4 桩基础4.7-4.91.ppt

1、4.7 桩的平面布置原则,p.160,1.平面布置形式,对称式梅花式行列式,环状排列， 不等距排列， 外密内疏等,为了使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。,在有门洞的墙下布桩时，应将桩设置在门洞的两侧。梁式或板式承台下的群桩，布桩时应多布设在柱、墙下，减少梁和板跨中的桩数，以使梁、板中的弯矩尽量减小。,为了节省承台用料和减少承台施工的工作量，在可能情况下，墙下应尽量采用单排桩基，柱下的桩数也应尽量减少。一般地说，桩数较少而桩长较大的摩擦型桩基，无论在承台的设计和施工方面，还是在提高群桩的承载力以及减小桩基沉降量方面，都比桩数多而桩长小的桩基优越。,

2、2. 桩的间距,桩的间距(中心距)一般采用34倍桩径。间距太大会增加承台的体积和用料，太小则将使桩基(摩擦型桩)的沉降量增加，且给施工造成困难。,建筑地基基础设计规范规定：摩擦型桩的间距不宜小于桩径的3倍；扩底灌注桩的间距不宜小于扩底直径的1.5倍，当扩底直径大于2m时，桩端净距不宜小于1m。对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距宜适当加大。 参见表4-9、表4-10。,4.8 桩承台的设计,承台类型：柱下独立承台（板式承台）、柱下或墙下条形 承台（梁式承台）、筏形承台、箱形承台等,4.8.1 构造要求,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宜小于桩的直径或边长，且

3、桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm。对于墙下条形承台，桩的外边缘至承台边缘的距离不小于75mm。,500,d,150,条形承台和柱下独立桩基承台的最小厚度为300mm。,承台混凝土强度等级不应低于C20，承台底面钢筋的混凝土保护层厚度不应小于70mm，当有混凝土垫层时，不应小于40mm。,承台的配筋，对于矩形承台，钢筋应按双向均匀通长布置，钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm；对于三桩承台，钢筋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。,桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于钢筋直径（HPB235

4、级钢筋）的30倍和钢筋直径（HRB335级钢筋和HRB400级钢筋）的35倍。,承台之间的连接，对于单桩承台，宜在两个互相垂直的方向上设置联系梁；对于两桩承台，宜在其短向设置联系梁；有抗震要求的柱下独立承台，宜在两个主轴方向设置联系梁。联系梁顶面宜与承台位于同一标高。,当柱截面周边位于桩的钢筋笼以内，柱下端已设置两个方向与柱可靠连结的具有足够抗弯刚度的联系梁，以及在桩顶以下4/范围内无软弱土层存在时，可采用单桩支承单柱的桩基型式，此时，柱下端与桩连接处可不设置承台。但宜在桩顶设置钢筋网，或在桩顶将桩的纵向受力钢筋水平向内弯至柱边并加构造环向钢筋连接，并应采取其它有效的构造措施。,4.8.2 柱

5、下桩基独立承台,1. 受弯计算 (1)柱下多桩 矩形承台,MxNiyi MyNixi,式中 Mx、My分别为垂直于y轴和x轴方向计算截面处的弯矩设计值； xi、yi垂直于y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离； Ni扣除承台和其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时的第i桩竖向力设计值。,其他理论：,拉杆,确保锚固长度,(2)柱下三桩三角形承台 柱下三桩承台分等边和等腰两种形式，其受弯破坏模式有所不同，后者呈明显的梁式破坏特征。,1)等边三桩承台 由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值M按下式计算：,式中 Nmax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组 合时的最大单桩

6、竖向力设计值； s桩距； c方柱边长，圆柱时c0.866d （d为圆柱直径）。,2)等腰三桩承台,承台弯矩按下式计算：,式中 M1、M2分别为由承台形心到承台两腰和底边的 距离范围内板带的弯矩设计值； s长向桩距； 短向桩距与长向桩距之比，当小于0.5 时，应按变截面的二桩承台设计；,2.承台受冲切计算,(1)柱对承台的冲切,式中 Fl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，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变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45；,hp受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，hp取1.0， 当h大

7、于等于2000mm时，hp取0.9，其间按线性内插法取用；,ft承台混凝土轴心抗拉强度 设计值； h0冲切破坏锥体的有效高 度；,0 x、0y冲切系数； 0 x、0y冲跨比，0 xa0 xh0、0ya0yh0，a0 x、a0y为柱边或变阶处至桩边的水平距离；当a0 x（a0y）h0时，a0 x（a0y）h0；,柱根部轴力设计值； Ni冲切破坏锥体范围内各 桩的净反力设计值之和。,(2)角桩对承台的冲切,1)矩形承台受角桩冲切,式中Nl扣除承台和其上填土自重后角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时 的竖向力设计值； 1x、1y角桩冲切系数； 1x、1y角桩冲跨比，其值满足0.21.0，1xa1xh0、

8、 1ya1yh0； c1、c2从角桩内边缘至承台外边缘的距离；,a1x、a1y从承台底角桩内边缘引45冲切线与承台顶面或承台变阶处相交点至角桩内边缘的水平距离； h0承台外边缘的有效高度。,2)三桩三角形承台受角桩冲切,底部角桩,顶部角桩,式中 11、12角桩冲跨比，11a11h0、 12a12h0； a11、a12从承台底角桩内边缘向相邻承台边引45冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；当柱位于该45线以内时，则取柱边与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线。,对圆柱和圆桩，计算时可将圆形截面按等周长原则换算成正方形截面，即取方形截面边长b=0.8d（d为圆形截面直径）。,3. 承台受剪切计算

9、,柱下桩基独立承台应分别对柱边和桩边、变截面和桩边联线形成的斜截面进行受剪计算。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时，尚应对每个斜截面进行验算。,式中 V扣除承台及其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时斜截面的最大剪力设计值； hs受剪切承载力截面高度影响系数，hs（800h0）1/4，当h0小于800mm时，h0取800mm，当h0大于2000mm时，h0取2000mm；,剪切系数； 计算截面的剪跨比，xax/ h0，yay/ h0。此处，ax、ay 为柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距 离，当3时，取3； b0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。,4

10、.承台局部受压计算 当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时， 尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。,4.9 桩基础设计的一般步骤,4.9.1 必要的资料准备,桩基设计前必须具备的资料主要有：建筑物类型及其规模、岩土工程勘察报告、施工机具和技术条件、环境条件、检测条件及当地桩基工程经验等，其中，岩土工程勘察资料是桩基设计的主要依据。,4.9.2 选定桩型，确定单桩竖向及水平承载力,1.桩的类型、截面和桩长的选择,1）桩的类别（预制桩或灌注桩） 桩类选择应考虑的主要因素是：场地的地层条件、各类型桩的成桩工艺和适用范围。 下列地质条件不宜选用预制桩： ） 预制桩的穿透能力有限，当土中

11、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。,软土地区的桩基，应考虑桩周土自重固结、蠕变、大面积堆载及施工中挤土对桩基的影响，在层厚较大的高灵敏度流塑粘性土中（如我国东南沿海的淤泥和淤泥质土），不宜采用大片密集有挤土效应的桩基，宜采用承载力高而桩数较少的桩基。,同一结构单元宜避免采用不同类型的桩。,为什么？,2）桩的截面尺寸和长度 桩的截面尺寸选择应考虑的主要因素是:成桩工艺和结构的荷载情况。,从楼层数和荷载大小来看（如为工业厂房可将荷载折算为相应的楼层数），建筑桩基可考虑采用的桩的截面尺寸：,a）10层以下

12、：直径500mm左右的灌注桩、边长为400mm的预制桩； b）1020层：直径8001000mm的灌注桩、边长450500mm的预制桩； c）2030层：直径10001200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩、边长等于或直径等于或大于500mm的预制桩； d）3040层：直径大于1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩、边长500550 mm的预应力混凝土管桩和大直径钢管桩； e）楼层更多的高层建筑所采用的挖孔灌注桩直径可达5m左右。,3)桩的设计长度 主要取决于桩端持力层的选择。通常，坚实土（岩）层（可用触探试验或其它指标来鉴别）最适宜作为桩端持力层。对于10层以下的房屋，如在桩端可达的深度内无坚实土层时

13、，也可选择中等强度的土层作为桩端持力层。,桩端进入坚实土层的深度，应根据地质条件、荷载及施工工艺确定，一般不宜小于13倍桩径（对粘性土、粉土不宜小于2倍桩径；砂类土不宜小于1.5倍桩径；碎石类土不宜小于1倍桩径）。 对薄持力层、且其下存在软弱下卧层时，桩端以下坚实土层的厚度不宜小于4倍桩径。,当硬持力层较厚且施工条件许可时，为充分发挥桩的承载力，桩端全断面进入持力层的深度宜尽可能达到该土层桩端阻力的临界深度（砂与碎石类土为310倍桩径；粉土、粘性土为26倍桩径）,对于穿越软弱土层而支承在倾斜岩层面上的桩，当风化岩层厚度小于2倍桩径时，桩端应进入新鲜或微风化基岩。端承桩嵌入微风化或中等风化岩体的

14、最小深度，不宜小于0.5m，以确保桩端与岩体接触。,同一基础的邻桩桩底高差，对于非嵌岩桩，不宜超过相邻桩的中心距，对于摩擦型桩，在相同土层中不宜超过桩长的110。,嵌岩桩或端承桩桩端以下3倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带、洞穴和空隙分布；在桩端应力扩散范围内应无岩体临空面（例如沟、槽、洞穴的侧面，或倾斜、陡立的岩面)。,实践证明，作为基础施工图设计依据的详细勘察阶段的工作精度，较难满足这类桩的设计和施工要求。所以，在桩基方案选定之后，还应根据桩位进行专门的桩基勘察，或施工时在桩孔下方钻取岩芯（“超前钻”），以便针对各根桩的持力层选择埋入深度。,高层或重型建筑物采用大直径桩通常是有利的，但在

15、碳酸岩类岩石地基，当岩溶很发育、而洞穴顶板厚度不大时，为满足桩底下有3倍桩径厚度的持力层的要求及有利于荷载的扩散，宜采用直径较小的桩和条形或筏板承台。,超前钻,4）桩长的施工控制 为保证桩的施工长度满足设计桩长的要求，打入桩的入土深度应按桩端设计标高和最后贯入度（经试打确定）二方面控制。 最后贯入度是指打桩结束以前每次锤击的沉入量，通常以最后每阵（10击）的平均贯入量表示。一般要求最后二、三阵的平均贯入量（贯入度）为1030mm阵（锤重、桩长者取大值，质量为7t以上的单动蒸汽锤、柴油锤可增至3050mm阵）。,桩长的施工控制原则： 打进可塑或硬可塑粘性土中的摩擦型桩，沉桩深度宜按桩端设计标高控

16、制，同时以最后贯入度作参考，并尽可能使同一承台或同一地段内各桩的桩端实际标高大致相同； 打到基岩面或坚实土层的端承型桩，沉桩深度宜按最后贯入度控制，同时以桩端设计标高作参考，并要求各桩的贯入度比较接近； 大直径的钻（冲、挖）孔桩则以取出的岩屑（可分辨出风化程度）为主、结合钻进速度等来确定施工桩长。,2. 确定单桩竖向及水平承载力 桩的类型和几何尺寸确定之后，应初步确定承台底面标高，然后按4.3节、4.6节的方法计算单桩竖向及水平承载力。,4.9.3 桩的平面布置及承载力验算,1.桩的根数和布置,一般可先按nFk/Ra估算桩数（偏心受压时桩数再增加10%20%），然后进行桩的平面布置，确定承台平

17、面尺寸。,2. 桩基承载力验算,轴心竖向力作用下：QkRa (4-80),偏心竖向力作用下： QkRa (4-80) Qkmax1.2Ra (4-81),水平力作用下： Hik RHa,抗震设防区,Qk1.25RaQkmax1.5Ra,(1)单桩承载力验算,(2)桩基软弱下卧层承载力验算,当桩基的持力层下存在软弱下卧层，尤其是当桩基的平面尺寸较大、桩基持力层的厚度相对地较薄时，应考虑桩端平面下受力层范围内的软弱下卧层发生强度破坏的可能性。对于桩距s6d 的非端承群桩基础，桩基下方有限厚度持力层的冲剪破坏，一般可按整体冲剪破坏考虑。此时，桩基软弱下卧层承载力验算常将桩与桩间土的整体视作实体深基础

18、，实体深基础的底面位于桩端平面处，其验算方法按浅基础的软弱下卧层验算方法进行。,(3)桩基沉降验算 一般来说，对地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基，体型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建筑物桩基，以及摩擦型桩基，应进行沉降验算； 对于地基基础设计等级为丙级的建筑物，可根据当地工程经验估算建筑物的沉降量，也可不进行沉降验算。 而对于嵌岩桩、对沉降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基、吊车工作级别A5及A5以下的单层工业厂房桩基（桩端下为密实土层），可不进行沉降验算；当有可靠地区经验时，对地质条件不复杂、荷载均匀、对沉降无特殊要求的端承型桩基也可不进行沉降验算。,4.9

19、.4 桩身结构设计 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，桩身强度应符合下式要求： 桩轴心受压时 （4-87） 式中 fc混凝土轴心抗压强度设计值，按现行混凝土结构 设计规范取值； Q 相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值， Q1.35Qk； c 工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.60.7 （水下灌注桩或长桩时用低值)。,桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8；静压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6；灌注桩最小配筋率不宜小于0.20.65(小直径桩取大值)。 配筋长度： 受水

20、平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。 桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层。 坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋。 桩径大于600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的23。,承台设计，绘制施工图,桩的质量检验 采用某种方法设置于土中的预制桩，或在地下隐蔽条件下成型的灌注桩，均应进行施工监督、现场记录和质量检测，以保证质量，减少隐患。特别是大直径桩采用一柱一桩的工程，桩基的质量检测就更为重要。 目前已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。这种方法只能对所暴露的桩身进行观察检查。,2）抽芯法。 在灌注桩桩身内钻孔（直径100150mm），了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和入泥等情况，取混凝土芯样进行观察和单轴抗压试验。有条件时可采用钻孔电视直接观察孔壁孔底质量。,3）声波检测法。 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。为此，预先在桩中埋入34根金属管，然后，在其中一根管内放入发射器，而在其它管中放入接收器，并记录不同深度处的检测资料。,桩基础超声波试验