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1、1桩基础的设计桩基础的设计桩基础的设计桩基础的设计 一、 桩基础类型的选择二、 桩径、桩长的拟定 三、 确定基桩的根数及其在平面的布置 四、 桩基础设计方案检验 五、 桩基础设计计算步骤与程序 back2一、 桩基础类型的选择(一 )承台底面标高的考虑 二 其它back3(一 )承台底面标高的考虑 承台底面的标高应根据桩的受力情况，桩的刚度和地形、地质、水流、施工 等条件确定。 承台低稳定性较好，但在水中施工难度较大，因此可用于季节性河流，冲刷小 的河流或岸滩上墩台及旱地上其他结构物 基础。 当承台埋于冻胀土层中时，为了避免由于土的冻胀引起桩基础的损坏，承台底 面应位于冻结线以下不少于 0.2
2、5m。 对于常年有流水、冲刷较深，或水位较高，施工排水困难，在受力条件允许 时，应尽可能采用高桩承台。4 承台如在水中、在有流冰的河道，承台底面应位于最低冰层底面以下 不少于 0.25m;在有其他漂流物或通航的河道，承台底面也应适当放低，以保证 基桩不会直接受到撞击，否则应设置防 撞装置。 采用木桩时，由于木材在湿度经常变化的环境容易腐朽，承台内木桩顶应 位于最低水位以下至少 0.3m。当作用在桩基础上的水平力和弯矩较大，或桩侧 土质较差，为减少桩身所受的内力可适 当降低承台底面，为节省墩合身圬工数 量，则可适当提高承台底面。 back(一 )承台底面标高的考 虑5(二 )柱桩桩基和摩擦 桩桩
3、基的考虑 柱桩与摩擦桩的选择主要根据地质和受力情况确定。 柱桩桩基础承载力大，沉降量小，较为安全可靠，因此当基岩埋深较浅时应 考虑采用柱桩桩基。 若适宜的岩层埋置较深或受到施工条件的限制不宜采用柱桩时，则可采用摩 擦桩。 但在同一桩基础中不宜同时采用柱桩和摩擦桩，同时也不宜采用不同材料、 不同直径和长度相差过大的桩，以避免桩 基产生不均匀沉降或丧失稳定性。6 当采用柱桩时，除桩底支承在基岩上 (即柱承桩 )外，如覆盖层较薄，或水平荷载较大时，还需将桩底端嵌入 基岩中一定深度成为嵌岩桩，以增加桩 基的稳定性和承载能力。为保证嵌岩桩 在横向荷载作用下的稳定性，需嵌入基 岩的深度与桩嵌固处的内力及桩
4、周岩石 强度有关，应分别考虑弯矩和轴向力要 求，由要求较大的来控制设计深度。考 虑弯矩时，可用下述近似方法确定。 (二 )柱桩桩基和摩擦 桩桩基的考虑7 作如左图所示的假设，即忽略嵌固处水平剪力 影响，桩在岩层表面处弯矩 MB作用下，绕嵌入深度 h的1/2处转动；偏安全地不计桩底与岩石的摩阻力；不考 虑桩底抵抗弯矩， MB由桩侧岩层产生的水平抗力平衡。 并考虑到桩侧为圆性状曲 面，其四周受力不均匀，假 定最大应力为平均应力的 1.27倍。 (二 )柱桩桩基和摩擦 桩桩基的考虑8 由以上假设，根据静力平衡条件 (M=0)，便可 列出下式： MH=1/2 max/1.27dh/23(3-12 因此
5、 (3-1) 为了保证桩在岩层中嵌固牢靠，对桩周岩层产生的最大侧向压应力 不应超过岩石的侧向容许抗力 =1/K Rc(K为安全系数， K=2)，所以得圆形截面柱桩嵌入岩层的最小深度计算公式如下： (二 )柱桩桩基和摩擦 桩桩基的考虑9上式中： h 桩嵌入岩层的最小深度 (m)d 嵌岩桩嵌岩部分的设计直径 (m) MH 在岩层顶面处的桩身弯矩 (kNm)，计算方法见本章第五节 ; 岩石垂直极限抗压强度换算为水平极限抗压强度的折减系数 =0.51.0，岩层侧面节理发达的取小值，节理不发达的 取大值 ;Rc 天然湿度的岩石单轴极限抗压强度(kPa)。由于式 (3-114)中作了如上一些简化假设，且
6、Rc值规定取法也偏安全，因此使用此式时，可结合具体情况考虑。考虑 桩底轴向力计算嵌岩深度时，可按前面式 (3-13)计算。为保证嵌固牢靠，在任何情况下均不计风化层，嵌入岩层最小深度不 应小于 0.5m。 back(二 )柱桩桩基和摩擦 桩桩基的考虑10(三 )单排桩桩基础和多排桩桩基础的 考虑单排桩桩基与多排桩桩基的确定： 主要根据受力情况，并与桩长、桩数的确定密切相关。多排桩稳定性好，抗弯刚度较大，能承受较大的水平荷载，水平位移小，但多 排桩的设置将会增大承台的尺寸，增加施 工困难，有时还影响航道 ; 单排桩与此相反，能较好地与柱式墩台结构形式配用，可节省圬工，减小作用 在桩基的竖向荷载。1
7、 因此，当桥跨不大、桥高较矮时，或单桩承载力较大，需用桩数不多时常采用单排排 架式基础。 公路桥梁自采用了具有较大刚度的钻孔灌注桩后，选用盖梁式承台双柱或多柱式单排墩 台桩柱基础也较广泛，对较高的桥台，拱桥桥 台，制动墩和单向水平推力墩基础则常需用多排 桩。 在桩基受有较大水平力作用时，无论是单排桩还是多排桩，若能选用斜桩或竖直桩配 合斜桩的形式则将明显增加桩基抗水平力的能力 和稳定性。 back(三 )单排桩桩基础 和多排桩桩基础的 考虑12（四）其它 至于设计时将桩基按施工方式或按材料从打入桩、震动沉入桩、沉管灌 注桩、钻 (挖 )孔灌注桩、管柱基础、钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、钢管桩
8、等桩型的选择应根据地质情况、上部结 构要求和施工技术设备条件等确定。 所选定的桩型的施工工艺应适用于该地质 条件，确保桩的质量，并具有技术合理 性和经济优越性 (参阅本章第二、三节 )。 back13二、 桩径、桩长的拟定 桩径与桩长的设计即基桩的外部尺寸的设计，它应综合考虑荷载的大 小、土层性质及桩周土阻力状况、桩基 类型与结构特点、桩的长径比、以及施 工设备与技术条件等因素优选确定，力 求做到既满足使用要求又造价经济，最 有效地利用和发挥地基土和桩身材料的 承载性能。 设计时常先拟定尺寸，然后通过基桩计算和验算，视所拟定的尺寸是否 经济合理，再作最后确定。14 (一 )桩径拟定 当桩的类型
9、选定后，桩的横截面 (桩径 可根据各类桩的特点与常用尺寸 见本章第二节 )，并考虑上述因素选择确定。 (二 桩长拟定 桩长确定的关键在于选择桩底持力层，因为桩底持力层对于桩的承载力和沉降 有着重要影响，设计时可先根据地质条件选 择适宜的桩底持力层初步确定桩长，并应考 虑施工的可能性 (如打桩设备能力或钻进的最大深度等 )。 一般总希望把桩底置于岩层或坚实的士层上，以得到较大的承载力和较小的沉 降量。如在施工条 二、 桩径、桩长的拟定15件容许的深度内没有坚实土层存在，应尽可能 选择压缩性较低、强度较高的土层作为持力 层，要避免把桩底坐落在软土层上或离软弱下 卧层的距离太近，以免桩基础发生过大的
10、沉降。 对于摩擦桩，有时桩底持力层可能有多种选择，此时确定桩长与桩数两者相互牵连， 遇此情况，可通过试算比较，选用较合理的桩 长。摩擦桩的桩长不应拟定太短，一般不宜小 于 4m。因为桩长过短则达不到设置桩基把荷载传递到深层或减小基础下沉量的目的，且必然 增加桩数很多、扩大了承台尺寸。也影响施工 的进度。此外，为保证发挥摩擦桩桩底土层支 承力，桩底端部应插入桩底持力层一定深度 (插入深度与持力层土质、厚度及桩径等因素有关 )一般不宜小于 lm。 back二、 桩径、桩长的拟定16(一 )桩的根数估算 一个基础所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载和单桩容许承载力按下 式估算： n= N/P (3
11、-115)式中： n 桩的根数；N 作用在承台底面上的竖向荷载 (kN)；P 单桩容许承载力 (kN)； 考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数，可取 =1.11.2。三、 确定基桩的根数及其在平面的布置17 估算的桩数是否合适，尚待验算各桩的受力状况后验证确定。 桩数的确定理应还须考虑满足桩基础水平承载力要求的问题。若有水平 静载试验资料，可用各单桩水平承载力 之和作为桩基础的水平承载力 (为偏安全考虑 )来验核按式 (3-115)估算的桩数，但一般情况下，桩基水平承载力是由基 桩的材料强度所控制，可对基桩的结构 强度设计 (如钢筋混凝土桩的配筋设计与截面强度验算 )来满足，所以
12、桩数仍以式(3-115)来估算。此外，桩数的确定与承台尺寸、桩长和桩的间距的确定相关 连，确定时应综合考虑。 三、 确定基桩的根数及其在平面的布置18(二 ) 桩的间距确定 考虑桩与桩侧土的共同作用条件和施工的需要，对桩轴线中心距离 (桩的间应有一定的要求。 钻 (挖 )孔灌注桩的摩擦桩中心距不得小于 2.5倍成孔直径，支承或嵌固在岩层的柱桩中心距不得小于 2.0倍的成孔直径 (矩形桩为边长 )，桩的最大中心距一般也不超过 5-6倍桩径。 打入桩的中心距不应小于桩径 (或边长 )的从 3.0倍，在软土地区尚宜适当增加。三、 确定基桩的根数及其在平面的布置19 如设有斜桩，桩的中心距在桩底处不应
13、小于桩径的 3.0倍，在承台底面不小于桩径的 1.5倍 ;若用振动法沉入砂土内的桩，在桩底处的中心距不应小于 桩径的 4.0倍。 管柱的中心距一般为管柱外径的2.03.0倍 (摩擦桩 )或 2.0倍 (柱桩 )。为了避免承台边缘距桩身边近而发生破裂，并考虑桩顶位置允许的偏 差，边桩外侧到承台边缘的距离，对于 桩径小于或等于 1.0m的桩不应小于 0.5倍桩径，且不小于 0.25m对于桩径大于 1.0m的桩不应小于 0.3倍桩径并不小于0.5m(盖梁不受此限 )。三、 确定基桩的根数及其在平面的布置20(三 )桩的平面布置 桩数确定后，可根据桩基受力情况选用单排桩桩 基或多排桩桩基。多排桩的排列
14、形式常采用： 行列式 (左图 a) 有利于施工。梅花式 左图 b在相同的承台底面积，可排列较多 的基桩。 桩基础中基桩的平面布置，除应满足上述的最小桩 距等构造要求外，还应考虑 基桩布置对桩基受力有利。 三、 确定基桩的根数及其在平面的布置21 为使各桩受力均匀，充分发挥每根桩的承载能力，设计布置时应尽可能使桩 群横截面的重心与荷载合力作用点重合或 接近，通常桥墩桩基础中基桩采取对称布 置，而桥台多排桩桩基础视受力情况在纵 桥向采用非对称布置，当作用于桩基的弯 矩较大时，宜尽量将桩布置在离承台形心 较远处，采用外密内疏的布置方式，以增 大基桩对承台形心或合力作用点的惯性 矩，提高桩基的抗弯能力
15、。 此外，基桩布置还应考虑使承台受力较为有利，例如桩柱式墩台应尽量使墩 柱轴线与基桩轴线重合，盖梁式承台的桩 柱布置应使盖梁发生的正负弯矩接近或相 等，以减小承台所承受的弯曲应力。 back三、 确定基桩的根数及其在平面的布置2四、 桩基础设计方案检验(一 )单根基桩的检验 二 群桩基础承载力和沉降量的检验 (三 )承台强度检验back23(一 )单根基桩的检验 根据上述原则所拟定的桩基础设计方案应进行检验，即对桩基础的强度、 变形和稳定性进行必要的验算，以验证 所拟定的方案是否合理，需否修改，能 否优选成为较佳的设计方案。为此，应 计算基础及其组成部件 (基桩与承台 )在与验算项目相应的最不利荷载组合下所 受到的作用力及相应产生的内力与位移
