《基础工程设计》word版

1、 基础工程学第一章1建筑物下面的土层或岩体承担着建筑物的全部荷载，将受到建筑物荷载影响的那一部分土层（相当于压缩层范围内土层）或岩层称为地基，而将建（构）筑物的下部结构称为基础。2土层分布较均匀的地基称为均质地基。3特殊性土地基主要指湿陷性黄土地基膨胀土地基软土地基冻土地基等。4湿陷性黄土地基湿陷性黄土（在一定压力下受水侵湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉的黄土）5膨胀土地基因膨胀土的粘粒成分主要由亲水矿物（如蒙脱石水云母等）组成，吸水膨胀失水收缩或反复涨缩是膨胀土地基的变形特点。6软土地基由淤泥淤泥质土冲填土杂填土或其他高压缩性土层构成的地基属软土地基。7冻土地基在寒冷地区，土中液态水因

2、温度低于0摄氏度而结冰因冰胶结土粒形成冻土。冻土分为季节性冻土（冬季冻结，春季融化）和多年性冻土（在年平均气温低于0摄氏度的地区，仅表层土因气温升高而融化，其下部土层终年处于冻结状态）。8无筋扩展基础（刚性基础）砖基础毛石基础灰土基础混凝土基础等均属无筋扩展基础，也称刚性基础。9钢筋混凝土基础属柔性基础。10墙下条形基础墙下条形基础分刚性及柔性两种。11单独（独立）基础独立基础按基础形式又可分为墩式基础杯形基础及壳体基础。常见的墩式基础有垂直式斜坡式及阶梯式。杯形基础多用于装配式钢筋混凝土桩基，为了便于预制柱竖立于基础之上，在基础上预留出杯口，故称为杯形基础。壳体基础常作为烟囱水塔料仓等筒形构

3、筑物的基础。12为了满足地基承载力的要求，将基础底面积扩大，形成柱列（单向）或柱网（双向）下的条形基础，以及整片连续设置于建筑物之下的筏板基础箱型基础等，均属连续基础。13按基础的特殊作用及特殊施工方法分a地下连续墙基础b沉井基础c桩基础14按基础的埋置深度分a浅基础b深基础15基础工程设计时需注意的事项a对地质资料的分析判断对上部结构的分析保证设计方案的合理性设计方案应与施工技术的可行性相适应工程造价应尽可能经济合理6基础工程设计的基本原则a基地压力应不大于修正后的地基承载力特征值b地基变形值应不大于建筑物的地基变形允许值c水平荷载作用时应满足稳定性要求第二章1基础埋置深度基础埋置深度（埋深

4、）指设计地面标高至基础底面的标高差。a依建筑物的使用要求荷载大小及性质选择埋深。b依建筑场地工程地质及水文地质条件选择埋深。c考虑地基土冻胀和融陷的影响确定埋深。d考虑对已有建筑物基础的影响确定埋深。e考虑地下水及地表水对基础埋深的影响。2确定地基承载力a按理论公式确定地基承载力。b按原位测试法求地基承载力。c地基承载力特征值的修正。d基础底面压力验算e软弱下卧层承载力验算。确定基础底面尺寸 特当基础上的总荷载、基础埋深及修正后的地基承载力征值已知, 即可求算出基础底面尺寸。轴心受压基础 在竖向轴心荷载作用下,可将基础底面的压力看作是均匀分布。此时, 基底压力应不大于 该处修正后的地基承载力特

5、征值偏心受压基础 当基础所受荷载除竖向荷载外还有水平力及弯矩作用时,该基础应属偏心荷载作用基础, 并应考虑最不利荷载组合,此时基底压力已不是均匀分布, 可按材料力学偏心受压公式求算基 底最大压力 pkmax ( kPa )和最小压力 pkmin ( kPa ) 。地基变形计算地基基础设计,除所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定外, 对设计等级 为甲级、乙级及表 2 10 以外的丙级建筑物均应按地基变形设计对地基进行变形验算, 且变形值不超过允许值。有下列情况之一时,仍应作变形验算：(1 )地基承载力特征值小于 130kPa ,且体形复杂的建筑; (2 )在基础上及其附近有地面堆载或

6、相邻基础荷载差异较大, 可能引起地基产生过大的不 均匀沉降时; (3 )软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时; (4 )相邻建筑距离过近, 可能发生倾斜时; (5 )地基内有厚度较大或厚薄不均的填土, 其自重固结未完成时。地基变形允许值1计算地基变形时, 传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,不应计入风荷载和地震作用, 相应的限值应为地基变形允许值。2地基变形的特征指对各类建( 构)筑物不利的地基沉降变形形式 可分为沉降量、沉降差、 倾斜、局部倾斜等等。3因为在地基土质不均、并且有较大荷载差异时, 当基础附近有地面堆载或受相邻基础荷载影响时,或者因沉降不均影响建筑物使

7、用功能时, 都 会使该类结构的相邻基础出现沉降差。所以,计算部位应选在可能产生较大沉降差的相邻两 基础处。地基变形计算1地基土的变形特征,对粘性土, 包括瞬时沉降、固结沉降( 主固结沉降) 及次固结沉降三部分。2进行地基变形计算时,应注意以下几点: (1 )当受相邻荷载作用时, 基底下各深度处的附加应力应包括基础自身引起的附加应力及相邻荷载在沉降计算点下引起的附加应力之和。(2 )计算超固结土层的沉降时, 当该深度处自重应力与附加应力之和不大于先期固结应力时,应将再压缩指数参与计算; 当大于先期固结应力时,应将压缩指数参与计算。(3 )当大面积深基坑开挖后, 地基土发生回弹,则应分别算出因挖土

8、卸载产生的回弹量、因结构建造时的加载但未超过开挖的土重时所产生的再压缩量及因结构建造时继续加载超过开挖的土重时所产生的压缩量。再压缩量及压缩量组成基础沉降量,计算时, 地基中自重应力分布曲线已从地面开始变为从基础底面开始算起,且基底处附加应力即为基底压力。 3采用分层总和法计算地基沉降量时,一般取基底以下某一深度处附加应力与自重应力的比值为0.2(一般土 )或0.1( 软土)处作为沉降计算深度的界限。若在沉降计算深度以下有压缩性较大的土层时, 应往下继续计算沉降至压缩性较大土层 底面为止。减小沉降危害的措施结构设计措施(1 )增加建筑物刚度。(2 )设置圈梁。(3 )纵横墙布置合理。(4 )加

9、强基础的刚度及强度。特别是在软弱地基、压缩性不均匀的地基土上, 可采用十字交叉基础筏基或箱基。对体型复杂, 荷载差异较大的框架结构,可采用箱基、桩基、厚筏等, 以减少不均匀沉降。(5 )减小并调整基底附加应力。建筑设计措施(1 )力求建筑物体形简单。(2 )设置沉降缝。这是减少不均匀沉降的有效方式。(3 )控制相邻建筑物的间距。(4 )调整建筑物有关部位的设计标高。施工措施在施工过程中,一方面要维护好地基土, 以免扰动后承载力降低。另一方面则应依不同荷载主体合理安排施工进程, 如对荷载差异较大的主楼及裙楼建筑,可先施工大荷载的主楼, 后施工轻荷载裙楼, 其间最好间隔一段时间。需注意 该施工措施

10、只能调整建筑物总沉降差的一部分, 如在软土中, 按正常速度施工, 施工期间的沉降量仅为总沉降量的 5%20%。地基稳定性验算对承受很大风力或地震力作用的高层建筑或烟囱、水塔等高耸构筑物, 作用于建(构)筑物的水平荷载或倾覆力矩很大,又如高压线塔架基础、锚拉基础、挡土墙、堤坝、桥台等, 都需考虑其稳定性。对位于斜坡面或坡顶上的建(构) 筑物, 则需考虑边坡稳定性。对含软弱夹层的地基土、地基土变形范围内存在倾斜基岩面, 或基底下存在隐伏软弱结构面时, 都可能引起地基稳定性破坏。地基抗水平滑动的稳定性验算受到竖向及水平向荷载作用的基础,当水平荷载较大而竖向荷载相对较小时, 一般需验算地基抗水平滑动稳

11、定性。地基整体滑动稳定性验算当地基土含软土或软弱夹层时,在竖向及水平向荷载作用下, 可能引起地基整体滑动, 此 时需进行地基整体滑动稳定性验算。无筋扩展基础(刚性基础)将上部结构传来的荷载,通过向侧边扩散至一定底面积内, 使作用在基底的压应力不大于地基土的允许承载力,而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求, 这种起到压力扩散图 2 9 刚性基础构造示意图d柱 中纵 向钢筋 直径作用的基础称为扩展基础。无筋扩展基础是用混凝土、毛石混凝土、砖、三合土及灰土等材料建造的不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础, 它是建 ( 构) 筑物最常用的基础形式。钢筋混凝土扩展基础具有良好抗弯 抗剪能力的

12、钢筋混凝土基础,可称为柔性基础。而柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝 土条形基础均称为钢筋混凝土扩展基础。钢筋混凝土扩展基础的构造要求垫层钢筋混凝土基础底板下一般需浇筑一层厚度 70100mm 的素混凝土垫层。它既是基础 底板钢筋绑扎的工作面,又可保证基础底板的质量, 并保护地基土不被扰动。垫层素混凝土强度等级不低于 C10, 且每边应宽于底板 50mm。底板现浇钢筋混凝土基础底板厚度除按计算确定外, 墙下条基底板厚度不宜小于 200mm。阶梯形基础每阶高度宜为 300500mm。底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm, 其间距不宜大于 200mm, 也不宜小于100mm。基础混凝土强度等级

13、不宜低于 C20。钢筋混凝土独立基础与柱的连接(1 )现浇柱基础。现浇柱的基础, 其插筋的数量、直径及钢筋种类应与柱内纵向受力筋相同。(2 )预制柱基础。墙下钢筋混凝土条形基础基础底板厚度的确定配筋计算柱下钢筋混凝土独立基础当基底面积较大、而基础厚度较薄时, 基础受荷载后, 可能会沿柱边缘或台阶变截面处产 生近 45方向的斜拉裂缝, 形成冲切角锥体, 此种现象属冲切破坏。1确定中心受压独立基础底板厚度中心受压独立基础配筋计算偏心受压独立基础设计(1 )基础底板厚度的计算(2 )基础底板配筋计算柱下钢筋混凝土条形基础柱下钢筋混凝土条形基础体型呈单向或双向条状,常作为排架或框架结构的基础, 条形钢

14、筋混凝土基础也称做基础梁,双向条基即十字交叉基础。柱下钢筋混凝土条形基础的构造要求柱下条基的横剖面一般为倒置 T 形, 基础底板挑出部分称为翼板 ,其余部分称肋梁。除符合钢筋混凝土扩展基础的构造要求外,对柱下条基, 其翼板厚度不宜小于 200mm, 当翼板厚度为 200250mm 时, 宜采用等厚度翼板, 当翼板厚度大于250mm 时, 宜用变厚度翼板,其坡度不大于 13, 柱下条基的肋梁高宜为柱距的 1/ 41/ 8。一般情况下,条基的端部应向外伸出, 其长度宜为第一跨距的 0. 250. 3 倍,但不宜伸出太长。在软土地区,柱下条基底部应铺垫厚度不小于100mm 的砂石垫层, 对刚度较小的

15、基础梁可不铺垫层。为了使基础截面拉、压区配筋量比例适中,并考虑可能出现的整体弯 曲,顶部钢筋按计算配筋全部贯通, 底部通长筋截面积不得小于底部纵向筋总面积的 1/ 3。梁 上部及下部的纵向受力筋配筋率均不小于 0. 2%。对高度大于 700mm 的基础梁, 还应加设腰 筋,在肋梁两侧沿高度每隔 300400mm设置一根, 其直径不小于10mm。基础梁底板的构造要求与墙下钢筋混凝土条基相同。柱下单向钢筋混凝土条形基础的内力计算柱下条基的计算方法较多,总体上可分为倒梁法( 反梁法)和弹性地基梁计算法两类。概述倒梁法倒梁法计算时, 可采用静力平衡法、连续梁系数法及经验系数法。(1 )计算时作如下假定

16、 将条基视为一倒置的连续梁,把柱脚视为基础梁的支座, 将地基净反力作为基础梁上的荷载。 梁下地基反力呈直线分布,按柱子传到梁上的荷载, 利用平衡条件即可求得地基反力的分布。将竖向荷载的合力重心尽量调整至与基础的形心重合, 两者的偏心距以不大于基础长度的 3%为宜。当呈现对称荷载和对称基础时,地基反力按均布考虑。 基础翼板按悬臂板计算,当横向有弯矩荷载时, 地基反力以悬臂外伸部分的净反力值计算。(2 )设计步骤 绘出计算简图,包括有关尺寸、荷载、埋深等以 MA = 0, 求荷载合力重心位置,将偏心地基反力变为均布反力,再确定悬臂长及基础梁总长度, 使荷载重心与基础形心重合,按基础梁总长确定底板宽

17、度,计算横向地基净反力。算出底板悬臂的地基平均净反力, 并按斜截面受剪承载 力确定板厚并计算配筋量。按倒梁法计算条基纵向肋梁的内力, 以确定肋梁高度及配筋量。静力平衡法连续梁系数法经验系数法当地基强度及均匀性、上部结构刚度、荷载分布等情况与地基反力呈直线分布的假定条件相差很大时,则应采用弹性地基梁计算方法。在工程设计中较实用的弹性地基梁计算法主要是基床系数法。柱下十字交叉基础十字交叉基础的交叉点位于柱荷载作用点处,该处所受柱子的竖向荷载, 由纵横方向的基础梁共同承担。进行十字交叉基础设计时,必须解决结点处柱竖向荷载如何分配于纵横方向的基础梁上。结点荷载分配结点分配荷载的调整筏板基础当地基承载力

18、较小,且强度不均时, 若传给基础的荷载很大, 以致采用柱下条基甚至十字交叉基础也不能满足地基承载力及变形要求时,则可将基础底面积进一步扩大, 使基础面积等于甚至大于底层面积,形成连续的钢筋混凝土大板基础, 简称筏板基础。筏板基础的底面积大,能承受更大荷载, 又因整体刚度加强, 减小了结构物局部不均匀沉降。按所支承的上部结构类型,可将筏板基础分为墙下筏基和柱下筏基两类, 而根据筏基是否含有肋梁又可分为肋梁式(梁板式) 筏基和平板式筏基。墙下筏基通常做成无梁等厚的钢筋混凝土平板,即平板式筏基, 墙下浅埋筏基适于承重横墙较密、不超过六层的民用建筑。筏基的设计及构造要求(1 )设计时应使柱荷载分布均匀

19、, 尽量使荷载合力与筏基形心重合。(2 )筏基混凝土强度等级不应低于C30 ,当有地下室时, 应采用防水混凝土,防水混凝土抗 渗等级不应小于 0. 6MPa。(3 )筏板基础的配筋由计算确定。(4 )筏板悬挑长度的确定。对于墙下筏基,按经济条件以及降低地基附加压力和沉降的实效, 筏板悬挑墙外的长度从轴线起算,横向不宜大于10001500mm,纵向不宜大于 6001 000mm。对于肋梁式筏板, 当肋梁不外伸时,挑出长度不宜大于2000mm,边缘厚不小于200mm ,可做成坡形, 双向挑出, 且应在板角底部布置放射状附加筋。(5 )筏基埋深及变形验算。筏板基础内力计算刚性板法筏基的计算方法主要有

20、以下几类:当平板式筏板较规则, 柱距较均匀,板截面形状一致时将筏板划分成条带(或称板带、截条) , 并忽略各条带间剪力产生的静力不平衡情况,将各条带 近似地按基础梁计算其内力,此方法称为条带法。当梁板式筏基上柱网的长短跨比值不大时, 可将筏基视为双向多跨连续板,用双向板法( 倒楼盖法)计算筏基的内力。当筏板形态不规则, 刚度不够大,柱距不等且荷载复杂时,应采用弹性板法。2两种计算内力的方法：条带法 。双向板法。第 五 章 桩 基 础桩基础能较好地适应各种地质条件、工程要求及荷载情况,又具有承载力大、稳定性好、绝对变形和相对变形值小,特别是变形速率小、收敛快等特点桩的分类与选型桩基的适用范围建(

21、构) 筑物的基础是否采用桩基础,应由建筑场地的地质条件、上部结构对地基基础承载力、沉降及稳定性的要求、经济上是否合理等诸因素决定。通常在以下情况时采用桩基:(1 )地下水位较高的软弱地基上建筑荷载较大或较重要的建筑物时, 若采用浅基础可能会产生过量沉降,为了将建筑物的地基变形控制在允许范围内, 常常采用桩基础。(2)对地面有大面积堆载的单层厂房、仓库等。(3)高层房屋或高耸建筑物。(4)有大吨位重级工作制吊车的重型单层厂房和露天吊车的柱基。(5)对地基沉降及沉降速率有严格要求的精密设备基础。(6)当相邻建( 构)筑物间距较小时。(7)当地基上部软弱土层较厚不宜作为持力层。(8)在覆盖层厚度悬殊

22、的山区、丘陵地带,为了防止出现沉降不均, 也常常采用桩基础。(9 )在抗震设防区。桩既可作为建(构) 筑物的基础,又可用于地基处理, 还可作为挡土支护结构。桩的分类目前, 主要按桩的不同功能，桩与土相互作用的特点、桩的材料、桩的承台位置、桩 的挤土作用及不同的成桩方法进行分按桩的功能分类类。承受轴向压力的桩承受轴向拔力的桩承受横向荷载的桩按桩与土相互作用的特点分类受竖向荷载的桩(1 )摩擦桩。在竖向荷载作用下, 主要靠桩侧地基土摩阻力支承荷载, 桩所发挥的承载力以桩侧摩阻力为主时,统称为摩擦桩。处于以下情况的桩可视为摩擦桩。 桩端无坚实持力层且不扩底的桩,因桩端阻力不大, 主要靠摩阻力支承。长

23、径比很大的桩,灌注桩施工成孔后。在进行打入桩施工过程中。(2 )端承桩。在竖向荷载作用下, 主要靠桩端坚实土层或岩层的阻力支承荷载,桩所发挥的承载力以桩端阻力为主时,统称为端承桩。处于以下情况的桩属端承桩。桩的长径比不太大,并且桩端置于坚硬粘土层、砂砾石层等坚实的土层或岩层中, 这类桩的端阻力所占比例较大,属端承桩。桩端持力层的承载力虽不是很大,但桩端直径被扩大较多, 使桩端总阻力所占比例较大时,也应视为端承桩。受横向荷载的桩(1 )主动桩。建筑物的桩基础受风载、地震水平荷载、车辆制动力等作用时, 桩顶承受横向荷载,这时桩身( 主要是桩上半段)轴线偏离初始位置, 桩侧所受的土压力是因为桩主动变

24、位而产生,将这类桩视为主动桩。(2 )被动桩。位于深基坑四周的支挡桩、堤岸边的支护桩及斜坡体中的抗滑桩,都需承受横向荷载,即沿桩身一定范围内承受着桩侧土压力, 使桩身轴线因土压力作用而偏离初始位 置,将这类桩视为被动桩。按制桩材料分类木桩钢桩混凝土桩及钢筋混凝土桩灰土桩、砂桩、碎石桩按桩承台位置分类承台一般均位于地面或水面以上, 称为高承台桩基, 也 称高桩。桩身全部埋于土中, 承台底面与土体接触,称为低承台桩基, 又称低桩。按施工时桩的挤土作用分类挤土桩部分挤土桩非挤土桩按成桩方法分类成桩方法可分为两类:用已经预制成型的桩体并采用锤击、振动冲击或静压等方法将桩体沉入地基土体中,能适合这种方法

25、成桩的, 如木桩、钢桩、钢筋混凝土预制桩、预应力钢筋混凝土桩等,均属预制桩。通常所称的预制桩往往指钢筋混凝土预制桩。当在桩位采用各种方法成孔,如钻机成孔、沉管成孔,或者人工挖孔等, 然后在桩孔内灌注成钢筋混凝土桩,则属就地成孔灌注桩,简称灌注桩。预制桩(1 )预制桩的特点及适用范围一般采用锤击法沉桩。由于预制桩沉桩过程并不复杂,一般来讲, 施工质量较稳定。因受桩截面面积、桩长及沉桩机械设备能力的限制, 一般单桩承载力可达 3 000kN , 在采用大功率打桩设备的海洋工程中,由于桩的几何尺寸大, 单桩承载力可达 100 000kN。预制桩的适用范围也有其局限性,例如, 当需穿过较厚的硬夹层(硬

26、塑粘性土层, 中密以上砂土层)时, 除非采用植桩、射水等辅助沉桩措施, 否则难以穿过。因此,进入硬粘土层、砂砾土层及强风化基岩的深度不大,并往往将以上硬土层作为桩端持力层。由于沉桩过程中产生的挤土效应,特别是在饱和软粘土地区沉桩, 可能导致邻近建筑物、道路、地下管线等受损。当施打顺序安排不当,会造成部分桩的端部达不到设计标高, 以致需截去设计桩顶标高以上的桩体,造成浪费。由于预制桩需承受运输、起吊及锤击过程中的应力,混凝土的强度等级较高, 含 钢量也较大,所以其造价往往高于灌注桩。由于绝大多数预制桩是采用锤击法沉桩, 施工过程中所产生的振动及噪声会影响周围环境,所以, 预制桩在城市建设中的使用

27、往往受到限制。(2 )常用的预制桩类型普通钢筋混凝土预制桩,即实心方桩。这是使用最多的一种桩型。预应力钢筋混凝土桩。灌注桩灌注桩的成桩方法是采用钻、挖、冲击或沉管等方法就地成孔,并在孔内放置钢筋笼, 然后灌注混凝土而成桩。目前,灌注桩的成桩方式已达 20 多种,按成桩过程及桩土的相互影响, 仍可分为非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩及挤土灌注桩三大类。(1 )非挤土灌注桩干作业成孔灌注桩泥浆护壁成孔灌注桩(2 )部分挤土灌注桩(3 )挤土灌注桩桩型及成桩工艺选择地质条件持力层的埋深土层中的洞穴及障碍物土层是否具有湿陷性、膨胀性土层是否具有可液化、沉陷的性质水文地质条件建筑物的特点及荷载性质对于重要的

28、建筑物及不均匀沉降敏感的建筑物,选择的桩型及成桩工艺必须稳妥可靠, 在所处的地质条件下,不宜采用成桩质量易出现隐患的桩型而应选择成桩质量稳定的桩型。对于大荷载高重建筑物,首先应考虑单桩承载力足够大的桩型。施工环境及施工技术条件建筑场地附近的相邻建筑物、道路、地下管线、堤坝等建( 构) 筑物及设施与建筑场地的距离是否太近。建筑场地是否适应大型机械设备的进出场。经济指标选择桩型时,不能仅考虑单桩的成本, 原材料、人工、设备、能源等消耗以及施工时对环境的维护费用都应综合考虑,并折算成综合造价, 与其他方案进行综合性指标的对比后选其优,才能使工程造价更合理。竖向荷载下单桩的承载力单桩承载力包括土对桩的

29、阻力及桩结构自身的承载力两部分。桩、土体系的荷载传递荷载传递机理荷载传递规律(1 )桩在竖向荷载下发生压缩及沉降的同时, 一方面在桩身侧面引起土体的剪切变形(紧贴桩身界面的土随着桩一起位 移) ,该剪应变服从土体的剪应力剪切位移关系。另一方面在桩底面引起土体压缩变形,它服从土体的压应力 竖向位移关系(3 )桩、土的刚度比 Ep/ Es (即桩身相对刚度 )愈大,桩端阻力所分担的荷载比例也愈大, 侧阻力发挥值也相应增大; 对于 Ep/ Es 10 的中长桩 ( L/ d25) ,其桩端阻力接近于零。(4 )扩大端直径与桩身直径比 D/ d 愈大,桩端阻力分担的荷载比例也愈大。(5 )桩的长径比

30、L/ d 对荷载传递的影响也较大。单桩的破坏模式与极限承载力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即为单桩竖向极限承载力。通常桩的破坏是由地基土强 度破坏造成的,只有在桩侧土及桩端土能提供的承载力超过桩身强度所能承受的荷载时, 才会 出现由桩身材料强度破坏而引起的桩的破坏。单桩竖向承载力的确定确定单桩承载力的方法有计算法、静载荷试验法、原位测试法及经验参数法等。现将有关规范确定单桩竖向承载力的规定介绍如下:(1 )单桩竖向承载力特征值 Ra 应通过单桩竖向静载荷试验确定( 将静载荷试验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数2,得单桩竖向承载力特征值 Ra

31、)。在同一条件下的试桩数量, 不宜少于总桩数的 1% ,且不应少于 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, 对单桩承载力很高的大直径端承桩,可采用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值。地基基础设计等级为丙级的建筑物, 可采用静力触探及标准贯入试验参数确定单桩竖向承载力特征值 Ra 。岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布; 并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。当桩端无沉碴时,桩端岩石承载力特征值应根据岩石饱 和单轴抗压强度或按岩基载荷试验确定。 注意,确定单桩竖向承载力时, 应重视类似工程、邻近工程的经验。按建筑桩基技术规范(JGJ94 94

32、) ,单桩竖向极限承载力标准值应按下列规定确定: (1 )一级建筑桩基应采用现场静载荷试验, 并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定单桩竖向极限承载力标准值 Qu k。(2 )二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算, 并参照地质条件相同的试桩资料,综合确定单桩竖向极限承载力标准值, 当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时, 应由现场静载荷试验确定。 (3 )对三级建筑桩基, 如无原位测试资料时可利用承载力经验参数估算单桩竖向极限承载力标准值。单桩竖向抗拔承载力桩的抗拔承载力取决于桩身材料(包括桩在承台中的嵌固) 强度及桩土间的抗拔侧阻力。桩的抗拔承载力由桩侧阻力、桩身重力

33、及上拔形成的桩端真空吸力组成。抗拔桩极限承载力的计算方法一般可分为两类。一类是先假定不同的桩基破坏模式, 以土的抗剪强度及侧压力系数等主要参数按理论公式计算出桩的抗拔极限承载力。另一类方法是以试桩资料为基础,建立起桩的抗拔侧阻力与抗压侧阻力之间的关系及抗拔破坏模式, 并得出相应的经验公式,以该经验公式确定抗拔极限承载力。四 群桩基础竖向承载力的确定等代墩基法按单桩极限承载力计算群桩基础承载力实体深基础法桩基础的沉降计算1 .按经验方法计算单桩沉降 s按原位测试结果估算群桩沉降量 s建筑桩基技术规范公式建筑地基基础设计规范公式六 软弱下卧层承载力验算在验算时,应区分持力层发生的冲剪破坏模式是整体

34、冲剪破坏还是各基桩单独冲剪破坏, 对不同的破坏模式应采用不同的验算方法。整体冲剪破坏各基桩单独冲剪破坏桩的负摩阻力问题桩周土也产生向下的位移并且比桩的沉降量更大时,此时桩周土对桩侧产生向下的摩阻力, 称之为负摩阻力。产生负摩阻力的条件,只有当桩周地基土对桩而言产生向下位移时, 才可能出现负摩阻力,(1 )当桩穿越较厚的松散填土或欠固结土层而进入相对较硬土层时, 如果桩侧土在自重作用下的固结沉降量大于桩的沉降量时,该土层会对桩产生负摩阻力。(2)当桩穿越较厚的自重湿陷性黄土、季节性冻土层或者可液化土层而支承于较坚硬或较 稳定的土层中时,由于黄土浸水会导致土体结构破坏, 强度降低而产生湿陷, 冻土

35、会因温度升高产生融沉,可液化土层受到地震或其他动荷载时则产生液化而重新固结, 当桩基处于以上地基土中时,都会因地基土产生大量沉降而使桩侧出现负摩阻力。(3 )若因人工降水或其他原因造成大面积地下水位下降, 桩侧土中的有效应力必然增加, 若此时桩侧土产生显著的压缩沉降(如出现地面下沉) ,也会产生负摩阻力。(4 )当桩周存在有软弱土层, 而邻近桩侧的地面承受局部较大的长期荷载, 或者桩侧地面因大面积堆载(包括土石方) 而引起地面大量下沉时,也会产生负摩阻力。(5 )在饱和软土中进行桩距较密的打入桩施工, 会产生超孔隙水压力及土体大量上涌现象,在超孔隙水压力消散的过程中及重塑土重新固结时也会产生负

36、摩阻力。负摩阻力的计算(1 )有效应力法。(2 )按土的力学参数确定负摩阻力。下拉荷载的计算对于单桩基础,负摩阻力产生的下拉荷载为桩侧负摩阻力的总和。桩基的水平承载力水平荷载下单桩的破坏性状刚性桩 (短桩)的破坏半刚性桩 (中长桩)的破坏柔性桩 (无限长桩)的破坏单桩水平承载力及水平位移的确定单桩的水平承载力取决于桩的材料强度、截面刚度、入土深度、桩侧土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等因素, 而且不同抗弯性能的桩,其破坏性状也不同, 所以应按不同的标准来确定它们的承载力大小。单桩水平静载试验法试验装置及方法按试验成果确定单桩水平承载力确定地基土水平抗力系数的比例系数“ m”值计算分析

37、法(1 )常数法。假定地基水平抗力系数 k( z)沿深度均匀分布, 即定为常数。(2 ) C 值法。假定 k( z)是随深度 z 按 k ( z) = Cz 1/ 2 呈抛物线分布, C为随土类不同而采用的比例常数,这是我国交通部门20世纪70年代提出的方法。(3“) K”法。假定 k( z)在桩轴第一位移零点以上为凹形抛物线分布,以下即为常数, 也称安格尔斯基法。(4“) m”法。半经验公式法水平荷载作用下的群桩承载力桩身承载力验算桩身轴心受压条件下的压曲验算轴力，弯矩和水平力联合作用下弯矩、水平力作用平面内桩身强度的验算。桩基结构设计资料准备岩土工程勘察资料(1 )对桩型、桩尖持力层、桩长

38、及桩径提出最佳方案;按室内及原位测试参数和地区经验提出的摩阻力、端阻力, 以及预估的单桩极限承载力值;沉降计算参数、对单桩及群桩的估算沉降量以及软弱下卧层的强度验算;负摩阻力对桩基承载力的影响; 分析桩侧堆载、桩侧开挖引起地基土的水平移动对桩基础的影响,以及沉桩及挤土效应对已有工程的影响, 并提出保护措施的建议。(2 )岩土埋藏条件及设计所需的岩土物理力学性能指标值, 持力层及软弱下卧层的埋深、厚度、性状及其变化情况。当采用基岩作为桩的持力层时, 应对基岩的岩性、构造、岩面变化、风化程度、强度、完整性、基本质量等级以及有无洞穴、临空面、破碎岩体及软弱岩层等等作出判定。(3 )对建筑场地的不良地

39、质作用、可液化土层和特殊性岩土的分布及其对桩基的危害程度,有明确的判断及结论, 并提出防治措施的建议。(4 )水文地质条件及地下水对桩基设计和施工的影响, 以及水质对建筑材料的腐蚀性判定。(5 )有关地基土冻胀性、湿陷性、膨胀性的资料, 抗震设防区按设防烈度提供的液化地层资料。(6 )现场试桩资料以及附近类似桩基工程经验资料。场地、环境及施工技术条件的有关资料有关资料应包括: (1 )反映交通设施、高压架空线、地下管线、地下障碍物及地下构筑物等分布情况的建筑场地平面图。(2 )相邻建筑物的安全等级、基础形式及埋深,周围建筑物的防震、防噪音要求。 (3 )泥浆排放, 弃土堆放及外运条件。(4 )

40、成桩机具设备条件、制桩条件、动力条件以及对地质条件的适应性, 各施工技术的成熟性。(5 )施工机械设备的进出场及现场运行条件建筑物的有关资料 (1 )建筑物的总平面布置图。(2 )建筑物的结构类型、荷载及对基础竖向、水平向承载力及位移的要求。(3 )建筑物的安全等级、抗震设防烈度和建筑抗震类别。设计原则(1 )应根据桩基损坏造成建筑物破坏后果的严重性, 确定桩基的安全等级。(2 )对所有桩基均应进行承载能力极限状态的计算。(3 )对某些情况下的桩基应进行变形验算。(4 )桩身及承台抗裂和裂缝宽度验算。对软土地区、湿陷性黄土地区、季节性冻土和膨胀土地区、岩溶地区、岸坡地带及抗震设防区等特殊条件下

41、的桩基设计,国家规范还分别给出了相应的设计原则( 详见有关规范) , 设计时须遵照执行。桩基构造要求灌注桩(1 )配筋率。(2 )配筋长度。(3 )主筋。(4 )箍筋。(5 )混凝土(6 )扩底端尺寸混凝土预制桩(1 )截面尺寸(2 )配筋要求混凝土桩分节数(5 )桩尖要求。承台构造(1 )承台的构造尺寸。(2 )混凝土。(3 )钢筋配置。(4 )桩与承台的连接。(5 )承台之间的连接。(6 )承台埋深桩基形式的选择及桩的布置桩基形式的选择桩的布置桩基础计算桩顶作用效应计算基桩桩顶荷载效应计算 地震作用效应计算基桩承载力验算(1 )当考虑荷载效应基本组合时(2 )当考虑地震作用效应组合时承台计

42、算承台受弯计算(1 )板式承台受弯计算(2 )梁式承台受弯计算梁式承台可分为柱下条形承台梁和墙下条形承台梁两种。承台受冲切计算(1 )板式承台受冲切计算(2 )承台梁受冲切计算3. 承台受剪计算(1 )承台板受剪计算(2 )承台梁受剪计算局部受压计算桩基设计步骤及计算实例(1 )依勘察报告结合上部结构的荷载要求及其功能特点确定桩基持力层。(2 )确定桩型、桩几何尺寸, 并满足桩构造要求。(3 )依试桩资料、土的原位测试成果、有关规范及当地经验确定单桩承载力R。(4 )按上部结构各部位荷载性质及大小, 初步确定各荷载单元承台形式、桩数及其平面布置。(5 )在满足承台构造要求的前提下初步确定承台几

43、何尺寸和埋深。(6 )对承台中各部位基桩进行荷载效应及承载力验算。若不满足要求则返回至步骤( 4 ) ,重新调整桩数及平面布置。(7 )对承台进行受冲切、受剪、受弯配筋及局部受压的结构计算。当不满足要求时, 则需对承台的相应几何尺寸及配筋率进行调整直至满足要求。(8 )对桩数不少于9 根且不少于2 排的群桩, 应按实体基础验算桩基承载力;(9 )绘制桩基结构图。设计计算实例持力层选择桩型选择确定单桩承载力初步确定桩数桩平面布置桩顶荷载效应计算复合基桩承载力验算承台计算基坑开挖支护及降水边坡稳定性及边坡工程安全等级(一)边坡稳定性的分析方法, 工程中常用的仍是极限平衡法(二) 粘性土边坡稳定性分

44、析1 .费伦纽斯经验法2 .毕肖甫法3 .稳定系数法按坡率法判定边坡稳定性边坡及基坑工程安全等级支护结构的型式基坑土壁的支护型式, 要根据土体性质、水文地质条件、开挖深度、宽度及边坡堆载等情况综合考虑后才能选定。基坑围护结构型式基坑围护结构型式主要有以下几类:(1 )放坡开挖及简易围护结构。(2 )悬臂式围护结构。(3 )重力式围护结构。(4 )内撑式围护结构。(5 )拉锚式围护结构。(6 )土钉墙围护结构。(7 )其他围护结构。基坑围护结构(1 )竖向板( 横向板)支撑。(2 )钢板桩。(3 )钢筋混凝土板桩。(4 )钻孔灌注桩挡墙。(5 ) H 型钢支柱木挡板支护墙。(6 )地下连续墙。(

45、7 )深层搅拌水泥土桩挡墙。(8 )旋喷桩帷幕墙。(9 )土钉墙。支撑及锚杆。支撑: 常用的支撑形式有对撑、角撑, 对于圆形或近方形基坑还可采用圆形、拱形支撑。锚杆: 在大面积深基坑开挖工程中支护结构的破坏形式及荷载计算进行支护结构设计时, 应根据地质条件、边坡受荷载情况、施工环境条件及基坑设计开挖规模, 确定合适的支护结构型式, 根据支护结构所承受的荷载进行支护结构计算。支护结构的破坏形式及计算内容支护结构可将其分为两大类, 即非重力式支护结构和重力式支护结构。非重力式支护结构拉锚破坏或支撑压曲支护墙底部移动支护墙面变形过大或弯曲破坏非重力式结构的稳定性破坏有以下几种情况墙后土体整体滑动失稳

46、基坑底部隆起管涌重力式支护结构倾覆滑移土体整体滑动失稳、坑底隆起及管涌支护结构的荷载计算支护结构所承受的荷载包括土压力、水压力及墙后地面的附加荷载。朗肯理论土压力计算主动土压力计算被动土压力计算特殊情况下的土压力计算(1 )墙后填土面上有连续均布荷载(2 )墙背面及填土面倾斜, 且填土面上有连续均布荷载(3 )墙后填土面上有局部均布荷载(4 )墙后土体为多层土时(5 )墙后土体有地下水时(6 )墙背倾斜时土压力计算按建筑基坑支护技术规程( JGJ120 99 )公式计算(1 )基坑外侧水平荷载计算对于碎石土及砂土对于粉土及粘性土(2 )基坑内侧水平抗力计算对于砂土及碎石土对于粉土及粘性土库伦理

47、论土压力计算主动土压力计算浅基坑(槽)支护计算基坑( 槽)壁连续横向( 水平)板式支撑水平向挡土板计算立柱计算横撑计算基坑( 槽)壁连续竖直板式支撑横撑木的布置位置, 可按各层横撑木间距相等或间距不相等(等弯矩) 两种情况考虑。横撑等距布置计算横撑不等距(等弯矩)布置计算深基坑非重力式支护结构计算板桩计算板桩的支护形式主要有悬臂式、单锚(支撑) 式及多锚(支撑) 式几种。悬臂式板桩计算单锚(支撑) 板桩计算1 .单锚浅埋(下端铰支) 板桩计算2 .单锚深埋(下端固定) 板桩计算多锚(支撑) 式板桩计算1 .确定锚杆(支撑) 位置(1 )等弯矩布置(2 )等反力布置2 .确定土压力的分布图式3 .计算支锚反力4 .计算入土深度(1 )盾恩近似法(2 )等值梁法非重力式支护结构的稳定验算1 .整体滑动失稳验算2 .基坑底隆起验算常用的验算方法有以下几种:(1 )地基稳定验算法(2 )地基强度验算法(3 )同时考虑c、值的抗隆起验算法3 .管涌及冲溃坑底验算钻孔灌注挡土桩支护计算挡土桩支