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1、48 桩承台的设计桩承台的设计 承台分类承台分类：柱下独立承台、柱下或墙下条形承台：柱下独立承台、柱下或墙下条形承台(粱式承粱式承台台)，以及筏板承台和箱形承台等。，以及筏板承台和箱形承台等。承台的作用承台的作用是将各桩联成一整体，把上部结构传来的荷载是将各桩联成一整体，把上部结构传来的荷载转换、调整、分配于各桩。转换、调整、分配于各桩。承台内力计算：承台内力计算：受弯、受冲切、受剪切和局部承压承载力受弯、受冲切、受剪切和局部承压承载力计算。计算。承台设计内容：承台设计内容：选择承台的材料及其强度等级、几何选择承台的材料及其强度等级、几何形状及其尺寸、进行承台结构承载力计算，并使其构形状及其尺
2、寸、进行承台结构承载力计算，并使其构造满造满 足一定的要求。足一定的要求。1一、一、构构 造造 要要 求求 1、承台的宽度、承台的宽度不应小于不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的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 缘的距离不小于缘的距离不小于150mm。对于条形承台梁，桩的外边缘对于条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不小于至承台梁边缘的距离不小于75mm。2、承台的最小厚度承台的最小厚度不应小于不应小于300mm，其，其最小埋深最小埋深500mm23、承台的配筋承台的配筋（1）矩形承台）矩形承台其钢筋应
3、按其钢筋应按双向均匀通长布置双向均匀通长布置钢筋钢筋直径不宜小于直径不宜小于10mm,间距不宜大于间距不宜大于200mm;（2）三桩承台）三桩承台,钢筋应按钢筋应按三向板带均匀布置三向板带均匀布置,且最且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内内3（3）承台梁的主筋：）承台梁的主筋：主筋主筋 直径不宜小于直径不宜小于12mm,架架立筋不宜小于立筋不宜小于10mm,箍筋直径不宜小于箍筋直径不宜小于6mm44、承台混凝土强度等级、承台混凝土强度等级不应低于不应低于C20，纵向钢筋纵向钢筋的混凝土的混凝土保护层厚度保护层厚度不应小于不应小于70mm,当有混
4、凝土当有混凝土垫层时垫层时,不应小于不应小于40mm.55、桩顶嵌入承台的长度：、桩顶嵌入承台的长度：（1）大直径桩嵌入长度应100mm；（2）中等直径的桩嵌入长度应50mm。6 6、桩顶纵筋、桩顶纵筋伸入承台内的伸入承台内的锚固长度锚固长度应大应大于纵筋直径的于纵筋直径的3030倍，对于抗倍，对于抗拔桩为拔桩为4040倍。倍。6二、柱下桩基独立承台二、柱下桩基独立承台 1、受弯计算、受弯计算(1)柱下多桩矩形承台柱下多桩矩形承台柱下多桩矩形承台在配筋不足柱下多桩矩形承台在配筋不足情况下将产生弯曲破坏，其破情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏。坏特征呈梁式破坏。梁式破坏梁式破坏，指挠曲裂
5、缝在平行，指挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现。承于柱边两个方向交替出现。承台在两个方向交替呈粱式承担台在两个方向交替呈粱式承担荷载，最大弯矩产生在平行于荷载，最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处。柱边两个方向的屈服线处。柱下桩基独立承台的计算：柱下桩基独立承台的计算：受弯计算、受冲切计算、受剪切受弯计算、受冲切计算、受剪切计算、局部受压计算计算、局部受压计算 7利用利用极限平衡原理极限平衡原理可导得二个方向的承台正截面可导得二个方向的承台正截面弯矩计算公式。弯矩计算公式。计算截面应取在计算截面应取在柱边和承台高柱边和承台高度变化处度变化处，并按下式计算：，并按下式计算：8 根据计算的
6、柱边截面和截面高度变化处的弯矩，分别根据计算的柱边截面和截面高度变化处的弯矩，分别计算同一方向各截面的配筋量后，取各向的最大值按双向计算同一方向各截面的配筋量后，取各向的最大值按双向均布配置：均布配置：9（2）柱下三桩三角形承台）柱下三桩三角形承台柱下三桩承台分柱下三桩承台分等边和等腰等边和等腰两种形式，其受弯破两种形式，其受弯破坏模式有所不同坏模式有所不同10取图中二种破坏模式所取图中二种破坏模式所确定的弯矩平均值作为确定的弯矩平均值作为设计值：设计值：M-由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值;Nmax-扣除承台和其上填土自重后的三桩中
7、相应于荷载效应基本组合时扣除承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本组合时的最大单桩竖向力设计值；的最大单桩竖向力设计值；s-桩距桩距(图图4-32d);c-方柱边长方柱边长,圆柱时圆柱时c=0.866d(d为圆柱直径为圆柱直径)。1）等边三角形承台）等边三角形承台112)等腰三桩承台等腰三桩承台承台弯矩按下式计算：承台弯矩按下式计算：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;s-长向桩距长向桩距;a-短向桩距与长向桩距之比短向桩距与长向桩距之比,当当a小于小于0.5时时,应按变截面的二桩承台设计
8、；应按变截面的二桩承台设计；c1、c2-分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。122受冲切计算受冲切计算 当桩基承台的有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。承当桩基承台的有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。承台冲切破坏的方式，一种是台冲切破坏的方式，一种是柱对承台的冲切柱对承台的冲切，另一种是，另一种是角角桩对承台的冲切桩对承台的冲切。13(1)柱对承台冲切的承载力柱对承台冲切的承载力按下式计算按下式计算14(2)角桩对承台的冲切角桩对承台的冲切1)多桩矩形承台受角桩冲切的承多桩矩形承台受角桩冲切的承载力应按下式计算：载力应按下式计算：152）三桩三
9、角形承台受角桩冲切）三桩三角形承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算的承载力可按下列公式计算底部角桩底部角桩 顶部角桩顶部角桩 对圆柱和圆桩，计算时可将圆形截面换算成正方形截面。对圆柱和圆桩，计算时可将圆形截面换算成正方形截面。163、受剪切计算、受剪切计算 柱下桩基独立承台柱下桩基独立承台应分别对应分别对柱边柱边和和桩桩边边、变截面和桩边变截面和桩边联线形成的斜截面联线形成的斜截面进行受剪计算进行受剪计算.17斜截面受剪承载力可按下列斜截面受剪承载力可按下列公式计算：公式计算：18阶梯形承台变阶处及锥形承台的阶梯形承台变阶处及锥形承台的计算宽度计算宽度b0按以下方法确定：按以下方法确定：1)
10、对于阶梯形承台应分别在变阶对于阶梯形承台应分别在变阶处处(A1-A1，B1-B1)及柱边处及柱边处(A2-A2,B2-B2)进行斜截面受剪进行斜截面受剪计算：计算：192)对于锥形承台应对对于锥形承台应对A-A及及B-B两个截面进行受剪承载力计算，两个截面进行受剪承载力计算，截面有效高度均为截面有效高度均为ho，截面的计截面的计算宽算宽 度按下式计算：度按下式计算：204局部受压计算局部受压计算 当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力：等级时，尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力：当进行承台的抗震
11、验算时，应根据现行当进行承台的抗震验算时，应根据现行建筑抗震设计规建筑抗震设计规范的规定对承台的受弯、受剪切承载力进抗震调整。范的规定对承台的受弯、受剪切承载力进抗震调整。2149 桩基础设计的一般步骤桩基础设计的一般步骤 对地基桩端持力层来说，要有足够的承载力和不产生过对地基桩端持力层来说，要有足够的承载力和不产生过量的变形。量的变形。桩基设计应符合桩基设计应符合安全、合理和经济安全、合理和经济的要求的要求。桩基基础设计原则：桩基基础设计原则：对桩和承台来说，应有足够的对桩和承台来说，应有足够的强度、刚度和耐久性强度、刚度和耐久性；考虑到桩基相应于地基破坏的极限考虑到桩基相应于地基破坏的极限
12、 承载力甚高，因此，承载力甚高，因此，大多数桩基的首要问题在于控制沉降量，即桩基设计应大多数桩基的首要问题在于控制沉降量，即桩基设计应按桩基按桩基变形控制设计变形控制设计；22桩基础设计的一般步骤桩基础设计的一般步骤 一、收集资料一、收集资料二、选定桩型，确定承载力（竖向和水平二、选定桩型，确定承载力（竖向和水平向）向）三、桩的平面布置及承载力验算三、桩的平面布置及承载力验算四、桩身结构设计四、桩身结构设计五、承台设计五、承台设计23一、设计资料的收集进行桩基设计前应进行调查研究：(1)建筑物上部结构的类型、尺寸、构造和使用要求，以及上部结构的荷载；(2)符合国家现行规范规定的工程地质勘探报告
13、和现场勘察资料；(3)当地建筑材料的供应及施工条件；(4)施工场地及周围环境（包括交通、进出场条件、有无对振动敏感的建筑物、有无噪音限制）等。24二、选定桩型，确定单桩竖向及水平承载力 1桩的类型、截面和桩长的选择桩的类型、截面和桩长的选择 桩型的选择应根据桩型的选择应根据上部结构荷载的大小上部结构荷载的大小及及性质性质、工程地质条工程地质条件件、施工条件施工条件等进行综合考虑等进行综合考虑:（1 1）土层中存在大孤石、金属残渣及未风化岩脉时，可采用土层中存在大孤石、金属残渣及未风化岩脉时，可采用灌注桩灌注桩；（2 2）坚硬土层埋得很深，宜采用坚硬土层埋得很深，宜采用摩擦桩摩擦桩；摩擦桩的桩长
14、与摩擦桩的桩长与桩基的承载力和沉降量有关，在确定桩长时，应综合考虑桩基的承载力和沉降量有关，在确定桩长时，应综合考虑桩基的桩基的承载力承载力和和沉降量沉降量。桩的桩的实际长度实际长度包括包括桩尖桩尖及及嵌入承台嵌入承台的长度。的长度。25（3）桩的截面尺寸）桩的截面尺寸选择应考虑的主要因素是成选择应考虑的主要因素是成桩工艺桩工艺和和结结构的荷载构的荷载情况，从楼层数和荷载大小来看情况，从楼层数和荷载大小来看10层以下：直径层以下：直径500mm左右的灌注桩和边长为左右的灌注桩和边长为400mm的的预制桩；预制桩；1020层：直径层：直径8001000mm的灌注桩和边长的灌注桩和边长450 50
15、0mm的预制桩；的预制桩；2030层：直径层：直径10001200mm灌注桩和边长或直径等于灌注桩和边长或直径等于或大于或大于500mm的预制桩；的预制桩；3040层：直径大于层：直径大于1200mm孔灌注桩和直径孔灌注桩和直径 500550mm的预应力混凝土管桩和大直径钢管桩：的预应力混凝土管桩和大直径钢管桩：楼层更多的高层建筑所采用的挖孔灌注桩直径可达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。左右。26（4 4）桩的设计长度桩的设计长度，主要取决于，主要取决于桩端持力层的选择桩端持力层的选择；通常，坚实土通常，坚实土(岩岩)层最适宜作为桩端持力层。层最适宜作为桩端持力层。桩端进
16、入坚实土层的深度桩端进入坚实土层的深度，应根据地质条件、荷，应根据地质条件、荷载及施工工艺确定，一般宜为载及施工工艺确定，一般宜为1-31-3倍桩径倍桩径嵌岩桩或端承桩桩端嵌岩桩或端承桩桩端以下以下3 35 5倍桩径倍桩径范围内应范围内应无软弱夹层、断裂破碎带、洞穴和空隙分布，无软弱夹层、断裂破碎带、洞穴和空隙分布，这对于荷载很大的一柱一这对于荷载很大的一柱一 桩基础尤为重要。桩基础尤为重要。272确定单桩竖向及水平承载力确定单桩竖向及水平承载力 桩的类型和几何尺寸确定之后，应初步确定桩的类型和几何尺寸确定之后，应初步确定承台承台底面标高底面标高。承台埋探的选择一般主要考虑。承台埋探的选择一般
17、主要考虑结构要结构要求求和和方便施工方便施工等因素：等因素：初定出承台底面标高后，便可按前述方法计算单初定出承台底面标高后，便可按前述方法计算单桩竖向及水平承载力了。桩竖向及水平承载力了。28三、桩的平面布置及承载力验算（一）基桩的根数和布置（一）基桩的根数和布置1 1、桩的根数、桩的根数式中式中 f fk k相应于荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力；相应于荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力；G Gk k桩基承台及承台上土自重标准值：桩基承台及承台上土自重标准值：初拟桩数时，大多不考虑群桩效应及承台底面处地基初拟桩数时，大多不考虑群桩效应及承台底面处地基土的承载力，当桩
18、基为土的承载力，当桩基为轴心受压轴心受压时，基桩数时，基桩数 n n 可按下可按下式估算：式估算：29偏心受压时偏心受压时，对于偏心距固定的桩基，如果桩的，对于偏心距固定的桩基，如果桩的布置使得群桩横布置使得群桩横截面的重心与荷载台力作用点重截面的重心与荷载台力作用点重合合，则仍可按上式，则仍可按上式 估定桩数，否则，桩的根效应估定桩数，否则，桩的根效应按上式确定的增加按上式确定的增加101020%20%：所选的桩数是否合适，尚待各桩受力验算后确所选的桩数是否合适，尚待各桩受力验算后确定。定。302 2、桩在平面上的布置、桩在平面上的布置 经验证明，桩的布置合理与否，对发挥桩的承载经验证明，桩
19、的布置合理与否，对发挥桩的承载力、减小建筑物的沉降，特别是不均匀沉降是至力、减小建筑物的沉降，特别是不均匀沉降是至关重要的。因此，桩在关重要的。因此，桩在 平面上的布置应遵循平面上的布置应遵循4 47 7节节的原则；的原则；31（二）桩基承载力验算（二）桩基承载力验算 1 1、桩顶荷载计算、桩顶荷载计算以承受竖向力为主的群桩基础的以承受竖向力为主的群桩基础的单桩桩顶荷载效应单桩桩顶荷载效应（1 1）轴心竖向力作用下）轴心竖向力作用下32（2 2）偏心竖向力作用下）偏心竖向力作用下假设：假设：承台是刚性的；承台是刚性的；各桩刚度相同；各桩刚度相同；x x、y y是桩基平面的惯性主轴。是桩基平面的
20、惯性主轴。33（3 3）水平力作用下）水平力作用下342 2、单桩承载力验算、单桩承载力验算承受承受轴心竖向力作用轴心竖向力作用的桩基，相应于荷载效应标准组合的桩基，相应于荷载效应标准组合时作用于单桩的竖向力时作用于单桩的竖向力Q Qk k应符合：应符合：承受承受偏心竖向力作用偏心竖向力作用的桩基满足：的桩基满足：承受承受水平向作用力水平向作用力的桩基满足：的桩基满足：35对于抗震设防区必须进行抗震验算的桩基，可按对于抗震设防区必须进行抗震验算的桩基，可按下列公式验算单桩的竖向承载力：下列公式验算单桩的竖向承载力：承受承受轴心竖向力作用轴心竖向力作用：满足：满足承受承受偏心竖向力作用偏心竖向力
21、作用满足：满足：363 3、桩基软弱下卧层承载力验算、桩基软弱下卧层承载力验算桩基软弱下卧层承载力验算常将桩与桩间桩基软弱下卧层承载力验算常将桩与桩间土的整体视作实体深基础土的整体视作实体深基础与浅基础的软弱下卧层验算类似与浅基础的软弱下卧层验算类似374 4、桩基沉降验算、桩基沉降验算一般来说，对地基基础设计等级为一般来说，对地基基础设计等级为甲级甲级的建筑物桩基，体的建筑物桩基，体型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级 为为乙级乙级的建筑物桩基，以及摩擦型桩基，应进行沉降验算；的建筑物桩基，以及摩擦型桩基，应进行沉降验算；对于地
22、基基础设计等级为对于地基基础设计等级为丙级丙级的建筑物、群桩效应不明显的建筑物、群桩效应不明显的建筑物桩基，可不进行沉降验算。的建筑物桩基，可不进行沉降验算。对于嵌岩桩、对沉降无特殊要求的条形基础下不超过两排对于嵌岩桩、对沉降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基可不进行沉降验算；桩的桩基可不进行沉降验算；当有可靠地区经验时，对地质条件不复杂、荷载均匀、对当有可靠地区经验时，对地质条件不复杂、荷载均匀、对沉降无特殊要求的端承型桩基也可不进行沉降验算。沉降无特殊要求的端承型桩基也可不进行沉降验算。385 5、桩基负摩阻力验算、桩基负摩阻力验算在考虑桩侧负摩阻力的桩基承载力验算中，单桩竖向承载在
23、考虑桩侧负摩阻力的桩基承载力验算中，单桩竖向承载力特征值力特征值RaRa只计只计中性点以下部分的侧阻力和端阻力中性点以下部分的侧阻力和端阻力1)1)摩擦型桩基摩擦型桩基取桩身计算中性点以上侧阻力为零，按下取桩身计算中性点以上侧阻力为零，按下式验算单桩承载力：式验算单桩承载力：Q Qik ik R Ra a 当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。入附加荷载验算桩基沉降。392)2)端承型桩基端承型桩基端承型桩基除应满足式：端承型桩基除应满足式：401、预制桩 （1）混
24、凝土强度应不低于C30。（2）配筋率min一般为1%左右，一般按截面的形状和大小采用48根直径1215mm的钢筋（边长30mm以下者用4根）。箍筋直径采用68mm，间距不大于200mm，在桩尖和桩顶处加密。（3）主筋的保护层一般取35mm，（4）预制桩的截面常设计成圆形、方形的实心截面、圆柱体的空心截面。（5）根据施工和运输条件考虑桩身的分节，一般桩长超过2530m时需要接桩，桩的接头不宜超过两个。四、桩身结构设计四、桩身结构设计（一）构造要求412、混凝土灌注桩（1）灌注桩的混凝土强度不得低于C20。（2）通常钢筋直径不小于12mm，配筋率不小于0.2%。（3）主筋的保护层厚度应35mm，水下浇筑时，主筋的保护层厚度应50mm；（4）箍筋一般采用螺旋式箍筋，直径应6mm，间距为200300mm。42（二）桩身强度计算（二）桩身强度计算桩身强度应满足：桩身强度应满足：43五、桩的质量检验五、桩的质量检验 下列几种较为常用。下列几种较为常用。1 1开挖检查。开挖检查。2 2抽芯法。抽芯法。3 3、声波检测法、声波检测法4 4、动测法、动测法44本章例题本章例题 454647484950515253