桩基础课程设计指导书.docx
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桩基础课程设计指导书
造配筋。
2．设计图纸设计图纸包括以下内容：
（1）桩基平面布置图。
（2）承台大样图。
（3）桩身大样图。
（4）设计说明。
4．1．7参考资料
（1）《建筑结构荷载规范》（GB50009—2006），中国建筑工业出版社，2007。
（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002），中国建筑工业出版社，2002。
（3）《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008），中国建筑工业出版社，2008。
（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002），中国建筑工业出版社，2002。
（5）赵明华，《土力学与基础工程》（第2版），武汉理工大学出版社，2003。
4．2桩基础课程设计指导书桩是将建筑物的荷载全部或部分传递给地基土或岩层，具有一定刚度和抗弯能力的传力
杆件。
桩的性质随桩身材料、制桩方法和桩的截面大小而异，具有很大的适应性。
桩基础通
常作为荷载较大的建筑物基础，与其他深基础相比，其适用范围最广，可归纳为以下场合：
（1）地基的上层土质太差而下层土质较好，地基软硬不均或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形的要求。
（2）地基软弱，不适合采用地基加固措施；或地基土性质特殊，例如存在可液化土层、自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等。
（3）除了存在较大的垂直荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷载、动力荷载及周期
性荷载作用。
（4）上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感，或建筑物受到相邻建筑物、大面积地面超载的影响。
（5）地下水位很高，采用其他深基础形式施工时排水困难；或位于水中的构筑物基础，例如桥梁、码头和钻采平台等。
（6）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。
4，2．1桩基基本设计规定桩基基本设计规定如下。
（1）桩基础应按以下两类极限状态设计：
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。
根据建筑规模、功能特征，对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体型的复杂性以及
由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度，将桩基设计分为表4．5所列的三个设计等级。
桩基设计时，应根据表4．5确定设计等级。
表4．5建筑桩墓设计等级
（2）桩基应根据具体条件分别进行以下承载能力计算和稳定性验算：
1）应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计算和水平承载力计算。
2）对于桩身和承台结构，应进行承载力计算；对于桩侧土不排水、抗剪强度小于10kPa
且长径比大于50的桩，应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩，应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩，应进行局部压屈验算。
3）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算。
4）对位于坡地、岸边的桩基，应进行整体稳定性验算。
5）对于抗浮、抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算。
6）对于抗震设防区的桩基，应进行抗震承载力验算。
（3）以下建筑桩基应进行沉降计算：
1）设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基。
2）设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基。
3）软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。
（4）对受水平荷载较大或对水平位移有严格限制的建筑桩基，应计算其水平位移。
（5）应根据桩基所处的环境类别和相应的裂缝控制等级，验算桩和承台正截面的抗裂性和裂缝宽度。
（6）桩基设计时，所采用的作用效应组合与相应的抗力应符合以下规定：
1）确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合，相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。
2）计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风荷载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风荷载效应标准组合。
3）验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区，
应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。
4）在计算桩基结构承载力及确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。
当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。
5）桩基结构设计安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数γ0应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数γ0不应小于1.0。
6）当桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数YRE应按现行《建筑抗震设计规范》
（GB50011—2010）的规定采用。
4．2．2资料的收集桩基础设计之前必须充分掌握设计原始资料，具体情况如下：
（1）岩土工程勘察资料：
包括工程地质报告和图件，岩土物理力学性能指标及水文地质条件资料，抗震设防烈度及场地不良地质现象资料。
（2）建筑场地环境条件资料：
包括建筑场地的平面图，交通设施、地下管线和地下构筑物等的分布，相邻建筑物基础型式及埋置深度，周围建筑的防振、防噪声的要求，泥浆排泄和弃土条件。
（3）建筑物的有关资料：
建筑物的总平面布置图，安全等级、结构类型、荷重和抗震
设防烈度等。
（4）施工机械设备的进出场及现场运行条件。
4．2．3拟定设计方案，选择桩型和成桩工艺根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、
施工环境和经验以及桩材供应条件等，选择经济、合理、安全、适用的桩型和成桩工艺（见表4．6）。
表4．6常用桩型及适用范围
一般来说，对于框架结构，当桩端持力层较坚硬且不太深时，宜选择大直径钻孔或人工挖孔灌注桩设计成一柱一桩基础；对于建筑物同一结构单元，应避免采用不同类型的桩，否则应考虑基础的变形协调计算；当土中存在预制桩很难穿越的孤石、废金属或残积层中未风化的岩脉时，不易采用预制桩。
当土层分布很不均时，混凝土预制桩的长度较难掌握；当持
力层层面坡度较大时，预制桩沉桩时桩身易折断，宜采用灌注桩。
在城市建筑密集区，预制桩和沉管灌注桩的施工可能带来噪声，沉桩挤土可能危及临近建筑物和地下管线的安全，采用钻孔灌注桩或人工挖孔灌注桩更为合适。
4．2．4桩径与桩长的选择
桩径与桩长的设计，应综合考虑荷载的大小、土层性质与桩周土阻力状况、桩基结构特点、施工设备与技术条件等因素后确定，力争做到既满足使用要求又经济，最有效地利用和发挥地基土和桩身材料的承载性能。
设计时首先拟定尺寸，然后通过基桩计算和验算，视所拟定的尺寸是否经济合理再进行最后确定。
1．桩径拟定
桩的类型选定后，桩径可根据各类桩的特点与常用尺寸选择确定。
通常10层以下的建筑可考虑采用直径400～500mm左右的灌注桩或边长250～300mm的预制桩；10～20层的建筑可采用直径600～1000mm的灌注桩或边长300～500mm的预制桩；20～30层的建筑可采用直径700～1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩或边长400～600mm的预制桩；30～40层的建筑可采用直径800～1500mm的大直径灌注桩；楼层更高的建筑可采用直径更大的灌注桩。
2．桩长拟定确定桩长的关键在于选择桩端持力层，设计时，可先根据地质条件选择适宜的桩端持力
层初步确定桩长，并应考虑施工的可行性（如钻孔灌注桩钻机钻进的最大深度等）。
一般应选择较硬土层作为桩端持力层。
桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉
土，不宜小于2d（d为桩身设计直径）；对于砂土，不宜小于1．5g；对于碎石土，不宜小于
d。
当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于3d。
对于嵌岩桩，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径和桩长等诸因素确定。
嵌入
倾斜的完整岩和较完整岩的全断面深度，不宜小于0．4g且不小于0．5m。
倾斜度大于30
％的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石的完整性适当加大嵌岩深度。
嵌人平整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度，不宜小于0．2d且不应小于0．2m。
在抗震设防区，桩进入液化层以下稳定土层中的全截面长度除满足上述要求外，对于碎石土、砾、粗砂、中砂、密实粉土和坚硬黏性土尚不应小于（2—3）d，对于其他非岩石土尚不宜小于（4～5）d。
如果在施工条件容许的深度内没有坚硬土层存在，应尽可能选择压缩性较低、强度较高
的土层作为持力层，要避免使桩底坐落在软土层上或与软弱下卧层的距离太近，以免桩基础发生过大的沉降。
对于摩擦桩，桩底持力层可能有多种选择，此时确定桩长与桩数两者相互牵连，可通过试算比较，选择较合理的桩长。
摩擦桩的桩长不应拟定太短，一般不应小于4m。
此外：
为保证发挥摩擦桩桩底土层支承力，桩端部应尽可能达到该土层的桩端阻力临界深度。
3．有效桩长的确定
初步确定承台底面标高后才能明确有效桩长，以便计算桩基承载力。
当作用在桩基础上的水平力和弯矩较大时，可适当降低承台底面标高。
在寒冻地区，承台底面应位于冻结线以下不少于0．25m。
同时，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜不少于l00mm，对于中等直径桩宜不少于50mm。
4．2．5单桩竖向极限承载力标准值的确定
1．按单桩竖向静载试验确定根据单桩竖向静载试验确定单桩竖向极限承载力标准值的方法见《建筑基桩检测技术规
范》（JGJ106—2003）。
采用该方法确定单桩竖向极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩
数量，不宜少于总数的1％，并不应少于3根。
工程总桩数在50根以内时不应少于2根。
2．按静力触探法确定采用双桥探头的静力触探可以确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值，对于黏
性土、粉土和砂土，可按下式计算：
Quk=aqcAp+u∑liβifsi
式中Quk——单桩竖向极限承载力标准值，kN；qc——桩端平面上、下探头阻力，kPa；a——桩端阻力修正系数，对于黏性土、粉土取2／3，对于饱和砂土取1／2；Ap——桩端面积，m2；
u——桩身周长，m；
li——桩周第i层土的厚度，m；
fsi——第i层土的探头平均侧阻力，kPa；
βi——第i层土桩侧综合修正系数，对于黏性土、粉土βi＝10．04（（fsi）
-0.55
，对于
砂土βi＝5．05（（fsi）
-0.45。
3．按规范经验参数法确定
规范经验参数法是在大量经验及资料积累的基础上，针对不同桩型推荐的估算公式。
规范经验参数法是初步估计桩基承载力和作为非重要工程设计依据的方法。
（1）对一般预制桩及中小直径（d<800mm）的灌注桩，有
Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp
式中Qsk——单桩总极限侧阻力标准值，kN；
Qpk——单桩总极限端阻力标准值，kN；
qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-
2008）表5．3．5-l取值，kPa；
qpk——桩端极限端阻力标准值，可按《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）表5．3．5-2
取值，kPa。
（2）对大直径桩（d≥800mm），有
Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsikli+ψpqpkAp
式中qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-
2008）表5．3．5—l取值，kPa；
qpk——桩径为800mm的极限端阻力标准值，对于干作业挖孔（清底干净）可采用深层载荷板试验确定，当不能进行深层载荷板试验时，可按《建筑桩基技术
规范》（JGJ94—2008）表5．3．6-1取值，kPa；
ψsi，ψp——大直径灌注桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，按表4.7取值。
表4．7大直径灌注桩侧阻力尺寸如、端阻力尺寸效应系数ψp
4．2．6基桩竖向承载力特征值的确定
1．单桩竖向承载力特征值只。
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008），单桩竖向承载力特征值的计算公式为
式中K——安全系数，K＝2。
2．基桩竖向承栽力特征值R
Ra=
Quk
K
（1）对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基，或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值，即
R=Ra
（2）对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应来确定其复合基桩竖向承
载力特征值：
1）上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物。
2）对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物。
3）软土地基的减沉复合疏桩基础。
考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定。
不考虑地震作用时：
R=Ra+ηcfakAc
考虑地震作用时：
R=Ra+
ζa
1.25
ηcfakAc
ps
其中A=（A-nA
）/n
式中ηc——承台效应系数，可按表4．8取值；
fak——承台下1／2承台宽度且不超过5m深度范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值；
Ac——计算基桩所对应的承台底净面积；
ps
A——桩身截面面积，mm2；
A——承台计算域面积（对于柱下独立桩基，A为承台总面积；对于桩筏基础，A为柱、墙筏板的1／2跨距和悬臂边2．5倍筏板厚度所围成的面积；对于桩集中布置于单片墙下的
桩筏基础，取墙两边各1／2跨距围成的面积，按条形承台计算ηc）；
ηa——地基抗震承载力调整系数，按表4．9取值。
表4．8承台效应系数ζa
4．2．7确定基桩根数及其平面布置单桩的承载力设计值确定后，可根据建筑物上部荷载确定桩基的根数，根据建筑物上部
结构进行合理的布桩。
1．桩的根数估算基础所需桩的根数，根据承台顶面的竖向荷载和基桩竖向承载力特征值进行估算。
在轴心荷载作用下：
n≥Fk+Gk
Ra
在偏心作用下：
式中n——桩的根数；
n≥μFk+Gk
Ra
Fk——在荷载效应标准组合下，作用在承台顶面上的竖向力，kN；
Gk——在荷载效应标准组合下，桩基础承台和承台上土自重标准值，对地下水位以
下部分扣除水的浮力，kN；
Ra——基桩或复合基桩竖向承载力特征值，kN；
μ——考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数，可取μ＝1．1～1．2。
估算的桩数是否合适，在验算各桩的受力状况后才可确定。
桩数的确定还须考虑满足桩
基础水平承载力要求的问题。
一般情况下，桩基水平承载力是由基桩的材料强度所控制，可
通过对基桩的结构强度设计（如钢筋混凝土桩的配筋设计与截面强度验算）来满足。
此外，桩数的确定与承台尺寸、桩长及桩的间距的确定相关联，确定时应综合考虑。
2．桩间距的确定群桩中桩间距的确定应该根据土类别、成桩工艺以及排列形式来确定桩的最小中心距。
一般情况下，穿越饱和软土的挤土桩，要求桩中心距最大，部分挤土桩或穿越非饱和土的挤土桩次之，非挤土桩最小；对于大面积的桩群，桩的最小中心距宜适当加大。
基桩的最小中
心距应符合表4．10的规定，当施工中采取减小挤土效应的可靠拖施时，可根据当地经验适当减小。
表4．10基桩最小中心距
3．桩的平面布置桩数确定后，可根据桩基受力情况选用单排桩或多排桩桩基。
多排桩的排列形式常采用
正方形、三角形和梅花形，桩的常见布置形式如图4．2所示。
桩基础中桩的平面布置，除应满足前述的最小中心距等构造要求外，布桩时还应尽量使
桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。
当作用于桩基的弯矩较大时，宜尽量将桩布置在距承台形心较远处，采用外密内疏的布置方式，以增大基桩对承台形心或合力作用点的惯性矩，提高桩基的抗弯能力。
在排列基桩时，应考虑使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的截面模量。
为了增强建筑物短边方向
的整体稳定性，可考虑将横墙下的承台梁在外纵墙以外布置两根探头桩。
在墙体开洞下方不布桩，特殊情况下必须布桩时应先加固洞口处承台梁。
在梁式承台或板式承台下布桩应奉着减小弯矩的原则，尽量在柱和墙下布桩。
4．2．8桩基承载力验算
桩基的验算包括正常使用极限状态的验算和承载能力极限状态的验算。
正常使用极限状态的验算包括桩基竖向和水平向承载力验算、桩基的沉降验算，桩身和承台的抗裂和裂
缝宽度验算，以及桩端平面以下软弱下卧层的承载力验算。
承载能力极限状态的验算包括桩身及承台承载力验算。
4．2．8．1桩顶作用效应验算桩的平面布置确定后，初步估算承台尺寸及
其上覆地基土自重ck后才能计算桩顶作用效应。
桩顶荷载的计算简图如图4．3所示。
对于一般建筑物和受水平力（包括力矩与水
平力）较小的高层建筑群桩基础，应按下列公式计算柱、墙中基桩或复合基桩的桩顶作用效应。
1．竖向力轴心竖向力作用下：
N=Fk+Gkkn
偏心竖向力作用下；
N=Fk+Gk±Mxkyi±Mykxi
ik∑2∑2
ny1x1
式中Fk——在荷载效应标准组合下，作用于
承台顶面的竖向力，kN；
Gk——桩基承台和承台上土自重标准值，kN，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力；
Nk——在荷载效应标准组合轴心竖向力下，基桩或复合基桩的平均竖向力，kN；
Nik——在荷载效应标准组合轴心竖向力下，第i基桩或复合基桩的竖向力，kN；
Mxk、Myk——在荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过群桩形心的x、y主轴的力矩，kN·m；
xi、xj和yi、yj——第i、j基桩或复合基桩至y和x轴的距离，m。
2．水平力
水平力可按下式计算：
Hk
Hik=
n
式中Hk——在荷载效应标准组合下，作用于承台底面的水平力，kN；
Hik——在荷载效应标准组合下，作用于第i基桩或复合基桩的水平力，kN；
n——桩基中的桩数。
注意：
上述桩顶作用效应的计算结果，只适用于根据基桩的承载力特征值计算桩数；如
果用于验算桩身承载力，桩顶作用的形式不变，但所有的荷载均对应于荷载效应基奉组合，计算得到的基桩竖向力均为设计值。
4．2．8．2桩基竖向承载力验算桩基竖向承载力计算应符合以下要求。
1．荷栽效应标准组合在轴心竖向力作用下：
Nk≤R
在偏心竖向力作用下：
Nkmax≤1.2R
式中Nk——在荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力，kN；
Nkmax——在荷载效应标准组合偏心竖向力下，桩顶最大竖向力，kN；
R——基桩或复合基桩竖向承载力特征值。
2．地震作用效应和荷载效应标准组合在轴心竖向力作用下：
NEk≤1.25R
在偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式的要求：
NEkmax≤1.5R
式中NEk——在地震作用效应和荷载效应标准组合下，基桩或复合基桩的平均竖向力，
kN；
NEkmax——在地震作用效应和荷载效应标准组合下，基桩或复合基桩的最大竖向力，
kN。
对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，在同时满足下列条件时，桩顶作用效
应计算可不考虑地震作用：
（1）按现行《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）的规定可不进行抗震承载力验算的建筑物。
（2）建筑场地位于建筑抗震的有利地段。
4．2．8．3桩身竖向承载力验算桩身应进行承载力验算。
钢筋混凝土轴心受压桩正截面受压承载力应符合以下规定。
（1）当桩顶以下5d范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于100mm时：
ccpsyS
N≤ψfA+0.9f'A'
（2）当桩身配筋不符合上述条款时：
N≤ψcfcAps
式中N——荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值，kN；
fc——混凝土的轴心抗压强度设计值，kPa；
fy'——纵向钢筋的抗压强度设计值，kPa；
ps
A——桩身的截面面积，m2；
s
A'——纵向钢筋的横截面积，m2；
ψc——施工工艺系数，对于混凝土预制桩ψc＝0.85，对于干作业非挤土灌注桩ψc＝
0.90，对于泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩和挤土灌注桩杠ψc＝0.7~0.8，对于软土地区挤土灌注桩ψc＝0.6。
4．2．8．4桩基水平承载力验算
忽略桩身、承台和地下墙体侧面与土体之间的黏着力和摩擦力，对桩水平的抗力作用采用以下验算方法：
Hik≤Rh
式中Hik——在荷载效应标准组合下，作用于基桩i桩顶处的水平力，kN；
Rh——单桩基础或群桩中基桩的水平承载力特征值，kN，对于单桩基础可取单桩
的水平承载力特征值Rha。
单桩的水平承载力特征值Rha按以下规定确定：
（1）对于受水平荷载较大的设计等级为甲级、乙级的建筑桩基，单桩的水平承载力特
征值应通过单桩水平静载试验确定。
（2）对于钢筋混凝土预制桩、钢桩和桩身全截面配筋率不小于0．65％的灌注桩，可根
据静载荷试验结果取地面处为10mm（对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6mm）所对应的荷载的75％为单桩水平承载力特征值。
对于桩身配筋率小于0．65％的灌注桩，可取单桩水平静载试验的临界荷载的75％作为单桩水平承载力特征值。
（3）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算桩身配筋率小于0．65％的灌注桩
的单桩水平承载力特征值：
ç
⎪
R=0.75aγm
ftW0
（1.25+22ρ
）⎛1±
ζNNk⎫
hav
gγfA
对圆形截面：
M⎝mtn⎭
0
W=πd[d2+2（αE-1）ρ
032g
d2]
2
A=πd
n4
[1+（αE-1）ρ]
对方形截面：
g
W=b[d2+2（αE-1）ρ
06
0
g
b2]
n
g
A=b2+[1+（αE-1）ρ]
式中a——桩的水平变形系数，1／m，计算方法见后，
Rha——单桩水平承载力特征值，kN，“+”、“一”根据桩顶竖向力性质确定，压力取“+”，拉力取“一”；
γm——桩横截面模量塑性系数，对于圆形截面γm＝2，对于矩形截面γm＝1．75；
ft——桩身混凝土抗拉强度设计值，kPa；
W0——桩身换算截面受拉边缘的截面模量；
vM——桩身最大弯矩系数，当单桩基础和单排桩纵向轴线与水平力方向相垂直
时，按桩顶铰接考虑，可按表4．11取值；
ρg——桩身配筋率；
n
A——
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