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1、第八章 桩基础土木工程系杨创奇n桩基础是一种承载性能好、适用范围广、历史悠久的深基础。在本章中，将主要给大家介绍桩基的分类、构造与适用条件；掌握单桩竖向承载力的确定方法；了解桩基础的设计的一般规定、设计步骤，具有设计桩基础的一般能力，同时了解桩基工程质量检查和验收的内容与要求。最后，简单了解一下沉井基础及地下连续墙等其他深基础。8.1概述n桩基础是由桩和承台组成的深基础。桩基础通过承台将桩顶部连成一个整体，共同承受上部结构荷载，并将该荷载传递给每一根桩；桩再将该荷载传递至桩侧及桩端的岩土层中去。n桩基础适用于以下情况：n1、荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工
2、地基在技术上、经济上不合理时；n2、软弱地基，采用地基处理技术上不可行，经济不合理；n3、地基软硬不均或荷载分布不均匀，天然地基不能满足结构物对差异沉降限制的要求；n4、特殊性地基，如湿陷性黄土、季节性冻土，要求采用桩基础将荷载传到深层稳定的土层；n5、河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如果采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时；n6、当施工水位或地下水位较高时，采用桩基础可减小施工困难和避免水下施工；n7、地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加结构物的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对结构物的危害。8.2桩的类型n1、按承台位置分：高桩承
3、台基础和低桩承台基础 n2 按承载性状分类：摩擦型桩；端承型桩；n3 按成桩方法分类：非挤土桩；部分挤土桩；挤土桩；n4 按桩径（设计直径d）大小分类：小直径桩：d 250mm；中等直径桩：250mm d 800mm；大直径桩：d 800mmn5、按桩身材料分：木桩，钢筋混凝土桩和钢桩 n6、按施工方法分：预制桩；灌注桩8.3 桩的承载力n8.3.1 单桩竖向极限承载力一般规定n一、设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：n 1 设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；n 2 设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和
4、经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；n 3 设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。n二、单桩竖向极限承载力标准值、极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值应按下列规定确定：n 1单桩竖向静载试验应按现行行业标准建筑基桩检测技术规范JGJ 106执行；n 2 对于大直径端承型桩，也可通过深层平板（平板直径应与孔径一致）载荷试验确定极限端阻力；n 3 对于嵌岩桩，可通过直径为0.3m岩基平板载荷试验确定极限端阻力标准值，也可通过直径为0.3m嵌岩短墩载荷试验确定极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值；n 4 桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值宜通过埋设桩身轴力测试元件由静载
5、试验确定。n8.3.2 单桩竖向静载荷试验单桩竖向静载荷试验n静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，它除了考虑地基的支承能力外，也计入了桩身材料对承载力的影响。n对于灌注桩，应在桩身强度达到设计强度后方能进行静载荷试验。对于预制桩，由于沉桩扰动强度下降有待恢复，因此在砂土中沉桩7天后，粘性土中沉桩15天后，饱和软粘土中沉桩25天后才能进行静载试验。n静载荷试验时，加荷分级不应小于8级，每级加载量宜为预估限荷载的1/81/10。n测读桩沉降量的间隔时间为：每级加载后，第5、10、15min时各测读一次，以后每15min测读一次，累计一小时后每隔半小时测读一次。n在每级荷载作用下，桩的沉
6、降量连续两次在每小时内小于0.1mm时可视为稳定，稳定后即可加下一级荷载。n符合下列条件之一时可终止加载：n当荷载沉降曲线上有可判断极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm；n后一级荷载产生的沉降量超过前一级荷载沉降增量的2倍，且24小时尚未达到稳定；n桩长25m以上的非嵌岩桩，荷载沉降曲线呈现缓变型时，桩顶总沉降量大于6080mm；n在特殊条件下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。n卸载时，每级卸载值为加载值的两倍，卸载后隔15min测读一次桩顶百分表读数，读二次后，隔半小时再读一次，即可卸下一级荷载。全部卸载后，隔34h再测读一次桩顶百分表读数。n单桩竖抽权限承载力可以
7、根据荷载沉降（Q-s）曲线，按下列方法确定：n当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值为极限承载力；n当Q-s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载作为极限承载力；n当试验过程中，因最后一级荷载24h尚未终止加载时，取前一级荷载为极限承载力；n按上述方法判断极限承载力有困难时，可取沉降时间（s-lgt）曲线尾部出现明显下弯曲的前一级荷载作为极限承载力；n对桩基沉降有特殊要求时，应根据具体情况选取极限承载力。n8.3.3 原位测试法n一、当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验，可按下式计算：n n二、当根据双桥探头静力触探资料确定混凝
8、土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于黏性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：n8.3.4 经验参数法n一、当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式估算：n二、根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：n8.3.5 单桩竖向承载力特征值Ran根据建筑桩基础技术规范（JGJ942008）采用综合安全系数K=2取代原规范的荷载分项系数和抗力分项系数，从而使桩基安全度比原规范有所提高。n单桩竖向承载力特征值按下式确定:式中 Ra单桩竖向承载力特征值；Quk单桩竖向极限承载力标准值，即由前面介绍的
9、静力载荷试验、静力触探、经验参数法确定。8.4桩基础设计n8.4.1基本设计规定n桩基础应按下列两类极限状态设计：n1 承载能力极限状态：桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形；n2 正常使用极限状态：桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。n8.4.2桩基的设计等级及建筑类型 n根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度，应将桩基设计分为甲、乙、丙三个设计等级，具体见书中表8.9。桩基设计时，应确定设计等级。n8.4.3 桩基础的设计步骤和内容n一、桩基础的设计步骤和
10、内容如下：1、进行调查研究,场地勘察,收集有关设计资料;2、综合地质勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定持力层;3、确定桩的类型、外型尺寸和构造;4、确定单桩承载力特征值;5、根据上部结构荷载情况,初拟桩的数量和平面布置;6、根据桩平面布置,初拟承台尺寸及承台底标高;7、单桩承载力验算;8、验算桩基的沉将量;9、绘制桩和承台的结构及施工详图.n二、收集设计资料n 桩基础设计资料包括:建筑物上部结构的情况 结构形式、平面布置、荷载大小、结构构造、使用要求等;工程地质勘察资料;建筑场地与环境的有关资料;施工条件的有关资料如沉桩设备、动力设备等;当地使用桩基础的经验.三、选择桩型、桩长和
11、截面尺寸n桩基础设计时,首先应根据建筑物的结构类型、荷载条件、地质条件、施工能力和环境限制(噪音、震动、对周围建筑物地基的影响等)选择桩的类型.如城市中不宜选用的挤土桩.在深厚软土中不宜采用大片密集有挤土效应的桩基,可考虑用挤土效应软弱的饿桩端口的预应力混凝土管桩或钻孔灌注桩等非挤土桩。n桩长主要取决于桩端持力层的选择。n桩的截面尺寸应与仗长相适应，桩的长径比主要根据桩身不产生压屈失稳及考虑施工现场条件来确定。n四、确定桩数和桩位平面布置 1、桩数的确定n承台下桩的数量可按以下公式确定：轴心竖向力作用下 偏心竖向力作用下 n式中：Fk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，kN；
12、Gk桩基承台自重及承台上土重标准值，kN；n桩基中的桩数；Ra单桩竖向承载力特征值kN；考虑偏心荷载的增大系数。一般取1.11.2。2、桩的平面布置 桩的中心距不小于桩径的3倍，以减少摩擦桩侧阻力的叠加效应，但也不宜大于桩径的6倍，避免承台过大。基桩的最小中心距应符合书中表8.10的规定；当施工中采取减小挤土效应的可靠措施时，可根据当地经验适当减小。布桩时要使长期荷载的全力作用点与桩群形心尽可能接近，减少偏心荷载；要尽量对结构受力有利，如对墙体落地的结构宜沿墙下布桩；尽量使桩基在承受水平力和力矩较大的方向有较大的断面抵抗矩，如承台的长边与力矩较大的平面取得一致。n五、桩基承载力验算 1 桩顶竖
13、向力的计算n应按下式计算群桩中的基桩或复合基桩的桩顶作用效应 轴心竖向力作用下 偏心竖向力作用下 n2 桩顶竖向承载力的验算 轴心竖向力作用下 偏心竖向力作用下除满足上式外，尚应满足下式的要求：式中 荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力；荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，桩顶最大竖向力；基桩或复合基桩竖向承载力特征值。n六、桩身结构设计n灌注桩桩身混凝土强度等级不得小于C25，混凝土预制桩尖强度等级不得小于C30；n灌注桩主筋的混凝土保护层厚度不应小于35mm，水下灌注桩的主筋混凝土保护层厚度不得小于50mm；当桩身直径为3002000mm时，正截面配筋率可取0.650
14、.2（小直径桩取高值）；对受荷载特别大的桩、抗拔桩和嵌岩端承桩应根据计算确定配筋率，并不应小于上述规定值。n灌注桩配筋长度：端承型桩和位于坡地岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋；桩径大于600mm的摩擦型桩配筋长度不应小于2/3桩长；当受水平荷载时，配筋长度尚不宜小于4.0/（为桩的水平变形系数）；对于受地震作用的基桩，桩身配筋长度应穿过可液化土层和软弱土层，进入稳定土层；受负摩阻力的桩、因先成桩后开挖基坑而随地基土回弹的桩，其配筋长度应穿过软弱土层并进入稳定土层，进入的深度不应小于23倍桩身直径；专用抗拔桩及因地震作用、冻胀或膨胀力作用而受拔力的桩，应等截面或变截面通长配筋。对于受水平
15、荷载的桩，主筋不应小于812；对于抗压桩和抗拔桩，主筋不应少于610；纵向主筋应沿桩身周边均匀布置，其净距不应小于60mm；n箍筋应采用螺旋式,直径不应小于6mm，间距宜为200300mm；受水平荷载较大桩基、承受水平地震作用的桩基以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时，桩顶以下5d范围内的箍筋应加密，间距不应大于100mm；当桩身位于液化土层范围内时箍筋应加密；当考虑箍筋受力作用时，箍筋配置应符合现行国家标准混凝土结构设计规范GB 50010的有关规定；当钢筋笼长度超过4m时，应每隔2m设一道直径不小于12mm的焊接加劲箍筋。n混凝土预制桩的截面边长不应小于200mm；预应力混凝土预制实心桩的
16、截面边长不宜小于350mm。n预制桩的混凝土强度等级不宜低于C30；预应力混凝土实心桩的混凝土强度等级不应低于C40；预制桩纵向钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于30mm。预制桩的桩身配筋应按吊运、打桩及桩在使用中的受力等条件计算确定。采用锤击法沉桩时，预制桩的最小配筋率不宜小于0.8。静压法沉桩时，最小配筋率不宜小于0.6，主筋直径不宜小于14，打入桩桩顶以下45倍桩身直径长度范围内箍筋应加密，并设置钢筋网片。n预制桩的分节长度应根据施工条件及运输条件确定；每根桩的接头数量不宜超过3个。预制桩的桩尖可将主筋合拢焊在桩尖辅助钢筋上，对于持力层为密实砂和碎石类土时，宜在桩尖处包以钢钣桩靴，加强桩尖。
17、n七、承台设计n承台埋置深度参照基础确定。n1、承台的构造要求n承台的宽度不小于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梁 边缘距离不小于75mm。n承台的最小厚度不应小于300mm。n承台的配筋，对于矩形承台其钢筋应按双向均匀通长布置。n承台混凝土强度等级不应低于C20，纵向钢筋的混凝土保护层厚度不小于70mm，当有混凝土垫层时，不应小于40mm。n2、承台的抗弯承载力设计 n 多数承台的钢筋含量较低，常为受弯破坏、抗弯承载力设计的本质是配筋设计，按承台截面最大弯矩进行配筋。柱下桩基承台的弯矩可按以下算法确定：两桩条形承台和多桩矩形承台弯矩计算截面取在柱
18、边和承台变阶处(图8.4 a)，可按下列公式计算：n三桩承台的正截面弯距值应符合下列要求：三桩承台的正截面弯距值应符合下列要求：n1）等边三桩承台（图）等边三桩承台（图8.4 b）2）等腰三桩承台）等腰三桩承台(图图8.4 c)n式中式中 通过承台形心至各边边缘正交截面范围内板带的弯矩设计值；通过承台形心至各边边缘正交截面范围内板带的弯矩设计值；n不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下三桩中最大基桩或复合基桩不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下三桩中最大基桩或复合基桩竖向反力设计值；竖向反力设计值；n桩中心距；桩中心距；方柱边长，圆柱时方柱边长，圆柱时c=0.8d(为圆柱直径为圆柱直径)
19、。分别为通过承台形心至两腰边缘和底边边缘正交截面范围内板带的弯矩设分别为通过承台形心至两腰边缘和底边边缘正交截面范围内板带的弯矩设计值；计值；短向桩中心距与长向桩中心距之比，当短向桩中心距与长向桩中心距之比，当 小于小于0.5时，应按变截面的二桩承台时，应按变截面的二桩承台设计；设计；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。n3、承台抗冲切承载力设计、承台抗冲切承载力设计n柱下桩基础独立承台承受的冲切作用包括柱对承台的冲切和角桩对承台的柱下桩基础独立承台承受的冲切作用包括柱对承台的冲切和角桩对承台的 冲切。如果冲切。如果承台厚度不够，就会产生冲切破坏
20、锥体。承台厚度不够，就会产生冲切破坏锥体。n轴心竖向力作用下桩基承台受柱（墙）的冲切，可按下列规定计算：轴心竖向力作用下桩基承台受柱（墙）的冲切，可按下列规定计算：na 冲切破坏锥体应采用自柱（墙）边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线所构成的锥体，冲切破坏锥体应采用自柱（墙）边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线所构成的锥体，锥体斜面与承台底面之夹角不应小于锥体斜面与承台底面之夹角不应小于45（图（图8.5）。）。nb 受柱（墙）冲切承载力可按下列公式计算：受柱（墙）冲切承载力可按下列公式计算：nc 对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式计算（图对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式
21、计算（图8.5）：）：nd 对于柱下矩形独立阶形承台受上阶冲切的承载力可按下列公式计算（图对于柱下矩形独立阶形承台受上阶冲切的承载力可按下列公式计算（图8.5）：）：ne 对位于柱（墙）冲切破坏锥体以外的基桩，可按下列规定计算承台受基桩冲切的承对位于柱（墙）冲切破坏锥体以外的基桩，可按下列规定计算承台受基桩冲切的承载力：载力：四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算（图四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算（图8.6）：）：n三桩三角形承台可按下列公式计算受角桩冲切的承载力（图8.7）：n底部角桩：n顶部角桩：n4、承台斜截面抗剪切承载力设计 n承台在基桩反力
22、作用下，剪切破坏面位于柱边和桩边联线形成的斜截面或承台变阶处和桩边联线形成的斜截面。当柱外边有多排桩形成多个剪切斜截面时，应对每个斜截面进行抗剪切承载验算。验算时，圆柱和圆桩也换算成正方形截面。柱下独立桩基承台斜截面受剪承载力应按下列规定计算（图8.8）：5 局部受压计算n对于柱下桩基，当承台混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。n6 抗震验算n当进行承台的抗震验算时，应根据现行国家标准建筑抗震设计规范GB 50011的规定对承台顶面的地震作用效应和承台的受弯、受冲切、受剪承载力进行抗震调整。8.5桩基工程质量检查和验收n8.5.1 一般规定n1 桩
23、基工程应进行桩位、桩长、桩径、桩身质量和单桩承载力的检验。n2 桩基工程的检验按时间顺序可分为三个阶段：施工前检验、施工检验和施工后检验。n3 对砂、石子、水泥、钢材等桩体原材料质量的检验项目和方法应符合国家现行有关标准的规定。8.5.2 基桩及承台工程验收资料n1 当桩顶设计标高与施工场地标高相近时，基桩的验收应待基桩施工完毕后进行；当桩顶设计标高低于施工场地标高时，应待开挖到设计标高后进行验收。n2 基桩验收应包括下列资料：n岩土工程勘察报告、桩基施工图、图纸会审纪要、设计变更单及材料代用通知单等；n经审定的施工组织设计、施工方案及执行中的变更单；n桩位测量放线图，包括工程桩位线复核签证单
24、；n原材料的质量合格和质量鉴定书；n半成品如预制桩、钢桩等产品的合格证；n施工记录及隐蔽工程验收文件；n成桩质量检查报告；n单桩承载力检测报告；n基坑挖至设计标高的基桩竣工平面图及桩顶标高图；n其他必须提供的文件和记录。n3 承台工程验收时应包括下列资料：n承台钢筋、混凝土的施工与检查记录；n桩头与承台的锚筋、边桩离承台边缘距离、承台钢筋保护层记录；n桩头与承台防水构造及施工质量；n承台厚度、长度和宽度的量测记录及外观情况描述等。n4 承台工程验收除符合本节规定外，尚应符合现行国家标准混凝土结构工程施工质量验收规范的规定。8.6其它深基础简介n8.6.1 沉井基础n沉井是一种竖直的井筒结构，常
25、用钢筋混凝土或砖石、混凝土等材料制成，一般分数节制作。施工时，在筒 内挖土，使沉井失去支承而下沉，随下沉再逐节接长井筒，井筒下沉到设计标高后，浇筑混凝土封底。沉井适用于平面尺寸紧凑的重型结构物如重型设备、烟囱的基础。沉井还可作为地下结构物使用，如取水结构物、污水泵房、矿山竖井、地下油库等。沉井适合在粘性土和较粗的砂土中施工，但土中有障碍物时会给下沉造成一定的困难。n8.6.2 地下连续墙 n地下连续墙是采用专门的挖槽机械，沿着深基础或地下建筑物的周边在地面下分段挖出一条深槽，并就地将钢筋笼吊放入槽内，用导管法浇注混凝土，形成一个单元槽段，然后在下一个单元槽段依此施工，两个槽段之间以各种特定的接头方式相互连接，从而形成地下连续墙。n现浇地下连续墙施工时，一般先修导墙，用以导向和防止机械碰坏槽壁。地下连续墙厚度一般在450800mm之间，长度按设计不限，每一个单元槽段长度一般为47m,墙体深度可达几十米。n地下连续墙分段施工的接头方式和质量是墙体质量的关键。n地下连续墙的强度必须满足施工阶段和使用期间的强度和构造要求，其内力计算在国内常采用的有：弹性法、塑性法、弹塑性法、经验法和有限元法。