土木工程专业基础工程3-8 桩基础设计.ppt

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1、第三章桩基础第三章桩基础第一节第一节 概述概述第二节第二节 桩和桩基础的类型及构造桩和桩基础的类型及构造第三节第三节 桩基础的施工桩基础的施工第四节第四节 单桩承载力单桩承载力第五节第五节 基桩内力和位移计算基桩内力和位移计算第六节第六节 群桩基础的竖向分析及验算群桩基础的竖向分析及验算第七节第七节 桩基础设计桩基础设计第七节第七节 桩基础设计桩基础设计一、设计的内容与步骤一、设计的内容与步骤二、桩基础类型的选择二、桩基础类型的选择三、桩径、桩长的拟定三、桩径、桩长的拟定四、四、定桩数及桩位布置定桩数及桩位布置五、桩基础设计方案检验五、桩基础设计方案检验六、六、承台设计承台设计一、内容与步骤一

2、、内容与步骤1 1、收收集集资资料料(上上部部结结构构、工工程程地地质质、施施工工方方面面、当地经验、场地与环境条件等当地经验、场地与环境条件等)2 2、定定桩桩型型、桩桩长长和和桩桩的的截截面面尺尺寸寸，初初选选承承台台底面标高；底面标高；3 3、定单桩承载力定单桩承载力R R；4 4、定桩数及桩位布置；、定桩数及桩位布置；5 5、定群桩承载力及其验算；、定群桩承载力及其验算；6 6、桩基中各桩的受力验算；、桩基中各桩的受力验算；7 7、桩身结构设计；、桩身结构设计；8 8、承台设计；、承台设计；9 9、绘制桩基施工图。、绘制桩基施工图。二、桩基础类型的选择二、桩基础类型的选择桩桩型型：上上

3、部部结结构构的的型型式式、荷荷载载、地地质质条条件件、环环境境条条件件及当地的施工条件和经验。及当地的施工条件和经验。截截面面尺尺寸寸：实实心心方方桩桩边边长长为为300300500500 L=25L=2530m30m（现场预制）（现场预制）L12mL12m（工厂预制）（工厂预制）经经济济角角度度：沉沉管管灌灌注注桩桩最最为为经经济济，后后为为钻钻孔孔灌灌注注撞撞、冲冲孔孔灌灌注注桩桩、人人工工挖挖孔孔桩桩、混混凝凝土土预预制制方方桩桩、普普通通预预应力管桩、预应力高强混凝土管桩、钢管桩应力管桩、预应力高强混凝土管桩、钢管桩周周边边环环境境:城城市市环环境境：不不允允许许打打桩桩时时，选选用用

4、振振动动比比较较小小的的桩桩，如如：钻钻孔孔灌灌注注桩桩、人人工工挖挖孔孔桩桩、冲冲孔孔灌灌注注桩桩、静力压桩等。静力压桩等。建筑物（构筑物）的重要程度。建筑物（构筑物）的重要程度。三、桩径、桩长的拟定三、桩径、桩长的拟定桩桩端端进进入入持持力力层层的的深深度度：粘粘性性土土、粉粉土土2d2d，砂砂类类土土1.5d,1.5d,碎碎石石类类土土1d,1d,当当存存在在软软弱弱下下卧卧层层时时,桩桩端端以以下下硬硬持持力力层层厚厚度度4d,4d,嵌嵌岩岩桩桩进进入入微风化或中等风化的岩体的最小深度微风化或中等风化的岩体的最小深度0.5m.0.5m.临临界界深深度度:砂砂、砾砾临临界界深深度度=（3

5、 31010）d d（d d为为桩径）；粘性土、粉土临界深度桩径）；粘性土、粉土临界深度=（2 26 6）d d四、四、定桩数及桩位布置定桩数及桩位布置1.1.桩的根数桩的根数n n中心荷载作用（轴心受压）：中心荷载作用（轴心受压）：偏心荷载作用（偏心受压）偏心荷载作用（偏心受压）2 2.桩的中心距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。一般情况下：发挥，且给施工带来较大困难。一般情况下：具体见下表规定具体

6、见下表规定3.3.桩位布置桩位布置布置原则：布置原则：各各桩桩受受力力均均匀匀，尽尽可可能能使使上上部部荷荷载载的的中中心心与与群群桩桩的的横截面形心重合或接近；横截面形心重合或接近；偏偏心心作作用用时时，应应增增加加桩桩基基横横截截面面的的惯惯性性矩矩，对对群群桩桩基础，宜采用基础，宜采用外密内松外密内松的布置方式；的布置方式；桩桩在在平平面面上上可可布布置置为为：方方形形（或或矩矩形形）、三三角角形形、多多边边形形、梅梅花花形形；条条形形基基础础下下的的桩桩，可可采采用用单单排排或或双双排，也可采用不等距。排，也可采用不等距。桩在平面上布置桩在平面上布置方形方形(或矩形或矩形)、三角形、梅

7、花形、单排、双排。、三角形、梅花形、单排、双排。五、五、承台设计承台设计1 1、类型：、类型：柱下独立承台、柱下或墙下条形承台梁等。柱下独立承台、柱下或墙下条形承台梁等。2 2、作作用用：是是将将桩桩联联结结成成一一个个整整体体，并并把把建建筑筑物物的的荷荷载传到桩上，因而承台应具有足够的强度、刚度。载传到桩上，因而承台应具有足够的强度、刚度。1 1）外形尺寸及构造外形尺寸及构造外外形形尺尺寸寸：主主要要为为平平面面尺尺寸寸，高高度度是是通通过过抗抗冲冲切切、抗抗剪切确定剪切确定的。的。承承台台的的平平面面尺尺寸寸一一般般由由上上部部结结构构、桩桩数数及及布布桩桩形形式式确确定定。通通常常，柱

8、柱下下桩桩基基采采用用板板式式承承台台（矩矩形形或或三三角角形形）（如如下下图图所所示示）其其剖剖面面形形状状可可作作成成锥锥形形、台台阶阶形形和和平平板形。板形。承台的平面尺寸和厚度：承台的平面尺寸和厚度：厚度：应厚度：应300300，宽度，宽度500500。平平面面尺尺寸寸：承承台台边边缘缘至至边边桩桩中中心心距距离离不不应应小小于于桩桩的的直直径径或或边边长长，切边缘挑出部分应切边缘挑出部分应150150，对于条形承台梁应，对于条形承台梁应7575。桩桩顶顶嵌嵌入入长长度度：为为保保证证群群桩桩与与承承台台之之间间连连接接的的整整体体性性，桩桩顶顶应应嵌嵌入入承承台台一一定定长长度度，对

9、对大大直直径径桩桩宜宜100100；对对中中等等直直径径桩桩宜宜5050。桩桩顶顶主主筋筋锚锚固固长长度度：混混凝凝土土桩桩的的桩桩顶顶主主筋筋应应伸伸入入承承台台内内，其其锚锚固长度宜固长度宜30 30 ，对于抗拔桩基应，对于抗拔桩基应40 40 。承承台台混混凝凝土土强强度度等等级级：承承台台的的混混凝凝土土强强度度等等级级宜宜C15C15，采采用用级钢筋时宜级钢筋时宜C20C20。2 2）构造要求：）构造要求：钢钢筋筋配配置置：承承台台的的配配筋筋按按计计算算确确定定，对对于于矩矩形形承承台台板板，宜宜双双向向均均匀匀配配置置，钢钢筋筋直直径径宜宜 ，间间距距应应满满足足10010020

10、0200；对对于于三三桩桩承承台台，应应按按三三向向板板带带均均匀匀配配置置，最最里里面面3 3根根钢钢筋筋相相交交围围成成的的三三角角形形，应应位位于于柱截面范围以内柱截面范围以内 见图见图。钢钢筋筋保保护护层层厚厚度度：台台底底钢钢筋筋的的混混凝凝土土保保护护层层厚厚度度宜宜7070。当当有有混混凝凝土土垫垫层层时时不不应应小小于于4040，承承台台梁梁的纵向主筋应的纵向主筋应 。柱下多桩矩形承台：柱下多桩矩形承台：计算截面计算截面应取在应取在柱边柱边和和承台高度变化处承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘）（杯口外侧或台阶边缘）(图图8-348-34）式中：式中：MxMx,My-,My-垂直

11、垂直于于x x、y y轴方向计算截面弯矩设计值；轴方向计算截面弯矩设计值；xi,yi-xi,yi-垂直垂直y y轴和轴和x x轴方向自桩轴线到相应轴方向自桩轴线到相应计算截面计算截面距离；距离；Ni-Ni-扣除承台和承台上土重设计值后扣除承台和承台上土重设计值后,桩竖向净桩竖向净 反力设计值；当不考虑承台效应时，则为第反力设计值；当不考虑承台效应时，则为第 i i根桩的竖向总反力设计值根桩的竖向总反力设计值。计算公式：计算公式：3 3、承台正截面弯矩计算：、承台正截面弯矩计算：柱下三桩三角形承台柱下三桩三角形承台计算截面计算截面应在柱边（图应在柱边（图8-358-35）按下式计算：按下式计算：

12、当计算弯矩截面不与主筋方向正交时，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。须对主筋方向角进行换算。承承台台厚厚度度计计算算：冲冲切切及及剪剪切切条条件件确确定定，先先按按冲冲切切计计算算，后后按按剪切验算。剪切验算。承台承台强度计算强度计算：受冲切、受剪切、局部承压和受弯计算。：受冲切、受剪切、局部承压和受弯计算。（1 1）受冲切计算）受冲切计算1 1）破坏特征：）破坏特征：若若承承台台高高度度不不足足，或或承承台台变变阶阶处处的的高高度度不不足足，将将会会产产生生冲冲切切破坏。破坏。其其破破坏坏方方式式分分为为沿沿柱柱边边的的冲冲切切和和基基桩桩对对承承台台的的冲冲切切（其

13、其中中基基桩桩对对承承台台的的冲冲切切主主要要为为柱柱冲冲切切破破坏坏锥锥体体以以外外的的基基桩桩，即即单桩多为角桩对承台的冲切作用）。单桩多为角桩对承台的冲切作用）。4.4.承台厚度和强度计算承台厚度和强度计算柱边冲切破坏锥体柱边冲切破坏锥体斜面与承台底面的斜面与承台底面的夹角大于或等于夹角大于或等于45450 0，该斜面的上周边，该斜面的上周边位于位于柱与承台交接柱与承台交接处或变阶处处或变阶处，下周，下周位于相应的位于相应的桩顶内桩顶内边缘处边缘处（图（图8.368.36）。）。2 2）计算公式：）计算公式：承台抗冲切承载力与冲切锥体有关，用冲跨比表示。承台抗冲切承载力与冲切锥体有关，用

14、冲跨比表示。式中：式中：作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值；作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值；承台混凝土抗拉强度设计值；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；冲切破坏锥体有效高度中线周长；承台冲切破坏锥体的有效高度；承台冲切破坏锥体的有效高度；冲切系数；冲切系数；柱下矩形承台：柱下矩形承台：柱下矩形独立承台受柱冲切时可按下式计算（见图柱下矩形独立承台受柱冲切时可按下式计算（见图8-368-36）：）：式中：式中：由下式计算由下式计算 柱截面长、短边尺寸；柱截面长、短边尺寸；自柱长边或短边到最近桩边的水平距离。自柱长边或短边到最近桩边的水平距离。柱柱下下矩矩形形独独立立承承台

15、台受受柱柱冲冲切切破破坏坏锥锥体体以以外外基基桩桩即即角角桩桩冲冲切切时时验验算公式：算公式：式中：式中：桩顶净反力最大值；桩顶净反力最大值；或或 计算同上，计算同上，角桩内边缘至承台边缘的平行于角桩内边缘至承台边缘的平行于x x、y y轴方向的距离；轴方向的距离；自柱长边或短边到最近桩边的水平距离。自柱长边或短边到最近桩边的水平距离。1 1）破破坏坏特特征征：主主要要为为荷荷载载（最最大大）影影响响的的剪剪切切破破坏坏，即即柱柱与与桩桩边边连连线线所所形形成成的的斜斜截截面面（图图8-378-37）。当当柱柱（墙墙）外外有有多多排排桩桩形形成成多多个个剪剪切切斜斜截截面面时时，对对每每一一个

16、个斜斜截截面面都都要要进进行行受受剪剪承承载载力力计算。计算。2 2）计算公式：柱下等厚度承台的斜截面受剪承载力计算：）计算公式：柱下等厚度承台的斜截面受剪承载力计算：当当1.4 3.0 3.0时时 0.3 1.4 1.4时时 （2 2）受剪切计算）受剪切计算式中：式中：斜截面的最大剪力设计值；斜截面的最大剪力设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；承台计算截面处的计算宽度承台计算截面处的计算宽度;承台计算截面处的有效高度；承台计算截面处的有效高度；剪切系数；剪切系数；计算截面的剪跨比，计算截面的剪跨比，其中其中 (图图8.38)8.38)为边或承台变阶处至为边或承台变阶处

17、至x,yx,y方向计算方向计算一排桩的桩边水平距离，当一排桩的桩边水平距离，当（3 3）局部受压计算）局部受压计算对对于于柱柱下下桩桩基基承承台台，当当混混凝凝土土强强度度等等级级低低于于柱柱的的强强度度等级时，应按混凝土结构验算局部受压承载力。等级时，应按混凝土结构验算局部受压承载力。（4 4）受弯计算）受弯计算 同上同上承台设计小结承台设计小结承台的尺寸和结构承台的尺寸和结构(1)(1)形状形状 方方,矩型矩型,三角形三角形,多边形多边形,圆形圆形(2)(2)最小宽度最小宽度 50 cm50 cm(3)(3)最小厚度最小厚度 30 cm30 cm(4)(4)桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边

18、 15 cm15 cm 边桩中心距离边桩中心距离承台边承台边 1.0d1.0d(5)(5)桩嵌入桩嵌入承台承台大桩横向荷载大桩横向荷载 10 cm,10 cm,小桩小桩 5 cm,5 cm,钢筋伸入钢筋伸入承台承台30d30d；混混凝土标号凝土标号 C15 C15,保护层保护层7cm7cm 1.0d 15cm10 cm承台的厚度的确定承台的厚度的确定主要决定承台的抗冲切和抗剪切主要决定承台的抗冲切和抗剪切沿柱边的冲切沿柱边的冲切,一般沿一般沿4545o o斜截面上产生拉裂斜截面上产生拉裂,锥破坏锥破坏U Um m 冲切面中点周长冲切面中点周长 冲切冲切系数系数,f ft t混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度 F45oh0斜截面的剪切验算斜截面的剪切验算a ax xh h0 0V Vx x=Q Qi i垂垂直直X X方方向向的的斜斜截截面面上上最最大大剪剪力力设设计计值值；剪剪切切系系数数；fcfc混混凝凝土土抗抗压压强度强度 抗弯验算抗弯验算-混凝土与结构力学混凝土与结构力学,决定配筋决定配筋bx