基础工程-第4章+桩基础-2015.12.10

n
桩基中的基桩总数；
xi , x j , yi , y j
第i，j基桩或复合基桩至y，x轴的距离。
对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，当同时满足下 列条件时，计算桩顶作用效应时可不考虑地震作用:
1. 按《建筑抗震设计规范》规定可不进行桩基抗震承载力计算的建筑物； 2. 不位于斜坡地带和地震可能导致滑移，地裂地段的建筑物； 3. 桩端及桩身周围无可液化土层； 4. 承台周围无可液化土，淤泥，淤泥质土。
基桩或复合基桩竖向 承载力特征值
N Ek NEk max
地震作用效应与荷载效应标准组合基桩或复合基桩的平均竖向力； 地震作用效应与荷载效应标准组合下，基桩或复合基桩的最大竖向力。
3.桩基软弱下卧层承载力验算
对桩距不超过6d的群桩基础，当桩端持力层以 下受力层范围内存在承载力低于桩端持力层1/3的软 弱下卧层时，应进行下卧层的承载力验算。
1.桩身承载力验算
2.预制桩施工过程桩身结构计算
预制桩在施工过程中的最不利受力状况，主要出现在吊运和锤击沉桩时。 桩在吊运过程中的受力状态与梁相同。一般按两支点（桩长 L < 18m 时）或 三支点（桩长 L > 18m 时）起吊和运输。吊点的设置应使桩身在自重下产生 的正负弯矩相等，如下图所示。
a0 , b0
桩群外围桩边包络线内矩形面积的长、短边长；
桩端硬持力层压力扩散角，按表7.19取值；
t
桩端至软弱下卧层顶面的距离。
z
Fk Gk 3 / 2a0 b0 a0 2t tan b0 2t
qsik li
tan
六、桩身截面强度计算及构造
桩身结构强度验算需考虑整个施工阶段和使用阶段期间 的各种最不利受力状态。在许多场合下，对于预制混凝土桩， 在吊运和沉桩过程中所产生的内力往往在桩身结构计算中 起到控制作用；而灌注桩在施工结束后才成桩，桩身结构 设计由使用荷载确定。
承台的配筋按计算确定，对于矩形承台板，宜双 向均匀布置，钢筋直径宜大于等于10mm，间距应满 足100-200mm。保护层厚度宜大于等于70mm，当有 混凝土垫层时不应小于40mm，承台梁的纵向主筋应 大于等于12mm。
1.承台的计算
桩基承台的受力十分复杂，作为上部结构墙、柱和下 部桩群之间的力的转换结构，承台可能因承受弯矩作用而 破坏，亦可能因承受冲切或剪切作用而破坏。因此，承台 计算包括受弯计算、受冲剪计算和受剪计算三种验算。当 承台的混凝土强度等级低于柱子的强度等级时，还要验算 承台的局部受压承载力。
根据受弯计算的结果进行承台的钢筋配置；根据受冲切和 受剪计算确定承台的厚度。
2.承台的内力计算
模型试验研究表明，柱下独立桩基承台（四桩及三桩承台） 在配筋不足的情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏。 破坏时屈服线如图所示，最大弯矩产生于屈服线处。
对位于8度和8度以上抗震设防区的高大建筑物低承台桩基，在计 算各基桩的作用效应和桩身内力时，可考虑承台（包括地下墙体） 与基桩的共同工作和土的弹性抗力作用。
2.桩基竖向承载力验算
荷载效应标准组合:
（1）轴心竖向力作用下: Nk R
（2）偏心竖向力作用下:
Nk R Nk max 1.2R
（3）水平力作用下:
预制桩构造：
（1）最小截面尺寸： 非预应力桩不小于200mm；预应力桩不小于350mm。
（2）混凝土强度等级与保护层厚度： 非预应力桩不小于C30，预应力桩不小于C40，保护层不小于 30mm。
（3）打入、静压的最小配筋率、箍筋与网片设置： 锤击沉桩不小于0.8％，静压沉桩不小于0.6％； 桩顶4～5d箍筋加密，并设网片。
土类与沉桩工艺
桩的最小中心距
排数不少于3排且桩数不 少于9根的摩擦型基桩
其他情况
非挤土灌注桩
部分挤土桩
挤土桩
非饱和土
饱和黏性土
钻、挖孔扩底桩
3.0d 3.5d
4.0d 4.5d 2D或D＋2m （当D>2m）
3.0d 3.0d
3.5d 4.0d 1.5D或D＋1.5m （当D>2m）
沉管夯扩、钻 孔挤扩桩
计算桩基结构承载力时，采用荷载效应基本组合。
桩基承台可分为柱下独立承台，柱下或墙下条形 承台梁，以及筏板承台和箱型承台等。其作用是将桩 联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而 承台应有足够的强度和刚度。
外形尺寸及构造要求
承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形 式决定，通常墙下桩基做成条形承台梁；柱下桩基宜 采用板式承台（矩形或三角形），其剖面形状可做成 锥形、台阶形或平板形。
②桩基在承受水平和弯矩较大方向有较大的抵抗矩，以增强 桩基的抗弯能力。
在框架结构的柱下,通常在承台下设置若干根桩，构成 独立承台的桩基础或一柱一桩基础；
当荷载较大时，在框架柱列之间常联以基础梁，沿梁的 轴线方向布置排桩，构成梁式的承台桩基础；
桩在平面内可布置成方形、矩形、三角形和梅花形等。
外密内疏 （桩承台外围布桩间距较小、而内部布桩间距较大） 布置探头桩
Gk
承台及其上土的自重标准值，地下水位以下部分应扣除水的浮力；
M xk , M yk
荷载效应标准组合下作用于承台底面通过桩群形心的x，y轴的力矩；
Nk , Nik
荷载效应标准组合轴心和偏心竖向力作用下第i根基桩或复 合基桩的平均竖向力、竖向力；
Hk
荷载效应标准组合下作用于承台底面的水平力；
Hik
荷载效应标准组合下作用于第i根基桩或复合基桩的水平力；
承台厚度应大于300mm，宽度大于等于500mm。 承台边缘至边桩中心距离不应小于桩的直径或边长， 且边缘挑出部分大于等于150mm，对于条形承台梁应 大于等于75mm。
为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌 入承台一定长度，对大直径桩宜大于等于100mm，对 中等直径桩宜大于50mm，混凝土桩的桩顶主筋应伸 入承台内，其锚固长度宜大于等于30dg，对于抗拔桩 基应大于等于40dg。
横墙下“探头桩”的布置
五、桩基承载力验算
1.桩顶荷载效应计算
（1）轴心竖向力作用下:
Nk
Fk
Gk n
（2)偏心竖向力作用下:
Nik
Fk
Gk n
M xk yi
y
2 j
M yk xi x 2j
（3)水平力作用下:
H ik
Hk n
桩顶荷载的计算简图
Fk
荷载效应标准组合下作用于承台顶面的竖向力；
二、初步选择桩的类型、桩长及桩的截面尺寸等
1.桩的类型
桩基设计时，首先应根据建筑物的结构类型、荷载情况、 地层条件、施工能力及环境限制（噪音、振动）等因素，选 择预制桩或灌注桩的类别，确定桩的受力工作类型。
2.桩的截面尺寸
桩的横截面面积根据桩顶荷载大小与当地施工机具及建筑 经验确定。如为钢筋砼预制桩：中小工程常用250×250mm 或300×300mm，大工程常用350×350mm或400×400mm。 人工挖孔桩直径则在800mm以上。
（4）分节长度根据施工、运输条件确定：接头不多于3个。
下图为方形截面的混凝土预制桩的构造示意图。
灌注桩构造
① 配筋率：0.20～0.65％，受水平荷载桩，不小于812， 抗压桩和抗拔桩，不小于610
② 配筋长度 1）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； 2）桩径大于600mm的摩擦型桩配筋长度不应小于2/3 桩
z m z faz
z
Fk Gk 3 / 2a0 b0 a0 2t tan b0 at
qsik li
tan
z
作用于软弱下卧层顶面的附加应力；
m
软弱层顶面以上各土层重度加权平均值，地下水位以下取浮重度；
z
地面至软弱层顶面的深度；
faz
软弱下卧层经深度修正（系数取1.0）的地基承载力特征值；
4.7 桩基础设计
本节重点： 桩基础设计的一般步骤。
本节难点： 承台设计。
4.7 桩基础设计
桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用，对桩和承台有 足够的强度、刚度和耐久性；对地基有足够的承载力和不产生过量的变形， 其设计内容和步骤如下： ①进行调查研究、场地勘察，收集有关资料； ②综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层； ③选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造； ④确定单桩承载力特征值； ⑤根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置； ⑥根据桩的平面布置，初步拟定承台的轮廓尺寸及承台底标高； ⑦验算作用于单桩上的竖向和横向荷载； ⑧验算承台尺寸及结构强度； ⑨必要时验算桩基的整体承载力和沉降量，当桩端下有软弱下卧层时，验算软 弱下卧层的地基承载力； ⑩单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。
Hik Rha
基桩或复合基桩竖向 承载力特征值
基桩水平承载力特征值
2.桩基竖向承载力验算
地震作用效应和荷载效应标准组合:
地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖向承 载力均可提高25%，因此：
（1）轴心竖向力作用下:
NEk 1.25R
（2）偏心竖向力作用下:
NEk 1.25R NEk max 1.5R
3.桩长
根据土层的竖向分布特征，尽可能选定硬土层作为桩端 持力层和下卧层，从而可初步确定桩长，这是桩基础要具备 较好的承载变形特性所要求的。强度较高、压缩性较低的粘 性土、粉土、中密或密实砂土、砾石土以及中风化或微风化 的岩层，是常用的桩端持力层，如果饱和软粘土地基深厚， 硬土层埋深过深，也可采用超长摩擦桩方案。
承台及其上方 填土的重力
（2）偏心受压时，桩数为:
n
e
Fk
Gk R
e ――偏心增大系数，取 1.源自～1.22.确定桩距s选择最优的桩距就是合理布桩，这是使桩基设计做到经济 和有效的重要一环。