rAAA桩基础.ppt

1,对矩形群桩基础，等效基础底面的附加应力为,bo,ao,实体基土重,2,若,则上式变为：,设等效基础底面下的附加应力按某一压力扩散角向下扩散，则作用在软弱下卧层顶面的附加应力为,群桩条件下的,3,2）对于桩距Sa 6d、且硬持力层厚度t(Sa-De)cot/2的群桩基础，以及单桩基础，属于基桩冲剪破坏。软弱下卧层的承载力验算：,N桩顶轴向压力设计值； De桩端等代直径， 对于圆形桩端，De=D； 方形桩De=1.13b；确定时B0=De。,单桩条件下的,4,2.6.4 桩基沉降验算,桩基沉降计算方法： 等代实体基础法 弹性理论法,等代实体基础法：将桩基础看作设置在桩端平面以上某一高程处的实体基础，然后用一般计算浅基础沉降的方法计算桩基础的沉降。 而事实上群桩基础的变形与荷载、桩长、桩距、桩数及各土层的物理力学性质有关，等代实体基础法未能反映上述影响因素，特别是工作荷载作用下桩间土的压缩变形。 显然该方法对大桩距群桩是不适用的。,5,弹性理论法：考虑了桩侧、桩端力传递到桩端平面以下产生的压缩变形，把群桩作为单桩的集合进行叠加，但忽视了桩的加筋作用与承台对变形性状的影响。,6,等效作用分层总和法,等效作用分层总和（布氏）法：考虑了等代实体基础法在计算上的简捷性与实用性，又考虑了群桩桩土共同作用特征的一种沉降计算方法。 等效作用分层总和法是将Mindlin解（分层总和法）与等效（分层总和法）实体基础布氏解之间建立关系，采用等效作用分层总和法计算桩基沉降。计算时引入了等效沉降系数以反映Mindlin解与Boussinesq解的相互关系。,7,等效作用分层总和法是将等效作用荷载面规定为桩端平面，等效面积即为桩承台投影面积，忽略桩自重所产生的附加应力(对于非挤土、部分挤土桩而言，其附加应力只相当于混凝土与土的重度差)。 等效作用面的附加应力即相当于计算天然地基时承台底面的附加应力。桩端平面下的应力分布采用Boussinesq解。,8,等效实 体基础,9,对于桩中心距小于或等于6倍桩径的桩基，中点沉降计算公式,桩基沉降经验系数 对非软土地区和软土地区桩端有良好持力层时， =1.0； 在软土地区且桩端无良好持力层时， 当桩长l25m，取=1.0； l25m，=(5.9l-20)/(7l-100)。,桩基等效沉降系数,10,关于等效沉降系数(e)：,式中：nb-矩形布桩的短边布桩数； C0, C1,C2-根据群桩不同径矩比、长径比及承台长宽比查表确定。参见下列简表（详见桩基规范）。,11,桩基等效沉降系数(e)计算参数表 （Sa / d = 2）,12,桩基等效沉降系数(e)计算参数表 （Sa / d = 3）,13,桩基等效沉降系数(e)计算参数表 （Sa / d = 6）,14,当布桩不规则时，等效距径比可按下式计算： 圆形桩,方形桩,Ae桩基承台总面积；b方形桩截面边长。,15,矩形桩基中点变形计算:,地基沉降计算深度:,附加应力系数 按角点法查表2-2,承台宽度,查表2-9,表（2-9） 均布矩形荷载角点下的平均附加应力系数p-86,表（2-2） 均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数p-60,16,前例,某二级建筑柱下独立桩基，桩基竖向荷载效应基本组合设计值F=6200kN，弯矩M=350kN·m，水平力H=500kN，承台埋深2.5m，承台及承台上土重设计值G=300kN。建筑场地地层条件： 012m，粉质粘土，重度=19kN/m3，e=0.80，可塑状态，地基极限承载力标准值qck=200kPa；地下水位于地面下3.5m。 1214m，细砂，中密-密实； 1419m，砾石、卵石层,密实； 1928m，粉质粘土,； 2835m，卵石层； 3538m，粉土。 采用水下钻孔灌注桩，桩径d=600mm，4根；承台尺寸如图。,桩端以下土层的压缩模量分别Es3=30MPa（砾石层），Es4=25MPa（粉质粘土层），桩端平面上承台投影范围内的附加应力p0358kPa。试计算桩基中心点的沉降。,17,砾石层,细砂层,粉质粘土层,15.5m,19.0m,28.0m,z1=3.5m,z2=8.0m,Lc,Bc,2.5m,粉质粘土（软层）,卵石层,4,5,18,四分之一面积的尺寸,19,20,21,2.6.5考虑桩侧负摩阻力的桩基验算（简略） 2.6.5.1 负摩擦阻力,定义： 桩周土层的沉降超过桩的沉降，在桩周产生向下的摩阻力。,22,产生负摩阻力的条件: 桩穿越较厚的松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层，进入相对较硬土层时； 桩周存在软弱土层，地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载时，使桩周土层发生沉降； 由于降低地下水位，使桩用土中的有效应力增大，并产生显著的大面积土层压缩沉降。 在饱和软土中打入密集的桩群，引起孔隙水压力，引起土体大量上涌，随后重塑土体因超孔隙水压力消散而重新固结引起的下沉。,23,2.6.5.2 中性点深度,定义：桩截面沉降量与桩周土层沉降量相等之点，桩与桩周土相对位移为零，称为中性点，即负摩阻力与正摩阻力交界点无任何摩阻力。 中性点处，桩所受的下拉荷载最大,ln,24,(1)桩端持力层的刚度：持力层愈硬，中性点ln愈深；端承型桩的ln大于摩擦桩。 (2)桩周土层的变形性质和应力历史：桩周土层压缩性愈高，欠固结土层愈厚，中性点深度愈大。 (3)当负摩阻力系由沉桩后外部条件变化所致，在桩顶荷载作用下的沉降已完成的情况下，则ln较大；当堆载强度和面积愈大，地下水降幅和面积愈大，则ln愈大。 (4)桩的长径比愈小、截面刚度愈大，则ln愈大。 (5)在桩承荷过程中，随承受荷载及沉降的增加ln逐渐变小。 除了上述主要因素，它还与桩顶荷载施加时间与发生负摩阻力时间，以及桩的类型与成桩工艺等因素有关。,影响中性点深度ln的主要因素,25,中心点深度按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定。 据实测结果，对于欠固结的软弱土层中的摩擦型桩 ln=0.70.8l0。(l0为桩在可压缩层内的长度)。 对于穿越软土、自重湿陷性黄土，支承于基岩、砂卵石层上的端承型桩，当沉降在容许范围内时，ln=0.850.9l0；当沉降接近于零时，则为1.0l0。,规范：,中心（性）点深度的确定,26,2.6.5.3 单桩负摩阻力计算,无实测资料时,当降低地下水位时: 当地面有均布荷载时:,第i层土平均竖向有效应力,第i层土层底以上 加权平均有效重度,第i层土桩侧负 摩阻力标准值,27,2.6.5.4 下拉荷载标准值,中心点以上桩的 平均负摩阻力标准值,中心点以上桩周土 的加权平均有效重度,群桩中任一基桩下拉荷载标准值:,n中心内点以上土层数; li中心点以上各土层的厚度; n负摩阻力群桩效应系数;计算值1时，取1.0; Sax,Say纵横向桩中心距.,28,2.6.5.5 考虑负摩阻力的桩基验算,摩擦型桩 取桩身计算中性点以上侧阻力为零（即按零考虑），按下式验算基桩承载力,端承型桩 除满足上式外，尚应计入下拉荷载按下式验算基桩承载力：,桩顶竖向荷载设计值,29,某高层采用复合基础，上部桩箱基础长33.4m，宽30.6m，埋深4.15m。下部采用400mm×400mm钢筋混凝土预制桩，桩长20m，纵横向桩的中心距均为2.0m。据岩土工程勘察报告，场地为第四系土层，16.9m以上均为欠固结软弱土层。试计算群桩桩任意桩的下拉荷载。,箱础,软弱土层,12.75m,厚度 层底深度 中点深度 有效重度 m m m kN/m3,例题,zi-至地面起，第i层的中点深度,4.15m,16.9m,30,桩侧负摩阻力标准值：,当qnsi计算值大于正摩阻力时，取正摩阻力值。,粘性土中性点深度比取0.5 ln/l0=0.5, l0=16.9m, ln=8.5m,31,桩负摩阻力的计算与取值,群桩中任一基桩下拉荷载标准值:,计算,查表,综合 取值,32,Sax=Say=2.0m d=1.13b=1.13×0.4=0.452m,取n=1.0,33,作业：p359第8-2，8-3题,34,2.6.6 桩身材料验算,除单桩承载力外，尚应进行桩身材料强度或抗裂度验算。 混凝土结构设计规范规定：将桩身混凝土的抗压强度与钢筋的抗压强度分别计算进行叠加；同时考虑桩的长细比与压杆稳定问题。,35,桩身材料强度的验算：,混凝土轴心抗压强度设计值，按混凝土强度等级取值,钢筋抗压强度设计值，根据钢筋的种类与等级取值,构件稳定系数，取决与桩的长细比，即桩的计算长度与截面边长之比， 1,基桩施工工艺系数：混凝土预制桩，1.0；干作业非挤土灌注桩，0.9；泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩，0.8。,36,例：一高层建筑采用钢筋混凝土桩，桩径d=550mm，混凝土的强度等级为C40，受力主筋采用1级钢筋1718。桩的轴向荷载设计值N=2750kN。试验算桩身的抗压强度。 解： 建筑桩基重要性系数0=1.1; 构件稳定系数，因桩完全在地面以下，桩四周有土压力作用1； 混凝土轴心抗压强度设计值fc=19.5N/mm2; 桩的截面积A=237583.5mm2 基础施工工艺系数c=1.0; 钢筋抗压强度设计值，fy´=210N/mm2; 钢筋截面A´s=4326mm2,37,桩的抗压抗压强度安全可靠,到基础设计,38,2.7 桩的水平承载力与位移,Horizontal Bearing Capacity and deformation,目录,39,作用在桩顶上的水平荷载包括： 长期作用的水平荷载(来自地下室外墙上的土和水的侧压力等)； 反复作用的水平荷载(来自风荷载和机械制动荷载等) 地震作用所产生的水平力。,40,单桩的水平承载力取决于: 桩的材料强度、截面刚度; 桩的入土深度; 桩侧土质条件; 桩顶水平位移允许值; 桩顶嵌固情况,承载力确定方法： 理论计算：弹性地基理论 对于受水平荷载较大的一级建筑桩基，单桩水平承载力设计值，应通过单桩静力水平载荷试验确定。,41,2.7.1 单桩水平荷载试验,试验装置：采用一台水平放置的千斤顶同时对二根桩进行加荷。,42,对于承受反复作用的水平荷载的桩基，试验宜采用多循环加卸载方式。 每级荷载的增量为预估水平极限承载力为1/101/15，或取2.520kN(当桩径为300-1000mm时)。 每级各加卸载5次，即每次施加不变的水平荷载4min(用千斤顶加荷时，达到预计的荷载值所需要的时间很短，不另外计算)，卸载2min；或者加载、卸载各10min，并按上述时间间隔记录百分表读数，每次卸载都将该级荷载全部卸除。,加荷方法,43,稳定标准,承受长期作用的水平荷载的桩基，宜采用分级连续的加载方式，各级荷载的增量为预估水平极限承载力为1/101/15，或取2.520kN(当桩径为300-1000mm时)。 各级荷载维持10min并记录百分表读数后即进行下一级荷载的试验。 如在加载过程中观测到10min时的水平位移还未稳定，则应延长该级荷载的维持时间，直至稳定为止。 其稳定标准可参照轴向静载荷试验。,44,终止加荷的条件,当出现下列情况之一时，即可终止试验： (1) 桩身已断裂； (2) 桩侧地表出现明显裂缝或隆起； (3) 桩顶水平位移超过3040mm(软土取40mm)； (4) 所加的水平荷载已超过极限荷载。,45,桩顶水平荷载-时间-桩顶水平位移(H0-t-u0)曲线,资料整理,46,水平荷载-位移梯度,47,水平荷载与最大弯矩截面钢筋应力(H0-g)曲线,48,曲线中两个特征点所对应的桩顶水平荷载，可称为临界荷载和极限荷载。 水平临界荷载(Hcr)是相当于桩身开裂、受拉区上不参加工作时的桩顶水平力。,水平临界荷载与极限荷载,水平临界荷载(Hcr)确定方法：,(1) 取H0-t-u0曲线出现突变点(在荷载增量相同的条件下出现比前一级明显增大的位移增量)的前一级荷载。 (2) 取H0-u0/H0曲线的第一直线段的终点所对应的荷载。 (3)取H0-g曲线第一突变点对应的荷载。,49,取H0-t-u0曲线出现突变点(在荷载增量相同的条件下出现比前一级明显增大的位移增量)的前一级荷载。,50,(2) 取H0-u0/H0曲线的第一直线段的终点所对应的荷载。,(3)取H0-g曲线第一突变点对应的荷载。,51,水平极限荷载(Hu)是相当于桩身应力达到强度极限时的桩顶水平力。 使得桩顶水平位移超过3040mm或者使得桩侧土体破坏的前一级水平荷载，宜作为极限荷载看待 。,(1) 取H0-t-u0曲线明显陡降的第一级荷载，或按该曲线各级荷载下水平位移包络线的凹向确定。 (2) 取H0-u0/H0曲线第二直线段终点所对应的荷载。 (3) 取桩身断裂或钢筋应力达到流限的前一级荷载。,由水平极限荷载Hu确定允许承载力时应除以安全系数2.0。,据下列方法确定Hu，并取其中的较小值：,52,2.7.2 按弹性地基理论计算,基本思想： 把承受水平荷载的单桩视作弹性地基(由水平向弹簧组成)中的竖直梁，通过求解梁的挠曲微分方程来计算桩身的弯矩和剪力以及桩的水平承载力。,53,2.7.2.1 基本假设,单桩承受水平荷载作用时，可把土体视为线性变形体，假定深度z处的水平抗力等于该点的水平抗力系数与该点的水平位移x的乘积，即,此时忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。,54,kx分布图式：,55,计算时简化为平面受力，取桩的截面计算宽度b0： 方形截面桩：当实际宽度blm时，b0=b+1；当blm时，b0=1.5 b + 0.5 圆形截面桩：当桩径dlm时，b0=0.9(d+1)；dlm时，b0= 0.9(1.5d+0.5)。 计算桩身抗弯刚度EI时，桩身的弹性模量E，对于混凝土桩，可采用混凝土的弹性模Ec的0.85倍(E=0.85Ec)。,2.7.2.2 计算参数,实测资料表明：m法(当桩的水平位移较大时)和c值法(当桩的水平位移较小时)比较接近实际。 单桩在水平荷载作用下所引起的桩周土的抗力不仅分布于荷载作用平面内，而且，桩的截面形状对抗力也有影响。,56,57,2.7.2.3 单桩计算,1. 确定桩顶荷载N0、H0、M0,2. 桩的挠曲微分方程单桩在H0、M0和地基水平抗力作用下产生挠曲，梁的挠曲微分方程,58,59,2.7.3 单桩水平承载力设计值,(1) 对于受水平荷载较大的一级建筑桩基，单桩的水平承载力设计值应通过单桩静力水平荷载试验确定。 (2) 对于混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于0.65的灌注桩，根据静载试验结果取地面处水平位移为10mm(对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6mm)所对应的荷载为单桩水平承载为设计值。 (3) 对于桩身配筋率小于0.65的灌注桩，取单桩水平静载试验的临界荷载为单桩水平承载力设计值。,60,(4) 当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于0.65的灌注桩的单桩水平承载力设计值：,±号根据桩顶竖向力性质确定，压力取“+”，拉力取“-”,桩的水平变形系数,桩身混凝土抗拉强度设计值,桩截面抵抗矩塑性系数 圆形截面=2 矩形截面=1.75,桩身最大弯矩系数,桩身配筋率,桩顶竖向力影响系数 竖向压力取0.5 竖向拉力取1.0,61,桩身换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩，圆形截面为：,桩身换算截面面积，对圆形截面为：,钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值,保护层厚度,62,(5) 当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65的灌注桩等的单桩水平承载力设计值：,桩身抗弯刚度 对于混凝土桩，EI0.85EcI0,桩顶允许水平位移,桩顶水平位移系数,63,2.7.4 复合基桩的水平承载力,群桩基础(不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况)的复合基桩水平承载力设计值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可按下式确定：,桩顶约束效应系数,64,桩顶约束效应系数,桩的相互作用系数,承台土侧向土抗力效应系数,承台底摩阻效应系数,0a: 桩顶(承台)的水于位移允许值，当以位移控制时，可取0a=10mm(对水平位移敏感的结构物取0a=10mm)；当以桩身强度控制(低配筋率灌注桩)时，可近似按下式确定：,65,当承台底面以下存在: 可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土， 可能出现震陷、降水、沉桩过程产生高孔隙水压和土体隆起时， 不考虑承台效应，取 b=0 ；,当承台侧面为可液化土时，取l=0,66,67,68,2.7.5 桩基水平承载力验算,1. 荷载效应基本组合一般建筑物和水平荷载较小的高大建筑物单桩基础和群桩中的复合基桩应满足：,2. 地震作用效应组合验算地震作用桩基的水平承载力时，应将单桩水平承载力设计值乘以调整系数1.25。,单桩基础或群桩中复合基桩的水平承载力设计值,单桩基础或群桩中复合基桩桩顶处的水平力设计值,69,例题：桩基参数如例1，桩径600mm，基桩主筋720(配筋率0.63%0.65%)，水平荷载设计值H=500kN，试计算桩基水平承载力。,复合基桩水平承载力设计值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可按下式确定：,验算,70,单桩承载力,71,桩的水平变形系数,由,可查得,72,73,74,75,2.8 桩基础设计,Pile Foundation Design,目录,76,桩基的设计应符合安全、合理和经济的要求。 对桩和承台来说，应有足够的强度、刚度和耐久性； 对地基(主要是桩端持力层)来说，要有足够的承载力和不产生过量的变形。 考虑到桩基相应于地基破坏的极限承载力甚高，大多数桩基的首要问题在于控制沉降量。 设计桩基之前必须具备各种资料：建筑物类型及其规模、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。,77,桩基设计内容,选择桩的类型 确定桩的规格与单桩竖向承载力 计算桩的数量和平面布置（数量、平面布置、 桩基础验算（单桩受力计算、群桩承载力验算、沉降验算） 桩身结构设计 桩的承台设计（构造、结构计算）,目录,78,2.8.1 选择桩的类型,1. 确定桩的承载性状 根据建筑桩基的等级、规模、荷载大小，结合工程地质剖面图、各土层的性质与层厚，确定桩的受力工作类型。 2. 选择桩的材料与施工方法 根据当地材料供应、施工机具与技术水平、造价、工期及场地环境等具体情况，选择桩的材料与施工方法。 例如，中小型工程可用混凝土灌注桩，以节省投资。 如为大工程则应采用钢筋混凝土桩。,79,实际选型中应据下列因素综合确定：,地层条件,施工工艺、经验,基础型式,上部结构类型、荷载大小及分布,制桩材料供应运输条件,成桩质量保证难易程度,现场条件,工期,造价,任何一种桩型都不是万能的,都有其适用范围 关键在于扬长避短,80,2.8.2 确定桩的规格与单桩竖向承载力,1. 确定桩的规格 (1) 桩的长度 一般应选择较坚实土层作为桩端持力层。 桩端全断面进持力层的深度： 粘性土、粉土2d；砂土1.5d；碎石类土1d。 桩端以下坚实土层的厚度，一般不宜小于4倍桩径。 穿越软弱土层而支承在倾斜岩层面上的桩，当风化岩层厚度小于2倍桩径时，桩端应进入新鲜或微风化基岩。 端承桩嵌入微风化或中等风化岩体的最小深度不宜小于0.5m，以确保桩端与岩体接触。,81,(2) 桩的横截面面积 桩的横截面面积根据桩顶荷载大小与当地施工机具及建筑经验确定。 如为钢筋混凝土预制桩： 中小工程常用250mm×250mm或300mm×300mm， 大工程常用350mm×350mm或400mm×400mm。 若小工程用大截面桩，则浪费；大工程用小截面桩，因单桩承载力低，需要桩的数量增多，不仅桩的排列难、承台尺寸大，而且打桩费工，不可取。,82,2确定单桩竖向承载力特征值（设计值） 根据建筑场地的地基土层性质和确定的桩型与规格，确定单桩竖向承载力特征值（设计值）。 Ra = ？ 请参见前面有关内容,83,2.8.3 计算桩的数量和平面布置,2.8.3.1 桩的数量计算 初步估算桩数，先不考虑群桩效应。 当桩基为中心受压时，桩数应满足下式 当桩基为偏心受压时，如果桩的布置使得群桩横截面的重心与荷载合力作用重合，则仍可按上式估算，否则桩数应按上式确定的增加1020%。 对于桩数超过3根的非端承（即摩擦类）桩群桩基础，应求得基桩承载力特征值（设计值）后重新估算桩数，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最终确定。,84,2.8.3.2 桩的平面布置,在桩的数量确定后，可根据上部结构的特点与荷载性质，进行桩的平面布置。 桩的中心距 通常桩的中心距宜取(3-4)d(桩径)。 若中心距过小，桩施工时互相挤土影响桩的质量；反之，桩的中心距过大，则桩承台尺寸太大，不经济。 桩的最小中心距应符合表2-16的规定。 对于大面积桩群，尤其是挤土桩，宜按表列适当加大。 对于扩底灌注桩，除应符合表2-16要求外，尚应满足表2-17的规定。,85,86,2. 桩的平面布置 尽量使桩群承载力合力点，与长期荷载重心重合；并使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的截面模量，即平行承台的长边。 同一结构单元，宜避免采用不同类型的桩。 同一基础相邻桩的桩底标高差： 对于非嵌岩端承型桩，不宜超过相邻桩的中心距； 对于摩擦型桩，在相同土层中不宜超过桩长的1/10。,87,(1) 柱下独立基础 梅花形布置，受力条件均匀；行列式布置，施工方便。 (2) 条形基础 通常布置成一字形：小型工程一排桩，大中型工程多排桩。 (3) 烟囱、水塔基础 因烟囱水塔基础通常为圆形，桩的平面布置成圆环形。 (4) 桩箱基础 宜将桩布置于内外墙下。 (5) 带梁(肋)桩筏基础 宜将桩布置于梁(肋)下。 (6) 大直径桩 宜采用一柱一桩。 (7) 桩离桩承台边缘的净距应不d/2,不同基础条件下桩的布置,88,89,90,91,92,93,94,95,96,2.8.4 桩基础验算,1. 单桩受力验算 (1) 中心荷载作用 在中心荷载作用下，除满足 还要求每根桩实际承受的荷载不大于单桩竖向承载力设计值。 (2) 偏心荷载作用 在偏心荷载作用下，要求位于桩承台四角，即最边缘处的桩所承受的最大荷载Nmax，不超过单桩竖向承载力设计值的1.2倍。,97,2. 群桩地基承载力验算，把群桩视为假想实体深基础，按上述公式进行验算。 3. 桩基沉降计算 通常桩基础的沉降量较小，对建筑物的安全无影响，可不进行桩基沉降汁算。如为重大工程，有必要时可按前述方法计算，计算桩端平面即假想实体深基础底面的沉降量，作必要的修正。,98,2.8.5 桩身结构设计,截面尺寸： 混凝土预制桩的截面边长不应200mm； 预应力混凝土预制桩的不宜350mm； 预应力混凝土管桩的外径不宜300mm。 混凝土强度等级： 预制桩的混凝土强度等级不宜低于C30，静压法沉桩时，可适当降低(不宜低于C20)； 预应力混凝土桩的强度等级不宜低于C40。,99,配筋要求： 预制桩的桩身应配置一定数量的纵向钢筋(主筋)和箍筋。预制桩的最小配筋率一般不宜0.8%。静压法沉桩时，其最小配筋率不宜0.4%。 箍筋直径68mm，间距200mm，桩顶和桩尖处应适当加密。 混凝土预制桩的主筋应通过计算确定。计算时，除首先满足工作条件下的桩身承载力要求或抗裂要求外，还要验算桩在起吊、运输、吊立和锤击打入时的应力。灌注桩在使用阶段的结构设计，原则上和混凝土预制桩相同，应按桩身内力进行强度验算，必要时还应进行抗裂验算。 主筋的混凝土保护层应30mm。,100,2.8.6 桩承台设计,桩承台为现浇钢筋混凝土结构，相当于一个浅基础。因此，桩承台本身具有类似于浅基础的承载能力，即桩承台效应。 桩承台可分为高桩承台和低桩承台两种。 当桩顶位于地面以上相当高度的承台称为高桩承台。 凡桩顶位于地面以下的桩承台称低桩承台，通常建筑物基础承重的桩承台都属于这一类。 低桩承台与浅基础一样，要求承台底面埋置于当地冻结深度以下。,101,2.8.6.1 承台的构造要求,(1) 承台的最小宽度不应小于500mm，承台边缘至桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，边缘挑出部分不应小于150mm。（为满足桩顶嵌固及抗冲切的需要）。 对于墙下条形承台，其边缘挑出部分可降低至75mm，这主要是考虑到墙体与条形承台的相互作用可增强结构的整体刚度，并不致于产生桩顶对承台的冲切破坏。 条形承台和柱下独立桩基承台的最小厚度为300mm。（为满足承台的基本刚度、桩与承台的连接等构造需要）,102,筏板、箱形承台板的厚度应满足整体刚度、施工条件及防水要求。对于桩布置于墙下或基础梁下的情况，承台板厚度不宜小于250mm。 (2) 承台的混凝土强度等级不低于C15，采用级钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C20。 承台底面钢筋的保护层厚度不宜小于70mm。当设素混凝土垫层时，保护层厚度可适当减小；垫层厚度宜为100mm，强度等级为C7.5。,103,(3) 承台的钢筋配置除满足计算要求外，尚需符合下列规定： 柱下独立桩基承台的受力钢筋应通长配置。 矩形承台板配筋宜按双向均匀布置，钢筋直径不宜小于10，间距应满足100200mm。 筏式承台板的分布构造钢筋，可采用1012，间距150200mm。 箱形承台顶、底板的配筋，应综合考虑承受整体弯曲钢筋的配置部位，以充分发挥各截面钢筋的作用。,104,(4) 桩与承台的连接需符合下列要求： 桩顶嵌入承台的长度对于大直径桩，不宜小于100mm；对于中等直径桩不宜小于50mm；混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于30倍主筋直径，对于抗拔桩基不应小于40倍主筋直径。预应力混凝土桩可采用钢筋与桩头钢板焊接的连接方法。 预应力管桩与承台之间需用钢筋连接。通常的做法是：凿去桩顶高出部分的混凝土直接将管桩主筋埋入承台中；或者在管桩土段(约2m)空心之内插入钢筋(主筋416，箍筋8300)，然后浇注混凝土(C25)至桩顶，主筋伸入承台的长度为其直径的40倍。,105,(5) 承台的最小埋深为600mm。对季节性冻土、膨胀土地区的承台埋深，一般宜埋置在冻深以下。,106,三角形承台,承台配筋,矩形承台,107,2.8.6.2 承台结构承载力 一、受弯计算,据承台模型试验资料， 柱下独立桩基承台(四桩及三桩承台)在配筋不足情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏。 梁式破坏，指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。,108,1. 柱下多桩矩形承台 弯矩的计算截面应取在柱边和承台高度变化处(杯口外侧或台阶边缘),xi、yi垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离； Ni扣除承台和承台上土自重设计值后i桩竖向净反力设计值； 当不考虑承台效应时，则为i桩竖向总反力设计值。,109,2. 柱下三桩三角形承台 弯矩的计算截面应取在柱边按下式计算：,110,3. 筏形（箱形）承台,筏形承台：当桩端持力层坚硬均匀、上部结构刚度较好时，可仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖法计算；当桩端持力层为中高压缩性土、非均匀土层、上部结构刚度较差时，应按弹性地基梁板计算。,箱形承台：当桩端持力层为基岩、密实的碎石类土、砂土，且较均匀时，或当上部结构为剪力墙、筒体、12层以上框架、框架剪力墙、框架筒体体系时，箱形承台顶、底板可仅考虑局部弯曲作用进行计算。,不属于上述情况的筏形箱形承台的弯矩宜考虑地基土层性质、基桩的几何特征、承台和上部结构型式与刚度，按地基桩承台上部结构共同作用的原理计算。,111,二、受冲切计算,当桩基承台的有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。 承台冲切破坏的两种方式: 沿柱(墙)边的冲切: 单一基桩对承台的冲切。,柱边冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角大于或等于45，该斜面的上周边位于柱与承台交接处或承台变阶处，下周边位于相应的桩顶内边缘处。,冲跨,112,1.沿柱(墙)边的冲切: 1） 柱(墙)下桩基承台受冲切承载力,a0冲跨，柱边或变阶处至桩边的水平距离； a0h0, 取a0=1.0 h0;,冲跨比,0.2,1.0,冲 切 系 数,冲切锥底范围内各 基桩的净反力设计值,冲切锥一半有 效高度处周长,冲切力,113,新规范：,冲跨比,0.25,1.0,受冲切承载力截面高度影响系数， 当h不大于800mm时，取值1.0； 当h大于等于2000mm时，取值0.9，其间按线性插值。 冲切系数,114,2）、 柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力 也可按下式,a0x ,a0y冲跨，柱边或变阶处至桩边的水平距离； a0h0, 取a0=h0;,冲切系数,115,受冲切承载力截面高度影响系数， 当h不大于800mm时，取值1.0； 当h大于等于2000mm时，取值0.9，其间按线性插值。 冲切系数,新规范：,116,2. 角桩对承台的冲切（属于基桩对承台的冲切之一）,c角桩内边至承台外边距离 a1x,a1y45度冲切线与承台交点至角桩内边的水平距离。 或柱边与变阶线小于45度时。,117,1）多桩（四桩及四桩以上）矩形承台受角桩冲切的承载力验算,1x ,1y-满足0.21.0 1x =a1x/h0; 1y =a1y/h0,Nl-角桩反力设计值,118,新的规范：,1x ,1y-满足0.21.0 1x =a1x/h0; 1y =a1y/h0,Nl-角桩反力设计值,119,2）三桩承台受角桩冲切的承载力验算（基桩对承台的冲切之一）,11 =a11/h0; 12 =a12/h0 11 ,12-满足0.21.0,底部角桩：,顶部角桩：,1,2,120,新规范,11 =a11/h0; 12 =a12/h0,底部角桩：,顶部角桩：,1,2,121,1）受单一基桩的冲切承载力,3、对于箱形、筏形承台受内部基桩的冲切承载力验算：,122,2）承台受桩群的冲切承载力,123,三、承台受剪计算计算,柱下桩基独立承台应分别对柱边、变阶处和桩边联线形成的斜截面进行受剪计算,等厚承台受剪计算,124,柱下等厚度承台受剪计算公式,V扣除承台及其上土自重后相应于荷载效应基本组合时斜截面的最大剪力设计值;（V= Ni ） b0承台计算截面处的计算宽度. h0计算宽度处的承台有效高度; 剪切系数 计算截面的冲跨比, x=ax/h0, y=ay/h0, 当3时, =3,当1.403.0时 当0.31.40时,125,新规范：,剪切系数 计算截面的冲跨比, x=ax/h0, y=ay/h0, 当3时, =3 hp受冲切承载力截面高度影响系数， 它等于（800/ho)1/4， 当ho小于800mm时，ho取值800mm；当ho大于等于2000mm时， ho取值2000mm；,126,阶形承台斜截面受剪计算,对A2-A2 对B2-B2,127,锥形承台受剪计算,对A-A 对B-B,128,四、局部受压计算,对于柱下桩基承台，当承台混凝土强度等级低于柱的强度等级时，应按现行混凝土结构设计规范验算承台的局部受压承载力。 当进行承台的抗震验算时，应根据现行建筑抗震设计规范的规定对承台的受弯、受剪切承载力进行抗震调整。,129,例题,桩基的有关参数同例1（见下页面）。 试计算承台的受弯、受冲切和受剪承载力。,130,例题1,某二级建筑柱下独立桩基，桩基竖向荷载效应基本组合设计值F=6200kN，弯矩M=350kN·m，水平力H=500kN（其作用于基底1.2m），承台埋深2.5m，承台及承台上土重设计值G=300kN。建筑场地地层条件： 012m，粉质粘土，重度=19kN/m3，e=0.80，可塑状态，地基极限承载力标准值qck=200kPa；地下水位于地面下3.5m。 1214m，细砂，中密-密实； 1419m，砾石、卵石层； 1928m，粉质粘土； 2835m，卵石层； 3538m，粉土。 采用水下钻孔灌注桩，桩径d=600mm，4根；承台尺寸如图。,试计算承台的受弯、受冲切和受剪承载力。,131,砾石层,细砂层,粉质粘土层,返回后面,15.5m,19.0m,28.0m,z1=3.5m,z2=8.0m,Lc,Bc,2.5m,粉质粘土,卵石层,1.3m,132,133,Nixi,Niyi,134,135,r0Fl,Ni,Fl,136,b. 受角桩冲切计算,137,四桩(含四桩)以上承台受角桩冲切的承载力可按下式计算：,r0Fl,Fl=Fman=1823kN,r0Fl,138,返回,139,桩基设计实例,140,有一预制的钢筋混凝土打入式桩基础，地基土的物理力学性质列于表中，地质剖图和Qs曲线见图。上部结构传来的荷载：轴力F= 4000kN，弯矩M0400kN·m，水平力T=50kN，承台底面埋深d=2.0m。,141,据地质条件选灰黄色粘土为持力层，选用预制钢筋混凝土方桩，截面为300×300mm2，桩长取L=15m，桩尖进入灰色粘土层为1.5m。地下水位在承台底面处。桩身材料：混凝土为C30，fc=15N/mm2，fcm=16.5N/mm2，钢筋级，416， fy310N/mm2。承台材料：混凝土为C20，fr=1.1N/mm2 ，fc=11N/mm2 。,F,142,1. 按桩身材料强度(取=1，c1),桩尖处为灰黄色粉质粘土，液性指数IL=0.6（可塑），桩的入土深度为15m，可得qp=980kPa 桩侧土的摩擦力： 灰色粘土 qs1=17kPa； 灰黄色粘土qs2=29kPa,2. 按经验公式计算,将有关数值代入上式，得,一、单桩竖向承载力确定,143,3. 根据静荷载Qs曲线,取单桩承载力设计值R=420kN,Qu=700kN； Rk= Qu /2=350kN； R=1.2Rk=420kN,144,初步拟定桩的布置如图所示，按行列式排列，承台尺寸为2.6×3.6m2； 上部结构传来轴力F4000kN， 承台及其以上覆土的重度平均值取=20kN/m3， 承台埋深D=2.0m，则有 G=2.6×3.6×20×2=374.4kN,二、桩的数量及布置,145,按中心受压确定桩的数量：,因为承台顶面有弯短M0=400kN·m及T50kN作用，则承台底面有 M=M0+TD=400+50×1.5475kN·m， 由于受偏心荷载作用，故取 n=1.2n=12.4根 取n=12根 桩距取sa=(36)d=(36)×0.3=0.91.8m， 取sa=1m。,146,单桩所受平均作用力,三、 群桩中单桩承载力计算,147,四、群桩承载力,F,148,考虑0/4的侧向角度向外扩散，桩所穿过土层的内摩擦角按0 =20º计算，边桩外圈尺寸为2.3×3.3m2，验算下卧层地基土的强度。,实体基础的尺寸为,实体基础埋深范围内土的平均重度：,实体基础底面地基承载力特征值：,按地基规范,149,地下水位在承台底面处，取承台、桩、土的混合重度为20kN/m3，地下水位以下取平均重 度10kN/m3 ，则实体的自重为 G=4.93×5.93 ×(2×20+10×15)=5555kN,按中心受压计算：,地基强度满足要