桩基础课程设计指导书.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流桩基础课程设计指导书.精品文档.造配筋。2设计图纸 设计图纸包括以下内容：（1）桩基平面布置图。（2）承台大样图。（3）桩身大样图。（4）设计说明。417参考资料（1）建筑结构荷载规范（GB 500092006），中国建筑工业出版社，2007。（2）建筑地基基础设计规范（GB 500072002），中国建筑工业出版社，2002。（3）建筑桩基技术规范（JGJ 942008），中国建筑工业出版社，2008。（4）混凝土结构设计规范（GB 500102002），中国建筑工业出版社，2002。（5）赵明华，土力学与基础工程（第 2 版），武汉理工大

2、学出版社，2003。42桩基础课程设计指导书 桩是将建筑物的荷载全部或部分传递给地基土或岩层，具有一定刚度和抗弯能力的传力杆件。桩的性质随桩身材料、制桩方法和桩的截面大小而异，具有很大的适应性。桩基础通常作为荷载较大的建筑物基础，与其他深基础相比，其适用范围最广，可归纳为以下场合：（1）地基的上层土质太差而下层土质较好，地基软硬不均或荷载不均，不能满足上部 结构对不均匀变形的要求。（2）地基软弱，不适合采用地基加固措施；或地基土性质特殊，例如存在可液化土层、 自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等。（3）除了存在较大的垂直荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷载、动力荷载及周期性荷载作用。（4）上部

3、结构对基础的不均匀沉降相当敏感，或建筑物受到相邻建筑物、大面积地面 超载的影响。（5）地下水位很高，采用其他深基础形式施工时排水困难；或位于水中的构筑物基础， 例如桥梁、码头和钻采平台等。（6）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。4，21桩基基本设计规定 桩基基本设计规定如下。（1）桩基础应按以下两类极限状态设计：1）承载能力极限状态：桩基达到最大承载能力、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：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。 根据建筑规模、功能特征，对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响

4、正常使用的程度，将桩基设计分为表 45 所列的三 个设计等级。桩基设计时，应根据表 45 确定设计等级。表 45建筑桩墓设计等级（2）桩基应根据具体条件分别进行以下承载能力计算和稳定性验算：1）应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计算和水平承载力计 算。2）对于桩身和承台结构，应进行承载力计算；对于桩侧土不排水、抗剪强度小于 10kPa且长径比大于 50 的桩，应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩，应按吊装、运输和锤击 作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩，应进行局部压屈验算。3）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算。4）对位于坡地、岸边的桩基，应进行整体

5、稳定性验算。5）对于抗浮、抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算。6）对于抗震设防区的桩基，应进行抗震承载力验算。（3）以下建筑桩基应进行沉降计算：1）设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基。2）设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的 建筑桩基。3）软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。（4）对受水平荷载较大或对水平位移有严格限制的建筑桩基，应计算其水平位移。（5）应根据桩基所处的环境类别和相应的裂缝控制等级，验算桩和承台正截面的抗裂 性和裂缝宽度。（6）桩基设计时，所采用的作用效应组合与相应的抗力应符合以下规定：1）确定桩数和布桩时，应采用传至

6、承台底面的荷载效应标准组合，相应的抗力应采用 基桩或复合基桩承载力特征值。2）计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平 地震作用、风荷载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风荷载效应标准组合。3）验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。4）在计算桩基结构承载力及确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本 组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久 组合。5）桩基结构设计安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数 g 0 应按现行有关建筑

7、 结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数 g 0 不应小于 1.0。6）当桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数 YRE 应按现行建筑抗震设计规范（GB 500112010）的规定采用。422资料的收集 桩基础设计之前必须充分掌握设计原始资料，具体情况如下：（1）岩土工程勘察资料：包括工程地质报告和图件，岩土物理力学性能指标及水文地 质条件资料，抗震设防烈度及场地不良地质现象资料。（2）建筑场地环境条件资料：包括建筑场地的平面图，交通设施、地下管线和地下构 筑物等的分布，相邻建筑物基础型式及埋置深度，周围建筑的防振、防噪声的要求，泥浆排 泄和弃土条件。（3）建筑物的有关资料：建筑物的

8、总平面布置图，安全等级、结构类型、荷重和抗震设防烈度等。（4）施工机械设备的进出场及现场运行条件。423拟定设计方案，选择桩型和成桩工艺 根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工环境和经验以及桩材供应条件等，选择经济、合理、安全、适用的桩型和成桩工艺（见 表 46）。表 46常用桩型及适用范围一般来说，对于框架结构，当桩端持力层较坚硬且不太深时，宜选择大直径钻孔或人工 挖孔灌注桩设计成一柱一桩基础；对于建筑物同一结构单元，应避免采用不同类型的桩，否 则应考虑基础的变形协调计算；当土中存在预制桩很难穿越的孤石、废金属或残积层中未风 化的岩脉时，不易采用预

9、制桩。当土层分布很不均时，混凝土预制桩的长度较难掌握；当持力层层面坡度较大时，预制桩沉桩时桩身易折断，宜采用灌注桩。在城市建筑密集区，预制 桩和沉管灌注桩的施工可能带来噪声，沉桩挤土可能危及临近建筑物和地下管线的安全，采 用钻孔灌注桩或人工挖孔灌注桩更为合适。424桩径与桩长的选择桩径与桩长的设计，应综合考虑荷载的大小、土层性质与桩周土阻力状况、桩基结构特 点、施工设备与技术条件等因素后确定，力争做到既满足使用要求又经济，最有效地利用和 发挥地基土和桩身材料的承载性能。设计时首先拟定尺寸，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进行最后确定。1桩径拟定桩的类型选定后，桩径可根据各

10、类桩的特点与常用尺寸选择确定。通常 10 层以下的建 筑可考虑采用直径 400500mm 左右的灌注桩或边长 250300mm 的预制桩；1020 层的建 筑可采用直径 6001000mm 的灌注桩或边长 300500mm 的预制桩；2030 层的建筑可采 用直径 7001200mm 的钻（冲、挖）孔灌注桩或边长 400600mm 的预制桩；3040 层的 建筑可采用直径 8001500mm 的大直径灌注桩；楼层更高的建筑可采用直径更大的灌注桩。2桩长拟定 确定桩长的关键在于选择桩端持力层，设计时，可先根据地质条件选择适宜的桩端持力层初步确定桩长，并应考虑施工的可行性（如钻孔灌注桩钻机钻进的最

11、大深度等）。 一般应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土，不宜小于 2d（d 为桩身设计直径）；对于砂土，不宜小于 15g；对于碎石土，不宜小于d。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于 3d。 对于嵌岩桩，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径和桩长等诸因素确定。嵌入倾斜的完整岩和较完整岩的全断面深度，不宜小于 04g 且不小于 05m。倾斜度大于 30的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石的完整性适当加大嵌岩深度。嵌人平整、完整的坚 硬岩和较硬岩的深度，不宜小于 02d 且不应小于 02m。在抗震设防区，桩进入液化层以下稳定土层中的全截面长度除满足上

12、述要求外，对于碎 石土、砾、粗砂、中砂、密实粉土和坚硬黏性土尚不应小于（23）d，对于其他非岩石土 尚不宜小于（45）d。如果在施工条件容许的深度内没有坚硬土层存在，应尽可能选择压缩性较低、强度较高的土层作为持力层，要避免使桩底坐落在软土层上或与软弱下卧层的距离太近，以免桩基础 发生过大的沉降。对于摩擦桩，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，可通过 试算比较，选择较合理的桩长。摩擦桩的桩长不应拟定太短，一般不应小于 4m。此外：为 保证发挥摩擦桩桩底土层支承力，桩端部应尽可能达到该土层的桩端阻力临界深度。3有效桩长的确定初步确定承台底面标高后才能明确有效桩长，以便计算桩基

13、承载力。当作用在桩基础上 的水平力和弯矩较大时，可适当降低承台底面标高。在寒冻地区，承台底面应位于冻结线以 下不少于 025m。同时，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜不少于 l00mm，对于中 等直径桩宜不少于 50mm。425单桩竖向极限承载力标准值的确定1按单桩竖向静载试验确定 根据单桩竖向静载试验确定单桩竖向极限承载力标准值的方法见建筑基桩检测技术规范（JGJ 1062003）。采用该方法确定单桩竖向极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的 1，并不应少于 3 根。工程总桩数在 50 根以内时不应少于 2 根。2按静力触探法确定 采用双桥探头的静力触探可以确定混凝土

14、预制桩单桩竖向极限承载力标准值，对于黏性土、粉土和砂土，可按下式计算：Quk = aqc Ap + uli bi f si式中Quk单桩竖向极限承载力标准值，kN； qc桩端平面上、下探头阻力，kPa； a桩端阻力修正系数，对于黏性土、粉土取 23，对于饱和砂土取 12； Ap桩端面积，m2；u桩身周长，m；li 桩周第 i 层土的厚度，m；f si 第 i 层土的探头平均侧阻力，kPa；bi 第 i 层土桩侧综合修正系数，对于黏性土、粉土 bi 1004（ ( f si )-0.55，对于砂土 bi 505（ ( f si )-0.45 。3按规范经验参数法确定规范经验参数法是在大量经验及资

15、料积累的基础上，针对不同桩型推荐的估算公式。 规范经验参数法是初步估计桩基承载力和作为非重要工程设计依据的方法。（1）对一般预制桩及中小直径（d 1m 时，有b0 = 0.9(1.5d + 0.5)b0 = 0.9(d + 1)对于方形桩：当边宽 b 1m 时，有当边宽 b 1m 时，有b0 = 1.5b + 0.5b0 = b + 1式中m 平抗力系数的比例系数，宜通过单桩水平静载试验确定，当无静载试验资料时，可按表 4.12 取值；b0 桩身的计算宽度，m；EI 桩身抗弯刚度，计算方法同前，表 412桩侧土水平抗力系数的比例系数 m 值429桩身结构设计4291灌注桩 灌注桩桩身可按构造配

16、筋，具体要求如下。1配筋率当桩径为 3002000mm 时，正截面配筋率取 065002（大直径取低值，小直 径取高值）。对于受荷载特别大的桩、抗拔桩和嵌岩端承桩应根据计算确定配筋率，并不小 于上述规定值。2配筋长度（1）端承型桩以及位于坡地、岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋。（2）摩擦型灌注桩配筋长度不应小于 23 桩长；当受水平荷载时，配筋长度尚不宜小 于 40 a （ a 为桩的水平变形系数）。（3）对于受地震作用的基桩，桩身配筋长度应穿过可液化土层和软弱土层，进入稳定土层的深度不应小于（23）d（d 为桩身设计直径）。（4）抗拔桩及因地震作用、冻胀或膨胀力作用而受拔力的桩，应在

17、等截面或变截面通 长配筋。3配筋要求对于受水平荷载的桩，主筋不应小于 8 中 12；对于抗压桩，主筋不少于 6 中 10；纵向 钢筋应沿桩身周边均匀布置，其净距不应小于 60mm。4箍筋配置箍筋采用螺旋式，直径不宜小于 6mm，间距宜为 200300mm；受水平荷载较大的桩基 和抗震桩基，以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时，桩顶以下 5d 范围内箍筋应适当加密，间距不应大于 100mm；当钢筋笼长度超过 4m 时，为加强其刚度，应每隔 2m 左右设一道直径不小于 12mm 的焊接加劲箍筋。5混凝土材料要求桩身混凝土强度等级一般不得低于 C25，混凝土预制桩尖的混凝土强度等级不得低于C30，为

18、保证桩头具有设计强度，施工时应超灌 50cm 以上，以除掉混凝土浇注面处浮浆层。6混凝土保扩层灌注桩主筋的混凝土保护层厚度不小于 35mm，水下灌注桩的混凝土保护层厚度不小于50mm。4292混凝土预制桩 桩基设计时，桩身结构强度需满足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。因此，预制桩结构设计应满足其在吊装和打桩工程中所受到的最大荷载。1混凝土预制桩构造要求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。 预制桩的桩身配筋应按吊装、打桩及桩在建

19、筑物中受力等条件计算确定。预制桩的最小配筋率不宜小于 080，一般可为 1左右，当采用静压法沉桩时，其最小配筋率不宜小 于 06。主筋直径不宜小于 14mm，箍筋直径可取 68mm，间距不大于 200mm，在打人桩顶（45）d 长度范围内和桩尖处箍筋应适当加密，并设置钢筋网片。当采用打入法沉桩 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的阻力，因此应将所有主筋焊在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。图 44 为混凝土预制桩构造 示意图。预制桩的混凝土强度等级不宜低于 C30，预应力混凝土桩的混凝土强度等级不宜低于C40，预制桩纵向钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于 3

20、0mm。2预制桩桩身结构强度验算 预制桩除了考虑上述构造要求外，还要考虑起吊、运输和锤击过程中的强度验算。 桩在起吊和运输过程中的受力状态与梁相同，一般按两支点（桩长 L18m 时）或三支点（桩长 L18m 时）起吊和运输；在打桩架下竖起时，按一支点吊立。吊点的设置应使桩身 在自重下产生的正负弯矩相等，如图 4.5 所示。桩身配筋时应按起吊过程中桩身最大弯矩计算，主筋一般通常配筋，当考虑起吊和运输过程中受到冲击和振动时，将桩身重力乘以 13的动力系数。一般普通混凝土的桩身配筋由起吊和吊力的强度来控制。桩身配筋验算可按下列公式计算：x =f y Asa1 f c b xb h0M = af bx

21、 h - x u1 c2 并要求：M 1 M u式中x 混凝土受压区高度，m；M 2 M uAs 桩身受弯一侧纵向钢筋截面面积，m2；a1 等效矩形应力图的系数，混凝土强度等级不超过 C50 时，取 a1 10；b 桩边宽，m；h0 桩截面有效高度，m；xb 界限相对受压区高度，m，对 I 级钢 xb o614，对 II 级钢 xb055；M u 桩身截面极限承载力，kNmf y 钢筋抗拉强度设计值，kPa；f c 混凝土轴心受压强度设计值，kPa。4210承台的设计计算 承台的作用是将桩连成一个整体，并将建筑物的荷载传到桩上，因此承台应具有足够的强度和刚度。承台设计包括承台的尺寸和构造设计、

22、承台的内力计算以及承台厚度及强度计 算。42101承台的构造要求1承台的尺寸和配筋构造要求 承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形式决定，通常墙下条形基础做 成承台梁，柱下桩基宜采用板式承台（矩形和三角形），剖面可做成锥形、台阶形或平板形。 柱下独立桩基承台的最小宽度不应小于 500mm，边桩中心至承台边缘的距离不 应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至 承台边缘的距离不应小于 150mm。对于墙下条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不应小于 75mm，承台的最小厚度不应小于300mm。柱下独立桩基承台钢筋应通长配置见图 4.6（a），对四桩以上（含四桩）承台宜按双向均匀布置，对三桩的三

23、角形承台应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢筋围成的三角 形应在柱截面范围内见图 46（6）。柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于 015。 承台混凝土强度等级不应低于 C25。承台底面钢筋的混凝土保护层厚度，当有混凝土垫 层时，不应小于 50mm当无混凝土垫层时，不应小于 70mm。此外，混凝土保护层厚度尚不应小于桩头嵌入承台内的长度。混凝土垫层的厚度宜为 100mm，混凝土强度等级宜为 C10。2桩与承台的连接构造桩嵌入承台内的长度，对于中等直径桩，不宜小于 50mm；对于大直径桩，不宜小于100mm。混凝土桩的桩顶主筋应伸人承台内，其锚固长度不宜小于 35 倍纵向主筋直径。 对于大直径

24、灌注桩，当采用一柱一桩时，可设置承台或将桩与柱直接连接。3柱与承台的连接构造 对于一柱一桩基础，当柱与桩直接连接时，柱纵向主筋锚人桩身内长度不应小于 35 倍纵向主筋直径。对于多桩承台，柱纵向主筋应锚人承台不小于 35 倍纵向主筋直径；当承台高度不满足 锚固要求时，竖向锚固长度不应小于 20 倍纵向主筋直径，并向柱轴线方向呈 90弯折。当有抗震设防要求时，对于一、二级抗震等级的柱，纵向主筋锚固长度应乘以系数 115；对于三级抗震等级的柱，纵向主筋锚固长度应乘以系数 1.15。4承台与承台之间连接构造 当为一柱一桩时，应在桩顶两个主轴方向上设置连系梁。当桩与柱的截面直径之比大于2 时，可不设连系

25、梁。两桩桩基的承台，应在其短向设置连系粱。有抗震设防要求的柱下桩 基承台，宜沿两个主轴方向设置连系梁。连系粱顶面宜与承台顶面位于同一标高。连系粱宽度不宜小于 250mm，其高度可取承台中心距的 110115，且不宜小于 400mm。 连系粱配筋应按计算确定，梁上下部配筋不宜小于 2 根直径 12mm 的钢筋；位于同一轴线上的相邻跨连系梁纵筋应连通。42102承台的计算1承台的抗弯计算 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。破坏时的屈服线如图 4，7 所示，最大弯矩产生于屈服线处。根据极限平衡原理，承台弯矩可进行如下计算。（1）柱下多桩矩形承台

26、见图 47（a）。弯矩的计算截面应取在柱边和承台高度变化 处，并按下列公式计算：M x = N i yiM y = N i xi式中Mx、My垂直 c、y 轴方向计算截面处的弯矩设计值，kNm；xi 、 yi 垂直 c、y 轴方向自桩轴线至相应计算截面的距离，m；Ni 在荷载效应基本组合下，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桩竖向总反力设计值，kN。（2）柱下三桩三角形承台见图 47（6）。弯矩计算截面应取在柱边，并按下列公 式计算：M x = N x xM y = N x y2拄下桩基独立承台的冲切计算当桩基承台的有效高度不足时；承台将产生冲切破坏

27、。承台的冲切破坏主要有两种方式： 一种方式是由柱边缘或承台变阶处沿大于或等于 45斜面拉裂形成冲切锥体破坏；另一种方式是角桩顶部对于承台边缘形成大于或等于 45向上冲切半锥体破坏，如图 4.8 所示。（1）柱对承台的冲切承载力可按下式进行计算（见图 48）：F 2b(b + a(h + a)bf hl0 xc0 y0 yc0 xhp t 0其中Fl = F - N ib 0 x =l0 x + 0.2b 0 y =0.84l0 y + 0.2l0 x =a0 xh0l0 y =a0 yh0式中Fl 不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值，kN；b hp 承台受冲切承载力截面高度影响系数，当 h 800mm 时 b hp 取 10，当 h 2000mm 时 b hp 取 09，其间按线性内插法取值；ft 承台混凝土抗拉强度设计值，kPa；h0 承台冲切破坏锥体的有效高度，m；b 0 x 、 b 0 y x、y 方向柱的冲切系数；l0 x 、 l0 y 冲跨比，其值均应满足 0.251.0 的要求；a0 x 、 a0 y x、y 方向柱边至最近桩边的水平距离，m；hc 、 bc x、y 方向的柱截面的边长，m；F不计承台及其上土重，在荷载效应基本