1、2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,第十一章 桩基础,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,第一节 概述,一、桩基础的优点1.承载力高； 2.沉降量小； 3.能承受一定的水平荷载和上拔力,稳定性好; 4.可以提高地基基础的刚度,改变其自振频率; 5.可提高建筑物的抗震能力； 6.便于实现基础工程机械化和工业化。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,二、桩基础的适用范围1.建筑物荷载较大，地基上部软弱而下部不太深处埋藏有坚实地基土层时；2.高层建筑或其它重要的建筑物，不允许地基有过大的沉降或不均匀沉降时;3.高耸建
2、筑物或构筑物对限制倾斜有特殊要求时;4.建筑物为敏感性结构，而地基土极不均匀时;5.大型或精密的机械设备基础对沉降或沉降速率有严格要求或需限制振幅时; 6.地震区，以桩基作为结构抗震措施时。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,三、桩基础按承台与地面相对位置不同分类 1、低承台桩基础：承台位于地面以下； 2、高承台桩基础：承台高出地面以上，或位于水中。工业与民用建筑中，绝大多数情况都采用低承台桩基础，而高承台桩基础则多用于桥梁和港口工程。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,四、桩的分类、按桩的传力情况 1、端承桩:桩顶荷载主要由桩端阻力
3、承受。 2、摩擦桩:桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受。、按桩的施工方法分类 1、预制桩:在工厂或施工现场预先制作的桩。 预制桩按材料分为钢筋砼桩,钢桩和木桩。 2、灌注桩：直接在施工现场所设计的桩位处开孔成型，然后在孔内放钢筋笼（或不放）再灌注砼而形成的桩。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,、按桩的设置效应分类1、挤土桩：采用锤击、振动等沉桩方法把桩打入土中，将桩位处的土大量排挤开，因而使桩周围某一范围内的土结构受到严重扰动破坏。一般实心的预制桩、底端封闭的管桩、木桩和沉管灌注桩均属挤土桩。2、部份挤土桩：沉桩时对桩周土体有部分排挤作用,但土的强度和变形性质改变不太
4、大的桩。一般底端开口的管桩、H型钢桩、预钻孔打入式预制桩和冲击孔灌注桩均属部分挤土桩。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,3、非挤土桩：采用钻或挖的方法，在桩的成孔过程中清除孔中土体，一般不产生设桩时的排挤作用。一般现场灌注的钻、挖孔灌注桩属于非挤土桩。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,第二节 单桩竖向承载力的确定,一、桩的荷载传递作用在桩顶上的荷载一般是由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承受。但在不同的桩顶荷载作用下，桩侧摩阻力和桩端阻力比值并非是一个常数。这说明桩顶荷载传递的过程是较复杂的。,2019年4月29日星期一,Teacher
5、Yang Ping,二、单桩竖向受力机制 1.桩的竖向承载力取决于桩的材料强度或土对桩的支承力,一般来说桩的承载力由后者决定,只有支承于岩层的端承桩,才有可能由桩材强度控制。 2.土对桩的支承力由桩侧摩阻力与桩端阻力二部分组成。 3.桩侧摩阻力大小取决于桩周土的物理力学性能以及土层深度等因素。而摩阻力的发挥取决于桩土之间的相对剪切位移。当桩土之间相对剪切位移量达4-10mm，摩阻力达极限（粘性为4-6mm，砂土6-10mm）。继续增加位移，土结构破坏，抗剪强度降至某一固定值（残余强度）。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,4.桩端达极限承载力时的相应沉降量(对一般
6、粘性为0.25d,对硬粘土为0.1d，对砂类土为0.08-0.10d)是桩径d的函数。 5.在粘性土中，打桩破坏地基土的天然结构及造成孔隙水压力急剧上升，有效压力减少。因而桩周摩阻力和端承力都处于最低值。随时间推移，桩承载力逐渐增长，初期很快，随之减慢，3-6月后趋于某有限值。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,三、单桩竖向承载力 1、按桩身材料强度计算,(2)式仅用于预制打入桩，控制打桩应力防止疲劳破坏。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,R单桩竖向水载力设计值（kn）。 :桩的稳定系数，低于台桩时， =1。 fc:砼轴心坑压强度设
7、计值(kN/m2)。 A:桩横截面积（m2）。 As:受压钢筋截面面积（mm2） fy:纵向钢筋抗压强度设计值（kN/m2） fcu: 砼立方体抗压强度。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,2、按土的承载力计算：对于一级建筑物单桩竖向承载力的标准值应通过现场静载荷试验确定；对于二级建筑物，可参照地质条件相同的试验资料，根据具体情况确定；对于三级建筑物及一、二建筑在初设阶段可估算。 按静载荷试验确定试桩数量一般不少于总桩数的1%,且不得少于3根,试桩必须待桩土体强度恢复后进行,间隔时间不少于:砂土7d;一般粘性土15d;饱和软粘土25d,灌注桩就在桩身达到设计强度后
8、才能进行。加载装置、试验方法、稳定标准、终止加荷条件见规范。试验结果得Q-s曲线、logts曲线。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,A.根据Q-s曲线确定单桩承载力基本值R0 a当Q-s曲线有明显的拐点时，取拐点对应的荷载为R0。 b.对直径或宽度在550mm以下的预制桩，当某级荷载（Qi+1）作用下，其沉降量与相应的荷载增量的比例si+1/ Qi+10.10mm/kN时，取前一级荷载Qi之值为R0 。 c.当符合规范终止加荷条件（2）时，在Q-s曲线上取桩顶总沉降量为40mm时的相应荷载值。 d.对桩基沉降有特殊要求者，就根据具体情况选取，如某些精密设备基础，
9、对位移倾角有特殊要求的，就根据其允许值从严控制，即降低桩承载力，使变形处低值。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,B.根据logts曲线确定单桩荷载基本值R0在一组曲线中取斜率剧增且发生明显向下转折的那条曲线所对应的荷载作为桩的破坏荷载,并取其前一级荷载作为荷载基本值R0. C此外，还有logtlogs曲线法。s-logQ法和指数方程决策。 D单桩静截荷试验的基本值必须进行统计，计算统计的平均值，要求其极差不超过平均值的30%，取其平均值的一半作为单桩承载力标准值RK。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,.按我国地基基础规范（GB50
10、007）规定的经验公式确定摩擦桩：Rk=qpAp+upqsi/i端承桩：Rk=qpAp qp桩端土的承载力标准值，可接地区经验确定，对于预制桩也可按规范中表格查取； Ap桩身的横截面面积； qsi桩周土的摩擦力标准值，可接地区经验确定，对于预制桩可接规范查取； up桩身周边长度。 li接土层划分的各段桩长。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,单桩竖向承载力设计值R=1.2Rk对桩数等于或小于3根的柱下承台取：R=1.1Rk 按地基规范确定嵌岩桩承载力设计值R=Ab Ab：桩端横截面面积微风化岩石和中等风化岩石中的嵌岩桩，由于岩石提供的承载力较大，因此桩的承载力多取
11、决于桩身的强度和灌注质量对于山区丘陵等地区，在确定嵌岩桩的单桩承载力时可参照当地有关的地基基础设计规范的规定计算。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,四、单桩的容计抗拔力 1、作用于桩顶上的拔力，由桩侧摩阻力承担，其抗拔力设计为： T = ( upsili+090w)/K 抗拔极限摩阻力与桩轴心受压极限承载力的比例系数，可用0.400.80。此系数与桩长有关，桩长小于4m时取低值，大于15m挤土桩取高值 w按设计桩径确定的桩身自重，应扣除水浮力。 fsi第i层土极限摩阻力；fsi=2qs； Up、qsi、li符号意义同地基规范公式中的字母意义。,2019年4月29
12、日星期一,Teacher Yang Ping,2单桩抗拔力最好通过试验确定，通常用试验曲线取桩顶容许拔升量s所对应的上拔力作为 T ，一般S取3-5mm 五、桩侧负摩阻力桩身阻力分为正摩阻力和负摩阻力。正摩阻力方向向上，负摩阻力方向向下。负摩阻力的存在将直接影响到桩的轴向承载力。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,产生负摩阻力的情况有： 1.桩基础设置在欠固结软粘土或新近填土的土层中,由于土体自重作用产生固结引起地面沉降; 2.大面积地面堆载或填土使桩周土体压密固结引起地面沉降; 3.正常固结软粘土地区,地下水位全面下降使桩周土有效应力增大,因而引起桩周土大面积沉
13、降; 4.自重湿陷性黄土地区桩周黄土层湿陷引起地面下沉; 5.打桩使已设置的邻桩抬起。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,在地面发生沉降的地基中，长桩的上部为负摩阻力而下部往往仍为正摩阻力。正负摩阻力分界的地方，即桩土之间不发生相对位移的截面称为中性点。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,第三节 群桩承载力及沉降计算,一受力特性1.端承群桩中各单桩的工作状态与孤立的单桩相似，群桩的承载力应为各单桩承载力之和。当各桩的荷载相同、沉降相等且桩距大于335倍桩径时，群桩的沉降量几乎等于单桩的沉降量。2.由于磨擦阻力的扩散作用，群桩中各桩传布
14、的应力互相重迭，以致桩端平面处的附加应力大大超过孤立的单桩，且附加应力影响的深度和范围也比孤立的单桩大的多，群桩的桩数越多，这种影响越显著。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,因此摩擦群桩中各桩所受荷载与孤立单桩相同时，群桩的沉降量比单桩要大。如果不允许群桩的沉降量大于单桩的沉降量，则群桩中每一根桩的平均承载力将小于单桩的承载力。群桩的承载力小于各单桩承载力之和，其沉降大于单桩，这就是所谓的群桩效应。由上述讨论可知，群桩效应主要是针对摩擦群桩。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,二、群桩的设计原则 1、对于以下第一类桩基不考虑群桩效应
15、，只验算群桩中各单桩的承载力： 、端承桩； 、桩数小于9根的摩擦桩； 、桩的布置小于2排时； 2、对于以下第二类桩要考虑群桩效应，除验算群桩中各单桩的承载力外，还应验算假想基础地基的强度和沉降。 、桩的间距s6d； 、桩数9根的摩擦桩； 、桩的布置2排时；,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,三群桩承载力的确定1.端承桩： FRn=nRf2.对摩擦桩，习惯采用下列二种方法：A.将单桩承载力进行折减乘以桩数，作为群桩承载力。其折减系数：,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,式中：群桩效率系数 =群桩的极限承载力/单桩极限承载力之和；d桩径（
16、m） ； s桩中心距（m）；arctg(d/s)以度计；m、n群桩纵横两向的桩数。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,有如下规律： 1、 值随桩距的增大而提高，桩距增大至一定值时值增加就不明显。 2、在相同桩距的情况下， 值随桩数增加而降低。 3、在承台面积不变时，值随桩数增加（即桩距减少）而降低。从以上试验结论看出：为提高群桩效率值，设计时应合理选择桩距。一般情况下最优桩距是335倍桩径。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,B、群桩的整体强度及计算方法群桩的整体强度是指桩基础作为一个包括桩、桩间土和承台的整体时的破坏强度。把桩基作为
17、整体，就是把它作为一个假想的实体深基础验算该基础底面（即桩端平面）的地基承载力强度。a、把桩与桩周土一起作为实体深基础，考虑摩阻力在荷载传递中的作用。假定承台底面的荷载，从最外一圈的桩顶，以四分之一土层的内摩擦角扩散至桩端平面处(见下图)。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,中心受压：,偏心受压：,式中： G包括承台及其上土重，以及扩散锥面以内全部桩土在内的总重量(考虑浮力)，kN。 A实体深基础面积，m2，A=（0+2ltan） （b0+2ltan）。 l承台底至桩端平面处的桩长，m。,2019年4
18、月29日星期一,Teacher Yang Ping,桩长l范围内各土层内摩擦角的加权平均值即:,p假想实体深基础底面的平均压力，kPa。 A0群桩最外一圈所包围的面积，m2，A0=b0。 pmax假想实体深基础底面的最大边缘压力，kPa。 假想实体深基础底面（即桩端平面处）修正后地基承载力设计值，kPa。 Mx、My作用在假想实体深基础底面上的荷载分别对x轴和y轴方向的力矩。 Wx、Wy假想实体深基础底面在X轴和Y轴方向的抵抗矩，m3。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,b、把桩周土与桩一起作为一个实体深基础，考虑实体深基础侧面与土的摩擦力的支承作用。如下图：,2
19、019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,中心受压时：,偏心受压时：,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,式中： u各土层中群桩外缘的侧面积，m2。 qsu桩周各土层的极限摩阻力，kPa， 对于粘性土及粉土取qsu = qu /2； 对于砂土取qsu = tan。 qu土的无侧限抗压强度， kPa。 土的静止土压力强度，kPa。 K安全系数，一般取23。 注：当桩支承在坚硬土层上，且桩周土很软弱时，也可不考虑桩群侧面的支承作用。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,(五)群桩的沉降计算验算群桩沉降时，同样将群桩作为一个
20、假想的实体深基础（如下图），按浅基础的沉降计算步骤计算沉降，并应考虑满足建筑物地基允许变形值的规定。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,1、压缩层厚度压缩层厚度由桩基础底面起计算至附加应力等于自重应力的20%处，附加应力应计入由于考虑相邻基础影响产生的应力增量。 2、最终沉降量计算最终沉降量计算可采用浅基础沉降计算的步骤。但浅基础沉降计算公式是的沉降计算经验系数s值，目前尚无统一规定，应根据地区经验或大量的沉降观测资料统计分析而得。压缩模量Es建议按实际应力相应的Es或采用室内固结试验结果求算。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,当桩
21、支承在低压缩性土层上时，一般可不作沉降计算。但桩端支承在软弱土上的一、二级建筑物桩基以及桩端持力层为粘土层、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑物桩基，则应进行沉降验算。沉降验算时宜考虑上部结构与基础的共同作用。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,第五节 承台设计,一、承台的构造要求1.承台的最小宽度500,承台边缘至桩中心的距离不宜小于桩径或边长,且边缘挑出部分 150。对于条形承台梁边缘挑出部分 300。2.承台厚度300。3.桩顶嵌入承台的长度:对于大直径桩100;对于中等直径桩500。桩身主筋应伸入承台内,其锚固长度40倍主筋直径。桩身主筋不伸入承台者，须计算承
22、台局部受压承载力。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,4承台砼C15；采用钢筋时，砼C20。承台底钢筋保护层厚度70；当设素砖垫层时，保护层厚度可适当减小；垫层厚度宜为100，强度等级为C10 。 5承台的钢筋配置除满足计算要求外,对于矩形承台,宜按双向均匀配筋(见图),钢筋直径不宜小于10，间距应满足100200。对于三桩承台应按三向板带均匀配筋，最里面三根钢筋相交围成的三角形应位于柱截面范围以内（见图）。对于承台梁，其纵向主筋12,架立筋10,箍筋6。受力筋必须通长布置。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,2019年4月29日星期
23、一,Teacher Yang Ping,二、承台的计算 1、受弯计算 、柱下独立桩基承台（板式承台）的弯矩的计算 其破坏模式如下：最大弯矩产生于平行柱边两个方向的屈服线处。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,A.多桩矩形承台弯矩计算截面取在桩边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘）：,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,B、等边三桩承台,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,C、等腰三桩承台,2019年4月29日星期一,Teacher Yang P
24、ing,墙下条形桩基承台(梁式承台)的弯矩计算梁式承台的内力，应考虑承台梁与上部墙体的协同作用，可按倒置的弹性地基梁计算弯矩和剪力。计算时先求得作用于梁上的荷载，然后按普通连续梁计算其弯矩和剪力。2、受冲切计算包括柱对承台的冲切及角桩对承台的冲切两种情况。,3、受剪计算 4、局部受压验算,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,第六节 桩基础设计,桩基础的设计应力求安全,合理和经济。对于桩和承台,要具有足够的强度,刚度及耐久性;地基则要有足够的强度和不产生过大的变形。 一、桩基础的设计步骤如下： （一）调查研究，收集资料在桩基设计前，应深入调查研究，必须掌握下述资料：1
25、.建筑物上部结构的类型、平面尺寸、构造及使用要求；2.上部结构传来的荷载及其性质；,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,3.工程地质勘察资料,必须在提出工程地质勘察任务时,说明拟议中的桩基方案； 4.当地建筑材料的供应情况； 5.当地的施工条件:包括沉桩机具,施工方法及施工质量； 6.施工现场及周围环境的情况,交通和施工机械进出场地条件,周围是否有对振动敏感的建筑物; 7.当地及现场周围建筑基础设计及施工的经验教训等。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,（二）、选择桩材、桩型及其几何尺寸桩的材料主要使用砼和钢筋。规范规定预制桩的砼等级不
26、应低于C30;灌注桩不应低于C15;水下灌注时不应低于C20。钢筋级别按砼强度等级相应选用级、级或级(详见规范)。桩型包括选定预制桩或灌注桩的种类以及确定桩的断面尺寸及桩长等。一个工程采用什么桩型,需作具体的技术经济分析,才能作出好的设计.,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,截面：最小不小于250250，具体要求如下: 1.10层以下宜采用直径为500的灌注桩和边长为400的预制桩； 2.1020层宜用直径为8001000的灌注桩和边长为450500的预制桩； 3.2030层宜用直径为10001200的灌注桩和边长大于500的预制桩；,2019年4月29日星期一,
27、Teacher Yang Ping,4.3040层宜用直径大于1200的灌注桩和边长为500550的预制桩、预应力钢筋砼空心桩和大直径钢管桩； 5.40层以上的一般采用大直径灌注桩。 桩长：最短的不应小于4米，以地质勘察报告为依据选择持力层。 1.持力层：中等强度时，厚度不小于5d，才能满足扩散要求。 2.桩进入持力层的最小深度：粘土、砂土不小于23d；碎石不小于1d；嵌岩不小于05d。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,3.承台内的嵌固长度：坚直荷载时不小于50；水平荷载时不小于100。 4.端承桩的长细比：粘土时不小于60；淤泥质土时不小于40。 5.桩长：主
28、要取决于桩端持力层的选定，同时还应考虑桩的制作和运输条件以及沉桩或成孔设备的可能性。 （三）、确定单桩承载力 （四）、确定桩的数量及其平面布置,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,1、中心受压时：,2、偏心受压时：,3、桩距：一般不小于3d，一般常为34d；扩底灌注桩一般不小于15D（D为扩底直径）。桩的边距一般不小于桩的直径，且不小于300。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,4、桩的平面布置：纵横墙交接处必须布桩，洞口下宜用承台梁。桩的排列方式有：成方形或矩形网格的行列式或成三角形网格的梅花式；也可采用不等距的排列式。 （五）、桩基
29、的验算 1、桩基中各单桩的受力验算 A、轴心受压的桩基，各单桩的荷载Q（设计值）应满足下式要求：,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,B、偏心受压的桩基，除应满足上式外，还应满足下式：,2、群桩验算对于桩距较小，桩数较多的摩擦群桩，由于具有群桩效应，除应按上述方法验算单桩的承载力外，还应按前面讲的方法进行假想实体深基础的强度和变形验算。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,（六）承台设计承台计算包括受弯、受剪、受冲切及局部受压承载力计算。根据受弯计算的结果进行承台的钢筋配置；根据受冲切和受剪计算确定承台的厚度。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,附：地基处理的两种常用方法： 一、换土垫层法：是一种直接置换地基软弱持力层的处理方法，即将基底下一定深度范围内的软弱土层挖出，换填上强度较大的低压缩性散体材料，然后分层夯实形成垫层作为基础持力层。 垫层的主要作用： 1、提高地基的承载力； 2、减少地基的变形； 3、加速排水固结。,2019年4月29日星期一,Teacher Yang Ping,二、褥垫法：是在基底下的一定深度范围内，将局部压缩性较低的岩石凿去，换填上压缩性较大的材料，然后分层夯实形成的垫层作为基础的部分持力层，使基础整个持力层的变形相互协调。 褥垫的作用：调整地基的压缩性。,
