桩基课程设计.

1基础工程A课程设计桩基础设计土木工程系岩土教研室2010年6月11日2主要内容：桩基础的设计步骤确定桩长计算单桩承载力特征值Ra桩基承载力验算桩身结构设计桩平面布置原则桩基承台设计绘制施工图，提出施工说明3桩基础的设计步骤No结构、地质和环境资料桩型、桩长、断面桩数和布置验算单桩承载力桩基沉降验算承台与桩身设计计算设计结束单桩承载力特征值RaNo荷载、持力层、相邻建筑根据施工条件决定桩型根据持力层深度确定桩长根据荷载大小决定桩截面桩端进入持力层深度：1～3d，进入较好岩体0.5m。桩端下持力层厚度4d。根据第二节的方法确定单桩承载力特征值1单桩的静载荷试验2其他现场试验3原位测试4经验方法初估桩数nFk竖向荷载效应的标准组合Gk设计地面下承台底面以上结构和土的自重，容重用19.6kN/m3桩距摩擦桩一般3d扩底灌注桩扩底直径的1.5倍群桩承载力合力作用点与长期荷载的重心重合akkRGFn承载力验算采用正常使用极限状态下荷载效应的标准组合沉降验算采用正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合承台和桩身强度验算时采用正常使用极限状态下荷载效应的基本组合承台尺寸、厚度承台的抗冲切、抗弯、抗剪验算钢筋混凝土桩的配筋等设计4一、确定桩长：1）桩的长度主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好选择在进入坚硬土层或岩层，采用嵌岩桩或端承桩；当坚硬土层埋藏很深时，宜采用摩擦桩基，桩端应尽量达到低压缩性、中等强度的土层上。2）桩端进入持力层的深度（1~3d）：粘性土、粉土≥2d砂类土≥1.5d碎石类土≥1d当存在软弱下卧层时,桩端以下硬持力层厚度≥4d,嵌岩桩进入微风化或中等风化的岩体的最小深度≥0.5m.53)当硬持力层较厚且施工条件允许时，桩端进入持力层的深度尽可能达到桩端阻力的临界深度，以提高桩端阻力。临界深度:砂、碎石类土临界深度=（3～10）d（d为桩径）粘性土、粉土临界深度=（2～6）d4)嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布；并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。6二、计算单桩承载力特征值Ra按《建筑建筑地基基础规范》：按《建筑建筑桩基技术规范》：isiapppaalquAqR78三、桩基承载力验算1.确定桩的根数（1）中心荷载作用（轴心受压）：aKKRGFn式中：Fk----相应于荷载效应标准组合时，作用在桩基承台顶面的竖向力；Gk----桩基承台及其上填土的自重标准值。xFK+GK承台底面9（2）偏心荷载作用（偏心受压），如果群桩重心与荷载合力点重合，桩数按上式计算，否则，按上式计算适当增加（10%～20%）。aKKRGFnyMxKxFK+GKMyKHK承台底面xixmax102.桩基承载力验算（1）桩顶作用效应计算中心荷载作用（轴心受压）：nGFQKKK式中：Fk----相应于荷载效应标准组合时，作用在桩基承台顶面的竖向力；Gk----桩基承台及其上填土的自重标准值。xFK+GK承台底面11xyxixmaxymaxyiyMxKxFK+GKMyKHK承台底面xixmax偏心竖向力作用下：22iiyKiixKKKiKxxMyyMnGFQ***桩顶作用效应均按荷载作用效应标准组合计算。12（2）单桩承载力验算***中心荷载作用（轴心受压）桩基：aKRQ偏心荷载作用（偏心受压）桩基：aKRQaKRQ2.1maxHaiKRH水平力作用下：13(3)考虑地震作用效应的桩基单桩承载力验算中心荷载作用（轴心受压）桩基：aKRQ25.1偏心荷载作用（偏心受压）桩基：aKRQ25.1aKRQ5.1max地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖向承载力均可提高25%。14对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，当同时满足下列条件时，计算桩顶作用效应时可不考虑地震作用：（1）按《建筑抗震设计规范》规定可不进行天然地基和基础抗震承载力计算的建筑物(P368)；（2）不位于斜坡地带和地震可能导致滑移、地裂地段的建筑物；（3）桩端及桩身周围无可液化土层；（4）承台周围无可液化土、淤泥、淤泥质土。对位于8度和8度以上抗震设防区的高大建筑物低承台桩基，在计算各基桩的作用效应和桩身内力时，可考虑承台（包括地下墙体）与基桩的共同工作和土的弹性抗力作用。15四、桩身结构设计pccAfQ1.桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求：fc—混凝土轴心抗压强度设计值;Q—相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值;Ap—桩身的横截面面积;ψc—桩工作条件系数，预制桩取0.85,灌注桩取0.6～0.9(水下灌注桩或长桩时用低值)。162.桩混凝土等级、配筋要求（1）桩混凝土等级预制桩的混凝土强度等级不应低于C30；灌注桩不应低于C20；预应力混凝土桩不应低于C40。17（2）桩配筋要求——桩的主筋应经计算确定。预制桩钢筋：主筋（纵向）应按计算确定并根据断面的大小及形状选用4～8根直径为14～25㎜的钢筋。最小配筋率：打入式预制桩：ρmin≥0.8%，一般可为1%左右。静压法沉桩的预制桩：ρmin≥0.6%；主筋混凝土保护层应≥30㎜。18箍筋直径：6～8㎜，间距≤200㎜，在桩尖和桩顶处应适当加密（如图所示）；用打入法沉桩时，桩顶2~3d范围箍筋应加密。直接受到锤击的桩顶应设置三层φ6@40～70㎜的钢筋网，间距50㎜。桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。19预制桩施工阶段验算：预制桩的弯矩一般与桩的起吊、运输、锤击过程中的各种强度验算有关。桩长在20m以下者，起吊时采用双点起吊；在打桩架龙门吊立时，采用单点吊。吊点位置应按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的条件确定。如图所示，式中的q为桩单位长度的重力。K=1.3。预制桩的吊点位置和弯矩图（a）双点起吊；（b）单点起吊0.207L0.207LLM1M2M1=M2=0.0214kqL2（a）0.293LLM1M2M1=M2=0.0429kqL2（b）捶击振动验算：详见桩基规范。20主筋为6～10根φ12～14，灌注桩钢筋：ρmin≥0.2%~0.65%，小直径桩取大值。箍筋直径：6~8㎜，间距：200~300㎜，宜采用螺旋式箍筋，受水平荷载较大的桩基，桩顶3~5d范围箍筋适当加密。当钢筋笼长度超过4m，应每隔2m左右设一道φ12~18焊接加劲箍筋。主筋混凝土保护层应≥35㎜，水下灌注混凝土≥50㎜。21配筋长度要求：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。222桩基中各桩受力应比较均匀，布桩时应尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截面形心重合或接近；1当承台承受偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础，宜采用外密内疏的布置方式；五、桩的平面布置原则233.桩的中心距桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的空间不允许；桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工带来较大困难。一般情况下：dsa)43(土类与成桩工艺排数不少于3排且桩数不少于9根的摩擦型桩基其他情况非挤土和部分挤土灌注桩3.0d2.5d挤土灌注桩穿越非饱和土3.5d3.0d穿越饱和软土4.0d3.5d挤土预制桩3.0d3.0d打入式敞口管桩和H型钢柱3.5d3.0d桩的最小中心距表4-924252627六、桩基承台设计柱下独立承台将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应具有足够的强度、刚度。桩基承台设计内容：构造；计算：受弯、受冲切、受剪、局压承载力286.1桩基承台构造要求(P161)1.承台的平面尺寸和厚度：宽度≥500㎜。承台边缘至边桩中心距离不应小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分应≥150㎜。柱下独立桩基承台：厚度≥300㎜。2.混凝土：≥C20。3.钢筋保护层厚度：承台底钢筋的混凝土保护层厚度宜≥70㎜。当有混凝土垫层时不应小于40㎜。294.钢筋配置：承台的配筋按计算确定，对于矩形承台板，宜双向均匀配置，钢筋直径宜≥φ10，间距应满足100～200㎜；对于三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面3根钢筋相交围成的三角形，应位于柱截面范围以内[见图]。承台梁的纵向主筋应≥φ12，架立筋≥φ10，箍筋直径≥φ6。305.桩顶与承台的连接构造桩顶嵌入长度：为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜≥100㎜；对中等直径桩宜≥50㎜。桩顶主筋锚固长度：混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜≥30d（Ⅰ级）,≥35d（Ⅱ、Ⅲ级），对于抗拔桩基应≥40d。316.承台之间的连接构造单桩桩基承台宜在双向设置联系梁。两桩桩基承台：宜在其短向设置联系梁。有抗震要求的柱下独立承台：宜在双向设置联系梁。联系梁顶面宜与承台顶位于同一标高，梁宽应≥250㎜，梁高可取承台中心距的1/10～1/15。配筋：计算、构造。32337.承台埋深：应≥600㎜；在季节性冻土等地区≥1000㎜。保证承台周围填土质量、密实性。d8.承台顶面低于室外地坪至少100mm。346.2柱下桩基独立承台6.2.1.受弯计算（1）柱下多桩矩形承台其破坏特征呈梁式破坏：挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现，承台在两个方向交替呈梁式承担荷载。最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处。35iiyiixxNMyNM多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处。36垂直于x、y轴方向计算截面弯矩设计值；垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；yxMM、iiyx、iN扣除承台和承台上土重设计值后i桩竖向净反力设计值；当不考虑承台效应时，则为第i根桩的竖向总反力设计值。iiyiixxNMyNM37（2）柱下三桩三角形承台等边三角形承台破坏形式：等腰三角形承台破坏形式：38柱下三桩三角形承台受弯计算1)等边三桩承台：csNM433max式中：M—由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯距设计值；Nmax—扣除承合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力设计值;s—桩距;c—方柱边长，圆柱时c=0.866d(d为圆柱直径)。39αsc2c12)等腰三桩承台：12max1475.03csNM式中：M1、M2—分别由承台形心至承台两腰和底边距离范围内板带的弯距设计值；Nmax—扣除承合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力设计值;s—长向桩距;α—短向桩距与长向桩距之比，当α小于0.5时，应按变截面两桩设计；c1、c2—分别垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。max2220.7534NMsc40受弯承载力计算根据承台内力M，按混凝土结构设计规范设计。近似计算：09.0hfMAys412.受冲切计算若承台高度不足，或承台变阶处的高度不足，将会产生冲切破坏。其破坏方式分为沿柱边的冲切和角桩对承台的冲切（为柱冲切破坏锥体以外角桩对承台冲切作用）。42F（1）柱对承台冲切的承载力(P165)000002[]lxcyycxhptFbahafhilNFF2.084.000xx000haxx2.084.000yy000hayy43FL—扣除承台及其上填土自重，作用于冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线构成的锥体，锥体与承台底面的夹角不小于450；∑Ni—冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力（不计承台和承台上土的自重）设计值之和。F—柱根部轴力设计值；Βhp--受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800㎜时，βhp取1.0；当h≥2000㎜时，βhp取0.9；其间按线性内插法取用。ft--承台混凝土抗拉强度设计值；