桩基础设计ppt课件

8.7 8.7 桩基础桩基础 设计设计 桩基础的设计应力求桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全选型恰当、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，地基有足够的承载力和不产生过量的变形，其设计内其设计内容和步骤如下：容和步骤如下：（1 1）进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；）进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；（2 2）综合勘察报告）综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；条件等确定桩基持力层；（3 3）选择桩材，确定桩的类型）选择桩材，确定桩的类型、外形、外形尺寸和构造；尺寸和构造；（4 4）确定单桩竖向（和水平向）承载力设计值；）确定单桩竖向（和水平向）承载力设计值；（5 5）根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平）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；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）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；承台底的标高；（7）验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；）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；）验算承台尺寸及结构强度；（9）必要时必要时验算桩基的整体承载力和沉降量，当桩端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；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。）单桩设计绘制桩和承台的结构及施工祥图。No结构与地质资料结构与地质资料桩型、桩长、桩距桩型、桩长、桩距确定桩数确定桩数n=P/R桩基中单桩承载力验算桩基中单桩承载力验算软弱下卧层验算软弱下卧层验算实体深基础验算实体深基础验算承台设计承台设计沉降计算沉降计算桩桩基基础础的的设设计计步步骤骤1.1.收集设计资料收集设计资料设计桩基之前必须具备各种资料：建筑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。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：探点布置，应按要求考虑：勘探深度勘探深度布置布置1/31/2的勘探孔作为控制性孔，且对安全等级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为一级的建筑桩基场地至少应有3个控制性孔，安全等级个控制性孔，安全等级为二级的建筑桩基应不少于为二级的建筑桩基应不少于2个控制性孔。控制性孔应穿个控制性孔。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面以下3m5m。嵌岩桩钻孔应深入持力岩层不少于嵌岩桩钻孔应深入持力岩层不少于35倍桩径；当持倍桩径；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。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。原位测试，以便提供设计所需参数。2.2.桩的类型、截面和桩长的选择桩的类型、截面和桩长的选择 桩基设计首先就要根据桩基设计首先就要根据结构类型及层数、荷载情况、地结构类型及层数、荷载情况、地层条件和施工能力层条件和施工能力。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。持力层、确定桩的类型。楼层楼层；荷载荷载：1010层以下建筑物：桩基直径层以下建筑物：桩基直径500500mmmm左右的灌注桩和边长为左右的灌注桩和边长为400400mmmm预制桩；预制桩；10102020层层：用直径用直径800800mmmm10001000mmmm灌注桩和边长为灌注桩和边长为450450mmmm500500mmmm预制桩；预制桩；20203030层层：用直径大于用直径大于12001200mmmm的钻（冲、挖）孔灌注桩和边长的钻（冲、挖）孔灌注桩和边长大等于大等于500500mmmm550550mmmm的预应力混凝土管桩和大直径钢管桩。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；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，采用质量易于在场地土层分布比较均匀的条件下，采用质量易于保证的保证的预应力高强度混凝土管桩预应力高强度混凝土管桩比较合理。比较合理。确定桩长的关键在于选择桩端持力层。坚实土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。对于层最适宜作为桩端持力层。对于1010层以下的房屋，层以下的房屋，如在桩端可达的深度内无坚硬土层时，也可选择如在桩端可达的深度内无坚硬土层时，也可选择中中等强度的土层等强度的土层作为持力层。作为持力层。3.3.桩的数量和布置桩的数量和布置桩的根数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载力设计值 R 后，可估算桩后，可估算桩的的数数目目。桩基为轴心受压时，桩数桩基为轴心受压时，桩数 n 应满足下式要求：应满足下式要求：RGFn F作用在承台上的轴向压力设计值；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承台及其上方填土的重力；R单桩署向承载力设计值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，如果桩偏心受压时，对于偏心距固定的桩基，如果桩的布置使得的布置使得群桩横截面的重心群桩横截面的重心与与荷载合力作用点重荷载合力作用点重合合，则仍可按上式估算桩数，否则，桩的根数应按，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上式确定的增加10%20%。对桩数超过对桩数超过3根的非端承桩基础，应按根的非端承桩基础，应按8.5式求得式求得桩基承载力设计值后重新估算桩基承载力设计值后重新估算桩数桩数，如有必要，还，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。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。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，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。以便计算单桩承载力。承台底面的标高根据桩的受力情况，承台底面的标高根据桩的受力情况，桩的刚度和地形、桩的刚度和地形、地质、水流、施工地质、水流、施工等条件确定。承台低时稳定性好，但在水等条件确定。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。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。桩基的水平承载力设计值。安全安全 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（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应符合表表8.20 的规定。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值适当加大适当加大。桩在平面内可以布置成桩在平面内可以布置成梅花形、方形网格或三角形网格梅花形、方形网格或三角形网格的形式，也可采用的形式，也可采用不等距排列不等距排列。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 力的作用点力的作用点重合或接近重合或接近。桩的平面布置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。减小，即多布设在柱、墙下以减小梁和板中的桩数。钢筋混凝土预制桩钢筋混凝土预制桩（1 1）钢筋混凝土预制桩的混凝土强度应不低于）钢筋混凝土预制桩的混凝土强度应不低于C C3030。（2 2）配筋率配筋率minmin一般为一般为1%1%左右，一般按截面的形状和大小采用左右，一般按截面的形状和大小采用4 48 8根直径根直径1212mmmm1515mmmm的钢筋（边长的钢筋（边长3030mmmm以下者用以下者用4 4根）。箍根）。箍筋直径采用筋直径采用6 6mmmm8 8mmmm，间距不大于间距不大于200200mmmm，在桩尖和桩顶处密。在桩尖和桩顶处密。（3）主筋的保护层一般取）主筋的保护层一般取35mm，在桩身混凝土强度达到设计在桩身混凝土强度达到设计强度后强度后方可起吊、搬运。方可起吊、搬运。为方便吊装、运输，预制桩身时为方便吊装、运输，预制桩身时需设置吊环，需设置吊环，支点支点应设在设计的应设在设计的吊点处吊点处。4.桩身截面强度计算桩身截面强度计算（4）预制桩的截面通常为圆形、方形的实心截面、圆柱）预制桩的截面通常为圆形、方形的实心截面、圆柱 体的体的空心截面。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）根据施工和运输条件考虑桩身的分节，一般桩长超过25m30m时需要接桩，桩的接头不宜超过两个。时需要接桩，桩的接头不宜超过两个。混凝土灌注桩混凝土灌注桩 灌注桩的混凝土强度一般不得低于灌注桩的混凝土强度一般不得低于C C1515，水下浇筑灌注桩水下浇筑灌注桩的混凝土强度不得低于的混凝土强度不得低于C C2020。素混凝土桩宜采用的坍落度为素混凝土桩宜采用的坍落度为6060mmmm8080mmmm，当桩身配有钢当桩身配有钢筋时，坍落度可适当加至筋时，坍落度可适当加至8080mmmm100100mmmm，水下浇筑混凝土的坍水下浇筑混凝土的坍落度宜采用落度宜采用180180mmmm220220mmmm。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筋直径不小于1212mmmm，配筋率不小于配筋率不小于0.2%0.2%。（1 1）桩身受弯则不宜小于）桩身受弯则不宜小于0.4%0.4%，主筋锚入承台的长度应大于，主筋锚入承台的长度应大于钢筋直径的钢筋直径的3030倍；倍；（2 2）主筋的保护层厚度应）主筋的保护层厚度应3535mmmm，水下浇筑时，主筋的保水下浇筑时，主筋的保护层厚度应护层厚度应5050mmmm；（3 3）箍筋一般采用螺旋式箍筋，直径应箍筋一般采用螺旋式箍筋，直径应66mmmm，间距为间距为200200300300mmmm。预制桩在吊运和吊立时由自重产生的弯矩与吊点的预制桩在吊运和吊立时由自重产生的弯矩与吊点的 数量和位置有关数量和位置有关。长长20m以下的桩一般采用以下的桩一般采用双吊点双吊点；在打桩架龙门吊立时，采用；在打桩架龙门吊立时，采用 单吊点单吊点。吊点位置吊点位置:按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的条件取定，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。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；桩单位长度的重力；K考虑在吊运过程中考虑在吊运过程中 桩可能受到的冲撞和振动而取的动力系数，桩可能受到的冲撞和振动而取的动力系数，一般为一般为1.5。桩在运输或堆放时的支点应放在起吊点处。桩在运输或堆放时的支点应放在起吊点处。计算表明：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。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入的深度不宜小于2 2倍桩径；对砂类土不宜小于倍桩径；对砂类土不宜小于1.51.5倍桩径，倍桩径，对碎石类土，不宜少于对碎石类土，不宜少于1 1倍桩径。当存在软弱下卧层时，桩倍桩径。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于基以下硬持力层厚度不宜小于4 4d d，当硬持力层较厚且施工条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。界深度。嵌岩桩或端承桩桩底下嵌岩桩或端承桩桩底下3倍桩径范围内应无软弱夹层、断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。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)1.1.收集设计资料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。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：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)5.5.承台设计承台设计承台是桩基础的一个重要组成部分。承台是桩基础的一个重要组成部分。其其作用作用是将各基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。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：确定承台的设计内容有：确定平面尺寸、厚度、与桩的连平面尺寸、厚度、与桩的连接及配筋接及配筋等。一般先按要求：初步拟定各项内容的尺寸等。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。和数量，经各项验算后确定，或经修改直到满足要求。桩基承台可分为桩基承台可分为柱下独立承台，柱下或墙下条形承台柱下独立承台，柱下或墙下条形承台，以及以及筏板承台和箱形承台。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。足一定的要求。柱下独立承台桩柱下独立承台桩 基基 础础墙下承台桩基础墙下承台桩基础柱下条形承台桩柱下条形承台桩基础基础井格承台桩井格承台桩基础基础筏板承台筏板承台桩基础桩基础环形承台环形承台桩基础桩基础箱形承台箱形承台桩基础桩基础 桩端持力层桩端持力层 要求桩端进入持力层一定深度，桩端下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持力层留有一定厚度承台埋深要求：承台埋深要求：(1)高承台高承台:由建筑物决定由建筑物决定,如如 桥桥(过船过船),码头码头,冲刷深度冲刷深度(2)低承台低承台,确定基础埋深确定基础埋深 60 cm 建筑物要求建筑物要求 地质水文地质水文 冻胀冻胀粘土粘土 2d砂土砂土 1.5d碎石碎石 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桩基的损坏，承台底面应位于冰冻线以下不少于不少于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难，在受力条件允许时应尽可能采用高承台高承台。承台如在水中、在有流冰的河道，承台底面应位于最承台如在水中、在有流冰的河道，承台底面应位于最 低低冰层底面以下冰层底面以下不少于不少于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保证基桩不会直接受 到撞击，否则应到撞击，否则应设置防撞装置设置防撞装置。5.1承台的尺寸和结构承台的尺寸和结构(1)形状：方形状：方,矩型矩型,三角形三角形,多边形多边形,圆形圆形(2)最小宽度最小宽度 500mm(3)最小厚度最小厚度 300mm(4)桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边 150mm 边桩中心距离边桩中心距离承台边承台边 1.0d(5)桩嵌入桩嵌入承台承台大桩横向荷载大桩横向荷载 100mm,小桩小桩 50mm,钢筋伸入钢筋伸入承台承台30d 混凝土标号混凝土标号 C15,保护层保护层70mm 1.0d 15cm10 cm5.2承台的内力计算承台的内力计算 取计算截面取计算截面柱下多桩矩形承台弯矩的计算截面：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，柱边和承台高度变化处，并按下式计算：并按下式计算：Mx、My垂直垂直X轴和轴和Y轴方向计算截面处的弯矩设计值；轴方向计算截面处的弯矩设计值；xi、yi垂直垂直Y轴和轴和X轴方向自桩轴线到相应计算轴方向自桩轴线到相应计算 截面的距离截面的距离；Ni扣除承台和承台上土自重设计值后扣除承台和承台上土自重设计值后 第第I 桩竖向净反力桩竖向净反力设计值；当不考虑承台效应时，则为设计值；当不考虑承台效应时，则为 I桩竖向总反力设计值。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：柱下三桩三角形承台弯矩的计算截面应取：在柱边在柱边按下式计算：按下式计算：yNMxNMyxxy对于对于计算弯矩截面计算弯矩截面不与主筋方向正交时，须对主筋方不与主筋方向正交时，须对主筋方向进行换算。向进行换算。矩形承台矩形承台三桩三角形承台三桩三角形承台5.3 承台的厚度的确定承台的厚度的确定5.3.1主要决定承台的抗冲切和抗剪主要决定承台的抗冲切和抗剪 沿柱边的冲切沿柱边的冲切,一般沿一般沿45o斜截面上产生拉裂斜截面上产生拉裂,锥体破坏锥体破坏QFFhUfFmt1010r0 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作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值；力设计值；Um 冲切面中点周长冲切面中点周长 冲切系数冲切系数,ft 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度 00,2.072.0haF45oh05.3.25.3.2承台角桩冲切验算承台角桩冲切验算01111211022hfacacNtxyyxN N1 1角桩竖向力设计值角桩竖向力设计值1 1x x、1y1y冲切系数冲切系数 f ft t混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度 F F 4545o oa aixixa aiyiyc c1 1c c2 25.3.35.3.3斜截面的剪切验算斜截面的剪切验算)4.13.0(,3.012.0)0.34.1(,5.12.0;0000hbfVhbfVycxxcya ax xh h0 0V Vx x=Q Qi i垂直垂直X X方向的斜截面上最大剪力设计值；方向的斜截面上最大剪力设计值；剪切系数；剪切系数；fcfc混凝土抗压强度混凝土抗压强度 0haxbx5.3.45.3.4抗弯验算抗弯验算 混凝土与结构力学混凝土与结构力学,计算决定配筋计算决定配筋 6 6 桩基础设计例题桩基础设计例题 P P246 246 例例8.28.2 谢谢 谢谢 观观 赏赏再再 见！见！