桩基课程设计剖析

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1、1,土力学与基础工程课程设计 桩基础设计,土木工程系 岩土教研室 2015年 12月,2,主要内容：,桩基础的设计步骤 确定桩长 计算单桩承载力特征值Ra 桩基承载力验算 桩身结构设计 桩平面布置原则 桩基承台设计 绘制施工图，提出施工说明,3,桩基础的设计步骤,荷载、持力层、相邻建筑,根据施工条件决定桩型 根据持力层深度确定桩长 根据荷载大小决定桩截面 桩端进入持力层深度：13d，进入较好岩体0.5m。桩端下持力层厚度 4d。,根据第二节的方法确定单桩承载力特征值 1单桩的静载荷试验 2 其他现场试验 3原位测试 4 经验方法,初估桩数n 标准组合 Fk 竖向荷载效应的标准组合 Gk 设计地

2、面下承台底面以上结构和土的自重，容重用19.6kN/m3 桩距 摩擦桩一般3d 扩底灌注桩扩底直径的1.5倍 群桩承载力合力作用形心与长期荷载的重心重合,承载力验算采用正常使用极限状态下荷载效应的标准组合,沉降验算采用正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,承台和桩身强度验算时采用正常使用极限状态下荷载效应的基本组合 承台尺寸、厚度 承台的抗冲切、抗弯、抗剪验算 钢筋混凝土桩的配筋等设计,4,一、确定桩长： 1）桩的长度主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好 选择在进入坚硬土层或岩层，采用嵌岩桩或端承 桩；当坚硬土层埋藏很深时，宜采用摩擦桩基，桩 端应尽量达到低压缩性、中等强度的土层上。 2）桩

3、端进入持力层的深度（13d）： 粘性土、粉土2d 砂类土1.5d 碎石类土1d 当存在软弱下卧层时,桩端以下硬持力层厚度4d, 嵌岩桩进入微风化或中等风化的岩体的最小深度 0.5m.,5,3) 当硬持力层较厚且施工条件允许时，桩端进入持力层 的深度尽可能达到桩端阻力的临界深度，以提高桩端阻 力。 临界深度: 砂、碎石类土临界深度=（310）d （d为桩径） 粘性土、粉土临界深度=（26）d,4) 嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂 破碎带和洞穴分布；并应在桩底应力扩散范围内无岩体临 空面。,6,二、计算单桩承载力特征值Ra,按建筑建筑地基基础规范： 按建筑建筑桩基技术规范：,7

4、,8,三、 桩基承载力验算,1. 确定桩的根数,（1）中心荷载作用（轴心受压）：,式中：Fk-相应于荷载效应标准组合时，作用在桩 基承台顶面的竖向力； Gk-桩基承台及其上填土的自重标准值。,9,（2）偏心荷载作用（偏心受压），如果群桩重心与 荷载合力点重合，桩数按上式计算，否则，按 上式计算适当增加（10%20%）。,10,2. 桩基承载力验算,（1） 桩顶作用效应计算,中心荷载作用（轴心受压）：,式中： Fk-相应于荷载效应标准组合时，作用在桩基承台顶 面的竖向力； Gk-桩基承台及其上填土的自重标准值。,11,偏心竖向力作用下：,* 桩顶作用效应均按荷载作用效应标准组合计算。,12,（2

5、） 单桩承载力验算*,中心荷载作用（轴心受压）桩基：,偏心荷载作用（偏心受压）桩基：,水平力作用下：,13,(3) 考虑地震作用效应的桩基单桩承载力验算,中心荷载作用（轴心受压）桩基：,偏心荷载作用（偏心受压）桩基：,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%。,14,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天然地基和基础抗震承载 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、

6、淤泥、淤泥质土。 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。,15,四、 桩身结构设计,1. 桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求：,fc混凝土轴心抗压强度设计值;,Q相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值;,Ap桩身的横截面面积;,c桩工作条件系数，预制桩取0.85,灌注桩取 0.60.9(水下灌注桩或长桩时用低值)。,16,2.桩混凝土等级、配筋要求,（1）桩混凝土等级,预制桩的混凝土强度等级不应低于C30； 灌注桩不应低于C20； 预应力混凝土桩不应低于C40。,17,（2）桩

7、配筋要求桩的主筋应经计算确定。,预制桩钢筋：主筋（纵向）应按计算确定并根据断面的大小及形状选用48根直径为1425的钢筋。 最小配筋率 ： 打入式预制桩：min0.8%，一般可为1%左右。 静压法沉桩的预制桩： min0.6% ； 主筋混凝土保护层应30。,18,箍筋直径：68，间距200，在桩尖和桩顶处应适当加密（如图所示）；用打入法沉桩时，桩顶23d范围箍筋应加密。直接受到锤击的桩顶应设置三层 64070的钢筋网，间距50。桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。,19,预制桩施工阶段验算： 预制桩的弯矩一般与桩的起吊、运输、锤击过程中的各种强度验算有关。 桩长在20m以下者

8、，起吊时采用双点起吊；在打桩架龙门吊立时，采用单点吊。 吊点位置应按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的条件确定。如图所示，式中的q为桩单位长度的重力。K=1.3。,捶击振动验算：详见桩基规范。,20,主筋为610根 1214，,灌注桩钢筋：,min 0.2%0.65%，小直径桩取大值。,箍筋直径：68，间距：200300，宜采用螺旋式箍筋，受水平荷载较大的桩基，桩顶35d范围箍筋适当加密。当钢筋笼长度超过4m，应每隔2m左右设一道1218焊接加劲箍筋。,主筋混凝土保护层应35，水下灌注混凝土50 。,21,配筋长度要求：,1）受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算 确定 2）桩基承台下

9、存在淤泥、淤泥质土或液化土层时配 筋长度应穿过淤泥、淤泥质土或液化土层。 3）坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔 桩、嵌岩端承桩应通长配筋； 4）桩径大于600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不 宜小于桩长的2/3。,22,2 桩基中各桩受力应比较均 匀，布桩时应尽可能使上部 荷载的中心与群桩的横截面 形心重合或接近；,1 当承台承受偏心作用时，应增 加桩基横截面的惯性矩，对群 桩基础，宜采用外密内疏的布 置方式；,五、桩的平面布置原则,23,3. 桩的中心距 桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的空间不允许；桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工带来较大困难。

10、一般情况下：,桩的最小中心距 表4-9,24,25,26,27,六、桩基承台设计,柱下独立承台将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应具有足够的强度、刚度。,桩基承台设计内容：,构造； 计算：受弯、受冲切、受剪、局压承载力,28,6.1 桩基承台构造要求(P161),承台的平面尺寸和厚度： 宽度500。承台边缘至边桩中心距离不应小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分应150。,柱下独立桩基承台：厚度300。,2. 混凝土：C20。 3. 钢筋保护层厚度：承台底钢筋的混凝土保护层厚度宜70。当有混凝土垫层时不应小于40。,29,4. 钢筋配置： 承台的配筋按计算确定，对于矩形承台板，

11、宜双向均匀配置，钢筋直径宜10，间距应满足100200；对于三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面3根钢筋相交围成的三角形，应位于柱截面范围以内见图。承台梁的纵向主筋应12，架立筋10，箍筋直径6。,30,5. 桩顶与承台的连接构造 桩顶嵌入长度：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100；对中等直径桩宜50。 桩顶主筋锚固长度：混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜30d（级）, 35d（、级），对于抗拔桩基应40d。,31,6. 承台之间的连接构造 单桩桩基承台宜在双向设置联系梁。 两桩桩基承台：宜在其短向设置联系梁。 有抗震要求的柱下独立承台：宜在

12、双向设置联系梁。 联系梁顶面宜与承台顶位于同一标高，梁宽应250，梁高可取承台中心距的1/101/15。 配筋：计算、构造。,32,33,7. 承台埋深： 应600； 在季节性冻土等地区1000。 保证承台周围填土质量、密实性。,8. 承台顶面低于室外地坪至少100mm。,34,6.2 柱下桩基独立承台,6.2.1. 受弯计算,（1）柱下多桩矩形承台,其破坏特征呈梁式破坏： 挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现，承台在两个方向交替呈梁式承担荷载。最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处。,35,多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处。,36,垂直于x、y轴方向计算截面弯矩设计值； 垂直

13、y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的 距离；,扣除承台和承台上土重设计值后 i 桩竖向净反力设计值；当不考虑承台效应时，则为第 i根桩的竖向总反力设计值。,37,（2）柱下三桩三角形承台,等边三角形承台破坏形式：,等腰三角形承台破坏形式：,38,柱下三桩三角形承台受弯计算,1)等边三桩承台：,式中：M由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯距设计值； Nmax扣除承合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; s桩距; c方柱边长，圆柱时c=0.866d(d为圆柱直径)。,39,2)等腰三桩承台：,式中：M1、M2 分别由承台形心至承台两腰和底边距离范围内板带的

14、 弯距设计值； Nmax 扣除承合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; s 长向桩距; 短向桩距与长向桩距之比，当小于0.5时，应按变截面两桩设计； c1、c2 分别垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。,40,受弯承载力计算 根据承台内力M，按混凝土结构设计规范设计。,近似计算：,41,2. 受冲切计算,若承台高度不足，或承台变阶处的高度不足，将会产生冲切破坏。 其破坏方式分为沿柱边的冲切和角桩对承台的冲切（为柱冲切破坏锥体以外角桩对承台冲切作用）。,42,F,（1）柱对承台冲切的承载力,43,FL 扣除承台及其上填土自重，作用于冲切破坏锥体上相应 于荷载

15、效应基本组合的冲切力设计值，冲切破坏锥体应 采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线构成的锥 体，锥体与承台底面的夹角不小于450；,Ni 冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力（不计承台和 承台上土的自重）设计值之和。,F 柱根部轴力设计值；,hp - 受冲切承载力截面高度影响系数，当h800 时， hp取1.0；当h2000时，hp取0.9；其间按线性 内插法取用。,ft-承台混凝土抗拉强度设计值；,44,h0-承台冲切破坏锥体的有效高度 0x、0y- 冲切系数；,冲跨比，=a0/h0 （a0为冲跨,即柱 边或承台变阶处到桩边的水平距 离；当 a00.2h0时,取a0 =0.2h0； 当a0h0

16、时，取a0 =h0。满足0.21.0。,F,45,（2）角桩对承台的冲切,1）多桩矩形承台角桩的冲切承载力,46,1x 、1y为角桩冲跨比, 取值范围0.2-1.0；,a1x、a1y角桩内边缘引450线与冲切顶面 相交点至角桩内边缘的距离；当 柱底面或变阶边线位于该450线 以内时，则取柱边或变阶处边与 桩内边缘的水平距离 c1、c2角桩内边缘至承台外边缘水平距离。,h0-承台外边缘的有效高度；,47,2）三桩三角形承台角桩的冲切承载力,底部角桩：,顶部角桩：,48,11 、11为角桩冲跨比：,a11、a12角桩内边缘引450线与冲切顶面相交点 至角桩内边缘的水平距离；当柱底面 处边线位于该4