷载设计值（kNkN）De De 桩端等代直径，对于圆形桩端，桩端等代直径，对于圆形桩端，De=DDe=D，对，对方形桩，方形桩，De=1.13b(bDe=1.13b(b方桩边长）（方桩边长）（m m）计算题计算题1：F=2000KN，My=300KN.m，m；m，qsi=28kpa;第三层为粉质粘土，厚为第三层为粉质粘土，厚为5m，qsi=60kpa,qpi=1600kpa.若选取承台埋深若选取承台埋深d=1.8m,m,m
16、*3.0m。选用截面积为。选用截面积为300*300mm的钢筋混凝土预制桩，试确定桩的钢筋混凝土预制桩，试确定桩长长L及桩数及桩数n,并进行桩位布置和群桩位中单桩并进行桩位布置和群桩位中单桩受力验算。受力验算。解题指导：解题指导：该题属综合应用题，主要考查对经验该题属综合应用题，主要考查对经验公式法确定单桩竖向承载力，怎样选择持公式法确定单桩竖向承载力，怎样选择持力层，确定桩数，各单桩受力的计算和验力层，确定桩数，各单桩受力的计算和验算等问题的掌握情况，要求能正确运用所算等问题的掌握情况，要求能正确运用所学的理论知识求解桩基设计中最基本的问学的理论知识求解桩基设计中最基本的问题题。解：解：（1
17、）确定桩长）确定桩长L：根据地质资料，将第三层粉质粘土层根据地质资料，将第三层粉质粘土层作为桩端持力层较好，作为桩端持力层较好，设桩打入第三层的设桩打入第三层的深度为深度为5倍的桩宽，倍的桩宽，m则桩的长度则桩的长度L为：为：L=0.05+7.5+1.5=9.05m 取取L=10m(包括桩尖长度）包括桩尖长度）解：（解：（2）根据题意，画出工程地质剖面图，）根据题意，画出工程地质剖面图，并标出各层的土性指标。并标出各层的土性指标。（3）确定单桩竖向极限承载力标准值）确定单桩竖向极限承载力标准值Quk：由建筑桩基规范由建筑桩基规范JGJ94-94公式计算公式计算（4）确定基桩竖向承载力设计值）确
18、定基桩竖向承载力设计值R：预估桩数预估桩数 n33根的非端承桩复合桩基，应考虑桩群、根的非端承桩复合桩基，应考虑桩群、土、承台的相互作用效应，由土、承台的相互作用效应，由P41P41式（式（2-452-45）计算：）计算：注：查注：查P19P19表表2-122-12知知s s=p p=spsp=1.65=1.65，C C=1.70=1.70。因承台下软粘土，不考虑承台效应，即因承台下软粘土，不考虑承台效应，即c c=0=0，s s、p p取取P19P19表表2-332-33中中B Bc c一栏的对应值。因为桩数一栏的对应值。因为桩数n n未知，桩距未知，桩距S Sa a也未知，先按也未知，先按
19、S Sa a/d=3/d=3查表，待确定桩数查表，待确定桩数及桩距后，再验算基桩的承载力设计值是否满足要求。及桩距后，再验算基桩的承载力设计值是否满足要求。s s=0.8 =0.8 p p=1.64 =1.64 spsp=0.93 =0.93（5）桩数）桩数n、桩距、桩距Sa及平面布置及平面布置:承台及其以上土的平均重量承台及其以上土的平均重量G为：为：桩数桩数 n 为：（公式：为：（公式：2-33，2-32）-偏心受力不均增加经验系数偏心受力不均增加经验系数1.1至至1.2,取取 n=9根根 （5）桩数）桩数n、桩距、桩距Sa及平面布置及平面布置:承台及其以上土的平均重量为：承台及其以上土的
20、平均重量为：桩数桩数 n 为：（公式：为：（公式：2-33，2-32）取取 n=8根根 （5）桩在承台底面上的布置：）桩在承台底面上的布置：桩的最小中心距：桩的最小中心距：桩位的布置桩位的布置见图：见图：（6）群桩中单桩的受力验算：）群桩中单桩的受力验算：.单桩所受的平均竖向力为：单桩所受的平均竖向力为：.群桩中单桩所受的最大、最小竖向力为：群桩中单桩所受的最大、最小竖向力为：习题：计算题习题：计算题 某工程地质土第一层土厚某工程地质土第一层土厚2m,w=30.6%,ww=30.6%,wL L=35%,=35%,w wp p=18%=18%；第二层土厚第二层土厚7m,e=0.8,e=0.8,w=24.5%,w=24.5%,w wL L=25%,w=25%,wp p=16.5%=16.5%；第三层为中密的中砂，厚第三层为中密的中砂，厚5m。如果承台埋深取。如果承台埋深取1m，采用桩长，采用桩长9m(不包不包括桩尖长度），载面边长括桩尖长度），载面边长300mm方形钢筋混凝方形钢筋混凝土预制桩，试求单桩的竖向承载力设计值。土预制桩，试求单桩的竖向承载力设计值。