桩基础(1).ppt

第4章 桩基础 Pile foundation,本章主要内容,4.1 桩基础概述 4.2 桩的分类 Pile foundation 4.3 竖向荷载下单桩的工作性能 Mechanism 4.4 单桩竖向承载力的确定 4.5 桩基计算 Design of pile foundation 4.6 桩的水平承载力与位移 4.7 桩基础设计,桩的应用 1 历史十九世纪以前，木桩 (1)7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡 (2)3000-4000年前罗马 (3)西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔 2 十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利蒸汽动力 十九世纪末，现场钻孔桩 (1897, Raymond),4.1 概述,软 土 层,桩Pile：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相对其长度较小的杆状构件。 桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上。,4.1 概述,承台,侧阻,端阻,沉井caisson,4.1 概述,4.1 概述,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,4.1 概述,新加坡发展银行,四墩7.3m,4.1 概述,现场灌注 护坡桩 造价低,4.1 概述,4.1 概述,二、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,4.1 概述,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,4.1 概述,三、适用条件,(1)水上建筑物； (2)深持力层,高地下水位； (3)抗震地基； (4)对沉降非常敏感的建筑,如精密仪器； (5)重型工业厂房，如仓库、料仓等； (6)软弱地基上的各类永久性建筑物； (7)作用有较大水平力和力矩的高耸结构物的基础，如烟囱、水塔等。,4.1 概述,日本阪神地震中发生的桩基础的破坏导致墩倾倒,4.1 概述,桩基设计原则,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)规定，建筑桩基采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，并按极限状态设计表达式计算，且桩基的极限状态分为两类：,4.1 概述,(1)承载能力极限状态：桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生 不适于继续承载的变形； (2)正常使用极限状态：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。,P113 表4.1 建筑桩基设计等级,桩基设计原则,4.1 概述,桩基设计应按变形控制，应满足下列基本条件,单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力 特征值； 桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值； 对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。,桩基设计内容,4.1 概述,桩的类型和几何尺寸的选择； 单桩竖向承载力的确定； 确定桩的数量、间距和平面布置； 桩基承载力和沉降验算； 桩身结构设计； 承台设计； 绘制桩基施工图。,4.2 桩 的 分 类,(一) 按承台 承台:将几个桩结合起来传递荷载 (二)材料 (三)形状 (四)承载机理 (五)按尺寸 (六)施工方法,承台,不同的分类标准,按荷载传递方式,竖直荷载：摩擦桩、端承桩(嵌岩桩)、摩擦端承桩、端承摩擦桩 Q = Qp+Qs Tip resistance(端承力), Skin friction(侧摩阻力) 摩擦桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载，桩长且深 端承桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬,4.2.1 按承载性状分类,端承桩,摩擦桩,4.2.1 按承载性状分类,4.2.2 按施工方法分类,施工方法沉桩方法 1 预制桩 Prefabricated pile 挤土桩 2 现场灌注桩 Cast in place 非挤土桩,1 预制桩 2 现场灌注桩,气锤打入 振动沉桩 静压桩,引孔,部分挤土, 大面积地面隆起 不引孔,挤土桩,成孔方法,人工挖孔 螺旋钻 正反循环地下水以下泥浆 护壁 冲击,夯扩,爆破 沉管灌注,浇注法,省,易 泥皮,虚土,断桩,水上 水下 其他,离心,预应力, 工厂,现场,振动沉桩 预制桩113m,按材料 木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管(型钢)桩、复合桩 钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土(离心预制)、高强混凝土,按承台 承台:将几个桩结合起来传递荷载 高承台桩 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥 低承台桩 承台在地面以下, 承台本身承担部分荷载,承台,4.2.2 按施工方法分类,高承台桩,按形状,按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节(分叉)桩、扩底桩、支盘桩、微型桩 按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩,桩身,桩端,横断面,按尺寸,按断面(直径）的大小：大直径:d80cm; 小直径d 60m（3) 长桩 l 10m 短桩 水平变形系数,l 2.5 为刚性短桩 2.5 l 2.5 为弹性中长桩 l 4.0 为弹性长桩,接桩,离心预应力预制钢筋混凝土桩,人工挖孔桩,广州市亚洲大酒店人工挖孔桩,螺旋钻,沉管螺旋钻孔灌注桩,粘性土,砂性土,扩底桩,人工挖孔扩孔桩 （芝加哥法）,UK英国,1.0-3.0 m,0.6-0.9 m,爆破扩底桩,内夯式扩底桩200kN钢锤,碎石,混凝土,钢筋笼,钻扩桩,挤扩桩（支盘桩）,奇特的扩底桩,北京西北某工地一技术员(实为包工头)考虑桩的载荷试验。此为人工控孔扩底桩，桩长大约20m。扩底部分在地下水位以下，并且为粉细砂。如何施工，倒坡开挖无论如何是站不住的。技术员讲：不用担心，我早已扩底了。那就是从地面往下一级一级地扩大，扩成一个瓮形，到了地下水位以下的粉细砂就好挖了。他扩的扩底桩见左图，右图为设计桩形。,(一) 按承台 (二)材料 (三)形状 (四)承载机理 (五)按尺寸 (六)施工方法,桩的分类总结,摩擦桩 端承桩 Q = Qp+Qs kN 挤土桩 (打入预制桩) 非挤土桩 (现场钻孔),3.挤土桩的成桩效应,4.2.3 按桩的设置效应分类,非饱和土由于挤压而增密； 饱和粘性土由于挤密而产生超孔隙水压力，土体产生横向 位移和竖向隆起，对临近的桩或建筑物造成重大影响；,松散的无粘性土挤密效果最佳， 密实或饱和粘性土的挤密效果较小,1.非挤土桩的成桩效应,由于孔壁侧向应力解除，桩周土出现侧向松弛变形而产生 松弛效应，导致桩周土体强度削弱，桩侧阻力降低。,桩侧阻力的降低幅度与土性、泥浆护壁、 孔径大小等因素有关,2.部分挤土桩 冲击成孔灌注桩、H型钢桩、打入（静压）式 敞口钢管桩和敞口预应力混凝土空心桩等,竖向受压桩 竖向抗拔桩 水平承载桩,4.3 竖向荷载下单桩的工作性能,Bearing capacity of a single pile,桩基础的作用是将荷载传递到下部土层，通过桩与桩周土的相互作用获取承载力,Qp,Q,Qs,单桩轴向荷载的传递机理,4.3.1 桩的荷载传递,竖向承载力的组成,对于以摩擦为主的桩： 摩阻力所需位移很小 端阻力需要较大位移; 不同阶段二者分担比不同,Qs 桩侧摩阻力 Skin， Shaft friction Qp 桩端阻力 Point,end resistance,4.3.1 桩的荷载传递,桩的竖向承载力发挥的特点,随着荷载增加，桩身上部侧阻力先于下部侧阻力的发挥 一般摩擦桩，侧阻力先于端阻力发挥，侧阻发挥的比例明显高于端阻 对于长桩，即使桩端土很好，工作荷载下端阻力也很难发挥。,4.3.1 桩的荷载传递,单位侧摩阻力qs的分布,桩身压缩变形或截面位移量,4.3.1 桩的荷载传递,S0,Sp,4.3.1 桩的荷载传递,桩侧摩阻力,K土的侧压力系数，随着深度增加,砂土中存在临界深度,4.3.2 桩侧摩阻力和桩端阻力,超静孔隙水压力消散,土的触变性,预制单桩静载试验前，砂土中7天，粘性土的15天， 饱和软粘土25天,饱和软粘土,4.3.2 桩侧摩阻力和桩端阻力,挤土桩,非挤土桩,4.3.2 桩侧摩阻力和桩端阻力,超静孔隙水压力消散,土的触变性,qs 随着深度增加,砂土中存在临界深度,4.3.2 桩侧摩阻力和桩端阻力,桩的端承力 (1)常作为基础承载力问题(太沙基解),(1)很难达到整体破坏 (2)端承力与深度有关 (3)存在临界深度,4.3.2 桩侧摩阻力和桩端阻力,土的极限端阻力影响因素 与土性有关,存在临界深度,与施工方法有关,桩端充填粉土,4.3.2 桩侧摩阻力和桩端阻力,在荷载作用下，桩在地基土中不丧失稳定性。 桩顶不产生过大位移 3 桩身不发生材料破坏,混凝土R= cfc Ap 钢筋混凝土R=c fc Ap +fyAg,钢筋抗压强度设计值,4.3.3 单桩的破坏模式,1 屈曲破坏（a）,4.3.3 单桩的破坏模式,2 整体剪切破坏（b）,3 刺入破坏（c）,(1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融陷,正摩阻,负摩阻,桩相对土向下,土相对桩向下,负摩擦力的确定： 荷载下部为岩石的端承桩, 可能全桩为负摩阻力。,4.3.4 桩侧负摩阻力 Negative shaft friction,产生负摩擦的条件和原因,ln,Negative,对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量 和方向来确定摩阻力的类型,l,时间函数问题,4.3.4 桩侧负摩阻力 Negative shaft friction,4.3.4 桩侧负摩阻力 Negative shaft friction,表4.3 中性点深度比,单桩负摩阻力标准值的计算,按经验公式计算：,群桩负摩阻力的计算,群桩中任一基桩的下拉荷载：,4.3.4 桩侧负摩阻力 Negative shaft friction,Ni-标贯击数,单桩竖向承载力的确定,4.4 单桩竖向承载力的确定,桩身材料强度,地基的承载力,单桩竖向极限承载力：,单桩竖向承载力特征值：,根据桩材按混凝土结构设计规范（GB50010-2002），当桩顶以下5d范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于100mm，对于桩身直径为3002000mm的钢筋混凝土桩承载力按下式计算：,4.4.1 按材料强度确定,确定单桩竖直向承载力特征值的方法,静载荷试验 2 按土的抗剪强度指标确定 3 经验方法：静力触探 经验公式,4.4 单桩竖向承载力的确定,(1)静载荷试验装置及方法 获得单桩承载力最可靠的方法,锚桩反力梁,4.4.2 静载荷试验方法,单桩承载力确定,锚桩反力梁法,单桩承载力确定,单桩承载力确定,单桩承载力确定,锚桩 桁架法,2400吨,桩顶试验中,单桩承载力确定,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,单桩承载力确定,(2) 载荷试验确定极限承载力Qu(各规范不同) 如果有陡降点,取为Qu 缓变曲线取桩顶总沉降 s=40mm对应荷载 24h未稳定,Sn对应的荷载 确定平均值 (极限承载力标准值) 如离散太大,增加试桩数，具体确定 设计值R=,单桩承载力确定,Q (kN),其他现场试验方法 Osterberg法 动测桩法 桩端深层平板载荷试验 离心模型试验 岩基载荷试验（不介绍）,单桩承载力确定,Osterberg法,单桩承载力确定,安装,单桩承载力确定,多动式,单桩承载力确定,动测桩法,气缸,堆载,桩,消音器,力传感器,Statnamic大应变动测桩承载力方法加拿大和荷兰,单桩承载力确定,深层平板载荷试验确定桩端承载力,承载力特征值： 1 比例界限 2 极限荷载之半 3 s/d0.010.05对应荷载, 0.8 m,刚性板直径800mm,单桩承载力确定,左:土工离心机 右上:离心机中的入桩设备 右下:模型桩,单桩承载力确定,单桩极限承载力,4.4.3 按土的抗剪强度指标确定,粘性土不排水强度cu的单桩极限承载力：,静载荷试验 2 按土的抗剪强度指标确定 3 静力触探 4 经验公式,单桩竖向承载力的确定,5 确定单桩竖向承载力特征值的规范经验公式,静力触探Static Cone Penetration 地基基础设计为丙级的建筑物 通过双桥探头得到侧阻fs和端阻qc确定 单桩竖向极限承载力标准值为,传感器,Ap 桩底横截面面积 u 桩身周长 li 第i层土的厚度,4.4.4 静力触探法,单桥探头计算公式参考公式4-20,根据建筑桩基技术规范,单桩竖向极限承载力标准值：,4.4.5 经验公式法,（1）一般预制桩和中小直径灌注桩,极限侧阻力标准值查表4-11 极限端阻力标准值查表4-12,（2）大直径桩（d大于800mm）,4.4.5 经验公式法,单桩竖向极限承载力标准值：,极限端阻力标准值查表4-13,4.5 桩基计算 4.5.1 桩顶作用效应计算,桩顶荷载计算简图,（1）轴心竖向力作用下,（2）偏心竖向力作用下,（3）水平力,轴心竖向作用力下：,4.5.2 桩基竖向承载力验算,1. 荷载效应标准组合,偏心竖向力作用下,2. 地震作用效应和荷载效应标准组合,轴心竖向作用力下：,偏心竖向力作用下,3. 单桩竖向承载力特征值的计算,K-安全系数，取2,4.5.2 桩基竖向承载力验算,考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值计算公式 见P138 式4-33,群桩与群桩效应,问题: 单桩承载力加起来等于群桩承载力？,实际工程中桩基础是由多根桩组成，上部由承台连接。由三根和三根以上的桩组成的桩基础称为群桩基础 作用：1 加强土，2 将荷载传递到更深土层中,4.5.3 竖向荷载下的群桩效应,群桩中的基桩受力时的承载力和沉降性状， 与相同地质条件和设置方法的单桩有着显 著差别，这种现象称为群桩效应。,群桩与群桩效应 Pile group and group effect,岩石,土,压力扩散深度,6d,端承桩,4.5.3 竖向荷载下的群桩效应,应力叠加 桩底应力增加,侧阻发挥程度降低，端阻发挥程度提高;总的沉降增加,4.5.3 竖向荷载下的群桩效应,群桩效应,挤密效应 扰动与超静孔压力 地面与桩的侧移与上浮 约束效应 荷载的调节作用 应力叠加 沉降增加 承台承担部分荷载,群桩效应与很多因素相关，可以用群桩效应系数衡量,对于砂土、长桩和大间距条件下 1.0, 工程设计中常取 1.0, =,群桩承载力,群桩中各单桩承载力之和,4.5.3 竖向荷载下的群桩效应,1 端承型群桩基础,岩石,土,s,端承型群桩基础中各根基桩的工作性状接近于 独立单桩，群桩基础承载力等于各基桩承载力 之和，群桩效应系数,4.5.3 竖向荷载下的群桩效应,2 摩擦型群桩基础,（1）承台底面脱地的情况,D,群桩中各基桩均匀受力， 如同独立单桩。,当SD时，附加应力因重叠而 增大，摩擦群桩的沉降大于单 桩。,S,S相等情况下，两者的承载力如何？,4.5.3 竖向荷载下的群桩效应,承台底面土体分担荷载，桩端贯入持力层促使群桩整体下沉才能实现，群桩向下位移越大，承台底土反力越大,2 摩擦型群桩基础,（2）承台底面贴地的情况（复合桩基）,桩基沉降不会危及建筑物的 安全和正常使用,4.5.3 竖向荷载下的群桩效应,关于承台承载力问题,承台可以承担荷载，最高达30 刚性承台下各桩承担的荷载不同 在动力荷载下(铁路桥梁);负摩擦力(地面下沉);端承桩情况下不考虑承台承载力,1 预制桩沉桩 砂土,非饱和土和一般粘性土,填土有挤密作用,使承载力增加 饱和粘土,超静孔压积累,地面上浮,先入桩上浮,土层扰动,使承载力降低 2 应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加 3 桩之间互相调节 个别桩承载力低总体上可互补;个别桩受荷,其他桩帮助传递荷载 4 承台可部分承受荷载,4.5.3 竖向荷载下的群桩效应,承载力满足建筑物荷载要求，但沉降量过大时采用桩基，这时桩的作用仅仅是为了减少基础的沉降量，故称为减沉桩。,减 沉 桩 基,减沉桩（摩擦桩）设置在基础下，数量少，间距大，不仅能弥补承载力的不足，而且还能非常显著的减少建筑物的沉降量。 当承台产生一定沉降时，桩基就充分发挥作用并进入极限承载状态，同时承台也分担相当大的荷载。,Sa 6d 时，验算单桩,4.5.4 软弱下卧层验算,Sa 6d 时，按整体基础,F,4.5.5 桩基础沉降验算,多数桩基需要进行沉降验算 荷载采用准永久组合 基本假设：单向压缩、均质各向同性和弹性假设的分层总和法 方法：假想实体基础法布氏解；明德林（Mindlin)方法,竖向荷载作用下的单桩沉降由三部分组成：,桩身弹性压缩引起的桩顶沉降； 桩侧阻力引起的桩周土体中的附加应力扩散，致使桩端 下土体压缩而产生的桩端沉降； 桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。,计算方法：,（1）荷载传递分析法； （2）弹性理论法； （3）剪切变形传递法； （4）有限元分析法； （5）其他简化方法。,4.5.5 桩基础沉降验算,群桩基础的沉降主要是由桩间土的压缩变形（桩身压 缩、桩端贯入变形）和桩端平面以下土层受群桩荷载 共同作用产生的整体压缩变形两部分组成。,规范GB50007不考虑桩间土的压缩变形，采用单向压缩分层 总和法计算群桩基础的最终沉降量：,4.5.5 桩基础沉降验算,当建筑物对桩基的沉降有特殊要求，或桩端存在有 软弱下卧层，或为摩擦型群桩基础时，尚应考虑桩 基的沉降验算。,Fk,l,Gk,b0,hi 桩身穿越第i层土层厚度 l 桩的入土深度 qsia 第i层土侧阻力特征值 Gk 承台和承台以上土的重量 按照规范法计算桩基中点最终沉降：,p0,（1）实体深基础法 s6d 不考虑应力扩散,d,4.5.5 桩基础沉降验算,l,Q,pi 第i层土层中点处的附加应力 m 桩数 zp,k 第k根桩端荷载产生的附加应力 zs,k 第k根桩侧荷载产生的附加应力,Q,(1)Q,i,（2）明德林盖得斯应力计算,4.5.5 桩基础沉降验算,4.5.6 桩基负摩阻力验算 Negative shaft friction,1.中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算:,4.5.6 桩基负摩阻力验算 Negative shaft friction,桩周第i层土负摩阻力系数。按表4-4取值；,桩周第i层土平均竖向有效应力,2.考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：,负摩阻力群桩效应系数,当考虑桩侧负摩阻力，验算基桩竖向承载力设计值R时，对于摩擦型基桩取桩身计算中性点已上侧阻力为零，按下式验算基桩承载力：,对于端承型基桩除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载Qng，按下式验算基桩承载力：,4.5.6 桩基负摩阻力验算 Negative shaft friction,不同荷载作用下桩的承载力小结,竖向承压桩承载力=摩阻力+端阻力 摩阻力-土性，深度（临界深度），入桩方式，桩土相对位移 端阻力-土性，深度（临界深度） ，入桩方式 确定单桩承载力的方法 负摩擦力,4.7 桩基础设计,桩基础的设计步骤,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：13d，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n Fk 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,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,桩基础设计的一般步骤,承台和桩应有足够的强度、刚度和耐久性； 桩端持力层要有足够的承载力和较小的变形。 桩基的关键问题是控制沉降量，桩基设计应 按桩基变形控制进行设计。,除了上述各项承载力验算外，必要的情 况下，还应进行桩基软弱下卧层承载力 验算、桩基沉降验算和桩基负摩阻力验 算。,桩基础设计的一般步骤,4.7.1 桩基设计基本资料,岩土工程勘察文件 建筑场地与环境条件的有关资料 建筑物有关资料 施工条件的有关资料 供设计比较用的有关桩型及实施可行性的资料,桩基设计时，首先应根据建筑物的结构类型、荷载情况、地层条件、施工能力及环境限制(噪音、振动)等因素，选择预制桩或灌注桩的类别，桩的截面尺寸和长度以及桩端持力层等。,4.7.2 桩型、桩长和截面尺寸选择,1. 桩的根数,4.7.3 桩数及桩位布置,当桩基为轴心受压时，桩数n可按下式估算：,偏心受压时，对于偏心距固定的桩基，如果桩的布置使得群桩 横截面的重心与荷载合力作用点重合，桩数仍可按上式确定。 否则，应将上式确定的桩数增加1020。,桩数最终由各桩受力验算后确定,群桩基础中的单桩承载力验算,中心竖直荷载,实 际 分 布,假设的分布,F,假设每个桩的荷载相同,Gk 承台以上总自重 n 桩数,G,偏心竖向荷载,Y,x7,y7,Qik 第i根桩底竖向力 Mxk，Myk 作用于承台底面通过桩群形心的x，y轴的力矩,9,8,7,2,1,6,3,4,5,X,群桩基础中的单桩承载力验算,荷载线性分布假设,桩基础设计的一般步骤,X,Y,三根桩的荷载计算,2. 桩的中心距,4.7.3 桩数及桩位布置,基桩的最小中心距,3. 桩位的平面布置,平面布置可采用对称式、梅花式、行列式和环状式排列。根 据群桩截面重心与荷载合力作用点重合的原则采用等距或不 等距排列，外密内疏排列。,桩距：,S,d,4.7.3 桩数及桩位布置,1.预制桩的混凝土强度等级宜C30，采用静压法沉桩时，可适当降低，但不宜C20；预应力混凝土实心桩的混凝土强度等级宜C40。预制桩的主筋(纵向)应该计算确定并根据断面的大小及形状选用48根直径为1425mm的钢筋。 2.灌注桩桩身的混凝土强度等级一般应C25，混凝土预制桩尖强度等级应C30。当桩身直径为3002000mm时，正截面配筋率可取0.200.65(小桩径取高值，大桩径取低值)。,4.7.4 桩身截面强度的计算,见P157-158,4.7.5 桩承台的设计,承台的作用是将各桩联成一整体， 把上部结构传来的荷载转换、调整 分配于各桩。承台的设计要按混 凝土结构设计规范进行受弯、受 冲切、受剪切和局部承压承载力计 算。,承台设计内容,承台材料及其强度 几何形状及其尺寸 承台结构承载力的计算 验算,构造基本要求,形状 方,矩型,三角形,多边形,圆形 最小宽度 50 cm 最小厚度 30 cm 最小埋深50cm 桩外缘距离承台边15 cm 边桩中心距离承台边1.0D 桩嵌入承台： 大桩横向荷载10 cm,小桩5 cm,钢筋伸入承台30d 混凝土标号C20 cm,保护层7cm 配筋要求,5、10 cm,承台,4.7.5.1 外形尺寸及构造要求,承台的设计计算,独立承台、条形承台梁，筏板承台和箱形承台板等形式。 承台的埋置深度60cm，主要由建筑物结构设计和环境条件决定 对于承台应进行抗弯、抗冲切和抗剪计算,承台的抗弯计算,如果承台厚度较小，配筋量不足，承台可能发生弯曲破坏。,（1）柱下多桩矩形承台 计算截面在柱边和 承台截面变化处 Mx = Niyi My = Nixi,4.7.5.2 承台的内力计算,(1) 柱下多桩矩形承台 Mx = Niyi My = Nixi,承台的抗弯计算,（2） 柱下三桩三角形承台 与矩形承台类似 Mx = Niyi My = Nixi,承台的抗弯计算,等边三桩承台的弯距平均值：,S-桩距 C-方柱边长,根据冲切验算等确定，须验算：,沿柱边的冲切强度,角桩冲切验算,斜截面抗剪验算,h0,F,45o,4.7.5.3 承台厚度及强度计算,(1) 受冲切计算,板式承台的厚度主要由冲切计算决定。 两种破坏形式： 柱对承台的冲切，由柱边沿或者变阶处形成一个45o的冲切锥体 角桩对承台的冲切，冲切处形成一个倒冲切锥体,Q,Q,F,4.7.5.3 承台厚度及强度计算,(1) 受冲切计算,柱对承台冲切的承载力:沿柱边或者变阶面的冲切,一般沿大约45o斜截面上产生拉裂,锥体破坏,h0 冲切锥体的有效高度 0x、0y 冲切系数, ft 混凝土抗拉强度 a0x、a0y 柱边或变阶处至相应桩边的水平距离 hp 截面高度影响系数,4.7.5.3 承台厚度及强度计算,(1) 受冲切计算,4.7.5.3 承台厚度及强度计算,(1) 受冲切计算,柱下矩形独立承台受柱冲切时可按下列公式计算,（2)角桩对承台的冲切验算 道理相同,见书上介绍,Nl 角桩竖向力设计值,450,4.7.5.3 承台厚度及强度计算,三桩三角形承台受角桩冲切的承载力计算,底部角桩：,顶部角桩：,(2) 斜截面的受剪切计算,V 扣除承台及其上土自重后斜截面上最大剪力设计值； 剪切系数 hs 高度影响系数 计算截面的剪跨比,boy,box,B0 承台计算截面处的计算宽度,4.7.5.3 承台厚度及强度计算,案例1：某基桩工程安全等级为二级，其桩型平面布置、剖面及地层分布如图所示，土层及桩基设计参数见图中标注，承台底面以下存在高灵敏度淤泥质黏土，已知 请按建筑桩基技术规范（JGJ942008）计算复合基桩竖向承载力特征值。,解： 按建筑桩基技术规范（JGJ942008）第5.2.2条、第5.2.5条、第5.3.5条计算：,所以复合基桩竖向承载力特征值,所以单桩竖向承载力特征值,由于承台底存在高灵敏度淤泥质黏土，取,某一嵌岩桩，桩入土28m，桩直径900mm，土层分布情况：粘土层厚12.2m， ；细砂层厚14m， ；往下为中风化岩石。混凝土强度C30， ，岩石强度 。按建筑桩基技术规范（JGJ942008）确定该桩的单桩极限承载力。,按建筑桩基技术规范（JGJ942008）第5.3.9条：,=5783.5kN,根据桩身混凝土强度，单桩承载力设计值为：,其极限值更大，取小值。 因此，该桩的极限承载力标准值为5783.5kN。,案例3： 某一群桩基础如图所示，承台下共有6根基桩，上部结构荷载和承台及上覆土（已考虑了自重荷载分项系数）重8000kN， ， ，试计算桩和桩桩顶所承受的荷载大小。,解：（1）计算各桩顶荷载平均值：,（2）按建筑桩基技术规范（JGJ942008）第5.1.1条中的公式5.1.1-2,沉箱基础：上海外环隧道,桩基技术进展及深基础简介,本章结束 桩为什么断了？ 在洛阳某处湿陷性黄土地基采用桩基础修建一宿舍楼。由于楼附近有自来水管开裂漏水造成该楼倾斜，挖开地基检查，发现灌柱桩断裂，混凝土质量很好，钢筋配筋也满足设计。 为什么桩会断裂呢？,负摩阻力,案例分析,广州一基坑采用护坡桩支护，将挖出的弃土堆在坑边，并且在基坑中采用人工挖孔桩，结果在施工中，护坡桩倾覆、基坑失事。分析其原因。,案例分析,载荷试验,在北京拟建一个二十层的高楼，采用筏基10×10m。计划将筏基放在砂砾石层地基上，承载力为270kPa。但是开挖到设计基底高层时，发现尚有12m的软弱土层，承载力为150kPa。施工技术人员在软弱土层上用水泥掺土夯实作了一层70cm的垫层，经1m×1m尺寸的荷载板试验，结果达到270kPa。问此地基可否直接建高层建筑的筏板基础？ 扩散角为28o,案例分析,加深加宽基础总是承载力有利吗？,分析清华某住宅楼条形基础的例子，在上部结构总荷载F160kN/m不变时，加深加宽基础总是对承载力有利吗？见图基础宽度1.2m (某些数据作了调整),F,1.2m,人工填土 18 kN/m3,粉质粘土 19 kN/m3 fk160 kPa Es8MPa,软粘土 fk100 kPa Es2.7MPa,0.6m,案例分析,习 题 P170，4-1，4-2，4-3,