第八章-桩基础优秀PPT.ppt

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1、基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST土木工程系 齐宏伟 赵少飞第八章第八章 桩基础桩基础u中华人民共和国国家标准 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002).中国u中华人民共和国行业标准建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)（2008年10月执行）u 同时建筑桩基技术规范(JGJ94-94)作废。u 不讲教材中与作废条文相关的内容；会补充新规范的内容，请同学们留意记笔记。桩基础设计依据桩基础设计依据基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST第八章作业第八章作业8.2、8

2、.3、8.4（p209-210）基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST第一节第一节 桩基础概述桩基础概述深基础主要类型：桩基础桩基础、沉井、地下连续墙等 桩基础优点：具有较高的承载力和稳定性；不仅能有效地承受竖向荷载,还能承受水平力承受水平力和上拔力上拔力;具有良好的抗震、抗爆性能。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST桩基础构成：桩基础构成：桩和承台组成。桩和承台组成。依据承台的位置，桩基依据承台的位置，桩基(础础)分为：分为：低承台桩基低承台桩基(础础)：承台底面低于地面

3、；：承台底面低于地面；高承台桩基高承台桩基(础础)：承台底面高于地面。：承台底面高于地面。(a)承台桩上部结构软弱土层坚硬土层承台桩水体土层(b)基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST一、按承载性状分类一、按承载性状分类桩传递荷载的特点：桩传递荷载的特点：所担当的荷载，由桩侧阻力和桩端阻力传到地所担当的荷载，由桩侧阻力和桩端阻力传到地基上。基上。桩的分类桩的分类基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST依据承载性状，桩分为：依据承载性状，桩分为：1）摩擦型桩：）摩擦型桩：桩承受的

4、荷载主要由桩侧阻力担当，细分为：桩承受的荷载主要由桩侧阻力担当，细分为：摩擦桩：上部荷载全部由桩侧阻力承受；摩擦桩：上部荷载全部由桩侧阻力承受；端承摩擦桩：承受的荷载主要由桩侧阻力担端承摩擦桩：承受的荷载主要由桩侧阻力担当。当。2）端承型桩：）端承型桩：桩承受的荷载主要由桩端阻力担当，细分为桩承受的荷载主要由桩端阻力担当，细分为 端承桩：荷载全部由桩端阻力承受；端承桩：荷载全部由桩端阻力承受；摩擦端承桩：承受的荷载主要由桩端阻力担摩擦端承桩：承受的荷载主要由桩端阻力担当。当。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST举例说明：摩擦型桩：软

5、土中的长桩，为摩擦桩，图(a)；上部土层强度比桩端土层较高，为端承摩擦桩，图(b)。端承型桩：上部土层懦弱桩端进入稳定的岩层时，为端承桩，图(c)上部土层强度比桩端土层较低，为摩擦端承桩，图(d)。摩擦桩摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承桩端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩摩擦型桩摩擦型桩端承型桩端承型桩基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST二、按桩身材料分类二、按桩身材料分类n 木桩n 混凝土桩 素混凝土桩 钢筋混凝土桩 预应力混凝土桩n 钢桩基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST三、

6、按施工方法分类三、按施工方法分类预制桩预制桩 桩体在施工前在预制厂或现场制作的桩。桩体在施工前在预制厂或现场制作的桩。依据打入方法可分为：依据打入方法可分为：打入桩、压入桩、振沉桩及旋入桩。打入桩、压入桩、振沉桩及旋入桩。灌注桩灌注桩 在桩位处先成孔，再设置加劲材（如钢筋笼等），然后在桩位处先成孔，再设置加劲材（如钢筋笼等），然后浇灌浇灌 混凝土而形成的桩。混凝土而形成的桩。依据成空施工方法可再分为：依据成空施工方法可再分为：钻孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔桩等。钻孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔桩等。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST桩基

7、础施工动画演示预制桩预制桩灌注桩灌注桩基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST四、按设置效应分类四、按设置效应分类 依据桩对桩周土排挤作用分为依据桩对桩周土排挤作用分为挤土桩挤土桩 桩位处的土大量排挤开，桩周土在施工过程中受到严桩位处的土大量排挤开，桩周土在施工过程中受到严峻扰动。峻扰动。例如，实心预制桩、下端封闭的管桩等，在锤击、振例如，实心预制桩、下端封闭的管桩等，在锤击、振动贯入等。动贯入等。非挤土桩非挤土桩 桩对四周土体没有排挤作用。桩对四周土体没有排挤作用。例如，先钻孔再打入的预制桩、钻孔（冲孔或挖例如，先钻孔再打入的预制桩、

8、钻孔（冲孔或挖孔）桩。孔）桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST五、按桩径大小分类五、按桩径大小分类u 小直径桩小直径桩：d250mm 例如，用于基础加固的树根桩树根桩、静压锚杆托换桩等。u 中等直径桩中等直径桩：250mmd40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。对若干个桩静载荷试验结果的处理：当试验各桩的极限承载力的极差平均值的30%时，可取其平均值平均值为单桩竖向极限承载力Qu。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST沉降沉降-时间时间(s-logt)曲线曲线荷载为荷载为Qu

9、相应的相应的s-logt曲线的特点：曲线的特点：沉降沉降-时间曲线急剧变陡，同时时间曲线急剧变陡，同时向下发生转折。向下发生转折。右图右图Qu=？右图中曲线右图中曲线 f，相应的荷载为，相应的荷载为Qu基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（二）按阅历公式计算（二）按阅历公式计算一般用于初步估算初步估算单桩竖向承载力特征值。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST1、按单桩、按单桩极限承载力极限承载力确定单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力特征值特征值Qu单桩竖向极限承载力，kN；

10、up桩身断面周长，m；Ap桩端底面积，m2；qsiu第i层土极限侧阻力，kPa；qpu桩端土极限端阻力，kPa；li桩穿越第i层土的长度，m；Ra单桩竖向承载力特征值，kN；k单桩竖向承载力平安系数，取2.0。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、干脆建立土层的物理力学状态指标与单桩承载力特、干脆建立土层的物理力学状态指标与单桩承载力特 征值的关系征值的关系Ra单桩竖向承载力特征值，kN；qsia第i层土桩桩侧阻力特征值侧阻力特征值，kPa；qpa桩端土端阻力特征值端阻力特征值，kPa。特殊的，当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩石中：

11、基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（三）按材料强度确定（三）按材料强度确定1、钢筋混凝土桩的竖向抗压承载力特征值 桩的纵向弯曲系数。低承台桩，一般取=1.0；高承台桩，可取=0.251.0，依据桩端土层及桩上部自由长度确定。2、钢桩的抗压承载力特征值基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST第三节第三节 群桩承载力与变形群桩承载力与变形群桩：群桩：2根及根及2根以上的桩群。根以上的桩群。一、一、群桩特点群桩特点二、群桩竖向承载力二、群桩竖向承载力三、群桩基础沉降三、群桩基础沉

12、降基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST一、群桩特点一、群桩特点1、群桩效应 由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩的承载力和沉降性状，往往与相同地质相同地质条件和设置方法条件和设置方法的独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应群桩效应。Qug群桩抗压极限承载力，kN；Qu 单桩抗压极限承载力，kN n 桩数。群桩效应用群桩效应系数描述这些内容在这些内容在桩基新规范被桩基新规范被废除废除基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST群桩变形特点：群桩中由于应力叠加，导致应力的分

13、布范围和强度均较大，应力传递深度也比单桩状况大，因此群桩变形往往大于单桩变形。s(Q)单桩在荷载Q作用下的沉降量，mm；sg(nQ)n根群桩在n倍Q作用下的沉降量，mm。群桩沉降比 基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST群桩效应强弱的主要影响因素：桩距s。桩距s对群桩效应的影响：当桩距s3d(d为桩径）时，地基中附加应力叠加现象严峻，群桩效应明显；当桩距s6d(d为桩径）时，地基应力叠加现象不明显，群桩效应消逝。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、承台效应承台效应（与旧

14、规范（与旧规范桩承台效应桩承台效应名称不同）名称不同）承台效应：承台效应：现浇钢筋混凝土承台往往与地基土干脆接触，在上部荷载现浇钢筋混凝土承台往往与地基土干脆接触，在上部荷载作用下，承台将地基土压得更紧密，因此，承台具有确定的承作用下，承台将地基土压得更紧密，因此，承台具有确定的承载实力。载实力。承台效应系数：承台效应系数：竖向荷载下，承台底地基土承载力的发挥率。竖向荷载下，承台底地基土承载力的发挥率。复合桩基：由桩和承台下地基土共同担当荷载的桩基础。复合桩基：由桩和承台下地基土共同担当荷载的桩基础。复合桩基中，除了桩端阻力和桩侧阻力担当荷载外，承台下地复合桩基中，除了桩端阻力和桩侧阻力担当荷

15、载外，承台下地基也担当荷载。基也担当荷载。减沉复合疏桩基础减沉复合疏桩基础 自然软土地基的承载力基本满足要求的状况下，为减小沉降接自然软土地基的承载力基本满足要求的状况下，为减小沉降接受疏布摩擦型桩的复合桩基。受疏布摩擦型桩的复合桩基。其它相关概念其它相关概念基桩：基桩：桩基础中的单桩单桩。复合基桩复合基桩:单单桩及及其其对应对应面面积积的承台下地基土的承台下地基土组成的复合承复合承载载基基桩桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST二、群桩竖向承载力二、群桩竖向承载力（一）群桩破坏模式（一）群桩破坏模式 1、刺入破坏：桩距足够大且土

16、质懦弱时，桩体与桩周土的剪切变形较大，桩端刺入其下土层中而发生破坏。塑性区桩端沉降 2、整体剪切破坏：桩体与桩周土的剪切变形较小，桩端土层桩端土层被压缩达到极限平衡状态，发生整体剪切破坏。塑性区桩端沉降一般状况下，群桩破坏兼具上述两种特性。一般状况下，群桩破坏兼具上述两种特性。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（二）承载力计算（二）承载力计算1、按刺入模式计算Qug群桩抗压极限承载力，kN；Qui第i根桩的单桩抗压极限承载力，kN。塑性区桩端沉降这些内容在这些内容在桩基新规范被桩基新规范被废除废除基础工程基础工程 Foundati

17、on Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、按整体破坏模式计算实体深基础：(等代实体深基础与规范称谓不一样)将群桩和桩间土体视为一个实体深基础。FkdDlcdGka0ab0b这些内容在这些内容在桩基新规范被桩基新规范被废除废除基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUSTQug群桩抗压极限承载力，Qpg群桩桩端极限承载力，Qsg群桩外围侧壁极限摩阻力，Ap由群桩外围所限定的实体深基础的底面积，ug由群桩外围所限定的实体深基础的断面周长，l 桩长。群桩的承载力按实体深基础计算如图8-12(p189)：dlFk周长ug面积

18、Ap基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST建筑地基基础设计规范规定：建筑地基基础设计规范规定：群桩承载力为单桩承载力之和。群桩承载力为单桩承载力之和。这一做法大大简化了群桩承载力的计算。这一做法大大简化了群桩承载力的计算。补补充内容：复合基充内容：复合基桩竖桩竖向承向承载载力特征力特征值值（桩基新规范的内容）（桩基新规范的内容）基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST开开 始始 新新 课课基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 N

19、CUST补充：复合基桩竖向承载力特征值补充：复合基桩竖向承载力特征值（桩基新规范的内容）（桩基新规范的内容）不考虑地震作用时不考虑地震作用时 考虑地震作用时考虑地震作用时其中，其中，Ra单桩竖向承载力特征值；单桩竖向承载力特征值；fak承台下承台下1/2b（b为承台宽度）且为承台宽度）且5m范围内各层土的地基承范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值；载力特征值按厚度加权的平均值；Ac计算基桩所对应的承台底净面积，桩数为计算基桩所对应的承台底净面积，桩数为n时，时，Aps为单桩桩身截面面积；为单桩桩身截面面积；A为承台计算域面积。对于柱下独立桩基，为承台总面积；对为承台计算域面积。对于

20、柱下独立桩基，为承台总面积；对桩筏基础，参见桩基新规范桩筏基础，参见桩基新规范p29；a地基抗震承载力调整系数，按现行国家标准建筑抗震设计地基抗震承载力调整系数，按现行国家标准建筑抗震设计规范规范GB 50011接受。接受。c承台效应系数。当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度承台效应系数。当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应，取为零。其它可按下表取值：隆起时，不考虑承台效应，取为零。其它可按下表取值：二、群桩竖向承载力二、群桩竖向承载力复合基桩复合基桩:单桩及其对应

21、面积的承台下地基土组成的复合承载基桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST说明：sa/d为桩中心距sa与桩径d之比；Bc/l为承台宽度Bc与桩长l之比。承台效承台效应应系数系数345660.40.060.080.140.170.220.260.320.380.500.800.40.80.080.100.170.200.260.300.380.440.80.100.120.200.220.300.340.440.50单排桩条形承台0.150.180.250.300.380.450.500.60基础工程基础工程 Foundation E

22、ngineering华北科技学院华北科技学院 NCUST三、群桩基础沉降三、群桩基础沉降实体深基础法（扩散角法）(等代实体深基础与规范名称不一样)将桩和桩间土看作实体深基础，进而按分层总和法计算实体深基础下土层的沉降。适用条件：桩距s6d(d为桩径)扩散角，tan 按表8-1(p191)确定FkdDlcdGka0ab0b实体深基础底部尺寸：由于桩侧摩阻力作用，竖向荷载在桩侧土中以角向下扩散，传到基础底面。等代深基础底面尺寸为：基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST实体深基础下附加应力计算：实体深基础下附加应力计算：P0 实体深基础基底

23、基底附加应力；Gk实体深基础的自重，水下按有效重度计；Fk群桩基础上的竖向荷载，按荷载效应的准永久组合准永久组合取值；A 实体深基础底面积，A=ab；cd实体深基础底面处的土自重应力，水位以下按土的有 效重度计算。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST建筑地基基础设计规范单向压缩分层总和法应力计算可用平均附加应力平均附加应力系数：nj 第j层土地计算分层数；p桩基沉降阅历系数，依据当地的实测资料确定，可 查表8-2(p191)；m桩端平面以下缩影响范围内自然土层总数；j,i桩端平面以下第j 土层第i 分层竖向附加压力。基础工程基础工程

24、 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST探讨：假如桩距不能满足桩距s6d(d为桩径)条件，如何进行计算？状况一，承台底地基土分担荷载 求解思路：承台底土所受的压力按布辛奈斯克(Boussinesq)解，计算桩端下的竖向应力；桩所承受的荷载，桩和桩间土看作实体深基础，按布辛内斯克解，计算桩端下的竖向应力应力；将两者进行叠加后，按分层综合法计算最终沉降量。状况二，承台底地基土不分担荷载 荷载由桩端传到桩端下的土层中，不同于布辛内斯克解求解条件，桩端下的应力须要接受明德林(Mindlin)应力解。基础工程基础工程 Foundation Engineering

25、华北科技学院华北科技学院 NCUST明德林明德林(Mindlin)应力公式应力公式盖德斯盖德斯(Geddes)将桩顶荷载将桩顶荷载Q，在地基中分为三部分担，在地基中分为三部分担当当(系数系数、依据实际实测状况依据实际实测状况)：盖德斯利用盖德斯利用Mindlin应力解，通过积分分别求出这三种荷载对应的地基中的应应力解，通过积分分别求出这三种荷载对应的地基中的应力力Ip,Isr,Ist由解析公式由解析公式(见下页见下页)或查表确定，然后叠加而得到地层中的应力或查表确定，然后叠加而得到地层中的应力然后利用分层总和法计算桩基的沉降量。然后利用分层总和法计算桩基的沉降量。=+Q (1-)QQQlrec

26、tangletriangle基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST式中，地基土的泊松比；r桩身半径；l桩长;z计算应力点离桩顶的竖向距离。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST式中，地基土的泊松比；r桩身半径；l桩长;z计算应力点离桩顶的竖向距离。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST实体深基础法和实体深基础法和Mindlin法比较法比较 相同：都属于分层总和法中应力计算；相同：都属于分层总和法中应力计算；差别：附加

27、应力计算接受不同差别：附加应力计算接受不同 实体深基础法中的附加应力接受实体深基础法中的附加应力接受布辛内斯克解；布辛内斯克解；Mindlin法接受法接受Mindlin应力解。应力解。结果比较：结果比较：Mindlin应力解符合实际状况；应力解符合实际状况；但布辛内斯克解计算简洁。但布辛内斯克解计算简洁。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)(JGJ94-2008)补充内容补充内容变刚度调平设计变刚度调平设计参考资料参考资料 1.刘金砺刘金砺(中国建筑科学探讨院地基基础探讨所、规

28、范的主要撰中国建筑科学探讨院地基基础探讨所、规范的主要撰稿人稿人)的学术报告：建筑桩基技术规范（修订）若干技术的学术报告：建筑桩基技术规范（修订）若干技术焦点剖析焦点剖析 2.徐至钧徐至钧,赵锡宏赵锡宏.建筑桩基设计与计算建筑桩基设计与计算桩基变刚度调平设计桩基变刚度调平设计M,2009,北京：机械工业出版社北京：机械工业出版社基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST1.1.自然地基箱形基础变形特征自然地基箱形基础变形特征 图1 北京中信国际大厦箱基沉降等值线（s单位：cm）高104m,框筒结构，双层箱基高11.8m；Smax=12.5

29、 cm;Smax=0.004L。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2 2 桩筏基础的变形特征桩筏基础的变形特征图2 南银大厦桩筏基础沉降等值线（建成一年，s单位：cm）高113m，框筒结构，400PHC(预应力高强混凝土管)桩，L=11m,匀整布桩，筏板厚2.5m,建成一年Smax=0.002L。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST3 3 匀整布桩桩顶反力分布特征匀整布桩桩顶反力分布特征图3 武汉某大厦桩箱基础桩顶反力分布框剪结构，500PHC桩，L=22m,匀整布桩；

30、中、边桩反力比=1：1.9基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST4 4 碟形沉降和马鞍形反力分布的负面效应碟形沉降和马鞍形反力分布的负面效应（1）碟形沉降 引起承台、上部结构的次应力次应力（2）马鞍形反力分布 导致基础的整体弯矩、冲切力、剪力增大对于图1北京中信国际大厦为例，整体弯矩较均布反力增加16.2%；对于图3所示桩筏基础，整体弯矩较均布反力将增加50%以上。图3 武汉某大厦桩箱基础桩顶反力分布基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST5 5 变刚度调平设计变刚度调平设计

31、图4 匀整布桩与变刚度调平布桩的变形与反力示意图5 变刚度布桩模式基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST6 6 试验验证试验验证粉质粘土地基，20层框筒结构的1/10现场模型试验图6 等桩长与变桩长模型试验(mm)桩顶反力（F=3250KN）差别很大差别很大差别不大差别不大基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST7 7 变刚度调平概念设计优点变刚度调平概念设计优点（1）减小核心筒冲切力，降低承台整体弯矩；（2）优化承台设计，降低造价；（3）减小差异变形差异变形，降低上部结构刚度

32、次应力，提高耐久性；（4）合理发挥桩土共同作用。供应冲切力基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST8 8 工程应用工程应用北京皂君庙电信楼、山东农业银行大厦、北京长青大厦等北京皂君庙电信楼、山东农业银行大厦、北京长青大厦等1010余项工余项工程桩基设计进行优化，节约造价程桩基设计进行优化，节约造价21002100余万元；余万元；Smax35mm,Smax35mm,Smax0.0008LSmax0.0008L。计实施：须要计实施：须要JCCADJCCAD设计软件进行。设计软件进行。基础工程基础工程 Foundation Engineeri

33、ng华北科技学院华北科技学院 NCUST近几年来，北京皂君庙电信楼、北京电视中心，北京万豪大酒店，近几年来，北京皂君庙电信楼、北京电视中心，北京万豪大酒店，威海海悦国际大酒店威海海悦国际大酒店等数十个工程的桩基础均接受变刚度调等数十个工程的桩基础均接受变刚度调平概念设计。平概念设计。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST思索题（任选一个）：思索题（任选一个）：桩基变刚度调平设计有何优点？如何调整桩基的刚度？桩基变刚度调平设计有何优点？如何调整桩基的刚度？Mindlin法与实体深基础法计算桩基沉降量有何异同？各自的法与实体深基础法计算桩

34、基沉降量有何异同？各自的优点是什么？优点是什么？Mindlin法如何计算桩端下的应力？法如何计算桩端下的应力？基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST第四节第四节 桩基础设计桩基础设计设计内容和步骤：收集设计资料，包括建筑、结构设计资料和岩土工程勘 查报告等；选择桩的类型和几何尺寸（桩的断面尺寸、桩长），确 定桩端持力层和承台埋深；确定单桩承载力；确定群桩桩数并布桩，确定承台类型及尺寸；桩基承载力与变形验算；桩身结构设计；承台结构设计。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST一、

35、选择桩的类型和几何尺寸一、选择桩的类型和几何尺寸1）桩类型的选取综合考虑因素：建筑物对桩基的功能要求、地层条件、施工工艺及环境等方面因素。楼层数灌注桩预制桩 2m)1.5 D或D+1.5m(当D2m)沉管夯扩桩钻孔挤扩桩非饱和土2.2D且4.0d2.0D且3.5d饱和黏性土2.5D且4.5d2.2D且4.0d注：1.d 圆桩直径或方桩边长，D扩大端设计直径。2.当纵横向桩距不相等时，其最小中心距应满足“其他状况”一栏的规定。3.当为端承型桩时，非挤土灌注桩的“其他状况”一栏可减小至2.5d。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST四、桩

36、基承载力与沉降验算四、桩基承载力与沉降验算（一）承载力验算（一）承载力验算1、桩顶荷载计算轴轴心心竖竖向力作用：向力作用：dlGkFkxyFk相应于荷载效应标准组合时，作用 在桩基承台顶面的竖向压力，kN；Gk桩基承台自重及承台上土自重标准 值，kN；Qk相应于荷载效应标准组合时，单桩的轴力，kN；基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST偏心竖向力作用：偏心竖向力作用：dlFkGkMykxyxiyiQik相应于荷载效应标准组合时，偏心 竖向力作用下第i根桩的轴力，kN；Mxk、Myk相应于荷载效应标准组合时，作用于承台底面通过桩群形心

37、的x、y轴的力矩，kNm；xi、yi第i根桩至群桩形心的y、x轴线的 距离，m；n 桩基中的桩数。MykMxk基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST偏心荷载作用下柱顶荷载计算公式的说明偏心荷载作用下柱顶荷载计算公式的说明:材料力学学问，材料力学学问，力矩力矩M作用下的应力计算作用下的应力计算:基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST桩基承受水平荷载：各桩桩顶所受水平荷载可按各桩抗弯刚 度进行安排。各桩截面相等时：Hk相应于荷载效应标准组合时，作用于承台底面的水平力；Hik相应于

38、荷载效应标准组合时，第i根桩的水平力。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、单桩承载力验算轴心竖向力作用 偏心竖向力作用 水平荷载作用 基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（二）桩基懦弱下卧层承载力及桩基沉降验算懦弱下卧层的验算，同浅基础；懦弱下卧层的验算，同浅基础；桩基础的沉降验算：桩基础的沉降验算：不得超过建筑物的沉降允许值不得超过建筑物的沉降允许值(表表2-8，p50）；）；最终沉降量的计算方法见本章第三节。最终沉降量的计算方法见本章第三节。基础工程基础工程 Fo

39、undation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST五、桩身结构设计五、桩身结构设计（一）灌注桩（一）灌注桩桩的承载力桩的承载力Ra满足桩身要求：满足桩身要求：1、桩身材料强度验算、桩身材料强度验算Q 相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值，kN；Ap 桩身横截面积，m2；fc 混凝土轴心抗压强度设计值，kPa；c工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.60.7（水下灌注桩或长桩用低值）。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST1、桩身材料强度验算、桩身材料强度验算2、构造要求、构造要求混凝土：C20；C

40、25(水下导管灌注混凝土)钢筋率：最小配筋率 0.2%0.65%（小直径桩取大值）。配筋长度：长度应依据计算确定：水平荷载和弯矩引起的桩身弯矩；构造要求：配筋长度应穿越承台下的淤泥、淤泥质土或液化土层；通长配筋状况：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。桩径d600mm的钻孔灌注桩：钢筋长度桩长的2/3。箍筋：6200，宜接受螺旋式或焊接环式。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（一）灌注桩（一）灌注桩（二）钢筋混凝土预制桩（二）钢筋混凝土预制桩1、运用阶段桩身强度验算、运用阶段桩身强度验算 验算同灌注桩。验

41、算同灌注桩。2、施工阶段桩身强度验算、施工阶段桩身强度验算 运输起吊时运输起吊时 以桩身作为梁，吊点为支座，进以桩身作为梁，吊点为支座，进行受弯验算。行受弯验算。锤击时锤击时 自重乘以动力系数自重乘以动力系数k=1.5作为桩的作为桩的荷载。荷载。3、抗裂验算、抗裂验算 在预制桩吊装过程；在预制桩吊装过程；在预应力混凝土桩在运用期间。在预应力混凝土桩在运用期间。图8-18 预制桩的吊点位置和弯矩图(a)双点起吊 (b)单点吊立(a)(b)基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST4、构造要求、构造要求混凝土混凝土 预制混凝土桩预制混凝土桩C

42、30；预应力混凝土桩预应力混凝土桩C40。钢筋钢筋 纵筋：数量应通过强度计算确定纵筋：数量应通过强度计算确定 最小配筋率最小配筋率0.8%(比较灌注桩要求：比较灌注桩要求：0.2%0.65%)箍筋：直径：箍筋：直径：6 8 间距：间距：200mm，并在桩上下两端适当加密。，并在桩上下两端适当加密。具体内容自学具体内容自学基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（一）灌注桩（一）灌注桩（二）钢筋混凝土预制桩（二）钢筋混凝土预制桩（三）钢管桩（三）钢管桩钢管壁厚度：分别验算运用时期和施工时期的强度和稳定性。管壁厚度设计包括：有效厚度：按强度

43、设计法；腐蚀厚度：依据钢管桩运用年限，环境腐蚀实力及防腐措施等确定。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST六、承台结构设计六、承台结构设计承台作用：承台作用：将多根桩连接成整体，并将多根桩连接成整体，并将上部荷载传递到各桩。将上部荷载传递到各桩。承台设计：承台设计：依据承台的抗冲切、抗剪依据承台的抗冲切、抗剪切和抗弯等要求确定承台平面切和抗弯等要求确定承台平面尺寸、厚度及配筋等。尺寸、厚度及配筋等。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST(a)矩形承台 (b)三桩承台 (c)梁

44、式承台梁式承台承台结构形式承台结构形式 板式承台、梁式承台板式承台、梁式承台基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST承台设计内容承台设计内容(一一)、构造设计、构造设计(二二)、受弯计算、受弯计算 柱下多桩柱下多桩矩形承台；矩形承台；柱下三桩柱下三桩三角形承台：三角形承台：等边三桩承台；等边三桩承台；等腰三桩承台等腰三桩承台(三三)、受冲切计算、受冲切计算 柱对承台的冲切；柱对承台的冲切；角桩对承台的冲切角桩对承台的冲切(四四)、受剪切计算、受剪切计算 等截面承台；阶梯形承台；锥形承台等截面承台；阶梯形承台；锥形承台(五五)、承台间连接

45、、承台间连接基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（一）承台构造要求（一）承台构造要求承台与桩的连接（板式及梁式承台）承台与桩的连接（板式及梁式承台）桩顶伸入承台长度桩顶伸入承台长度 50mm；100mm(受水平力受水平力)桩与承台连接的主筋桩与承台连接的主筋 数量：数量：412；长度：按钢筋锚固确定。长度：按钢筋锚固确定。承台混凝土承台混凝土 C20；承台钢筋爱护层厚度（与浅基础状况一样）：承台钢筋爱护层厚度（与浅基础状况一样）：70mm(无混凝土垫层无混凝土垫层)40mm(有混凝土垫层有混凝土垫层)基础工程基础工程 Foundat

46、ion Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST构造设计构造设计相关尺寸相关尺寸（板式及梁式承台）（板式及梁式承台）承台厚度300mm；宽度500mm。边桩与承台 边桩中心至承台边缘的距离大于桩的直径(或边长)。桩的外边缘至承台边缘的距离：板式承台：150mm；梁式承台：75mm。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST钢筋钢筋构造设计构造设计梁式承台 满足混凝土结构设计规范 最小配筋率。直径：主筋12mm；架立筋10mm 箍筋 6mm。矩形板式承台 钢筋应按双向通长布置。钢筋直径10mm，间距200mm。三角形三桩承

47、台 钢筋按三向板带匀整布置，且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（二）承台抗弯承载力计算（二）承台抗弯承载力计算n墙下梁式承台：按连续梁计算。墙下梁式承台：按连续梁计算。n柱下板式承台：抗弯如何计算？柱下板式承台：抗弯如何计算？基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST1、承台破坏特点与计算原理、承台破坏特点与计算原理 承承台台在在开开裂裂破破坏坏过过程程中中，总总是是在在两两个个方方向向上上相相互互交替担当上部主要荷载，呈梁式破

48、坏。交替担当上部主要荷载，呈梁式破坏。分别探讨四桩承台和三桩承台状况。分别探讨四桩承台和三桩承台状况。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST 四桩承台破坏模式：四桩承台破坏模式：弯曲破坏裂缝在平行于柱边的两个方向上交替发展，最终形弯曲破坏裂缝在平行于柱边的两个方向上交替发展，最终形成如图所示的破坏模式。成如图所示的破坏模式。最大弯矩位置：在柱边位置。最大弯矩位置：在柱边位置。抗弯配筋计算：抗弯配筋计算：承台按悬臂板（梁）计算承台按悬臂板（梁）计算。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院

49、NCUST三桩承台破坏模式：三桩承台破坏模式：初初始始裂裂缝缝多多在在承承台台中中部部出出现现，渐渐渐渐向向外外发发展展形形成成各各种种不不同同的的破破坏坏模模式式，分分为为等等边边三三角角形形承承台台、等等腰腰三三角角形形承承台台状状况况，如图所示。如图所示。等边三角形承台等边三角形承台基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST等腰三桩承台等腰三桩承台等腰三桩承台破坏及计算示意等腰三桩承台破坏及计算示意c2破坏模式1破坏模式2基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、弯矩计算（

50、简化计算法）、弯矩计算（简化计算法）(1)多桩矩形承台多桩矩形承台 计算位置：计算位置：取柱边和承台高度变更处。取柱边和承台高度变更处。Mtx、Mty分别为绕x轴和y轴弯矩 设计值，kNm；xti、yti 沿x轴和y轴，桩轴线到计算 截面的距离，m；Ni 扣除承台和其上填土自重扣除承台和其上填土自重，相 应于荷载效应基本组合时的第i 根桩的竖向力设计值竖向力设计值，kN。计 算如下：yyxxh0Nixtiyti图8-22 矩形承台抗弯验算截面基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUSTF相应于荷载效应基本组合时，作 用于承台底面的柱轴力设计