桩基础设计

第15周5月31日星期三8.7桩基础设计桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用，对桩和承台有足够的强度、刚度和耐久性；对地基有足够的承载力和不产生过量的变形，其设计内容和步骤如下：（1）进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；（2）综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；（3）选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；（4）确定单桩竖向（和水平向）承载力设计值；（5）根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置形式；（6）根据桩的平面布置，初步拟定承台的轮廓尺寸及承台底的标高；（7）验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；（8）验算承台尺寸及结构强度；（9）必要时验算桩基的整体承载力和沉降量，当桩端下有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力；（10）单桩设计．绘制桩和承台的结构及施工祥图。No结构与地质资料桩型、桩长、桩距确定桩数n=P/R桩基中单桩承载力验算软弱下卧层验算实体深基础验算承台设计沉降计算桩基础的设计步骤1.收集设计资料设计桩基之前必须具备各种资料：建筑物类型及其规模、建筑场地及环境条件、岩土工程勘察报告、施工机具和技术条件、环境条件及当地桩基的工程经验。提出工程地质勘察任务书时，勘察任务书和勘察报告应符合勘察规范的一般规定和桩基工程的勘察要求。关于详细勘察阶段的勘探点布置，应按要求考虑：勘探深度布置1/3～1/2的勘探孔作为控制性孔，且对安全等级为一级的建筑桩基场地至少应有3个控制性孔，安全等级为二级的建筑桩基应不少于2个控制性孔。控制性孔应穿透桩端平面以下压缩层厚度，一般性勘探孔应深入桩端平面以下3m～5m。嵌岩桩钻孔应深入持力岩层不少于3～5倍桩径；当持力层较薄时，应有部分钻孔钻穿持力岩层。岩溶地区应查明溶洞、溶沟、溶槽、石笋等的分布情况。在勘察深度范围内的每一地层，均应进行室内试验或原位测试，以便提供设计所需参数。2.桩的类型、截面和桩长的选择桩基设计首先就要根据结构类型及层数、荷载情况、地层条件和施工能力。确定预制桩或灌注桩的类别、桩的截面尺寸和长度、桩端持力层、确定桩的类型。楼层；荷载：10层以下建筑物：桩基直径500mm左右的灌注桩和边长为400mm预制桩；10～20层：用直径800mm～1000mm灌注桩和边长为450mm～500mm预制桩；20～30层：用直径大于1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩和边长大等于500mm～550mm的预应力混凝土管桩和大直径钢管桩。楼层更高的高层建筑采用的挖孔灌注桩。当土中存在大孤石、废金属以及花岗残积层中未风化的石英岩脉时，预制桩难以穿越；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；在场地土层分布比较均匀的条件下，采用质量易于保证的预应力高强度混凝土管桩比较合理。确定桩长的关键在于选择桩端持力层。坚实土层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硬土层时，也可选择中等强度的土层作为持力层。3.桩的数量和布置桩的根数初步估算桩的根数时，先不考虑群桩效应，确定单桩承载力设计值R后，可估算桩的数目。桩基为轴心受压时，桩数n应满足下式要求：RGFnF——作用在承台上的轴向压力设计值；G——承台及其上方填土的重力；R——单桩署向承载力设计值。偏心受压时，对于偏心距固定的桩基，如果桩的布置使得群桩横截面的重心与荷载合力作用点重合，则仍可按上式估算桩数，否则，桩的根数应按上式确定的增加10%～20%。对桩数超过3根的非端承桩基础，应按8.5式求得桩基承载力设计值后重新估算桩数，如有必要，还要通过桩基软弱下卧层承载力和桩基沉降验算才能最终确定。达到基岩面或坚实土层的端承型桩。主要按最后贯入度控制，要求各桩的贯入度比较接近。大直径的钻孔桩则以取出的岩屑为主、结合钻进速度等来确定施工桩长。在确定桩的类型和几何尺寸后，应初步确定承台底面标高，以便计算单桩承载力。承台底面的标高根据桩的受力情况，桩的刚度和地形、地质、水流、施工等条件确定。承台低时稳定性好，但在水中施工难度较大，因此可用于季节性河流，冲刷小的河流或岸滩上的墩台及旱地上的其他结构物基础。承受水平荷载的桩基，在确定桩数时，还应满足对桩的水平承载力的要求。此时，可取各单桩水平承载力之和作为桩基的水平承载力设计值。安全桩的间距太大会增加承台的体积和用料，太小则使桩基（摩擦型）的沉降量增加，给施工造成困难。桩的最小间距应符合表8.20的规定。对于大面积群桩，尤其是挤土桩，桩的最小中心距宜按表列值适当加大。桩在平面内可以布置成梅花形、方形网格或三角形网格的形式，也可采用不等距排列。桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与荷载合力的作用点重合或接近。桩的平面布置上部结构的荷载有几种不同的组合时，承台底面上的荷载合力作用点将发生变化，此时，可使群桩横截面重心位于合力作用点变化范围之内，并尽量接近最为不利的合力作用点位置。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注意使梁、板中的弯矩尽量减小，即多布设在柱、墙下以减小梁和板中的桩数。钢筋混凝土预制桩（1）钢筋混凝土预制桩的混凝土强度应不低于C30。（2）配筋率ρmin一般为1%左右，一般按截面的形状和大小采用4～8根直径12mm～15mm的钢筋（边长30mm以下者用4根）。箍筋直径采用6mm～8mm，间距不大于200mm，在桩尖和桩顶处密。（3）主筋的保护层一般取35mm，在桩身混凝土强度达到设计强度后——方可起吊、搬运。为方便吊装、运输，预制桩身时需设置吊环，支点应设在设计的吊点处。4.桩身截面强度计算（4）预制桩的截面通常为圆形、方形的实心截面、圆柱体的空心截面。（5）根据施工和运输条件考虑桩身的分节，一般桩长超过25m～30m时需要接桩，桩的接头不宜超过两个。混凝土灌注桩灌注桩的混凝土强度一般不得低于C15，水下浇筑灌注桩的混凝土强度不得低于C20。素混凝土桩宜采用的坍落度为60mm～80mm，当桩身配有钢筋时，坍落度可适当加至80mm～100mm，水下浇筑混凝土的坍落度宜采用180mm～220mm。为保证钢筋骨架有一定的刚性，其主筋不宜过细过少，通常钢筋直径不小于12mm，配筋率不小于0.2%。（1）桩身受弯则不宜小于0.4%，主筋锚入承台的长度应大于钢筋直径的30倍；（2）主筋的保护层厚度应≥35mm，水下浇筑时，主筋的保护层厚度应≥50mm；（3）箍筋一般采用螺旋式箍筋，直径应≥6mm，间距为200～300mm。预制桩在吊运和吊立时由自重产生的弯矩与吊点的数量和位置有关。长20m以下的桩一般采用双吊点；在打桩架龙门吊立时，采用单吊点。吊点位置:按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的条件取定，相应的吊点位置和截面最大弯矩的计算公式如图示。Q—桩单位长度的重力；K—考虑在吊运过程中桩可能受到的冲撞和振动而取的动力系数，一般为1.5。桩在运输或堆放时的支点应放在起吊点处。计算表明：普通混凝土桩的配筋常由起吊和吊立的强度计算控制。桩端全截面进入持力层的深度：对于粘性土、粉土进入的深度不宜小于2倍桩径；对砂类土不宜小于1.5倍桩径，对碎石类土，不宜少于1倍桩径。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于4d，当硬持力层较厚且施工条件许可时，桩端全截面进入持力层深度宜达到桩端阻力的临界深度。嵌岩桩或端承桩桩底下3倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂带、洞穴和空隙分布。这对于荷载很大的柱下单桩（大直径灌注桩）是至关重要的。岩层表面往往起伏不平，且常有隐伏的沟槽。尤其有可溶性的碳酸岩类分布区，溶槽石牙密布，此时桩端可能坐落在岩面隆起的斜面上而导致滑动。图8-32预制桩的吊点位置和弯矩图(双点起吊)1.收集设计资料设计桩基之前必须具备各种资料：建筑物类型及其规模、建筑场地及环境条件、岩土工程勘察报告、施工机具和技术条件、环境条件及当地桩基工程经验。在提出工程地质勘察任务书时，必须说明拟议中的桩基方案。勘察任务书和勘察报告应符合勘察规范的一般规定和桩基工程的勘察要求。其中关于详细勘察阶段的勘探点布置，应按下列要求考虑：图8-32预制桩的吊点位置和弯矩图(单点起吊)5.承台设计承台是桩基础的一个重要组成部分。其作用是将各基桩联结成一个整体，并将上部结构的荷载传递给各桩。承台的设计内容有：确定平面尺寸、厚度、与桩的连接及配筋等。一般先按要求：初步拟定各项内容的尺寸和数量，经各项验算后确定，或经修改直到满足要求。桩基承台可分为柱下独立承台，柱下或墙下条形承台，以及筏板承台和箱形承台。承台设计包括的材料及强度等级、几何形状及其尺寸确定、承台结构承载力计算等内容。并使其构造满足一定的要求。柱下独立承台桩基础墙下承台桩基础柱下条形承台桩基础井格承台桩基础筏板承台桩基础环形承台桩基础箱形承台桩基础桩端持力层要求桩端进入持力层一定深度，桩端下持力层留有一定厚度承台埋深要求：(1)高承台:由建筑物决定,如桥(过船),码头,冲刷深度(2)低承台,确定基础埋深60cm建筑物要求地质水文冻胀粘土2d砂土1.5d碎石1.0d4d当承台埋于冻胀土层中时，为了避免由于土的冻胀引起桩基的损坏，承台底面应位于冰冻线以下不少于0.25m；对于常年有流水、冲刷较深，或水位较高，施工排水困难，在受力条件允许时应尽可能采用高承台。承台如在水中、在有流冰的河道，承台底面应位于最低冰层底面以下不少于0.25m；在有其它漂流物或通航的河道，承台也应适当放低，以保证基桩不会直接受到撞击，否则应设置防撞装置。5.1承台的尺寸和结构(1)形状：方,矩型,三角形,多边形,圆形(2)最小宽度500mm(3)最小厚度300mm(4)桩外缘距离承台边150mm边桩中心距离承台边1.0d(5)桩嵌入承台大桩横向荷载100mm,小桩50mm,钢筋伸入承台30d⑹混凝土标号C15,保护层70mm1.0d15cm10cm5.2承台的内力计算—取计算截面柱下多桩矩形承台弯矩的计算截面：柱边和承台高度变化处，并按下式计算：Mx、My——垂直X轴和Y轴方向计算截面处的弯矩设计值；xi、yi——垂直Y轴和X轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；Ni——扣除承台和承台上土自重设计值后第I桩竖向净反力设计值；当不考虑承台效应时，则为I桩竖向总反力设计值。iiyiixxNMyNM柱下三桩三角形承台弯矩的计算截面应取：在柱边按下式计算：yNMxNMyxxy对于计算弯矩截面不与主筋方向正交时，须对主筋方向进行换算。矩形承台　　　　　　三桩三角形承台5.3承台的厚度的确定5.3.1主要决定承台的抗冲切和抗剪沿柱边的冲切,一般沿45o斜截面上产生拉裂,锥体破坏QFFhUfFmt1010r0建筑物重要性系数一级r0=1.1二级r0=1.0三级r0=0.9F1——作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值；Um冲切面中点周长冲切系数,ft混凝土抗拉强度00,2.072.0haF45oh05.3.2承台角桩冲切验算01111211022hfacacNtxyyxN1——角桩竖向力设计值1x、1y——冲切系数ft——混凝土抗拉强度F45oh0aixaiyc1c25.3.3斜截面的剪切验算)4.1~3.0(,3.012.0)0.3~4.1(,5.12.0;0000hbfVhbfVycxxcyaxh0Vx=Qi垂直X方向的斜截面上最大剪力设计值；—剪切系数；fc混凝土抗压强度0haxbx5.3.4抗弯验算混凝土与结构力学,计算决定配筋6桩基础设计例题P246例8.2谢谢观赏再见！