建筑桩基规范讲座讲稿课件

建筑桩基设计方法及实例分析

—献给不盲从规范，而寻求利用自然规律的工程师

杨琦

中国建筑西北设计研究院概要结合新的桩基规范的新增内容，介绍建筑桩基设计的方法、过程及常见问题，并附以实例分析。以新增内容、常用内容、本地土质和常见问题为重点，不求面面具到。对于规范既要认真学习、正确使用，又要在工程中不断创新，积累经验，修改完善。1.桩基规范的新增内容

1)变刚度调平设计…突破了原有规范的不合理规定

2)耐久性规定…和新的砼规范协调一致

3)后压浆…已使用多年，给予合法化和正规化

4)软土地基减沉桩…已使用多年，给予合法化和正规化

5)单桩及疏桩沉降计算…原有方法的修改和完善

6)桩身承载力的计算…原有方法的修改和完善

7)长螺旋钻孔压灌桩…已使用多年，给予合法化和正规化

8)预应力空心桩…已使用多年，进一步完善

9)相关经验系数的调整…应该在经验的积累中不断调整3.桩型的选择

主要考虑因素：荷载的大小，土层分布，施工工艺和经济性

常用桩型：

1）机械或锅锥成孔钢筋混凝土灌注桩…最常用

2）预制钢筋混凝土方桩及预应力管桩…无硬夹层，桩端持力层土层硬、厚，且层面起伏小。

3）人工挖孔桩…不适合于地下水位高的砂土及淤泥土，桩径不小于800mm，桩长不大于30m。

特殊桩型：

1）灌注桩后压浆…以桩端为厚度较大的中粗砂为佳，地下水流速大时应慎用

2）长螺旋钻孔压灌桩…应后插钢筋笼/长度及承载力有限

3）沉管灌注桩及夯扩桩…无硬夹层/长度及承载力有限4.桩基的平面布置

1）桩距应满足本规范3.3.3条的规定。

2）剪力墙结构的桩筏基础

应尽量采用墙下单排布桩，承载力不足时可采用加大桩径、桩长和后压浆等措施提高单桩承载力，必须在板下布桩时，应加大筏板厚度，使其具有合适的刚度，以保证板下桩与墙下桩一样承受上部荷载。

3）框架-核心筒结构

应将桩布于核心筒和周边柱等竖向受力构件下方，且宜选择基桩尺寸和承载力可调性大的桩型和工艺。

按照减小差异沉降和承台内力的变刚度调平设计要求，应强化核心筒区域的桩基刚度，相对弱化周边框架柱下的桩基刚度。可采取以下的地基组合：

a)采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，核心筒区域长桩，周边框架柱下短桩。

b)采用同长度的钢筋混凝土钻孔灌注桩，但核心筒区域桩后压浆处理。

c)核心筒区域桩基，周边框架柱下复合地基。

d)采用天然地基，但在核心筒区域局部设置增强刚度，减小沉降的摩擦桩。此时应注意桩端不能是坚硬的岩石层或密实的中粗砂层，以确保桩受荷载后能产生刺入变形，承台底的土能有效分担份额很大的荷载。桩距不必太小，应在5d~6d以上，确保桩间土受牵连变形最小，能充分发挥桩间土的承载作用。5）按照上部荷载分布调配下部桩的疏密程度和长度，保持下部桩的承载力与上部荷载匹配，且承载力的合力作用点与上部荷载的合力作用点尽可能重合。…例：大储量的筒仓、储罐的桩基，宜按荷载分布及基底变形特征内强外弱布桩。6）大厚度自重湿陷性黄土地基的桩基由于负摩阻力的存在，大厚度自重湿陷性黄土地基的桩基的效率很低，未经处理时不宜采用，确有必要时应先处理大厚度自重湿陷性黄土地基的湿陷性。…可以考虑灰土挤密桩、DDC等与钢筋混凝土钻孔灌注桩交错布置。4.桩基的竖向布置

1）根据土层分布及厚度选择合理的桩型和桩长。

主要的考虑因素有：

a)粉细砂层、流塑土层对灌注桩成孔的影响

b)浅层土中的硬夹层对预制桩送桩的影响

c)可用的桩长范围内有没有相对较厚的桩端持力层？层面高低起伏状况

d)有无通过后压浆后能大幅提高承载力的条件？

2）桩尖进入持力层的深度应满足本规范第3.3.3条第5和第6款的规定。

3）桩尖特殊地质状况的处理

孤石（大小？）、岩溶、土洞（废弃的井和防空洞等）。

4）抗震设防区桩基

本规范3.4.6条对桩进入液化土层以下稳定土层的厚度规定，承台及地下室侧墙周围回填土及回填质量的要求（特别注意地下室侧墙周围防水保护慎用苯板），液化扩展地段桩基在土流动侧向力作用下的稳定性。

选型与布置：

a)高层框架-核心筒结构：建议使用钢筋混凝土钻孔灌注桩，核心筒区域及外围柱下集中布桩。按变刚度调平设计的原则，筒体下桩适当加强。

b)高层框架-剪力墙或剪力墙结构：可使用钢筋混凝土钻孔灌注桩，柱下集中布桩和墙下单排布桩。亦可使用静压预制桩，但使用静压预制桩前应当评估夹砂层的厚度和密实程度及其对送桩的影响。由于静压预制桩最大单桩承载力比钢筋混凝土钻孔灌注桩小且不易调整，有时墙下集中布桩会有困难。

c)小高层建筑结构和天然地基承载力高的高层建筑结构：可采用长螺旋钻孔压灌桩和CFG桩复合地基。

讨论：

a)按变刚度调平设计的原则，筒体下桩“适当加强”，度怎么把握？…按规范要求进行上部结构-承台-桩共同工作分析，经验尚少,可取1.2~1.3的放大系数。b)对于梁板式筏基，采用柱下集中布桩和墙下及梁下单排布桩，荷载不通过筏板直接传递给桩，故不需要太厚的筏板，经济性好。

c)必须在筏板下布桩时，应加大筏板厚度，使筏板有合适的刚度，以保证筏板下桩与柱下桩和墙下及梁下桩一样承担上部荷重。例2：兴庆湖周围的软塑地基

土层分布状况：浅层（15~25m以内）内有较厚的软塑，流塑状饱和状态黄土层，深层为粉质粘土，中等或中偏低压缩性，持力层范围内无硬夹层。饱和状态黄土的承载力特征值一般为130kpa~150kpa；地下水位一般在距自然地面5~9m左右。分析：场地地基属均匀地基，根据土层特征，桩为摩擦桩。由于地下水位位于基底以下3m以内，若采用复合地基，施工质量难以控制，处理后复合地基承载力和建筑物的沉降亦很难把握。而由于浅层土为可塑~软塑，局部流塑状态，若采用钢筋混凝土钻孔灌注桩成孔会遇到麻烦，施工难度大。

例3：渭河二级阶地

土层分布状况：浅层（20m以内）为黄土状土，无湿陷性或Ⅰ级非自重湿陷性，深层为粉质粘土，中等或中偏低压缩性。黄土状土的承载力特征值一般为120kpa~160kpa；浅层黄土状土下有密实的中粗砂和粗砾砂层，且厚度较大（一般在10m以上），该砂层桩的极限端阻力标准值1300kpa~2400kpa，砂土不液化。地下水位一般在距自然地面6m以上。

分析：场地地基属均匀地基，无不利于桩基施工的不良土层，且桩长范围内有可作为桩端持力层的中粗砂或粗砾砂层。根据土层特征，桩为摩擦端承桩或端承桩。选型与布置：

a)高层建筑结构：建议使用钢筋混凝土钻孔灌注桩及后压浆处理，砂层表面起伏不大时可使用静压预制桩，柱下集中布桩和墙下单排布桩。对于高层框架-核心筒结构，核心筒区域及外围柱下集中布桩，并按变刚度调平设计的原则，筒体下桩适当加强。…静压预制桩在该类地区是经济性最好的桩型。但由于其可提供的最大极限承载力相对有限，故虽然其经济性在该类地区比钢筋混凝土钻孔灌注桩好，但当上部荷载过大时，柱下集中布桩和墙下单排布桩往往比较困难，这将增大筏板的投资。

b)小高层建筑结构和天然地基承载力高的高层建筑结构：按砂层埋藏深度不同可使用静压预制桩，柱下集中布桩和墙下单排布桩，亦可采用长螺旋钻孔压灌桩和CFG桩复合地基，砂层埋藏较浅时亦可考虑天然地基和砂石垫层方案。例4：黄土塬上大厚度自重湿陷性黄土地基

土层分布状况：勘察范围内黄土状土土层深不见底，自然地面以下为大厚度（20m以上）的Ⅱ~Ⅲ级自重湿陷性黄土，中等或中偏低压缩性。黄土状土的承载力特征值一般为170kpa~200kpa；地下水位一般距自然地面40m以上。

分析：场地地基属均匀地基，桩以摩擦桩为主。由于基础底面以下为大厚度（15m以上）的Ⅱ~Ⅲ级自重湿陷性黄土，单桩竖向承载力的计算除不计入湿陷性黄土层内的桩长按饱和状态下的正侧阻力外，尚应扣除桩侧的负摩阻力（在这一段内的桩长为无效桩长）。其负摩阻力使桩的效率大大降低，经济性很差。土层分布见下图：

上部建筑传到基底的平均压力标准值为540kPa。分别采用以下两种方案：

方案一：钢筋混凝土钻孔灌注桩

ø800桩，墙下单排布桩，间距2.3m，桩长58m，单桩竖向承载力特征值4860kN。

方案二：灰土挤密桩+钢筋混凝土钻孔灌注桩

先用灰土挤密桩处理湿陷性黄土，灰土挤密桩孔径400mm，成桩直径550mm左右。于钢筋混凝土钻孔灌注桩之间隙布置，并沿建筑基底周边外放一排，桩距1.0m~1.1m，以消除钢筋混凝土钻孔灌注桩之桩间土的湿陷性，使桩侧阻力由负变正，且数值大幅增加。钢筋混凝土钻孔灌注桩采用墙下单排布桩，采用ø600桩，桩长40m，桩间隔1.8m,单桩竖向承载力特征值3800kN。布桩见下图：6.相关验算及相应的作用效应

桩基承载力验算…按特征值布桩—取承台底面处的荷载效应标准组合

沉降及水平位移验算…荷载效应的准永久组合

坡地、岸边桩的整体稳定验算…地震效应与荷载效应的标准组合

承台及桩身承载力验算…取承台顶面处的荷载效应基本组合

承台及桩身裂缝宽度验算…取承台顶面处的荷载效应的标准组合和准永久组合（分不同的裂缝控制等级，按《混凝土结构设计规范》第3.3.3条确定）

桩基结构的耐久性验算…本规范第3.5条与《混凝土结构设计规范》第3.4条一致几点讨论：

1）试桩的桩身强度

避免错误地将试桩砼标号定的过高

a)见规范第5.8.2条，当桩顶以下5d范围内的螺旋式箍筋间距不大于100mm时，新的桩基规范计算桩身强度Rp时计入了受压钢筋的影响，比旧规范在量值上提高了8%~9%。

b)试桩时，应以桩身极限承载力Ru为加载依据,即：Qmax≼Ru=2Rp/1.35=1.48Rp

c)试桩时，为了获得桩的最大承载力，往往加载至破坏。大量的工程实践证明，试桩加载至Qmax≻Ru时均未破坏，有的工程甚至加到1.4Ru。即使试桩作工程桩用，对于桩头已破坏的桩经局部修复后仍可使用。

3）8度区预应力空心管桩的抗震分析

…国标图集03SG409第2.3条明确指出：该图集中的PHC桩和PC桩仅适用于非抗震及抗震设防的6、7度地区，若用于8度区，需另行验算。

…本规范第3.3.2条也指出：抗震设防8度及以上地区，不宜采用PC桩和PS桩。

…水平地震力是由基础底面的摩擦力、承台侧面及地下室外墙的土压力和桩顶提供的水平剪力共同承担的。要准确确定桩顶承担的水平剪力是比较困难的。

…所以，在抗震设防8度区，仅可使用PHC桩,并应注意以下措施：

a)使用PHC桩时，应提高对承台侧面及地下室外墙周边回填土的要求，特别强调不能用苯板代替砖墙作为地下室外墙的防水保护。

b)无地下室及基础底板时，应设双向承台拉梁

c)按照上部结构计算得到的底部剪力系数的大小及承台侧面周边回填土的约束条件选举管桩的型号等级。从剪力系数小，回填土的约束条件好到剪力系数大，回填土的约束条件差依次选举AB、B、C级,未经可靠计算时不宜选A级。

d)根据估算，底部剪力系数小于8%时，所有PHC桩均能满足承载力要求，当底部剪力系数大于8%时，应从回填土的约束条件和选取管桩的型号等级等多方面采取措施。

e)两层及以上地下室，回填土的约束条件可靠时，可不考虑水平地震力。

4）桩基的沉降分析

a)桩基沉降计算结果的准确性，关键在于沉降计算经验系数的合理取值。应在工程实际中注意长期积累不同土层结构桩基沉降观测资料，确定适合于该土层的经验系数。

b)规范关于沉降计算的公式，地基规范和桩基规范有所不同，桩基规范的沉降计算结果大于地基规范的沉降计算结果。桩基沉降工程实际中多取决于经验。

7.桩的检测

1）检测内容：工程桩的单桩承载力和桩身完整性检测。

先进行完整性检测：低应变法

后承载力检测：试桩—静载试验及大应变法

工程--大应变法

…工程桩的大应变法单桩承载力检测是单桩承载力的验收检测，必须以相同桩型和施工条件的试桩的静载试验及其对应的大应变法的对比资料为依据。

…丙级桩可不作静载试验，但必须有类似工程的对比资料。

2)常规方法：堆载法，锚桩及反力架法

缺点：需堆载或锚桩，设备笨重，工程量大，且不适合于检测承载力特别大的桩

3）承载力特别大桩工程桩的自平衡法检测技术

通过预设在试桩内的荷载箱及相关设备，利用上段桩的侧摩阻力和下段桩的侧摩阻力及端阻力之间的平衡力提供给荷载箱作为外荷载，分别侧得上下两段桩的相关加载曲线，进而得到整个单桩的承载力。

特点：装置简单，不占场地，可多