建筑桩基规范讲座讲稿.ppt

1、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

2、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,2.桩基的勘察1） 桩基的详细勘察除满足现行国家标准：岩土工程勘察规范GB50021-2001外，尚应满足本规范3.2.2条的规定。按地质复杂程度、端承桩桩端持力层面坡度，摩擦桩各土层性质或状态在水平方向的变化情况决定勘探孔的间距。按设计等级确定控制性勘探孔的数量，按桩端平面以下压缩层的厚度确定控制性勘探孔的深度，按刺入变形的大小确定一般性勘探孔的深度。2） 拟采用桩基的工程，控制性勘察孔的深度应不小于桩端平面以下压缩层的厚度，详情见本

3、规范5.5.8条和5.5.15条应力比法，即按计算深度处附加应力与土的自重压力之比不大于20%的标准确定。,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

4、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

5、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5d6d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。,4）主楼与裙楼连体的结构 按照减小差异沉降和承台内力的变刚度调平设计要求，应强化主楼区域的地基刚度，相对弱化裙楼的地基刚度。可采取以下的地基组合： a)主楼区域桩基，裙楼区域复合地基。b)主楼区域桩基或复合地基，裙楼区域天然地基。c)主楼区域筏板基础（含桩筏、复合地基

6、+筏板和天然地基+筏板），裙楼区域独立基础或条型基础。独立基础或条型基础下的地基处理可根据持力层的承载力大小确定。可考虑局部复合地基或天然地基，有湿陷性时可结合湿陷性处理一并完成。,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

7、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

8、苯板），液化扩展地段桩基在土流动侧向力作用下的稳定性。,5. 典型实例分析例1： 皂河一级阶地。 土层分布状况： 浅层（20m以内）为黄土状土，无湿陷性或级非自重湿陷性，深层为粉质粘土，中等或中偏低压缩性。黄土状土中有中细砂夹层，薄厚不匀，一般为05.m3m，黄土状土的承载力特征值一般为120kpa160kpa；粉质粘土的承载力特征值一般为200kpa240kpa，桩的极限端阻力标准值800kpa900kpa，砂土不液化。地下水位一般在距自然地面12m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，但也没有明显的可作为桩端持力层的硬土层。根据土层特征，桩以摩擦桩为主，沉渣处理得当

9、或桩端采取后压浆处理的灌注桩和静压桩可视为端承摩擦桩。,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

10、“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1.21.3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（1525m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130kpa150kpa；地下水位一般在距自然地面59m左

11、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。,选型与布置： a)仔细分析土层分布情况可以发现，基底下深层土有相对较硬的密实的粉质粘土层，可作为桩端持力层，且该层以上无硬夹层，静压桩施工可行，且经济性好，故建议采用静压钢筋混凝土预制桩（含钢筋混凝土方桩和预应力混凝土管桩）。采用钢筋混凝土预制桩截面为400mmX400mm，桩长30m时，单桩竖向极限承载力可达到35003800k

12、N,一般为满堂布桩。 b)当上部荷载过大时，采用静压钢筋混凝土预制桩可能会承载力不足，则可考虑采用泥浆护壁钢筋混凝土钻孔灌注桩，并采取措施防止塌孔和缩径。,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120kpa160kpa；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1300kpa2400kpa，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

13、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

14、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170kpa200kpa；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

15、摩阻力使桩的效率大大降低，经济性很差。,选型与布置：a)应尽量选用细长桩，降低负摩阻力桩段长度占总桩长的比例，提高桩的效率。b)当有好的桩端持力层时，可设法增大桩的端承力，如：扩底和桩底后压浆等。c)先对自重湿陷性黄土进行挤密处理，消除其湿陷性，再用钢筋混凝土钻孔灌注桩。讨论：某工程两种桩基方案的经济比较 基底以下为古土壤（Q31el），硬塑状态，层厚2.202.40m，层底埋深8.508.70m，不具湿陷性，地基承载力特征值为190kPa。再往下为黄土（Q22eol）层和古土壤（Q21el）层交互分布，均有湿陷性。黄土硬塑坚硬状态，每层厚35m，地基承载力特征值为170190kPa；古土壤为

16、硬塑状态，每层厚12m，地基承载力特征值为190220kPa。,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 800桩，墙下单排布桩，间距2.3m，桩长58m，单桩竖向承载力特征值4860 kN。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1.0m1.1m，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600

17、桩，桩长40m，桩间隔 1.8m,单桩竖向承载力特征值3800 kN。布桩见下图：,为了进行经济比较，将两种方案对应于单位基底面积的材料用量列于表一，表中造价系按当时西安地区的市场价计算得到的，其中钢筋混凝土钻孔灌注桩单方造价分别按800元/m3（旋挖成孔，用于800的58m长桩）和700元/m3（锅锥成孔，用于桩长40m的600桩），灰土挤密桩按70元/m3计算。可以看出，方案二的造价仅为方案一的60%左右。,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

18、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： QmaxRu=2Rp/1.35=1.48Rpc)试桩时，为了获得桩的最大承

19、载力，往往加载至破坏。大量的工程实践证明，试桩加载至QmaxRu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。,2） 桩基竖向承载力特征值的确定a)按规范公式及地勘资料提供的桩的最大承载力数据往往不准确，大部分偏保守，应注意收集积累已有的工程试桩资料，按经验对其进行修正。比如对于西安地区粉质粘土中的摩擦桩，可考虑1.21.4的增大系数。b)为了最大限度地利用桩的承载力，试桩时应设法获得桩的最大承载力，试桩时建议加载至破坏。c)最终确定单桩的最大承载力时，应对试桩结果进行分析，特别是当桩端持力层土层面起伏较大或桩底沉渣厚度异常时，应格外留心。

20、d)确定复合基桩的承载力时应考虑承台效应和群桩效应的影响。,承台效应可提高复合基桩的承载力，对满足本规范第5.2.4条规定的摩擦桩，可按规范第5.2.5条计算，一般提高幅度可达25%。群桩中的摩擦桩，由于桩周摩擦力扩散到桩底平面上后的相互叠加作用，使得摩擦桩组成的群桩桩底平面上的土中应力，要比单桩桩底平面上的土中应力大得多，同时，压缩层的厚度也远比单桩的大。换一种方法理解：当桩距较小时(小于6d)，土中的摩擦力使桩间土与桩形成一个整体，这时可认为群桩与其间的桩间土构成了一个实体深基础，显然，该实体深基础外围土的摩擦力要小于各桩单独作用时的桩周摩擦力之和。据有关资料，桩中心距在2d3d时，群桩中

21、摩擦桩的单桩承载力折减系数为0.7，桩中心距在6d时，群桩中摩擦桩的单桩承载力折减系数为1。,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