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1 基桩水平承载力基桩水平承载力3 桩基内力和位移计算桩基内力和位移计算主要内容4 桩基础设计桩基础设计2 2 基桩内部稳定承载力验算基桩内部稳定承载力验算第1页/共61页1 水平荷载作用水平荷载作用基桩承载力基桩承载力水水水水平平平平荷荷荷荷载载载载长期作用长期作用反复作用反复作用瞬间作用瞬间作用基基基基本本本本问问问问题题题题水平承载力水平承载力荷载效应分析荷载效应分析基桩内力及位移基桩内力及位移设设设设置置置置方方方方向向向向垂直设置垂直设置倾斜设置倾斜设置破破破破坏坏坏坏特特特特征征征征桩身断裂桩身断裂桩侧土开裂隆起桩侧土开裂隆起第2页/共61页基桩水平承载力基桩水平承载力基桩水平承载力基桩水平承载力确确确确定定定定方方方方法法法法基桩水平静载荷试验，可同步测试基桩内基桩水平静载荷试验，可同步测试基桩内力。力。理论计算方法，包括根据桩顶位移限制，采用水平荷载基桩计算理论；桩身材料强度和抗裂结构设计原理确定。地区经验方法第3页/共61页基桩水平承载力基桩水平承载力基桩水平承载力基桩水平承载力静载荷试验静载荷试验静载荷试验静载荷试验试验试验试验试验装置装置装置装置加载加载加载加载方式方式方式方式试桩、反力装置、加载传力系统、试桩、反力装置、加载传力系统、变形量测系统等。变形量测系统等。单向多循环加卸载单向多循环加卸载 每级荷载增量每级荷载增量2.5kN 20kN 加载加载4min，卸载，卸载2min，或，或 加载加载10min，卸载，卸载10min。分级连续加载分级连续加载 各级荷载维持各级荷载维持10min。第4页/共61页试验装置示意图试验装置示意图试验装置示意图试验装置示意图第5页/共61页终终终终止止止止条条条条件件件件试试试试验验验验曲曲曲曲线线线线试桩桩身断裂试桩桩身断裂桩侧地表隆起桩侧地表隆起桩顶位移桩顶位移 20 30mm或软土或软土 30mm达到极限荷载达到极限荷载H0 t u0曲线或曲线或H0 u0曲线曲线H0u0/H0（位移梯度）曲线（位移梯度）曲线H0g曲线曲线第6页/共61页试验成果曲线试验成果曲线试验成果曲线试验成果曲线第7页/共61页成成成成果果果果整整整整理理理理H0 t u0曲线第曲线第1突变点前一级荷载突变点前一级荷载H0 u0曲线第曲线第1直线段终点直线段终点H0u0/H0曲线第曲线第1直线段终点直线段终点H0g曲线曲线第第1直线段终点直线段终点临界临界荷载荷载H Hcrcr极限荷极限荷载载H Hu uH0 t u0曲线包络线凹向确定曲线包络线凹向确定H0 u0曲线明显陡降点曲线明显陡降点H0u0/H0曲线第曲线第2直线段终点直线段终点H0g曲线桩身断裂钢筋应力流变的曲线桩身断裂钢筋应力流变的前一级荷载前一级荷载第8页/共61页工工工工程程程程应应应应用用用用临界荷载临界荷载Hcr作为单桩水平承载力作为单桩水平承载力 基基值值H0极限荷载极限荷载Hu确定容许承载力应除以安确定容许承载力应除以安全系数全系数2地面处水平位移地面处水平位移10mm（6mm）为单）为单桩水平承载力设计值桩水平承载力设计值地地地地区区区区经经经经验验验验北京北京灌注桩灌注桩(D=400，6 12)，H0=40 60kN，约为轴向容许承载力的，约为轴向容许承载力的1/10 1/20。广东广东灌注桩（灌注桩（D=340）H0=10kN，约为轴，约为轴向容许承载力的向容许承载力的1/30第9页/共61页基桩水平容许承载力基桩水平容许承载力基桩水平容许承载力基桩水平容许承载力预测方法预测方法预测方法预测方法灌注桩配筋灌注桩配筋率率 0.65%时时灌注桩配筋率灌注桩配筋率 0.65%时，以及时，以及预制桩、钢桩等预制桩、钢桩等群桩时，群桩时，水平承水平承载力设计值载力设计值单单桩桩基基桩桩第10页/共61页桩身最大弯矩系数和桩顶水平位移系数桩身最大弯矩系数和桩顶水平位移系数第11页/共61页基桩基桩荷载荷载作用作用效应效应基桩水平承载力基桩水平承载力验算验算基桩水平承载力验算基桩水平承载力验算基桩水平承载力验算基桩水平承载力验算第12页/共61页2 基桩内部稳定承载力验算基桩内部稳定承载力验算轴向受轴向受压压 桩作为一根全部或部分埋入土中的轴向受压杆件压屈作压屈作用用 细长轴向受压杆件或偏心受压杆件，宜发生轴向挠曲而压屈失稳第13页/共61页 b桩的工作条件系数，0.95 c砼的安全系数，1.25 s钢筋安全系数，1.25轴向受压轴向受压临界荷载临界荷载N Ni i分项修正系分项修正系数数当 3%第14页/共61页砼桩纵向弯曲砼桩纵向弯曲系数系数 1.0系数 与参数lp/b(or lp/d or lp/r）负相关第15页/共61页桩受弯时的计算长度桩受弯时的计算长度l lp p第16页/共61页偏偏心心受受压压钢筋半径相对系数偏心增大系数当 3%，Ih=1.2Ih第17页/共61页其中，C1、C2和C3分别为钢筋表面形状系数、荷载作用系数和构件形式系数。容许裂缝宽度，一般分布0.2mm 0.25mm，根据受弯构件荷载组合确定。最大裂缝宽度最大裂缝宽度第18页/共61页3 桩桩基内力和位移计算基内力和位移计算基基基基本本本本概概概概念念念念 将桩作为弹性地基上的梁，按文克尔假将桩作为弹性地基上的梁，按文克尔假定进行求解，简称弹性地基梁法。定进行求解，简称弹性地基梁法。文克尔假定，梁身任意点土抗力与该点文克尔假定，梁身任意点土抗力与该点位移成正比，从土力学观点不够严密，但概位移成正比，从土力学观点不够严密，但概念明确、方法简单。念明确、方法简单。求解的方法一般有，半解析解求解的方法一般有，半解析解(幂级数解、幂级数解、积分方程解、微分算字解等积分方程解、微分算字解等)、有限差分法和、有限差分法和有限单元法等。有限单元法等。第19页/共61页地基水平抗力系数地基水平抗力系数地基水平抗力系数地基水平抗力系数C C横向土抗力横向土抗力横向土抗力横向土抗力文克尔假定文克尔假定文克尔假定文克尔假定 地基系数地基系数C定义定义为，弹性限度内，单位面积土单为，弹性限度内，单位面积土单位变形所产生力，位变形所产生力，kN/m3。地基系数地基系数C，主要与土的分类、土体性质有关。，主要与土的分类、土体性质有关。同时，地基系数同时，地基系数C与桩身刚度、桩的入土与桩身刚度、桩的入土深度、深度、桩的截面性状、桩距和荷载水平等相关。桩的截面性状、桩距和荷载水平等相关。第20页/共61页地基系数分布规律与横地基系数分布规律与横向抗力计算向抗力计算第21页/共61页地基系数地基系数地基系数地基系数计算方法计算方法计算方法计算方法“m”法法“K”法法“c”法法“常数常数”法法 实测结果表明，上部土层对桩的位移和内力起主要实测结果表明，上部土层对桩的位移和内力起主要影响。因此，影响。因此，超固结土和地面为硬壳层时，可考虑超固结土和地面为硬壳层时，可考虑“常数法常数法”；其他土层一般采用其他土层一般采用“m”法和法和“C”法，桩径较大容许法，桩径较大容许位移较小时，宜选用位移较小时，宜选用“C”法；法；“K”法误差较大，较少采用。法误差较大，较少采用。第22页/共61页刚性桩、弹性桩和柔性桩刚性桩、弹性桩和柔性桩刚性桩、弹性桩和柔性桩刚性桩、弹性桩和柔性桩刚性桩刚性桩弹性桩弹性桩长桩或柔长桩或柔性桩性桩第23页/共61页“m”m”法法法法 “m”法地基系数的比例系数法地基系数的比例系数m值，可根据试验实测值，可根据试验实测决定，或按下表选用。决定，或按下表选用。第24页/共61页关于地基系数比例系数关于地基系数比例系数mm值讨论值讨论 “m”法中，地基系数的比例系数法中，地基系数的比例系数m值，应随荷载和值，应随荷载和位移增加，而有所降低。位移增加，而有所降低。一般结构在地面处最大位移不超过一般结构在地面处最大位移不超过10mm，对位移，对位移敏感结构不超过敏感结构不超过6mm，可按表中取，可按表中取m值。值。当位移相对较大时，应适当降低表列当位移相对较大时，应适当降低表列m值。值。主要影主要影响层响层hm范围范围内为多层土内为多层土时，需换算时，需换算当量当量m值。值。第25页/共61页多层土地基比例系数多层土地基比例系数mm换算示意图换算示意图第26页/共61页桩的计算宽度桩的计算宽度桩的计算宽度桩的计算宽度 桩在水平荷载作用下，桩身受力作用平面宽度范围桩在水平荷载作用下，桩身受力作用平面宽度范围内桩侧土受力外，桩身外一定范围土亦受到一定影响，内桩侧土受力外，桩身外一定范围土亦受到一定影响，不同截面形状的桩，受到影响的范围不同。不同截面形状的桩，受到影响的范围不同。计算时简化为平面受力，即将桩的设计宽度（直径）计算时简化为平面受力，即将桩的设计宽度（直径），换算成相当的工作条件下矩形截面桩的宽度，换算成相当的工作条件下矩形截面桩的宽度b0。第27页/共61页形状换算系数与受力换算系数形状换算系数与受力换算系数第28页/共61页桩间相互影响系数桩间相互影响系数桩桩间间净净距距桩桩间间净净距距计算计算深度深度第29页/共61页水平受荷桩理论分析水平受荷桩理论分析水平受荷桩理论分析水平受荷桩理论分析扰屈方程扰屈方程扰屈方程扰屈方程第30页/共61页力与位移的符号规定力与位移的符号规定第31页/共61页水平受荷桩扰屈方程求解水平受荷桩扰屈方程求解水平受荷桩扰屈方程求解水平受荷桩扰屈方程求解材料力材料力学学第32页/共61页桩身各截面弯矩主要是检验桩的截面强度和配筋计算，弯矩最大截面位置ZMmax和最大弯矩Mmax确定可以采用：1.计算绘制Mz z图，图解求得。2.数值解法，即求解剪力Q=0处的截面位置和弯矩工程应用工程应用工程应用工程应用应用应用11最大弯矩位置和最大弯矩最大弯矩位置和最大弯矩第33页/共61页4 桩基础设计桩基础设计 调查研究，场地勘察，收集资料；勘察报告、荷载性质、使用要求、上部结构等确定桩基持力层；选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；确定单桩承载力设计值；上部结构荷载，初步拟定桩的数量和平面布置；桩平面布置，初步拟订承台的轮廓尺寸及承台底标高；验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；验算承台尺寸及结构强度；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；单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。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（主要是桩端持力层）有足够的承载力和不产生过量的变形。第34页/共61页桩型的选择桩型的选择桩型的选择桩型的选择 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。环境条环境条件件 在居民生活、工作区周围，应避免使用锤击、振动法沉桩的桩型；当工作区周围环境存在市政管线或危旧房屋，对挤土效应较敏感时，避免使用。结构荷结构荷载载 荷载是选择桩型时考虑的重要条件之一。预制小方桩、沉管灌注桩受桩身穿越硬土层能力和机具施工能力的限制，不能提供很大的单桩承载力，因此仅适用于多层、小高层建筑；对于大直径钻孔（扩底）灌注桩、钢管桩、嵌岩桩等几种桩型，可以提供很大的竖向、侧向单桩承载力，可满足超高层建筑和桥梁、码头的要求。第35页/共61页地质、施工条件地质、施工条件 桩型的选择要求所选定桩型在该地质条件下是可以施工的，施工质量是有保证的，最大限度地发挥地基和桩身承载能力。对于基岩或密实卵砾石层埋藏不深的情况，通常首先考虑桩的端承作用，采用扩底桩，如地下水位较深或覆盖层渗透系数很低，可采用大直径挖孔扩底桩。当基岩埋藏很深时，则只能考虑摩擦桩或端承摩擦桩；但如果上部建筑物要求不能产生过大的沉降，应使桩端支承于具有足够厚度的性能良好的持力层（中密以上的厚砂层或残积土层）。不同的桩型有不同的工艺特点，成桩质量的稳定性也差异较大，一般预制桩的质量稳定性要好于灌注桩。第36页/共61页1、同一结构单元宜避免采用不同的桩 同一基础相邻桩的桩底标高差，非嵌岩端承型桩，不宜超过相邻桩中心距；摩擦型桩，在相同土层中不宜超过桩长1/10。一般情况下，同一建筑物应该尽量采用相同桩径的桩基，但当建筑物基础平面范围内的荷载分布很不均匀时，可根据荷载和地基的地质条件采用不同直径的基桩。2、选择较硬土层作为桩端持力层 尽可能选定硬土层作为桩端持力层和下卧层，初步确定桩长。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，可采用超长摩擦桩方案。几何尺寸确定几何尺寸确定几何尺寸确定几何尺寸确定第37页/共61页3、桩端全断面进入持力层的深度 粘土、粉土不宜小于2d；砂土不宜小于 1.5d；碎石类土不宜小于 1d。存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于 4d。嵌岩灌注桩的周边嵌入微风化或中等风化岩体的最小深度不宜小于0.5m，以确保桩端与岩体接触。4、考虑经济条件 当所选定桩型为端承桩，而坚硬持力层又埋藏不太深时，尽可能考虑采用大直径（扩底）单桩；对于摩擦桩，则宜采用细长桩，以取得桩侧较大的比表面积，但要满足抗压能力的要求。第38页/共61页 竖向轴心荷载和竖向偏心荷载作用下的桩数，可按下式估算：式中：F作用于桩基承台顶面的竖向力设计值；G桩基承台和承台上土自重设计值，自重荷载分项系数当 其效应对结构不利时取 1.2，有利时取 1.0；并应对地下 水位以下部分扣除水的浮力;考虑偏心荷载时各桩受力不均而增加桩数的经验系数，可取确定桩数及其平面布置确定桩数及其平面布置确定桩数及其平面布置确定桩数及其平面布置桩数确定桩数确定第39页/共61页 桩的间距过大，承台体积增加，造价提高；间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工造成困难。桩的最小中心距应符合下表 的规定。对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距宜按表列值适当加大。桩的中心距桩的中心距第40页/共61页 排列基桩时，宜使桩群形心与长期荷载重心重合，并使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的抵抗矩。桩在平面内可布置成方形、矩形、三角形和梅花形等。桩群的布置桩群的布置第41页/共61页式中：0建筑桩基重要系数，安全等级为一、二、三级建筑 物分别取1.1，1.0，0.9 N桩顶轴向压力设计值；纵向弯曲系数，对低桩承台，取=1.0 fc混凝土轴心抗压强度设计值，施工工艺系数，干作业 非挤土灌注桩乘以 0.9，泥浆护壁和套管护壁非挤土 灌注桩、部分挤土灌注桩应乘以 0.8；A0桩身截面面积。桩身截面强度计算桩身截面强度计算桩身截面强度计算桩身截面强度计算 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。预制混凝土桩，吊运和沉桩过程中所产生的内力控制设计；灌注桩的桩身结构设计由使用荷载确定。材料强度确定单桩抗压承载力材料强度确定单桩抗压承载力低承台下单桩第42页/共61页k桩在吊运过程中可能受到的冲撞和振动影响，而采取的动力系数k=1.5q桩单位长度的自重。预制桩施工过程桩身结构计算预制桩施工过程桩身结构计算 预制桩施工过程中最不利受力状况出现在吊运和锤击沉桩时。吊运过程中受力状态与梁相同，一般按两支点（桩长 L 18m 时）起吊和运输。桩架下竖起时，按一点吊立。吊点的设置应使桩身在自重下产生的正负弯矩相等。第43页/共61页 预制桩的混凝土强度等级不宜低于 C30，采用静压法沉桩时，可适当降低（但不宜低于 C20)；预应力混凝土桩的混凝土强度等级不宜低于 C40。混凝土预制桩的截面边长不应小于 200mm；预应力混凝土预制桩的截面边长不宜小于 350mm；预应力混凝土离心管桩的外径不宜小于 300mm。预制桩的桩身应配置一定数量的纵向钢筋（主筋）和箍筋。预制桩的最小配筋率一般不宜小于0.80。如采用静压法沉桩时，其最小配筋率不宜小于 0.4。第44页/共61页 截面边长350550mm时，采用8 1225纵向钢筋。截面边长在300mm以下者，可用4根。箍筋 68，间距不大于200mm，在桩顶和桩尖处应适当加密。打入法沉桩时，直接受到锤击的桩顶应放置三层钢筋网。桩尖在沉入土层以及使用期中要克服土阻力，应把所有主筋焊在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。主筋的混凝土保护层应不小于 30mm。方形截面混凝土预制桩构造方形截面混凝土预制桩构造第45页/共61页 对轴心受压桩，若桩身混凝土强度能满足设计要求，受力桩头部分设构造配筋如下：一级建筑桩基，应配置桩顶与承台的连接钢筋笼，其主筋配筋率不小于0.2%，并锚入承台30倍主筋直径，伸入桩身长度不小于 10 倍桩身直径，且不小于承台下软弱土层层底深度；对于三级建筑桩基，可进一步减少配筋。对受水平荷载较大的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩要根据计算确定配筋量，端承桩、抗拔桩沿桩身通长配筋；受水平荷载的摩擦型桩（包括受地震作用的桩基），配筋长度宜采用4.0/(桩的变形系数）；对于单桩竖向承载力较高的摩擦端承桩，宜沿深度分段变截面配通长或局部长度钢筋；灌注桩配筋灌注桩配筋第46页/共61页 对承受负摩阻力和位于坡地岸边的基桩，应通长配筋。箍筋采用 宜采用螺旋式箍筋；受水平荷载较大的桩基和抗震桩基，桩顶35d范围内，箍筋应适当加密；当钢筋笼长度超过 4m 时，为加强其刚度，应每隔 2m 左右设一道 焊接加劲箍筋。混凝土强度等级一般不得低于C20，为保证桩头具有设计强度，施工时应超灌 50 cm 以上，以除掉混凝土浇注面处浮浆层。主筋的混凝土保护层厚度不应小于 35mm，水下灌注混凝土桩的保护层厚度不得小于 50mm。灌注桩配筋灌注桩配筋第47页/共61页第48页/共61页承台设计和计算承台设计和计算承台设计和计算承台设计和计算 承台承台构造构造要求要求承台尺寸 桩中心距一般不小于 3 倍桩径或边长。扩底灌注桩不小于 1.5 倍扩底直径。承台最小宽度不应小于 2 倍桩的直径或边长 500mm。承台边缘至边桩的中心距不小于桩的直径或边长，边缘挑出部分150mm。承台厚度应300mm。钢筋 受力筋应通长配置。矩形承台宜按双向均匀布置。不宜少于10200；承台梁的受力筋不宜小于12mm，架立筋不应小于10mm，箍筋不应小于6mm，钢筋保护层厚度不小于70mm，当有混凝土垫层时40mm。第49页/共61页桩顶伸入 承台要求桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜100mm，对中等直径桩宜 50mm。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜30倍钢筋直径，对于抗拔桩基应40倍钢筋直径。横向系梁混凝土 两桩桩基的承台，宜在其短向设置连系梁。连系梁顶面宜与承台顶位于同一标高，梁宽应 200mm，梁高可取承台中心距的1/101/15，并配置不小于 412的钢筋。强度等级C20第50页/共61页第51页/共61页承台的内力计算承台的内力计算 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。第52页/共61页柱下多桩矩形承台：弯矩的计算截面应取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），并按下式计算：Ni扣除承台和承台上土自重设计值后 i 桩竖向净反力设计值；当不考虑承台效应时，则为 i 桩竖向总反力设计值。受弯计算第53页/共61页 柱下或墙下条形承台梁正截面弯矩设计值一般可按弹性地基梁进行分析，地基的计算模型应根据地基土层的特性选取。柱下三桩三角形承台，计算截面应取在柱边，并按下式计算：当计算弯矩截面不与主筋方向正交时，须对主筋方向角进行换算。第54页/共61页承台厚度及强度计算承台厚度及强度计算 承台厚度可按冲切及剪切条件确定，一般可先按冲切计算，再按剪切复核；其强度计算包括受冲切、受剪切、局部承压及受弯计算。当桩基承台的有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。承台冲切破坏的方式，一是沿柱（墙）边的冲切，一是单一基桩对承台的冲切。柱边冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角大于或等于 45，该斜面的上周边位于柱与承台交接处或承台变阶处，下周边位于相应的桩顶内边缘处。承台的受冲切承载力与该冲切锥角有关，可采用冲跨比 来表达。第55页/共61页 柱（墙）下桩基承台受冲切承载力计算：式中 作用于冲切破坏锥体上冲切力设计值；承台混凝土抗拉强度设计值；冲切破坏锥体有效高度中线周长；承台冲切破坏锥体有效高度；冲切系数；冲跨比，为冲跨，即柱（墙）边或承台变阶处到桩边水平即离；当 时，取 ，当 时，取 ，承台冲切计算承台冲切计算第56页/共61页 作用于柱（墙）底竖向荷载设计值；冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力（不计承台和承台下土自重）设计值之和；对于圆柱及圆桩，计算时应将截面换算成方柱或方桩，即换算柱或桩截面边宽 柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式计算：式中：自柱长边或短边到最近桩边距离柱截面长、短边尺寸第57页/共61页 斜截面的最大剪力设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；承台计算截面处的计算宽度；计算截面的剪跨比；承台计算截面处的有效高度；剪切系数；受剪切计算受剪切计算 桩基承台的剪切破坏面为一通过柱（墙）边与柱边连线所形成的斜截面。对柱下等厚度承台，其斜截面受剪承载力按下式计算：第58页/共61页 可根据承台内力验算正截面受弯承载力，计算方法同一般梁板。承台底部两个方向配筋近似按下式计算：局部受压计算局部受压计算 对于柱下桩基承台，当混凝土强度等级低于柱的强度等级时，应按现行 混凝土结构设计规范 （50010-2002）验算承台的局部受压承载力。受弯计算受弯计算第59页/共61页桩基设计的若干新进展变刚度调平设计软土地基减沉复合疏桩基础第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页