桩基础设计PPT课件

1桩基础设计7.1概述7.2地基基础的设计总原则7.3桩基础的设计思想、原则与内容7.4按变形控制的桩基设计7.5桩型的选择与优化7.6桩的平面布置7.7桩基持力层的选择7.8桩长与桩径的选择7.9承台中桩基的承载力计算与平面布置7.10承台的结构设计与计算7.11桩基础抗震设计7.12特殊条件下桩基的设计原则7.13桩端桩侧后注浆设计7.14桩土复合地基设计7.15刚柔复合桩基设计7.16刚性桩基础设计实例7.17桩基设计程序思路简介27.1概述桩基的设计既有其严肃性的一面，必须按规范保证建（构）筑的长久安全，也有其灵活性的一面，可以采用多种桩基方案比较优化设计。桩基的设计应做到安全、合理、经济、施工方便快速，并能发挥桩土体系的力学性能。桩和承台应有足够的强度、刚度和耐久性，地基应有足够的承载力，且不产生超过上部结构安全和正常使用所允许的变形。桩型的多样性决定了桩基设计的多样性，要按照不同的地质条件选择适合拟建建筑物场地环境的桩型、桩基设计方案和施工方案以保证建筑物的长久安全。本章主要介绍了地基基础的设计总原则、桩基的设计思想、原则与内容、按变形控制的桩基设计、桩型的选择与优化、桩的平面布置、桩持力层的选择、桩长与桩径的选择、承台中桩基的承载力计算与平面布置、承台的结构设计与计算、桩基础抗震设计、特殊条件下桩基的设计原则、桩端桩侧后注浆设计、桩土复合地基设计、刚柔复合桩基设计及桩基设计程序思路简介等方面内容。3学完本章后应掌握以下内容：（1）地基基础的设计原则；（2）桩基础的设计思想与基本要求；（3）桩基的设计内容；（4）按变形控制的桩基设计方法；（5）桩型的选择与优化；（6）桩的平面布置方法；（7）桩持力层的选择方法；（8）桩长与桩径的选择方法；（9）桩基与承台的设计与计算；（10）桩基础抗震设计；（11）特殊条件下桩基的设计原则；（12）桩端桩侧后注浆设计方法；（12）桩土复合地基设计方法；（13）刚柔复合桩基设计方法；（14）桩基设计程序思路。4学习中应注意回答以下问题：（1）地基基础设计有哪些基本要求？桩基础的设计思想是什么？各类桩基的设计有哪些原则和要求？（2）桩基的设计包含哪些内容？如何按变形控制来进行桩基设计？（3）桩型选择应考虑哪些因素？如何进行桩型的优化？（4）影响桩基平面布置的因素有哪些？桩基平面布置有什么原则和要求？常见的桩基平面布置形式有哪些？（5）设计中桩持力层如何选择？（6）设计中桩长与桩径如何选择？（7）承台的设计与计算包括哪些内容？如何进行计算与校核？（8）如何进行桩基础抗震设计？（9）特殊地质条件下桩基的设计有哪些原则？（10）如何进行桩端桩侧后注浆设计？（10）复合地基如何进行设计？（11）刚柔复合桩基有哪些特点？如何进行设计？（12）桩基设计程序的思路和步骤有哪些？各步骤有哪些应注意的问题？57.2地基基础的设计总原则地基基础分为浅基础和深基础，桩基础是深基础的主要形式之一，桩基础设计必须要服从地基基础设计的总原则。7.2.1地基基础设计的基本要求地基基础设计包括三方面内容，即重要建筑物必须满足地基承载力要求、变形要求和稳定性要求。地基承载力计算是每项工程都必须进行的基本设计内容。稳定性验算并不要求所有工程都需要进行。只有两种情况才需要验算建筑物的稳定性，一种是经常受水平荷载的高层建筑和高耸结构；另一种是建造在斜坡上的建筑物和构筑物。根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况，按表7-1选用。67根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：1.所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；2.设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；3.表7-2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：1)地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4)相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。4.对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；5.基坑工程应进行稳定性验算；6.当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。897.2.2地基基础设计的荷载规定地基基础设计的荷载是上部结构设计的结果，必须和上部结构设计的荷载组合与取值一致。但由于地基基础设计与上部结构设计在概念与设计方法上都有差异，在设计原则上也不统一，造成了地基基础设计荷载规定中的某些方面与上部结构设计中的习惯不完全一致，为了进行地基基础设计，在荷载计算时，必须进行3套(标准组合、基本组合和准永久组合)荷载传递的计算。荷载传递计算的结果各适用于不同的计算项目。10111213147.2.3地基变形计算1.基本规定建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。而且表7-4是最大允许变形量。实际设计时要控制远小于最大允许变形量。地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。1）沉降量为基础中心的沉降。主要用于计算独立柱基和地基变形较均匀的排架结构柱基的沉降量，也可用于预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形量，以预留建筑物有关部分的净空。2)沉降差指两相邻独立基础沉降量的差值。主要用于计算框架结构相邻柱基的地基变形差异。3)倾斜是指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。主要用于计算大块式基础上的烟囱、水塔等高耸结构物及受偏心荷载作用或不均匀地基影响的基础整体倾斜。151617l18192.地基变形的计算地基变形计算是由土的压缩性决定的，计算的常用方法是分层总和法，主要计算参数为土层的压缩模量和压缩层厚度及上部荷载，见本书第4章。影响土体压缩性因素很多。土在外荷载作用下产生变形主要有以下一些原因：a.土颗粒在受力后发生错动或土颗粒的集合体之间发生滑动；b.土颗粒或颗粒集合体被压碎；c.土颗粒之间孔隙中的自由水和空气被挤出；d.土颗粒的薄膜水或结合水(束缚水)产生移动或被挤出，封闭的孔隙气体被压缩；e.土颗粒产生弹性变形。其中a、c、d项产生的变形是主要的，它是由于土体中的孔隙体积减小而形成的。可以通过对土体受力后其孔隙比的变化来表征土的压缩性。孔隙中水的挤出和土颗粒的移动都需要经过一定的时间后才能完成，这就是土的压缩(地基沉降)需要一定时间才能完全稳定的主要原因。设计时要详细研究地质报告提供的岩土物理力学参数，对压缩模量的取值和变形计算深度要仔细核定。207.3桩基础的设计思想、原则与内容7.3.1桩基础的设计思想与基本要求在土木建筑工程中，当浅基础不能满足建筑物或构筑物的承载力、变形和稳定性要求时就要采用深基础。桩基是常用的深基础。桩基的用途和类型有很多，对任一用途或类型的桩基，设计时都必须满足三方面要求：其一是桩基必须是长期安全适用的；其二是桩基设计必须是合理且经济的；其三是桩基设计必须考虑施工上的方便快速。此三方面要求同等重要，相互制约。因此，桩基设计的指导思想（Designconceptsofpilefoundation）可以概括为在确保长久安全的前提下，充分发挥桩土体系力学性能，做到既经济合理，又施工方便、快速、环保。要求设计施工人员依据规范又不僵硬地使用规范，从桩基工程的基本原理出发，考虑上部结构荷载、地质条件、施工技术、经济条件来正确地设计施工桩基础，目的是保证建（构）筑物的长久运行安全。21桩基设计的安全性要求包括两个方面：一是桩基与地基土相互之间的作用是稳定的且变形满足设计要求；二是桩基自身的结构强度满足要求。前者要求桩基在设计荷载作用下具有足够的承载力，同时保证桩基不产生过量的变形和不均匀变形，后者要求桩基结构内力必须在桩身材料强度容许范围以内。为保证建筑物的长久安全性，桩基础必须有一定的安全储备。《建筑地基基础设计规范》中规定单桩竖向承载力特征值取单桩竖向极限承载力的一半，即安全系数为2，以满足长期荷载和不可预见荷载对桩基础的长久安全要求。桩基设计的合理性要求桩的持力层、桩型、桩的几何尺寸及自身参数和桩的布置尽可能地发挥桩基承载能力。按受力确定桩身材料强度等级和配筋率，无论是整体还是局部，既满足构造要求，又不过量配置材料；设计结果施工可行；设计结果符合建(构)筑物的使用功能。桩基设计的经济性要求是指桩基设计中要通过运用先进技术和手段，充分把握桩基特性，通过多方案的比较，寻求最佳设计方案，最大限度地发挥桩基的性能，力求使设计的桩基造价最低，又能确保长久安全。2223247.3.4规范对桩基设计计算、验算内容的要求1.建筑桩基安全等级根据桩基损坏造成建筑物的破坏后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响)的严重性，桩基设计时应根据表7-6选定适当的安全等级。2.桩基的极限状态桩基的极限状态分为下列两类：承载力极限状态：对应于桩基达到最大承载能力或整体失稳或发生不适于继续承载的变形；正常使用极限状态：对应于桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。253.桩基设计时需进行的承载能力计算所有桩基均应进行承载能力极限状态的计算，主要包括：1)桩基的竖向承载力计算(抗压和抗拔)，当主要承受水平荷载时应进行水平承载力计算；2)对桩身及承台承载力进行计算；3)当桩端平面以下有软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的承载力；4)对位于坡地、岸边的桩基应验算整体稳定性；5)按《建筑抗震设计规范》的规定，需进行抗震验算的桩基，应作桩基的抗震承载力验算；6)承载力计算时，应采用荷载作用效应的基本组合和地震作用效应组合。荷载及抗震作用应采用设计值。264.建筑桩基的变形验算建筑桩基应验算变形如下：1)桩端持力层为软弱土的一、二级建筑桩基以及桩端持力层为黏性土，粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩基，应验算沉降；并宜考虑上部机构与基础的共同作用；2)受水平荷载较大或对水平变位要求严格的一级建筑桩基应验算水平变形；3)沉降计算时应采用荷载的长期效应组合，荷载应采用标准值；水平变形、抗裂、裂缝宽度计算时，根据使用要求和裂缝控制等级应分别采用荷载作用效应的短期效应组合或短期效应组合考虑长期荷载的影响。建于黏性土、粉土上的一级建筑桩基及软土地区的一、二级建筑桩基，在其施工过程及建成后使用期间，必须进行系统的沉降观测直至沉降稳定。277.4按变形控制的桩基设计7.4.1按变形控制的桩基设计理念按变形控制的桩基设计理念，是指桩基设计时在保证长久安全和满足使用功能的前提下，控制一定的允许沉降量来协调同一建筑中不同荷载要求的变形，同时考虑桩、土、承台的共同作用，现在流行的概念设计就是这个思路。这里必须要注意建筑地基规范表7-4的变形允许值是指房屋长期使用的最大和最终沉降值，而不是设计时控制变形的值。设计时房屋竣工的变形控制值建议控制在50mm以内，这样既满足建筑物的使用功能不使建筑物基础与周边地下管线脱开，又能做到建筑物内部不同荷载桩基础变形协调。287.4.2主楼与裙楼一体的桩基设计主楼建筑往往较高，相对单位荷载较大；裙楼建筑往往较低，相对单位荷载较小。而主裙楼一体建筑往往设置有统一的地下室，地下室使用功能一般为地下车库、消防水池、电梯井等，现代设计主裙楼一般要求不设沉降缝，所以要求主裙楼建筑沉降要一致，因此在桩基设计时要考虑主裙楼桩基础的变形协调。通常设计时主裙楼桩基的桩端持力层放在同一层上，而主楼桩基由于上部荷载大采用大直径群桩基础，而裙楼桩基由于上部荷载小采用直径相对小一些的单桩或双桩基础。主楼与裙楼之间地下基础