桩基础解析学习.pptx

第1页/共88页组成：通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动静荷载的一种深基础，在高层建筑物和重要建筑物工程中被广泛采用的基础形式。其结构型式根据上部结构的特点和地质条件选用。作用：将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上,以解决浅基础承载力不足和变形较大的地基问题。特点：历史悠久、承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适应性强。桩基础概念和作用桩基础概念和作用第2页/共88页横截面尺寸远小于长度方向横截面尺寸远小于长度方向第3页/共88页单桩基础 基桩 承台 上部结构荷载 群桩基础 基桩：指群桩基础中的单桩。复合基桩：指单桩及其对应面积的承台底地基土组成的复合承载基桩。第4页/共88页桩基础的适用范围 1.1.高重建筑物下，天然地基承载力与变形不能满足要求时；2.2.地基软弱，且采用地基加固措施技术上不可行或经济上不合理时；3.3.地基软弱不均或荷载分布不均，天然地基不能满足结构物对差异沉降限制的要求时；4.4.地基土性不稳定，如液化土、湿陷性黄土、膨胀土等，要求采用桩基将荷载传至深部土性稳定的土层时；5.5.建筑物受到相邻建筑物或地面堆载的影响，采用浅基础将会产生过量沉降或倾斜时。第5页/共88页8.2桩基的类型按承载性状分类（荷载传递方式）分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的不同第6页/共88页按施工方法分类 预制桩在工厂或施工现场预先制作好钢筋混凝土桩身，然后通过锤击、振动、静压等方法，将预制桩沉入地基内到达的深度，形成桩基础。桩径较小0.6m以下，地基土为砂性土、粉土、细砂和不含大卵石的土。灌注桩在施工现场的桩位上通过机械钻或人工成孔，然后在孔内放置钢筋笼，灌注混凝土，形成钢筋混凝土灌注桩。如挖孔、钻孔、冲孔灌注桩等。桩长桩径变化大，应用广。适用于各种地基土，桩端可进入中、微风化岩层第7页/共88页预制桩的分类及特点混凝土预制桩 要求：截面边长300 500mm，分节长度12m。预应力管桩外径300 600mm，每节长5 13m；优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。钢桩要求：直径250 1200mm，批量生产。优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。缺点：成本高，易锈蚀。木桩要求：桩径160 260mm，桩长4 6m。优点：制作运输方便，打桩设备简单。缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。第8页/共88页灌注桩的分类及特点分类：沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩等。原理：直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼，灌注混凝土而成。特点：能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。施工关键：桩身的成型和混凝土质量。第9页/共88页沉管灌注桩土木建筑工程中众多类型桩基础中的一种。它是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，造成桩孔，然后放入钢筋笼并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。第10页/共88页与一般钻(冲)孔灌注桩比，沉管灌注桩避免了一般钻(冲)孔灌注桩桩尖浮土造成的桩身下沉，持力不足的问题，同时也有效改善了桩身表面浮浆现象，另外，该工艺也更节省材料。但是施工质量不易控制，拔管过快容易造成桩身缩颈，而且由于是挤土，先期浇注好的桩易受到挤土效应而产生倾斜断裂甚至错位。由于施工过程中，锤击会产生较大噪音，振动会影响周围建筑物，故不太适合在市区运用，已有一些城市在市区禁止使用。这种工艺非常适合土质疏松、地质状况比较复杂的地区，但遇到土层有较大孤石时，该工艺无法实施，应改用其它工艺穿过孤石。第11页/共88页钻(冲)孔灌注桩：钻(冲)孔灌注桩用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。有的钻机成孔后，可撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切土扩大桩孔。浇灌混凝土后在底端形成扩大桩端。根据不同土质，可采用不同的钻、挖工具常用的有螺旋钻机、冲击钻机、冲抓钻机等。目前国内钻(冲)孔灌注桩多用泥浆护壁，泥浆应选用膨胀土或高塑性粘土在现场加水搅拌制成。一般要求其比重为1.11.15，粘度为1025s，含砂率95。施工时泥浆水面应高出地下水面lm以上，清孔后在水下浇灌混凝土。常用桩径为800mm，1000mm，1200mm等。其最大优点是入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。第12页/共88页挖孔桩：挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及浇灌混凝土而成,但扩底直径不宜大于3倍桩身直径。挖孔桩一般内径应800mm，开挖直径1000mm，护壁厚100mm。分节支护，每节高500l000mm，可用混凝土预制块或砖砌筑，桩身长度宜限制在40m以内。挖孔桩可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时施工，且桩径大、适应性强，比较经济。但由于挖孔时可能存在塌方、缺氧、有害气体、触电等危险，易造成安全事故，因此应严格执行有关安全操作的规定。此外难以克制流砂现象。第13页/共88页按桩的设置效应分类非挤土桩:成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩,如人工挖孔桩。部分挤土桩:对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变形性质变化不大。包括冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩等。挤土桩:设置过程中使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和变形性质影响较大。实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等。第14页/共88页按承台位置分类高承台桩基承台底面位于地面以上，且常处于水下，水平受力性能差，但施工方便。可避免水下施工及节省基础材料，多用于桥梁及港口工程。低承台桩基承台底面位于地面以下，其受力性能好，具有较强的抵抗水平荷载的能力，施工不方便。高承台桩基示意图高承台桩基示意图第15页/共88页按桩径大小分类：小桩(250mm)，中等直径桩(250800mm)，大直径桩(=800mm)按使用功能分类：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩 按截面形状分类：圆桩、方桩、多边形桩等第16页/共88页桩的质量检测桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，很容易出现缩颈、夹泥、断桩或泥浆过厚等多种形态的质量缺陷，影响桩身结构完整性和单桩承载力，因此必须进行施工监督、现场记录和质量检测，以保证质量，减少隐患。对于柱下单桩或大直径灌注桩工程，保证桩身质量就更为重要。目前有多种桩身结构完整性的检测技术，下列几种较为常用。1、开挖检查只限于对所暴露的桩身进行观察检查。2、抽芯法抽芯法可检测混凝土桩的桩长、桩身强度、桩底沉渣厚度和持力层岩土性状，可判断桩身完整性类别。在灌注桩桩身内钻孔(直径100150mm)，取混凝土芯样进行观察和单轴抗压试验，了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和夹泥等桩身缺陷现象。有条件时也可采用钻孔电视直接观察孔壁孔底质量。第17页/共88页3、声波透射法声波透射法可检测桩身缺陷程度及位置，判定桩身完整性类别。预先在桩中埋入34根金属管，利用超声波在不同强度(或不同弹性模量)的混凝土中传播速度的变化来检测桩身质量试验时在其中一根管内放入发射器，而在其他管中放入接收器，通过测读并记录不同深度处声的传递时间来分析判断桩身质量。4、动测法包括锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等小应变动测，PDA(打桩分析仪)等大应变动测PIT(桩身结构完整性分析仪)等。对于等截面、质地较均匀的预制桩测试效果较可靠；而对于灌注桩的动测检验，目前已有相当多的实践经验，具有一定的可靠性。第18页/共88页(1)(1)所有桩基均应进行承载能力极限状态计算，内容包括：桩基的竖向(抗压或抗拔)承载力和水平承载力计算，某些条件下尚应考虑桩、土、承台相互作用产生的承载力群桩效应；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；位于坡地、岸边的桩基整体稳定性验算；桩基抗震承载力验算；承台及桩身承载力计算(包括对混凝土预制桩吊运和锤击时的强度验算及软土或可液化土中细长桩的桩身压屈验算等)。第19页/共88页(2)以下桩基尚应进行变形验算桩端持力层为软弱土的一、二级建筑桩基以及桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩基应验算沉降，并宜考虑上部结构与桩基的相互作用。受水平荷载较大或对水平变位要求严格的一级建筑桩基应验算水平变位。对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台还应进行抗裂或裂缝宽度验算。第20页/共88页桩基础的设计内容(1)地质勘察，掌握地质资料；(2)选择桩的类型和几何尺寸；(3)确定单桩承载力设计值；(4)确定桩的数量、间距和布桩方式；(5)验算桩基承载力和沉降；(6)桩身结构设计；(7)承台设计；(8)绘制桩基施工图。第21页/共88页桩型、桩长和截面尺寸选择桩基设计时，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，桩的截面尺寸和长度以及桩端持力层等。一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩将难以穿越；当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度较难掌握；在场地土层分布比较均匀的条件下，采用质量易于保证的预应力高强混凝土管桩比较合理。第22页/共88页桩的长度主要取决于桩端持力层的选择，桩端进入持力层的深度：粘性土、粉土：不宜小于2d，砂类土：不宜小于1.5d，碎石类土:不宜小于1d。当存在软弱下卧层时:桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d(桩规3.3.3条第5款）。桩全长l=伸入承台深度+承台底至持力层顶厚度+桩沉入持力层深度+桩尖长第23页/共88页8.3 8.3 竖向荷载作用下单桩受力性状一、桩的荷载传递机理桩在竖向荷载作用下，桩身材料会产生弹性压缩变形，桩和桩侧土之间产生相对位移，因而桩侧土对桩身产生向上的桩侧摩阻力。如果桩侧摩阻力不足以抵抗竖向荷载，一部分竖向荷载会传递到桩底，桩底持力层也会产生压缩变形，桩底土也会对桩端产生阻力。通过桩侧摩阻力和桩端阻力，桩将荷载传给土体。第24页/共88页桩的荷载传递的一般规律桩侧阻力与桩端阻力并非同时发挥，更不是同时达到极限。一般来说侧阻端阻的发挥程度与桩土之间的相对位移情况有关，并且桩侧阻力的发挥先于桩端阻力。有些试验资料表明侧阻充分发挥所需要的桩土相对位移趋于定值，认为一般在粘性土中桩土相对位移约为46mm砂土中约为610mm时，桩侧阻充分发挥。也有的学者根据现场试验研究取得的成果，认为土层的埋藏深度对侧阻的发挥有显著的影响，埋藏深度不同，充分发挥侧阻所需要的相对位移不同。另外，侧阻的发挥与桩径、土性及成桩方法等多种因素有关，其性状还需要进一步研究。第25页/共88页桩侧负摩阻力 负摩阻力:在正常情况下桩和周围土体之间的荷载传递情况，即在桩顶荷载作用下桩侧土相对于桩产生向上的位移，因而土对桩侧产生向上的摩擦力，构成了桩承载力的一部分，称之为正摩擦力。但有时会发生相反的情况，即桩周围的土体由于某原因发生下沉，且变形量大于相应深度处桩的下沉量，即桩侧土相对于桩产生向下的位移，土体对桩产生向下的摩擦力，这种摩擦力称为负摩擦力。通常，在下列情况下应考虑桩侧负摩擦力作用：(1)在软土地区，大范围地下水位下降，使土中有效应力增加，导致桩侧土层沉降；(2)桩侧有大面积地面堆载使桩侧土层压缩；(3)桩侧有较厚的欠固结土或新填土，这些土层在自重下沉降；(4)在自重湿陷性黄土地区，由于浸水而引起桩侧土的湿陷；(5)在冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的融陷。第26页/共88页必须指出，在桩侧引起负摩阻力的条件是，桩周围的土体下沉必须大于桩的沉降，否则可不考虑负摩擦力的问题。负摩阻力对桩是一种不利因素。负摩阻力相当于在桩上施加了附加的下拉荷载，它的存在降低了桩的承载力，并可导致桩发生过量的沉降。工程中，因负摩擦力引起的不均匀沉降造成建筑物开裂、倾斜或因沉降过大而影响使用的现象屡有发生，不得不花费大量资金进行加固，有的甚至因无法使用而拆除。所以，在可能发生负摩阻力的情况下，设计时应考虑其对桩基承载力和沉降的影响。第27页/共88页二、单桩的破坏模式桩的破坏承载力包括两层涵义，即桩身结构承载力和支撑桩结构的地基岩土承载力，桩的破坏可能是桩身结构破坏或支撑桩结构的地基岩土承载力达到了极限状态，多数情况下桩的承载力受后者制约。主要有5 5中破坏模式：桩身材料屈服（压屈）端承桩、超长桩持力层土整体剪切破坏桩底压力超过持力层承载力刺入剪切破坏摩擦桩的破坏形式第28页/共88页沿桩身侧面纯剪切破坏当桩底土十分软弱，承载力很低时，主要靠桩侧摩阻力承担荷载。在拔力作用下沿桩身的纯剪切破坏第29页/共88页三、桩基竖向承载力计算 建筑桩基规范规定，建筑桩基采用以概率理论为基础的以基本变量标准值和分项系数的实用极限状态设计表达式计算，且桩基的极限状态分为两类：(1)承载能力极限状态：对应于桩基达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形；(2)正常使用极限状态：对应于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。根据建筑物因桩基损坏所造成的后果的严重性(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等)，将建筑桩基分为三个安全等级(见下表)。第30页/共88页安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的工业与民用建筑物；对桩基变形有特殊要求的工业建筑物二级严重一般的工业与民用建筑物三级不严重次要的建筑物第31页/共88页单桩竖向承载力的确定 单桩承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力：确定单桩承载力是桩基设计的最基本内容。单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载，称单桩竖向极限承载力。在设计时，不应使桩在极限状态下工作，必须有一定的安全储备。在竖向荷载作用下，无论受压还是受拉，桩丧失承载能力一般表现为两种形式：桩周土岩的阻力不足，桩发生急剧且量大的竖向位移；或者虽然位移不急剧增加，但因位移量过大而不适于继续承载；桩身材料的强度不够，桩身被压坏或拉坏。因此，桩的竖向承载力应分别根据桩周土岩的阻力和桩身强度确定，采用其中的较小者。一般来说，竖向受压的摩擦桩的承载力决定于土的阻力，材料强度往往不能充分发挥，只有对端承桩、超长桩以及桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强度才起控制作用。第32页/共88页单桩竖向承载力包括桩身强度的承载力和地基土对桩的支承力。他们分别是由不同途径确定，前者由结构计算确定，后者一般由单桩载荷试验确定。第33页/共88页1）、按桩身强度确定单桩竖向承载力桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求，计算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数c c，桩身强度应符合下式要求(当桩顶以下5d5d范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于100mm100mm）桩轴心受压时当桩身配筋不符合上述规定时 Ra=Apfcc (8.2)(8.2)f fc c-混凝土轴心抗压强度设计值；按现行取值；N-相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值；Ap-桩身横截面积；c-工作条件系数，预制桩取0.85，灌注桩取0.7-0.8，软土地区挤土灌注桩取0.6。（8.1）第34页/共88页例：假定，在荷载效应基本组合下，单桩桩顶轴心压力设计值N N为1980kN1980kN。已知桩全长螺旋式箍筋直径为6mm6mm，间距为150mm150mm，基桩成桩工艺系数 ，桩基的环境类别为二a a类，试问，满足桩身混凝土的最低强度等级为多少？可选C20C20，f fc c=9.6N/mm=9.6N/mm2 2桩基的环境类别为二a a类，根据桩规3.5.23.5.2条，桩身混凝土的最低强度等级不得小于C25C25，故根据计算及构造要求，取C25C25的混凝土。第35页/共88页2）、按地基承载能力确定单桩竖向承载力(1(1）、静载试验法 静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，其除了考虑到地基土的支承能力外，也计入了桩身材料强度对于承载力的影响。对于一级建筑物，必须通过静载荷试验。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的1 1，并不应少于3 3根。当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时，单桩承载力很高的大直径端承桩，可采用深层平板荷载试验确定桩端土的承载力。第36页/共88页(a)a)根据沉降随荷载的变化特征确定（有明显的比例界限）：取曲线发生明显陡降的起始点所对应的荷载Q Qukuk。(b)(b)根据沉降量确定（无明显比例界限）：对于缓变型Q-SQ-S曲线，取S=40-60mmS=40-60mm对应的荷载值，对于大直径桩，取S=(0.03-0.06)dS=(0.03-0.06)d对应的荷载值,对于细长桩（l/d80),/d80),取S=60-80mmS=60-80mm对应的荷载值。(c)(c)根据沉降随时间的变化特征确定单桩竖向承载力特征值Ra取单桩竖向静载荷试验所得单桩竖向极限承载力标准值Quk除以安全系数k=2.0。Ra=Quk/2第37页/共88页当P达到Pu时，地基土塑性区连成一片，基础急速下沉，即使荷载不增加，沉降也不能稳定第38页/共88页 建筑地基基础设计规范同一层土，宜选取3 3个以上试验点，当3 3个试验点所得的承载力特征值的极差不超过其平均值的30%30%时，取平均值作为该土层的承载力特征值。极差超过其平均值的30%30%时，宜增加试桩数量并分析极差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力。对桩数为3 3根及3 3根以下的柱下桩台，取最小值。第39页/共88页例1 1、某工程的试桩中，由单桩竖向静载试验得到的3 3根试验桩竖向极限承载力分别为7680kN7680kN、8540kN8540kN、8950kN.8950kN.试问，工程设计中所采用的桩竖向承载力特征值RaRa为多少？例2 2、某工程的试桩中，由单桩竖向静载试验得到的4 4根试验桩竖向极限承载力分别为7680kN7680kN、7730kN7730kN、8040kN8040kN、7950kN.7950kN.试问，工程设计中所采用的桩竖向承载力特征值RaRa为多少？第40页/共88页2、按经验公式法确定 利用经验公式确定单桩承载力的方法是一种沿用多年的传统方法，广泛适用于各种桩型，尤其是预制桩积累的经验颇为丰富。所用的承载力参数是根据它们与土性指标之间的换算关系在利用当地的静载试验资料进行统计分析的基础上，通过必要的对比分析和调整后得出的。建筑桩基规范针对不同的常用桩型，推荐了下述不同的估算表达式。第41页/共88页1）、一般预制桩及中小直径灌注桩对预制桩和直径d800mm的灌注桩，单桩竖向极限承载力标准值可按下式计算qsik-桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，若无当地经验时，可按表8.5取值；qpk-极限端阻力标准值；若无当地经验时，可按表8.6取值；Ap-桩底端横截面面积；u-桩身周边长度；li-第i层岩土层的厚度。（8.8）第42页/共88页有一柱下桩基础，采用4根直径为500mm的灌注桩，桩的布置及承台尺寸如图示，承台埋深为1.5m,桩长为9m,穿过粉质粘土进入中砂层2.5m,粉质粘土的桩侧阻力特征值qs1a=25kPa，中砂的桩侧阻力特征值qs2a=40kPa，桩端阻力特征qpa=3500kPa。试按经验公式计算该桩的竖向承载力特征值。相应于荷载效应基本组合时，作用于地面标高处的竖向力Fk=3500kN,Myk=200kNm，验算桩的承载力是否满足要求。1.5m6.5m2.5m第43页/共88页第44页/共88页2）、大直径桩灌注桩对于桩径大于等于800mm的大直径桩，其侧阻及端阻要考虑尺寸效应。侧阻的尺寸效应主要发生在砂、碎石类土中，这是因为大直径桩一般为钻、挖、冲孔灌注桩，在无粘性土中的成孔过程中将会出现孔壁土的松弛效应，从而导致侧阻力降低。孔径越大，降幅越大。大直径桩的极限端阻力也存在着随桩径增大而呈双曲线关系下降的现象。上述现象表明，在计算大直径桩的竖向受压承载力时，应考虑尺寸效应的影响。根据现有研究成果，大直径桩的Quk可按下式计算qsik桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，对于扩底桩变截面以上2d长度范围内不计侧阻力。（8.9）第45页/共88页qsik桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，若无当地经验时，可按表8.5取值；qpk桩径d=800mm时的极限端阻力标准值，可采用深层载荷板试验确定；也可采用当地经验值或按表8.5取值；分别为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，按表8.8取值。第46页/共88页3）、嵌岩桩嵌岩桩是指下端嵌入中等风化、微风化或新鲜基岩中的桩。对于桩端置于强风化岩中的嵌岩桩，其承载力的确定可根据岩体的风化程度取值。嵌岩桩单桩极限承载力标准值由桩周土总极限侧阻力、嵌岩段总极限端阻力组成，并可按下式计算（8.10）第47页/共88页4）、对于桩身周围有液化土层的低承台桩基，当承台底面上下分别有厚度不小于1.5m,1.0m的非液化土或非软弱土层时，可将液化土层极限侧阻力乘以土层液化折减系数计算单桩极限承载力标准值。土层液化折减系数可按表8.10确定。5）、钢管桩hb-为桩尖进入持力层深度。为桩尖进入持力层深度。第48页/共88页6）、混凝土空心桩第49页/共88页7）、后注浆灌注桩后注浆单桩极限承载力标准值按下式估算：后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值；：后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值；：后注浆总极限端阻力标准值。第50页/共88页桩的根数 Fk-荷载效应荷载效应标准组合标准组合时上部结构传至桩基承台顶面的竖向时上部结构传至桩基承台顶面的竖向力；GK-承台与承台上方填土重力承台与承台上方填土重力标准值，标准值，Ra-单桩竖向承载力特征值。单桩竖向承载力特征值。桩的最小中心距（参见课本桩的最小中心距（参见课本P 292表表8.21）8.4群桩竖向承载力第51页/共88页一、桩顶作用效应一、桩顶作用效应1 1、基桩桩顶作用效应计算、基桩桩顶作用效应计算轴心荷载作用下的轴心力轴心荷载作用下的轴心力偏心荷载作用下的轴心力偏心荷载作用下的轴心力xixmaxyiymax桩顶荷载计算简图桩顶荷载计算简图第52页/共88页当桩位于承台轴线上时，xi或yi等于0，所以 中不包含x轴和y轴上的桩。第53页/共88页桩基竖向承载力计算的一般规定：（1 1）荷载效应基本组合轴心竖向力作用下 N Nk kRR偏心竖向力作用下,除满足公式上式外,尚应满足下列要求：N Nkmaxkmax1.2R1.2R式中R-R-基桩或复基桩竖向承载力特征值。第54页/共88页某桩基工程其桩型平面布置、剖面如图所示，承台底埋深2.0m,2.0m,已知轴力F=12000kN,F=12000kN,力矩M=100kNmM=100kNm，水平力H=600kNH=600kN，作用点距离承台底面1.5m1.5m，承台和填土的平均重度为20kN/m20kN/m3 3,桩径为600mm600mm，则桩顶轴向压力最大值为多少？xy第55页/共88页第56页/共88页（2）地震作用效应组合轴心竖向力作用下 N NEkEk1.25R1.25R偏心竖向力作用下,除满足公式上式外,尚应满足下列要求：N NEkmaxEkmax1.5R1.5R第57页/共88页2)桩基竖向承载力特征值考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值按下式确定：不考虑地震作用考虑地震作用对于承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度土、欠固结土、新填土等，不考虑承台效应。即取第58页/共88页二、承台设计二、承台设计1 1、承台的作用、承台的作用把多根桩联成整体，共同承受上部荷载；把墩身荷载传到基桩上；桩基承台效应，使桩的承载力提高。2 2、承台设计步骤、承台设计步骤确定承台的形状、尺寸(按独立基础设计）；承台高度验算；A A、承台板抗冲切承载力验算B B、角桩对承台的冲切验算C C、承台板的斜截面抗剪强度验算承台配筋计算满足构造要求第59页/共88页3 3、承台构造要求、承台构造要求(1)(1)桩顶桩顶嵌入承台嵌入承台的长度不宜小于的长度不宜小于5050mm,mm,主要承受水平荷载的桩，主要承受水平荷载的桩，嵌入深度不宜小于嵌入深度不宜小于100100mmmm。主筋深入承台的锚固长度不宜小于主筋深入承台的锚固长度不宜小于3030d d(地震区为地震区为5050d d）和和500500mmmm，d d为主筋直径。为主筋直径。(2)(2)承台最小承台最小宽度宽度不应小于不应小于500 500 mmmm，边桩中心至承台边缘的距离不边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小缘至承台边缘的距离不应小于于150150mmmm。条形承台边沿挑出部分不应小于条形承台边沿挑出部分不应小于75 75 mm,mm,承台最小宽度不承台最小宽度不应小于应小于300 mm。(3)(3)条形承台和柱下独立桩基承台的条形承台和柱下独立桩基承台的厚度厚度不应小于不应小于300 300 mmmm。(4)(4)承台承台混凝土强度等级混凝土强度等级不应小于不应小于C20C20；承台底面钢筋的保护层厚承台底面钢筋的保护层厚度不宜小于度不宜小于7070mmmm。有垫层时，保护层厚度不应小于有垫层时，保护层厚度不应小于50mm50mm。(5)(5)承台梁的主筋除满足计算要求外，尚应符合现行承台梁的主筋除满足计算要求外，尚应符合现行GB50011GB50011关于关于最小配筋率最小配筋率0.15%0.15%的规定，主筋直径不宜小于的规定，主筋直径不宜小于1212mmmm，间距（间距（100-200100-200），），架立筋不宜小于架立筋不宜小于1010mmmm，箍筋直径不宜小于箍筋直径不宜小于6 6mmmm。第60页/共88页8.5.198.5.19条1 1款柱对承台的冲切计算a0 xhcbca0yFl-扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，破坏锥体应采用自柱边或承台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45F第61页/共88页h ho o -冲切破坏锥体的有效高度；-受冲切承载力截面高度影响系数 -冲切系数；-冲跨比,=a=ao o/h/h0 0，a ao o为柱边或变阶处至桩边的水平距离；当a ao o 0.25h0.25h0 0时,取a ao o=h=h0 0；F-F-柱根部轴力设计值；N Ni i-冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计值之和。第62页/共88页8.5.198.5.19条2 2款角桩对承台的冲切计算N Nl-角桩竖向净反力设计值角桩竖向净反力设计值 -角桩冲切系数角桩冲切系数 -冲跨比（冲跨比（0.20.251.051.0）c c1 1，c c2 2-从角桩内边缘到承台外边缘的距离从角桩内边缘到承台外边缘的距离a a1x1x，a a1y1y-从承台底面角桩内边缘引从承台底面角桩内边缘引4545。冲切线与承台顶冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离，当柱或承台变阶处面相交点至角桩内边缘的水平距离，当柱或承台变阶处位于该位于该4545。冲切线以内时，则取柱边或承台变阶处与柱冲切线以内时，则取柱边或承台变阶处与柱内边缘连线为冲切破坏锥体的锥线。内边缘连线为冲切破坏锥体的锥线。第63页/共88页a a1x1x，a a1y1y-从承台底面角桩内边缘引4545。冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离，当柱或承台变阶处位于该4545。冲切线以内时，则取柱边或承台变阶处与柱内边缘连线为冲切破坏锥体的锥线。矩形承台角桩冲切计算示意图矩形承台角桩冲切计算示意图C1a a1x1x第64页/共88页8.5.21 8.5.21 承台板的斜截面抗剪强度验算公式承台板的斜截面抗剪强度验算公式V-扣除扣除承台及其上填土自重承台及其上填土自重后相应于荷载效应后相应于荷载效应基本组合基本组合时时斜截面的斜截面的最大剪力设计值最大剪力设计值；b0-承台计算截面处的计算宽度；承台计算截面处的计算宽度；h0-计算宽度处的承台有效高度；计算宽度处的承台有效高度；-剪切系数剪切系数ax第65页/共88页3.3.承台板抗弯强度计算（配筋）承台板抗弯强度计算（配筋）平行平行y方向钢筋方向钢筋Mx,My-垂直于垂直于y轴和轴和x轴方向的计算截面处的弯矩轴方向的计算截面处的弯矩设计值设计值Ni-扣除承台及其上填土自重后，扣除承台及其上填土自重后，相应于荷载效应基本组合相应于荷载效应基本组合时的第时的第i根桩竖向力设计值；根桩竖向力设计值；注意：注意：xi,yi Ni的取值。的取值。第66页/共88页桩基设计实例某大城市中心区旧城改造工程中，拟建一栋1616层框架结构的楼房，地质情况及桩基的计算指标如下，传至承台顶面的荷载：由永久荷载效应控制的基本组合荷载设计值F=7840kNF=7840kN，Mx=180kN.m,My=680kN.mMx=180kN.m,My=680kN.m。第67页/共88页土层种类厚度黏土3.0淤泥10.4粉质黏土3.5淤泥质土9.3卵石3.0强风化岩未见底桩基计算指标 预制桩qpa qsia 2561300258450060300050卵石层面卵石层面地表2m0.5mA.桩型选择与桩长确定桩型选择与桩长确定经分析选预制桩经分析选预制桩,初选承台埋深初选承台埋深d=2m,d=2m,桩嵌入承台桩嵌入承台0.050.05m m，锥形桩尖锥形桩尖0.50.5m m总桩总桩L L0 0=0.05+1.0+10.4+3.5+9.3+0.5+0.5=25.3m=0.05+1.0+10.4+3.5+9.3+0.5+0.5=25.3m第68页/共88页B.B.确定单桩竖向承载力按地质报告参数预估第69页/共88页C.C.估算桩数与平面布桩利用平板式承台，且顶面埋深可能较浅，取r rG G=24kN/m=24kN/m3 3，初选承台面积为2.02.0m*3.0mm*3.0m。第70页/共88页取S Sa a=3d=1.20m,=3d=1.20m,并考虑到My=Mx,My=Mx,故布桩如下图xyMyMx2143400 110030001100 400400600200052512018200F6001400500400a0 x=650第71页/共88页D.D.桩基受力验算a、单桩受力验算第72页/共88页b b、桩基沉降本工程为一级建筑桩基,对沉降要求一般,体型简单,桩端下无软弱下卧层,且为端承型桩基。故不必验算沉降。E.E.承台设计初选h=1050mh=1050m材料：柱、桩混凝土与承台混凝土强度等级均为C30C30（不必进行局部承压验算）承台底板钢筋级。第73页/共88页A、各桩桩顶反力计算桩顶反力采用净反力设计值桩号桩号Ni1234515681568156815681568155155-155-15507575-75-75017981488133816481568第74页/共88页B B、抗冲切计算(a)a)柱对承台板冲切验算初选h=1050m,hh=1050m,h0 0=1.00m,=1.00m,第75页/共88页第76页/共88页（b b）角桩对承台的冲切）角桩对承台的冲切第77页/共88页(c)抗剪切计算抗剪切计算第78页/共88页C.C.抗弯计算第79页/共88页三、桩基软弱下卧层承载力验算三、桩基软弱下卧层承载力验算 其中其中 对于对于 的群桩基础的群桩基础 对于对于 的群桩基础的群桩基础第80页/共88页四、桩基沉降验算（甲级桩基）四、桩基沉降验算（甲级桩基）采用实体基础假设，以分层综合法计算。采用实体基础假设，以分层综合法计算。桩基负摩阻力验算桩基负摩阻力验算 1 1、摩檫桩基础、摩檫桩基础 2 2、端承桩基础、端承桩基础第81页/共88页【例题1-3】某抗震设防烈度为8度（0.30g）的框架结构，采用摩擦型长螺旋钻孔灌注桩基础，初步确定某中柱采用如图所示的四桩承台基础，已知桩身直径为400mm，单桩竖向抗压承载力特征值Ra=700kN,承台混凝土强度等级C30（ft=1.43N/mm2），桩间距有待进一步复核。考虑x向地震作用，相应于荷载效应标准组合时，作用于承台底面标高处的竖向力FEk=3341kN，弯矩MEk=920kNm，水平力VEK=320kN，承台有效高度h0=730mm，承台及其上土重可忽略不计。第82页/共88页【题1】假定x向地震作用效应控制桩中心距，x、y向桩中心距相同，且不考虑y向弯矩的影响。试问，根据桩基抗震要求确定的桩中心距s(mm)与下列何项数值最为接近？（A）1400（B）1800（C）2200（D）2600【答案】（C）桩规第5.2.1条第2款及式（5.2.1-4），NEkmax1.5R，1.5R=1.5*700=1050kNNEkmax=FEk/4+MEkxi/xi2=3341/4+920 x0.5s/4x(0.5s)2=835.25+460/s1050，s2.142m，故应选2200mm。【题2】试问，当桩中心距s=2400mm，地震作用效应组合时，承台A-A剖面处的抗剪承载力设计值（kN）与下列何项数值最为接近？（A）3500(B)3100（C）2800(D)2400【答案】(B)根据桩规第5.9.10，对锥形承台，有效高度h0=730mm，有效宽度为：第83页/共88页by0=1-0.5h20/h0(1-by2/by1)by1=1-0.5*200/730(1-800/3200)*3200=2871.2mmx=ax/ho=(1200-350-200 x0.8)/730=0.945（注：上式中0.8为圆桩截面换算为方桩截面的换算系数）=1.75/(x+1)=1.75/(0.945+1)=0.9C30混凝土，ft=1.43N/mm2，hs=(800/h0)1/4=1.0（当h0800mm时，取h0=800mm）根据抗规表5.4.2，进行抗震验算时，抗剪承载力调整系数RE=0.85V=hsftby0h0/=1.0*0.9*1.43*2871.2*730/0.85=3173.6kN第84页/共88页【题3】柱下桩基承台弯矩设计值第85页/共88页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第86页/共88页第87页/共88页感谢您的观看！第88页/共88页