第八章-桩基础.ppt

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1、基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST土木工程系 齐宏伟 赵少飞第八章第八章 桩基础桩基础u中华人民共和国国家标准 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002).中国u中华人民共和国行业标准建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)（2008年10月执行）同时建筑桩基技术规范(JGJ94-94)作废。不讲教材中与作废条文相关的内容；会补充新规不讲教材中与作废条文相关的内容；会补充新规范的内容，请同学们注意记笔记。范的内容，请同学们注意记笔记。桩基础设计依据桩基础设计依据基础工程基础工程 Foundation Engineering华

2、北科技学院华北科技学院 NCUST第八章作业第八章作业8.2、8.3、8.4（p209-210）基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST第一节第一节 桩基础概述桩基础概述深基础主要类型：桩基础桩基础、沉井、地下连续墙等 桩基础优点：具有较高的承载力和稳定性；不仅能有效地承受竖向荷载,还能承受水平力承受水平力和上拔力上拔力;具有良好的抗震、抗爆性能。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST桩基础桩基础构成：桩和承台组成。根据承台的位置，桩基(础)分为：低承台桩基低承台桩基(础)：承

3、台底面低于地面；高承台桩基(础)：承台底面高于地面。(a)承台桩上部结构软弱土层坚硬土层承台桩水体土层(b)基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST一、按承载性状分类一、按承载性状分类桩传递荷载的特点：所承担的荷载，由桩侧阻力桩侧阻力和桩端阻力桩端阻力传到地基上。桩的分类桩的分类基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST根据承载性状，桩分为：根据承载性状，桩分为：1）摩擦型摩擦型桩：桩承受的荷载主要由桩侧阻力承担，细分为：摩擦桩摩擦桩：上部荷载全部全部由桩侧阻力承受；端承端承摩擦摩

4、擦桩桩：承受的荷载主要由桩侧阻力主要由桩侧阻力承担。2）端承型端承型桩：桩承受的荷载主要由桩端阻力承担，细分为 端承桩端承桩：荷载全部由桩端阻力承受；摩擦摩擦端承端承桩：桩：承受的荷载主要由桩端阻力主要由桩端阻力承担。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST举例说明：摩擦型桩：软土中的长桩，软土中的长桩，为为摩擦桩，图(a)；上部土层强度上部土层强度比桩端土层桩端土层较高较高，为端承摩擦桩，图(b)。端承型桩：上部土层软弱上部土层软弱桩端进入稳定的岩层时，为端承桩，图(c)上部土层强度比桩端土层较低较低，为摩擦端承桩，图(d)。摩擦桩摩

5、擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承桩端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩摩擦型桩摩擦型桩端承型桩端承型桩基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST二、按桩身材料分类二、按桩身材料分类n 木桩n 混凝土桩 素混凝土桩 钢筋混凝土桩 预应力混凝土桩n 钢桩基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST三、按施工方法分类三、按施工方法分类预制桩预制桩 桩体在施工前在预制厂或现场制作的桩。桩体在施工前在预制厂或现场制作的桩。根据根据打入方法打入方法可分为：可分为：打入桩、压入桩、振沉桩及旋入桩。打入桩、压入桩、

6、振沉桩及旋入桩。灌注桩灌注桩 在桩位处在桩位处先成孔先成孔，再设置加劲材（如钢筋笼等），然后浇灌，再设置加劲材（如钢筋笼等），然后浇灌 混凝土而形成的桩。混凝土而形成的桩。根据根据成空施工方法成空施工方法可再分为：可再分为：钻孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔桩等。钻孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔桩等。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST桩基础施工动画演示预制桩预制桩灌注桩灌注桩基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST四、按设置效应分类四、按设置效应分类 根据桩对桩周土排挤作用分为挤土桩

7、挤土桩 桩位处的土大量排挤开，桩周土在施工过程中受到严重扰动。例如，实心预制桩、下端封闭的管桩等，在锤击、振动贯入等。非挤土桩非挤土桩 桩对周围土体没有排挤作用。例如，先钻孔先钻孔再打入的预制桩、钻孔（冲孔或挖孔）桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST五、按桩径大小分类五、按桩径大小分类u 小直径桩小直径桩：d250mm 例如，用于基础加固的树根桩树根桩、静压锚杆托换桩等。u 中等直径桩中等直径桩：250mmd40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。对若干个桩静载荷试验结果的处理：当试验各桩的极限承载力的极差平均值的30%时，可取其平均值

8、平均值为单桩竖向极限承载力Qu。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST沉降沉降-时间时间(s-logt)曲线曲线荷载为荷载为Qu相应的相应的s-logt曲线的特点：曲线的特点：沉降沉降-时间曲线急剧变陡，同时时间曲线急剧变陡，同时向下发生转折。向下发生转折。右图右图Qu=？右图中曲线右图中曲线 f，相应的荷载为，相应的荷载为Qu基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（二）按经验公式计算（二）按经验公式计算一般用于初步估算初步估算单桩竖向承载力特征值。基础工程基础工程 Foun

9、dation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST1、按单桩、按单桩极限承载力极限承载力确定单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力特征值特征值Qu单桩竖向极限承载力，kN；up桩身断面周长，m；Ap桩端底面积，m2；qsiu第第i层土层土极限侧阻力极限侧阻力，kPa；qpu桩端土桩端土极限端阻力极限端阻力，kPa；li桩穿越第i层土的长度，m；Ra单桩竖向承载力特征值，kN；k单桩竖向承载力安全系数，取2.0。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、直接建立土层的物理力学状态指标与单桩承载力特、直接建立土层的物理力学

10、状态指标与单桩承载力特 征值的关系征值的关系Ra单桩竖向承载力特征值，kN；qsia第i层土桩桩侧阻力特征值侧阻力特征值，kPa；qpa桩端土端阻力特征值端阻力特征值，kPa。特别的，当桩端嵌入嵌入完整或较完整的硬质岩石中：基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（三）按材料强度确定（三）按材料强度确定1、钢筋混凝土桩的竖向抗压承载力特征值 桩的纵向弯曲系数纵向弯曲系数。低承台桩，一般取=1.0；高承台桩，可取=0.251.0，根据桩端土层及桩上部自由长度确定。2、钢桩的抗压承载力特征值基础工程基础工程 Foundation Engin

11、eering华北科技学院华北科技学院 NCUST第三节第三节 群桩承载力与变形群桩承载力与变形群桩：群桩：2根及根及2根以上的桩群。根以上的桩群。一、一、群桩特点群桩特点二、群桩竖向承载力二、群桩竖向承载力三、群桩基础沉降三、群桩基础沉降基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST一、群桩特点一、群桩特点1、群桩效应 由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩的承载力和沉降性状，往往与相同地质相同地质条件和设置方法条件和设置方法的独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应群桩效应。Qug群桩抗压极限承载力，kN；Qu 单桩抗压极限承载力，k

12、N n 桩数。群桩效应用群桩效应系数描述这些内容在这些内容在桩基新规范被桩基新规范被废除废除基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST群桩变形特点：群桩中由于应力叠加，导致应力的分布范围和强度均较大，应力传递深度也比单桩情况大，因此群桩变形往往大于单桩变形。s(Q)单桩在荷载Q作用下的沉降量，mm；sg(nQ)n根群桩在n倍Q作用下的沉降量，mm。群桩沉降比 基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST群桩效应强弱的主要影响因素：桩距s。桩距s对群桩效应的影响：当桩距s3d(d为桩径）

13、时，地基中附加应力叠加现象严重，群桩效应明显；当桩距s6d(d为桩径）时，地基应力叠加现象不明显，群桩效应消失。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、承台效应承台效应（与旧规范（与旧规范桩承台效应桩承台效应名称不同）名称不同）承台效应：承台效应：现浇钢筋混凝土承台往往与地基土直接接触，在上部荷载作用下，承台将地基土压得更紧密，因此，承台具有一定的承载能力。承台效应系数：承台效应系数：竖向荷载下，承台底地基土承载力的发挥率。复合桩基：复合桩基：由桩和承台下地基土承台下地基土共同承担荷载的桩桩基基础础。复合桩基中，除了桩端阻力和桩侧阻

14、力承担荷载外，承台下地基也承担荷载。减沉复合复合疏桩基础基础 天然软土地基的承载力基本满足要求的情况下，为减小沉降采用疏布摩擦型桩的复合复合桩桩基基。其它相关概念其它相关概念基桩：基桩：桩基础中的单桩单桩。复合基桩复合基桩:单单桩及及其其对应对应面面积积的承台下地基土的承台下地基土组成的复合承复合承载载基基桩桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST二、群桩竖向承载力二、群桩竖向承载力（一）群桩破坏模式（一）群桩破坏模式 1、刺入破坏：桩距足够大且土质软弱土质软弱时，桩体与桩周土的剪切变形较大，桩端桩端刺入刺入其下土层中而发生破坏。塑

15、性区桩端沉降 2、整体剪切破坏：桩体与桩周土的剪切变形较小，桩端土层桩端土层被压缩达到极限平衡状态，发生整体剪切破坏。塑性区桩端沉降一般情况下，群桩破坏兼具上述两种特性一般情况下，群桩破坏兼具上述两种特性。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（二）承载力计算（二）承载力计算1、按刺入模式计算Qug群桩抗压极限承载力，kN；Qui第i根桩的单桩抗压极限承载力，kN。塑性区桩端沉降这些内容在这些内容在桩基新规范被桩基新规范被废除废除基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、按整

16、体破坏模式计算实体深基础：(等代实体深基础与规范称谓不一致)将群桩和桩间土体视为一个实体深基础。FkdDlcdGka0ab0b这些内容在这些内容在桩基新规范被桩基新规范被废除废除基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUSTQug群桩抗压极限承载力，Qpg群桩桩端极限承载力，Qsg群桩外围侧壁极限摩阻力，Ap由群桩外围所限定的实体深基础的底面积，ug由群桩外围所限定的实体深基础的断面周长，l 桩长。群桩的承载力按实体深基础计算如图8-12(p189)：dlFk周长ug面积Ap基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科

17、技学院华北科技学院 NCUST建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范规定：规定：群桩承载力为单桩承载力之和。群桩承载力为单桩承载力之和。这一做法大大简化了群桩承载力的计算。这一做法大大简化了群桩承载力的计算。补补充内容：复合基充内容：复合基桩竖桩竖向承向承载载力特征力特征值值（桩基新规范的内容）（桩基新规范的内容）基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST开开 始始 新新 课课基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST补补充：复合基充：复合基桩桩竖竖向承向承载载力特征力特征值值（桩

18、基新规范的内容）（桩基新规范的内容）不考虑地震作用时 考虑地震作用时其中，Ra单桩竖向承载力特征值；fak承台下1/2b（b为承台宽度）且5m范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值；Ac计算基桩所对应的承台底净面积，桩数为n时，Aps为单桩桩身截面面积；A为承台计算域面积。对于柱下独立桩基，为承台总面积；对桩筏基础，参见桩基新规范p29；a地基抗震承载力调整系数，按现行国家标准建筑抗震设计规范GB 50011采用。c承台效应系数。当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应，取为零。其它可按下表取值：二、群桩竖向承载

19、力二、群桩竖向承载力复合基桩复合基桩:单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST说明：sa/d为桩中心距sa与桩径d之比；Bc/l为承台宽度Bc与桩长l之比。承台效承台效应应系数系数345660.40.060.080.140.170.220.260.320.380.500.800.40.80.080.100.170.200.260.300.380.440.80.100.120.200.220.300.340.440.50单排桩条形承台0.150.180.250.300.380.450.50

20、0.60基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST三、群桩基础沉降三、群桩基础沉降实体深基础法（扩散角法）(等代实体等代实体深基础与规范名称不一致深基础与规范名称不一致)将桩和桩间土看作实体深基础，进而按分层总和法计算实体深基础下实体深基础下土层土层的沉降。适用条件：桩距s6d(d为桩径)扩散角，tan 按表8-1(p191)确定FkdDlcdGka0ab0b实体深基础底部尺寸：由于桩侧摩阻力作用，竖向荷载在桩侧土中以角向下扩散，传到基础底面。等代深基础底面尺寸为：基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院

21、华北科技学院 NCUST实体深基础下附加应力计算：实体深基础下附加应力计算：P0 实体深基础基底基底附加应力；Gk实体深基础的自重，水下按有效重度计；Fk群桩基础上的竖向荷载，按荷载效应的准永久组合准永久组合取值；A 实体深基础底面积，A=ab；cd实体深基础底面处的土自重应力，水位以下按土的有 效重度计算。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST建筑地基基础设计规范单向压缩分层总和法应力计算可用平均附加应力平均附加应力系数：nj 第j层土地计算分层数；p桩基沉降经验系数，根据当地的实测资料确定，可 查表8-2(p191)；m桩端平面以

22、下缩影响范围内天然土层总数；j,i桩端平面以下第j 土层第i 分层竖向附加压力。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST讨论：如果桩距不能满足桩距s6d(d为桩径)条件，如何进行计算？情况一，承台底地基土情况一，承台底地基土分担分担荷载荷载 求解思路：u承台底土所受的压力按布辛奈斯克(Boussinesq)解，计算桩端下的竖向应力；u桩所承受的荷载，桩和桩间土看作实体深基础，按布辛内斯克解，计算桩端下的竖向应力应力；u将两者进行叠加后，按分层综合法计算最终沉降量。情况二，承台底地基土情况二，承台底地基土不分担不分担荷载荷载 荷载由桩端传

23、到桩端下的土层中，不同于荷载由桩端传到桩端下的土层中，不同于布辛内斯克解求解条件，布辛内斯克解求解条件，桩端下的应力需要采用桩端下的应力需要采用明德林明德林(Mindlin)应力解应力解。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST明德林明德林(Mindlin)应力公式应力公式盖德斯盖德斯(Geddes)将桩顶荷载将桩顶荷载Q，在地基中分为三部分承，在地基中分为三部分承担担(系数系数、根据实际实测情况根据实际实测情况)：盖德斯利用盖德斯利用Mindlin应力解，通过积分分别求出这三种荷载对应的地基中的应应力解，通过积分分别求出这三种荷载对应

24、的地基中的应力力Ip,Isr,Ist由解析公式由解析公式(见下页见下页)或查表确定，然后叠加而得到地层中的应力或查表确定，然后叠加而得到地层中的应力然后利用分层总和法计算桩基的沉降量。然后利用分层总和法计算桩基的沉降量。=+Q (1-)QQQlrectangletriangle基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST式中，地基土的泊松比；r桩身半径；l桩长;z计算应力点离桩顶的竖向距离。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST式中，地基土的泊松比；r桩身半径；l桩长;z计算应力点

25、离桩顶的竖向距离。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST实体深基础法和实体深基础法和Mindlin法比较法比较 相同：相同：都属于分层总和法中应力计算；都属于分层总和法中应力计算；差别：差别：附加应力计算采用不同附加应力计算采用不同 实体深基础法中的附加应力采用布辛内斯克解；实体深基础法中的附加应力采用布辛内斯克解；Mindlin法采用法采用Mindlin应力解。应力解。结果比较：结果比较：Mindlin应力解符合实际情况；应力解符合实际情况；但布辛内斯克解计算简单。但布辛内斯克解计算简单。基础工程基础工程 Foundation En

26、gineering华北科技学院华北科技学院 NCUST建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)(JGJ94-2008)补充内容补充内容变刚度调平设计变刚度调平设计参考资料参考资料 1.刘金砺刘金砺(中国建筑科学研究院地基基础研究所、规范的主要撰中国建筑科学研究院地基基础研究所、规范的主要撰稿人稿人)的学术报告：的学术报告：建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范（修订）若干技术（修订）若干技术焦点剖析焦点剖析 2.徐至钧徐至钧,赵锡宏赵锡宏.建筑桩基设计与计算建筑桩基设计与计算桩基变刚度调平设计桩基变刚度调平设计M,2009,北京：机械工业出版社北京：机械工业出版社基础工程基础工程 F

27、oundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST1.1.天然地基箱形基础变形特征天然地基箱形基础变形特征 图1 北京中信国际大厦箱基沉降等值线（s单位：cm）高104m,框筒结构，双层箱基高11.8m；Smax=12.5 cm;Smax=0.004L。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2 2 桩筏基础的变形特征桩筏基础的变形特征图2 南银大厦桩筏基础沉降等值线（建成一年，s单位：cm）高113m，框筒结构，400PHC(预应力高强混凝土管)桩，L=11m,均匀布桩，筏板厚2.5m,建成一年Smax=0

28、.002L。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST3 3 均匀布桩桩顶反力分布特征均匀布桩桩顶反力分布特征图3 武汉某大厦桩箱基础桩顶反力分布框剪结构，框剪结构，500PHC500PHC桩，桩，L=22m,L=22m,均匀布桩；中、边桩反力均匀布桩；中、边桩反力比比=1=1：1.91.9基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST4 4 碟形沉降和马鞍形反力分布的负面效应碟形沉降和马鞍形反力分布的负面效应（1）碟形沉降 引起承台、上部结构的次应力次应力（2）马鞍形反力分布 导致基础

29、的整体弯矩、冲切力、剪力增大对于图1北京中信国际大厦为例，整体弯矩较均布反力增加16.2%；对于图3所示桩筏基础，整体弯矩较均布反力将增加50%以上。图3 武汉某大厦桩箱基础桩顶反力分布基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST5 5 变刚度调平设计变刚度调平设计 图4 均匀布桩与变刚度调平布桩的变形与反力示意图5 变刚度布桩模式基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST6 6 试验验证试验验证粉质粘土地基，20层框筒结构的1/10现场模型试验图6 等桩长与变桩长模型试验(mm)桩顶

30、反力（F=3250KN）差别很大差别很大差别不大差别不大基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST7 7 变刚度调平概念设计优点变刚度调平概念设计优点（1）减小核心筒冲切力，降低承台整体弯矩；（2）优化承台设计，降低造价；（3）减小差异变形差异变形，降低上部结构刚度次应力，提高耐久性；（4）合理发挥桩土共同作用。提供冲切力基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST8 8 工程应用工程应用北京皂君庙电信楼、山东农业银行大厦、北京长青大厦等北京皂君庙电信楼、山东农业银行大厦、北京长青大厦

31、等1010余项工余项工程桩基设计进行优化，节约造价程桩基设计进行优化，节约造价21002100余万元；余万元；Smax35mm,Smax35mm,Smax0.0008LSmax0.0008L。计实施：需要计实施：需要JCCADJCCAD设计软件进行。设计软件进行。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST近几年来，北京皂君庙电信楼、北京电视中心，北京万豪大酒店，近几年来，北京皂君庙电信楼、北京电视中心，北京万豪大酒店，威海海悦国际大酒店威海海悦国际大酒店等数十个工程的桩基础均采用变刚度调等数十个工程的桩基础均采用变刚度调平概念设计。平概念

32、设计。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST思考题（任选一个）：思考题（任选一个）：1.桩基变刚度调平设计有何优点？如何调整桩基的刚度？桩基变刚度调平设计有何优点？如何调整桩基的刚度？2.Mindlin法与实体深基础法计算桩基沉降量有何异同？各自法与实体深基础法计算桩基沉降量有何异同？各自的优点是什么？的优点是什么？3.Mindlin法如何计算桩端下的应力？法如何计算桩端下的应力？基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST第四节第四节 桩基础设计桩基础设计设计内容和步骤：收集设计

33、资料，包括建筑、结构设计资料和岩土工程勘 查报告等；选择桩的类型和几何尺寸（桩的断面尺寸、桩长），确 定桩端持力层和承台埋深；确定单桩承载力；确定群桩桩数并布桩，确定承台类型及尺寸；桩基承载力与变形验算；桩身结构设计；承台结构设计。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST一、选择桩的类型和几何尺寸一、选择桩的类型和几何尺寸1）桩类型的选取综合考虑因素：建筑物对桩基的功能要求、地层条件、施工工艺及环境等方面因素。楼层数灌注桩预制桩 2m)1.5 D或D+1.5m(当D2m)沉管夯扩桩钻孔挤扩桩非饱和土2.2D且4.0d2.0D且3.5d饱

34、和黏性土2.5D且4.5d2.2D且4.0d注：1.d 圆桩直径或方桩边长，D扩大端设计直径。2.当纵横向桩距不相等时，其最小中心距应满足“其他情况”一栏的规定。3.当为端承型桩时，非挤土灌注桩的“其他情况”一栏可减小至减小至2.5d2.5d。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST四、桩基承载力与沉降验算四、桩基承载力与沉降验算（一）承载力验算（一）承载力验算1、桩顶荷载计算轴轴心心竖竖向力作用：向力作用：dlGkFkxyFk相应于荷载效应标准组合时，作用 在桩基承台顶面的竖向压力，kN；Gk桩基承台自重及承台上土自重标准 值，kN；

35、Qk相应于荷载效应标准组合时，单桩的轴力，kN；基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST偏心竖向力作用：偏心竖向力作用：dlFkGkMykxyxiyiQik相应于荷载效应标准组合时，偏心 竖向力作用下第i根桩的轴力，kN；Mxk、Myk相应于荷载效应标准组合时，作用于承台底面通过桩群形心 的x、y轴的力矩，kNm；xi、yi第i根桩至群桩形心的y、x轴线的 距离，m；n 桩基中的桩数。MykMxk基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST偏心荷载作用下柱顶荷载计算公式的说明偏心荷载

36、作用下柱顶荷载计算公式的说明:材料力学知识，材料力学知识，力矩力矩M作用下的应力计算作用下的应力计算:基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST桩基承受水平荷载承受水平荷载：各桩桩顶所受水平荷载可按各桩抗弯刚 度进行分配。各桩截面相等时：Hk相应于荷载效应标准组合时，作用于承台底面的水平力；Hik相应于荷载效应标准组合时，第i根桩的水平力。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、单桩承载力验算轴心竖向力作用 偏心竖向力作用 水平荷载作用 基础工程基础工程 Foundation

37、Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（二）桩基软弱下卧层承载力及桩基沉降验算桩基软弱下卧层承载力及桩基沉降验算软弱下卧层的验算，同浅基础；软弱下卧层的验算，同浅基础；桩基础的沉降验算：桩基础的沉降验算：不得超过建筑物的沉降允许值(表2-8，p50）；最终沉降量的计算方法见本章第三节。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST五、桩身结构设计五、桩身结构设计（一）灌注桩（一）灌注桩桩的承载力桩的承载力Ra满足桩身要求：满足桩身要求：1、桩身材料强度验算、桩身材料强度验算Q 相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值，k

38、N；Ap 桩身横截面积，m2；fc 混凝土轴心抗压强度设计值，kPa；c工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.60.7（水下灌注桩或长桩用低值）。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST1、桩身材料强度验算、桩身材料强度验算2、构造要求、构造要求混凝土：C20；C25(水下导管灌注混凝土)钢筋率：最小配筋率 0.2%0.65%（小直径桩取大值）。配筋长度：长度应根据计算确定：水平荷载和弯矩引起的桩身弯矩；长度应根据计算确定：水平荷载和弯矩引起的桩身弯矩；构造要求：构造要求：u配筋长度应穿越承台下的淤泥、淤泥质土或液化土层；u通长配

39、筋情况：坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应。u桩径d600mm的钻孔灌注桩：钢筋长度桩长的2/3。箍筋：6200，宜采用螺旋式或焊接环式。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（一）灌注桩（一）灌注桩（二）钢筋混凝土预制桩（二）钢筋混凝土预制桩1、使用阶段桩身强度验算、使用阶段桩身强度验算 验算同灌注桩。2、施工阶段桩身强度验算、施工阶段桩身强度验算 运输起吊时 以桩身作为梁，吊点为支座，进行受弯验算。锤击时 自重乘以动力系数k=1.5作为桩的荷载。3、抗裂验算、抗裂验算 在预制桩吊装过程；在预应力混凝土桩在

40、使用期间。图8-18 预制桩的吊点位置和弯矩图(a)双点起吊 (b)单点吊立(a)(b)基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST4、构造要求、构造要求混凝土 预制混凝土桩C30；预应力混凝土桩C40。钢筋 纵筋：数量应通过强度计算确定 最小配筋率0.8%(比较灌注桩要求：比较灌注桩要求：0.2%0.65%)箍筋：直径：6 8 间距：200mm，并在桩上下两端适当加密。详细内容自学详细内容自学基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（一）灌注桩（一）灌注桩（二）钢筋混凝土预制桩（二

41、）钢筋混凝土预制桩（三）钢管桩（三）钢管桩钢管壁厚度：分别验算使用时期和施工时期的强度和稳定性。管壁厚度设计包括：有效厚度：按强度设计法；腐蚀厚度腐蚀厚度：根据钢管桩使用年限，环境腐蚀能力及防腐措施等确定。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST六、承台结构设计六、承台结构设计承台作用：承台作用：将多根桩连接成整体，并将上部荷载传递到各桩。承台设计：承台设计：根据承台的抗冲切、抗剪切和抗弯等要求确定承台平面承台平面尺寸、厚度及配筋尺寸、厚度及配筋等。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院

42、NCUST(a)矩形承台 (b)三桩承台 (c)梁式承台梁式承台承台结构形式承台结构形式 板式承台、梁式承台板式承台、梁式承台基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST承台设计内容承台设计内容(一一)、构造设计、构造设计(二二)、受弯计算、受弯计算 柱下多桩柱下多桩矩形承台；矩形承台；柱下三桩柱下三桩三角形承台：三角形承台：等边三桩承台；等边三桩承台；等腰三桩承台等腰三桩承台(三三)、受冲切计算、受冲切计算 柱对承台的冲切；柱对承台的冲切；角桩对承台的冲切角桩对承台的冲切(四四)、受剪切计算、受剪切计算 等截面承台；阶梯形承台；锥形承台等

43、截面承台；阶梯形承台；锥形承台(五五)、承台间连接、承台间连接基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（一）承台构造要求（一）承台构造要求承台与桩的连接承台与桩的连接（板式及梁式承台）（板式及梁式承台）桩顶伸入承台长度 50mm；100mm(受水平力)桩与承台连接的主筋 数量：412；长度：按钢筋锚固确定。承台混凝土 C20；承台钢筋保护层厚度（与浅基础情况一致）（与浅基础情况一致）：70mm(无混凝土垫层)40mm(有混凝土垫层)基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST构造设计

44、构造设计相关尺寸相关尺寸（板式及梁式承台）（板式及梁式承台）承台厚度300mm；宽度500mm。边桩与承台 边桩中心至承台边缘的距离大于桩的直径(或边长)。桩的外边缘至承台边缘的距离：板式承台：150mm；梁式承台：75mm。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST钢筋钢筋构造设计构造设计梁式承台 满足混凝土结构设计规范 最小配筋率。直径：主筋12mm；架立筋10mm 箍筋 6mm。矩形板式承台 钢筋应按双向通长布置。钢筋直径10mm，间距200mm。三角形三桩承台 钢筋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

45、。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST（二）承台抗弯承载力计算（二）承台抗弯承载力计算n墙下梁式承台：按连续梁计算。墙下梁式承台：按连续梁计算。n柱下板式承台：抗弯如何计算？柱下板式承台：抗弯如何计算？基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST1、承台破坏特点与计算原理、承台破坏特点与计算原理 承台在开裂破坏过程中，总是在两个方向上相互交替承担上部主要荷载，呈梁式破坏。分别讨论四桩承台和三桩承台情况。分别讨论四桩承台和三桩承台情况。基础工程基础工程 Foundation Eng

46、ineering华北科技学院华北科技学院 NCUST 四桩承台破坏模式：四桩承台破坏模式：弯曲破坏裂缝裂缝在平行于柱边的两个方向上交替发展，最后形成如图所示的破坏模式。最大弯矩位置：在柱边位置。最大弯矩位置：在柱边位置。抗弯配筋计算：抗弯配筋计算：承台按悬臂板（梁）计算承台按悬臂板（梁）计算。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST三桩承台破坏模式：三桩承台破坏模式：初始裂缝多在承台中部出现，逐渐向外发展形成各种不同的破坏模式，分为等边三角形承台、等腰三角形承台情况，如图所示。等边三角形承台等边三角形承台基础工程基础工程 Foundat

47、ion Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST等腰三桩承台等腰三桩承台等腰三桩承台破坏及计算示意等腰三桩承台破坏及计算示意c2破坏模式1破坏模式2基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST2、弯矩计算（简化计算法）、弯矩计算（简化计算法）(1)多桩矩形承台多桩矩形承台 计算位置：取柱边柱边和承台高度变化处承台高度变化处。Mtx、Mty分别为绕x轴和y轴弯矩 设计值，kNm；xti、yti 沿x轴和y轴，桩轴线到计算 截面的距离，m；Ni 扣除承台和其上填土自重扣除承台和其上填土自重，相 应于荷载效应基本组合时的第i 根

48、桩的竖向力设计值竖向力设计值，kN。计 算如下：yyxxh0Nixtiyti图8-22 矩形承台抗弯验算截面基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUSTF相应于荷载效应基本组合时，作 用于承台底面的柱轴力设计值柱轴力设计值；Mx、My相应于荷载效应基本组合 时，作用于承台底面，绕过 桩群形心的x轴、y轴的力矩。xi、yi第i根桩至群桩形心的y轴、x轴 线的距离，m；n 桩基中的桩数。dlFkGkMykxyxiyiMykMxk基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST(2)柱下三桩柱下三

49、桩三角形承台三角形承台分两类三桩承台计算：分两类三桩承台计算：等边三桩承台；等边三桩承台；等腰三角形承台。等腰三角形承台。基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST等边三桩承台弯矩计算等边三桩承台弯矩计算M 由承台形心至承台边距离由承台形心至承台边距离范围内板带范围内板带的弯矩设计值；的弯矩设计值；Nmax扣除扣除承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本组合时的组合时的最大单桩竖向力最大单桩竖向力设计值；设计值；s 桩距；桩距；c 方形柱子边长，直径方形柱子边长，直径d的圆形柱子时的圆形

50、柱子时 c=0.886d（由面积相同（由面积相同c2=d2/4，得到：，得到：基础工程基础工程 Foundation Engineering华北科技学院华北科技学院 NCUST等腰三桩承台弯矩计算等腰三桩承台弯矩计算M1、M2 分别为分别为承台形心到承台两腰和底边承台形心到承台两腰和底边的距离范围内板的距离范围内板 带的弯矩设计值；带的弯矩设计值；Nmax 扣除扣除承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应 基本组合时的基本组合时的最大单桩竖向力最大单桩竖向力设计值；设计值；c 1、c2分别为垂直于、平行于承台底边的柱子边长；分别为垂直于、平行于承台底