1、1,项目7 桩基础施工,2,项目任务,任务7.1 桩的竖向承载力计算 任务7.2 桩基础设计 任务7.3 预应力混凝土管桩施工 任务7.4 钻孔灌注桩施工 任务7.5 沉管灌注桩施工,3,教学目标,熟悉,掌握,桩基础承载力的计算和桩基础的一般设计要求,编制桩基础施工方案；桩基础施工要点,桩基础的适用范围及其分类,4,重 点,桩基设计过程，桩基础施工工艺流程,难 点,承台设计中抗冲切验算,重点与难点,5,任务7.1,桩的竖向承载力计算,6,桩基础概念：,桩基础一般由桩身和位于桩身顶部的承台组成。上部结构的荷载通过墙或柱传给承台，再由承台传给桩。,7.1.1 桩基础概述,桩基础的组成 1上部结构（
2、墙或柱） 2承台（承台梁）3桩身 4坚硬土层 5软弱土层,7,桩基础的功能,8,新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m，将荷载传递到下部好土层,承载力高。,桩基础的功能,9,新加坡发展银行,四墩7.3m,10,特点,优点 将荷载传递到下部好土层,承载力高，沉降量小，抗震性能好,穿过液化层，承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷)与其他深基础比较,施工造价低,缺点： 比浅基础造价高； 施工环境影响,预制桩施工噪音, 钻孔灌注桩的泥浆有地下室时,有一定干扰,深基坑中做桩,11,（1）荷载大、对沉降要求有严格限制的建筑物； （2）软弱地基； （3）地基土性不稳定，存在液化性、震陷性、湿陷性、冻胀性或
3、侵蚀性等不良土层时； （4）承受较大的水平荷载、上拔荷载和力矩荷载的高耸结构物； （5）建筑物受到相邻建筑物或地面堆载影响，采用浅基础将会产生过量沉降或倾斜时； （6）工程结构跨越范围大，地质条件及荷载情况变化也较大时，可通过灵活调整桩的类型、长短、布置等来适应环境与结构的要求； （7）在流动水域中的水上结构物的基础； （8）需要减振的动力设备基础。,1.桩基础的适用范围,12,按承载性状分,摩擦型桩端承型桩,摩擦桩 端承摩擦桩,端承桩 摩擦端承桩,按桩的承载类别分,竖向抗压桩（抗压桩） 竖向抗拔桩（抗拔桩） 水平受荷桩和复合受荷桩等,按桩的断面尺寸分,小直径桩：d 250mm 中等直径桩:2
4、50mm d800mm 大直径桩:d 800mm,2.桩基础的类型,13,按施工方法分类,预制桩,灌注桩,按桩对土体的影响程度分,挤土桩（排土桩）,非挤土桩,部分挤土桩,按桩的承台高低分类,低承台桩,高承台桩,2.桩基础的类型,14,15,16,17,18,按桩身材料分为钢筋混凝预制桩、钢桩、木桩、组合桩。,预制桩是指借助于各种专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩打入、压入或振入土中的桩型。,（1）定义,（2）种类,预制桩,19,钢筋混凝土预制桩具有制作方便，桩身强度高，耐腐蚀性能好，单桩承载能力高的优点，但价格偏高、打桩噪声大、接桩和截桩困难。,预应力混凝土空心管桩 1预应
5、力钢筋 2螺旋箍筋 3端头板 4钢套箍,钢筋混凝预制桩,20,21,22,钢桩分为两种：钢管桩和H形桩。具有优点是：强度高、桩身表面积大，截面积小，在沉桩时贯透能力强且挤土影响小，在饱和软黏土地区可减少对领近建筑物的影响，但价格较高，耐腐蚀性较差。,钢桩,23,依照成孔方法不同，灌注桩可分为泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和成孔灌注桩等几大类。,（1）定义,灌注桩为在建筑工地现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而制成的桩。,（2）分类,灌注桩,24,泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩，在成孔过程中，为防止孔壁坍塌，在孔内注入制备泥浆或利用钻削的
6、黏土与水混合自制泥浆保护孔壁。护壁泥浆与钻孔的土削混合，边钻边排出泥浆，同时进行孔内补浆或补水。当钻孔达到规定深度后，清除孔底泥渣，然后吊放钢筋笼，在泥浆下浇筑混凝土。,泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩,25,a)埋设护筒b)安装钻机，钻进c)第一次清孔d）测定孔壁，回淤厚度e)吊放钢筋笼 f)插入导管g)第二次清孔h）灌注水下混凝土，拔出导管i)拔出护筒,钻孔桩与冲孔桩的区别在于：钻孔桩以旋转钻机成孔，冲孔桩以冲击钻面成孔。,26,1.拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩；2.另外，沉管过程中挤土效应比较明显，可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断，施工中必须控制提管速度，并使管产生振动
7、，不让管内出现负压，提高桩身混凝土的密实度并保持其连续性；采取“跳打”顺序施工，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相邻桩。,在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的质量提供了保障。,沉管灌注桩的优点：,沉管灌注桩的缺点：,沉管灌注桩,27,a)桩机就位 b)沉管 c)浇灌混凝土 d)边拔管、边振动、边浇灌混凝土 e)插入钢筋笼并灌满混凝土成桩 1振动锤 2加压减振弹簧 3加料口；4传管 5活瓣桩靴 6上料斗 7混凝土 8钢筋笼,振动沉管灌注桩施工程序,28,是在桩管内增加一根与外桩管长度基本相同的内夯管以代替钢筋混凝土预制桩靴，与外管同步打入设计深度，并作为传力杆将锤击力传至
8、桩端夯扩成大头形，增大地基的密实度，同时利用内管和桩锤的自重将外管内的现浇桩身混凝土压密成形，把水泥浆压入桩侧土体并挤密桩侧的土，使桩的承载力大幅度提高。,夯扩成孔灌注桩,29,内夯式扩底桩200kN钢锤,碎石,混凝土,钢筋笼,桩的功能及类型,30,挤扩桩（支盘桩）,桩的功能及类型,31,爆破扩底桩,32,干作业成孔灌注桩不需要泥浆或套管护壁，直接利用机械或人工成孔，下钢筋笼、浇筑混凝土成桩。,干作业成孔灌注桩,33,34,人工挖孔桩 浇筑混凝土护壁,护壁模板,人工挖孔桩 浇筑混凝土护壁,护壁模板,35,36,按桩身强度确定按建筑桩基技术设计规范（JGJ942008）确定按静荷载试验确定,7.
9、1.2 桩的竖向承载力,1. 单桩竖向极限承载力确定,37,符合建筑桩基技术设计规范（JGJ942008）4.1.1条规定，则按桩身材料强度确定单桩竖向承载力设计值计算公式：,(1)按桩身强度确定单桩竖向承载力,Ncfc Aps+0.9fyAs,Ncfc Aps,当桩身配筋不符合上述要求时：,纵向主筋截面面积,桩截面面积,混凝土轴心抗压强度设计值,基桩成桩工艺系数,38,(2)按静荷载试验确定单桩竖向极限承载力,静载试验法： 获得单桩承载力最可靠的方法,39,(2)按静荷载试验确定单桩竖向极限承载力,试桩数量： 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。 间歇时间：在桩身强度达
10、到设计要求的前提下，对于砂类土，不得少于10d；对于粉土和黏性土，不得少于15d；对于饱和软黏土，不得少于25d。 单桩静载荷试验按地基规范附录Q进行。,40,静荷载试验,41,静荷载试验,42,静荷载试验,43,静荷载试验,44,静荷载试验,45,静荷载试验,46,桩顶试验中,静荷载试验,47,Q (kN),次梁,锚筋,锚桩,主梁,千斤顶,百分表,桩的荷载试验成果荷载沉降曲线,Pcr,Pu,载荷试验确定极限承载力Pu，如果有陡降点,取为Pu； 缓变曲线取桩顶总沉降 s=40mm对应荷载。,48,(3)经验公式法,49,2.单桩竖向承载力特征值,（1）单桩承载力特征值Ra应按下式计确定：Ra=
11、Quk/K 式中 Quk单桩竖向承载力特征值（kN）;K安全系数，取K=2。 （2）考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值时： 不考虑地震作用时： R=Ra+c fak Ac 考虑地震作用时： R=Ra+(a /1.25)c fak AcAc=(A-nAps)/n （符号参考P216）,50,3.桩基软弱下卧层验算,对于桩距不超过6d的群桩基础，桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力1/3的软弱下卧层时，可按下列公式验算软弱下卧层的承载力,式中 z作用于软弱下卧层顶面的附加应力；t硬持力层厚度；A0 、B0桩群外缘矩形底面的长、短边边长；qsin桩周第i层土的极限侧阻力标准值；桩端硬持力层
12、压力扩散角，按规范5.4.1取值。,51,3.桩基软弱下卧层验算,52,7.1.3 桩基础计算,1.桩顶作用效应计算 （1）竖向力轴心竖向力偏心竖向力（2）水平力 建筑抗震设计规范规定可不进行抗震验算的桩基，不考虑地震作用。对于8度和8度以上抗震设防的高层建筑，宜按附录B承台桩土共同作用工作计算桩的受力和水平位移。,53,7.1.3 桩基础计算,2.影响桩顶作用效应的因素,（1）基桩刚度,（2）基础和上部结构刚度,桩的截面面积,桩侧、桩端土的性质,桩与桩侧、桩端土的结合状态,群桩作用效应,54,3.桩基竖向承载力验算,（1）荷载效应标准组合 轴心竖向力 偏心竖向力（2）地震作用效应和荷载效应标
13、准组合 轴心竖向力 偏心竖向力 式中 R基桩或复合基桩竖向承载力特征值,55,任务7.2 桩基础设计,56,7.2.1 桩基础设计步骤,调查研究 收集设计 资料,选择桩的 类型及其 几何尺寸,桩的材料,顶底标高,持力层的选定,确定单桩 承载力 设计值,确定桩的 数量及 平面布置,包括承台的平面形状尺寸,确定群桩 或单桩基础 的承载力,必要时验算群桩地基强度和变形（沉降量）,桩身构造 设计与强 度计算,承台 设计,绘制桩 基础施 工图,包括构造和受弯、冲切、剪切,57,7.2.2 确定桩型和截面尺寸,1选择桩型,持力层应尽可能选择坚硬土层或岩层。如在一般桩长深度内没有坚硬土层，也可考虑选择中等强
14、度的土层，如中密以上砂层或中等压缩性的一般黏性土等。考虑桩端进入持力层的深度。,2选择持力层,工程地质状况,施工技术条件,工期情况,施工对周围环境的影响,综合技术与经济分析,58,承台底面标高，即承台埋置深度。 一般情况下，应使承台顶面低于室外地面100mm以上；如有基础梁、筏板、箱基等，其厚（高）度应考虑在内；同时要考虑季节性冻土和地下水的影响。,3确定桩长、承台底面标高,7.2.2 确定桩型和截面尺寸,室外地面,100mm,桩长,59,（1）最小桩径,4.桩截面尺寸,60,4.桩截面尺寸,（2）摩擦桩宜采用细长桩，以获得较大比表面（桩侧表面积与体积之比）。（3）端承桩的持力层强度低于桩材强
15、度而地基土层又适宜时，应优先考虑采用扩底灌注桩。,61,4.桩截面尺寸,a,b,c,(4)桩径的确定,62,（5）端承桩的长径比当高承台桩基露出地面较高，或桩侧土为淤泥或自重湿陷性黄土时，为保证桩身不产生压屈失稳： 端承桩的长径比：l/d40；一般黏性土、砂土、端承桩的长径比应取l/d60； 对摩擦桩则不限制。,4.桩截面尺寸,桩长l,63,7.2.3 桩的数量和平面布置,1确定桩数量,当桩的类型、基本尺寸和单桩承载力设计值确定后，可根据上部结构情况，按下式初步确定桩数,式中 n桩数；Fk相应于荷载效应标准组合作用于桩基承台顶面的竖向荷载（kN）；Gk桩基承台和承台上土自重标准值（kN）；Ra
16、单桩承载力特征值（kN）；系数，桩基为轴心受压时=1；偏心受压时=1.11.2。,64,2桩的平面布置,桩基中各桩的中心距主要取决于群桩效应（包括挤土桩的挤土效应）和承台分担荷载的作用及承台材料等。地基规范规定：Sa3d；扩底灌注桩Sa 1.5d扩底,7.2.3 桩的数量和平面布置,桩的最小中心距Sa,注：设计为大面积挤土群桩，宜按表中数值适当加大桩距。,65,2桩的平面布置,扩底灌注桩除应符合上表的要求外，还应满足如下规定： 对钻孔灌注桩、挖孔灌注桩： 桩距sa 1.5D或D+1m（当D2m时）； 对沉管扩底灌注桩： 桩距sa 2D（D为扩大端设计直径）。,7.2.3 桩的数量和平面布置,6
17、6,2桩的平面布置,桩位布置,7.2.3 桩的数量和平面布置,应尽可能,使上部荷载的中心和群桩横截面的形心重合,应力求：,各桩受力相近,宜将桩布置在承台外围，而各桩应距离垂直于偏心荷载或水平力与弯矩较大方向的横截面轴线大些，以便使群桩截面对该轴具有较大的惯性矩。,67,桩的排列形式a)梅花式 b)行列式,2桩的平面布置,7.2.3 桩的数量和平面布置,68,承台的平面形状取决于桩的数量。箱基和带梁筏基以及墙下条形基础的桩，宜沿着墙或梁布置成单排或双排，以减小底板厚度或承台梁宽度。此外，为了使桩受力合理，在墙的转角及交叉处应布桩，窗门洞口下不宜布置桩。,承台的平面形状,69,7.2.4 桩身设计
18、,1.混凝土强度等级fc 预制桩fc C30；灌注桩fcC20；预应力桩fc C40。,2.桩身配筋 桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率宜0.8%；静压预制桩宜0.6%；灌注桩宜0.2%0.65%（小直径桩取大值）。,70,3.配筋长度 （1）受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。 （2）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。 （3）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。 （4）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2/3。,7.2.4 桩身设计,71,4.桩顶构造 桩顶
19、嵌入承台内的长度不宜小于50mm。主筋伸人承台内的锚固长度不宜小于30d（I级钢）或35d（级钢和级钢）。,7.2.4 桩身设计,50mm,锚固长度,72,4.桩顶构造 对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时，可设置承台或将桩和柱直接连接，柱纵筋插入桩身的长度应满足锚固长度的要求。,7.2.4 桩身设计,50mm,锚固长度,73,7.2.5 承台设计,1.承台构造 （1）承台的宽度不应小于500mm，厚度不应小于300mm。 （2）边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径d或边长b，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm。对于条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不小于75mm。,50mm
20、,500mm,300mm,d（b）,150mm,75mm（条形承台梁）,74,7.2.5 承台设计,1.承台构造,矩形承台应按双向均匀通长布置受力钢筋，钢筋直径不宜小于10mm，间距应满足100200mm。,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。,对于承台梁的主筋除满足计算要求外尚应符合规范要求，主筋直径不宜小于12mm，架立筋不宜小于10mm，箍筋直径不小于6mm。,国家现行混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）关于最小配筋率的规定,（3）承台配筋按计算确定,75,7.2.5 承台设计,1.承台构造 （4）承台混凝土强度等级不应小于C2
21、0，纵筋保护层厚度不应小于70mm，有垫层时，应不小于40mm。,单桩承台，宜在两个互相垂直的方向上设置联系梁； 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。联系梁的宽度不应小于250mm，梁的高度可取承台中心距的1/101/15； 联系梁的主筋应按计算要求确定。联系梁内上下纵筋不应小于212mm，并应按受拉要求锚入承台。,（5）承台之间的连接应满足以下要求：,76,2.承台配筋计算,（1）多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘，如图）,Mx=Niyi My=Nixi,承台弯矩计算示意,7.
22、2.5 承台设计,77,（2）等边三桩承台,承台弯矩计算示意,7.2.5 承台设计,式中 M由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值（kN）；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竖向荷载设计值（kN）；Sa_桩距（m）；c方柱边长（m），圆柱c=0.866d（圆柱直径）,78,（3）等腰三桩承台,承台弯矩计算示意,7.2.5 承台设计,式中 M1、M2由承台形心至承台两腰和底边的距离范围内板带的弯矩设计值（kN）；Sa_长向桩距（m）；a短向桩距与长向桩距之比，当a0.5时，应按变截面的两桩承台设计； c1、c2垂直于、平行于承台底边的柱截面边长（m
23、）。,79,承台厚度的确定除了满足构造要求外，倘应满足柱边和桩边的抗冲切强度和抗剪强度。,3承台厚（高）度,（1）柱对承台的冲切，可按下列公式计算：,7.2.5 承台设计,80,（2）角桩对承台的冲切,多桩矩形承台受角桩冲切的承载力应按下式计算：,矩形承台角桩冲切计算示意,7.2.5 承台设计,81,三桩三角形承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算,底部角桩 ：,Nla11(2c1+a11)tan(1/2)hpfth0,顶部角桩 ：,Nla12(2c2+a12)tan(2/2)hpfth0,对圆柱及圆桩，计算时可将圆形截面换算成正方形截面。,三角形承台,7.2.5 承台设计,82,受剪计算,V
24、hsftb0h0,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。斜截面受剪承载力可按下列公式计算：,承台斜截面受剪计算示意,7.2.5 承台设计,83,某桩基工程， 已知上部结构荷载为：竖向荷载设计值F=3000kN，弯矩设计值M=400 kNm，水平力H=90kN。工程地质资料如图。已知地下水位在-3.000m处，经试桩的单桩垂直静载荷试验得单桩竖向极限承载力标准值为1300kN。试设计该桩基础（承台的厚度和配筋不计算）。,【例7-1】,84,【例7-1】,85,根据试桩初步选择500mm钻孔灌注桩，用C20混凝土水下灌注，钢筋采用I级。经查表得fc=10N/mm2，fcm
25、=11N/mm2，ft=1.1N/mm2；钢筋fy=210N/mm2。初步选择第4层(黏土层)为持力层，假定桩端进入持力层l.5m。初步选择承台底面埋深1.5m，则最小桩长为(18+1.5-1.5)m=18m。,【解】,（1）选择桩型、确定桩长,（2）确定单桩竖向承载力特征值,1）根据桩身材料强度确定单桩竖向承载力特征值,取=1，fc按0.8折减，配筋率初步按0.5计算，所以,Ra=（fcA+As）=(0.8105002/4+2100.0055002/4)N,=1776(kN),【例7-1】,86,3）按经验公式估算,2）根据单桩竖向静载荷试验，单桩竖向承载力特征值为,Ra=Quk=1300/
26、2 kN =650kN,Ra=qpaAp+upqsiali =9200.52/4+0.5（363.5+1213+421.5）kN =722.2kN,以上三项计算中，取最小值，由此确定单桩竖向承载力特征值为Ra=650kN,87,取n=6根，桩距s=3.5d=3.50.5m=1.75m 承台平面布置如图所示。,初步假定承台底面积为4.53.0m2，承台和土自重G=4.53.01.520kN =405kN,则桩数初步确定为,承台平面及桩位布置图,（3）确定桩的数量和平面布置,88,查表7-10得cn=0.12，cw=0.69；查表7-8得c=1.60。计算承台底地基土净面积和内、外区净面积，即 Ac=（4.53.0）m2-60.52/4 m2=13.5 m2-1.18 m2=12.32m2 Acw=20.25（3+4）m2=3.50m2 Acn=12.30 m2-3.5 m2=8.8m2,按静载试验或经验参数确定考虑承台效应的基桩竖向承载力设计值。,
