地基基础讲义基础工程1桩基础部分.docx

1、地基基础讲义基础工程1桩基础部分桩基础参考资料：1 地基及基础 四校合编第三版2 简明建筑基础计算与设计手册 张季容，朱向荣编3 建筑地基基础 吴湘兴主编4 建筑桩基技术规范JGJ94-94 5 建筑地基基础设计规范GB50007-2002 熊智彪 二00三年五月1概述2桩的分类3桩的质量检测4桩的布置及构造要求5单桩轴向荷载的传递6单桩承载力特征值的确定7群桩效应8桩基承载力验算9桩基沉降验算10承台的构造和计算11基梁的设计与计算12桩基础设计13桩基础施工1概述1. 桩基的适用性1. 当建筑物场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适宜采取地基处理措施时，就要利用下部

2、坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案了，深基础有桩基础，沉井和地下连续墙等类型，其中以桩基利用为最早最广。2. 下列情况可考虑选用桩基础：（1） 高层建筑或重要的有纪念性的大型建筑，不允许地基有过大的沉降和不均匀沉降。（2） 重型工业厂房。（3） 高耸构筑物或需要采用桩基来承受水压力的其他建筑。（4） 需要减弱振动影响的大型，精密机械设备基础。（5） 软弱地基或某些特殊性土上的永久性建筑。（6） 以桩基作为抗震措施的地震区建筑。2. 桩基础设计内容：1. 选择桩的类型和几何尺寸。2. 确定单桩竖向（或水平向）承载力特征值。3. 确定桩数，桩距及平面布置方式。4. 验算桩基承载力和变形。5. 桩

3、身结构设计。6. 承台设计。7. 绘制施工图。 3.桩基设计应具备以下资料：（1） 岩土工程勘察资料。（2） 建筑场地与环境条件的有关资料。（3） 建筑物有关资料。（4） 施工条件有关资料。（5） 供设计比较用的各种桩型及其他实施的可行性。4.桩基设计原则：（1） 建筑桩基采用一慨率理论为基础的极限状态设计法。采用以分项系数表达的极限状态设计表达式进行计算。（2） 设计时应按下表确定相应的建筑桩基安全等级，并采用相应的重要性系数r0安全等级破坏后果建筑物类型重要性系数r0一级很严重重要的工业与民用建筑物对桩基变形有特殊要求的工业建筑物1.1二级严重一般的工业与民用建筑物1.0三级不严重次要的建

4、筑物0.9（3） 设计时同时应按地基基础设计等级（甲，乙，丙）相应的进行。（4） 一 桩基须进行下列计算与验算：1. 所有桩基场地应进行承载能力极限状态的计算，计算内容包括： a.桩基竖向（抗压或抗拨）承载力和水平承载力计算。b.桩身计算（压屈验算、吊装、运输、锤击下的强度验算）c.承台计算（抗冲切、抗剪切、抗弯）d.可能的软弱下卧层验算。e.位于坡地，岸边的桩基应验算整体稳定性。f.抗震承载力的验算。2. 以下建筑桩基应进行沉降验算：按GB50007-2002（强制性条文）： .地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基。.体型复杂，荷载不均匀的或桩基以下存在软弱土层的设计等级为级的建筑桩基。.摩擦

5、型桩基。桩基沉降不得超过建筑物的沉降允许值。.根据使用条件要求砼不得出现裂缝的桩基应进行抗裂验算，使用上需限制裂缝宽度的桩基应进行裂缝宽度验算。（）桩基计算荷载效应组合：一桩基承载能力极限状态计算应采用作用效应的基本组合和地震作用效应组合。二验算桩基沉降时应采用荷载的长期效应组合。三验算桩基的水平变位、抗裂和裂缝宽度时，应根据使用要求和裂缝控制等级分别采用短期效应组合或短期效应组合考虑长期荷载的影响。桩的分类一按承载性状分类：（1） 摩擦型桩：桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承担。（2） 端承型桩：桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承担。二按桩的使用功能分类：（1） 竖向抗压桩。（2） 竖向抗拨桩。（3）

6、水平受荷桩。（4） 复合受荷桩。三按桩身材料分类：（1） 混凝土桩：预制桩与灌注桩。预制桩：截面形状：方行、圆形、十字行及空心管桩。定型产品：外径或边长为、两种。长度：现场预制，工厂预制分节长度小于，现场连接。预应力管桩 1.PH管桩（高压蒸养）砼强度C80 2.HC管桩（未高压蒸养）砼强度C60C80外径300600mm。分节长度513m。现场通过焊接端头板接头。 e配筋：主筋应计算确定。打入式最小配筋率0.8%。静压式0.6%。箍筋68mm200mm。 f吊环：桩上应设吊环以便运输搬运，吊环位置应计算确定。 g沉桩方法：锤击，振动，静压。 h沉降深度控制： 桩尖设计标高。 最后贯入度控制。

7、 锤击法：以10击为一阵，采用最后二、三阵平均贯入度为1030mm为标准。振动法：以1分钟为一阵，采用最后二阵，平均贯入度为1050mm/分钟为标准。 i钢筋混凝土： 桩尖：用芯棒将所有主筋焊接在一起。桩顶：埋设24070方格网片三层，层距50mm，保护层35mm。 螺旋钻空灌注桩 干作业法 钻空扩底 机动洛阳铲 人工挖孔 潜水钻成孔 非挤土灌注桩 反循环钻成孔 回转钻成孔 泥浆护壁法 机挖异型、 钻空扩底 贝诺托灌 套管护壁法 短螺旋成注桩 冲击成孔 部分挤土灌注桩 钻孔压注成型 振动沉管锤击沉管挤土灌注桩 沉管灌注桩 锤击振动沉管灌注同步桩 Franki桩夯扩桩 无桩靴夯扩桩夯压成型桩旋转

8、挤压灌注桩干振桩爆扩桩（2） 钢桩（3） 组合材料桩。(四)按成桩方法分类(1) 非挤土桩。(2) 部分挤土桩.(3) 挤土桩(含预制桩).(五)按桩径大小分类:(1) 小桩:d250mm.(2) 中等直径桩:250mmd800mm.(3) 大直径桩:d800mm 3 桩的质量检测(一) 成孔质量检查:包括三个方面(即三个工序过程)1. 成孔及清孔:中心位置(桩位允许偏差要求)孔深(应同时考虑设计桩长,桩嵌入持力层深度,设计持力层承载要求)孔径,垂直度,孔底沉渣厚度等的检查;2. 钢筋笼制作与安装;3. 砼搅制及灌注.钻孔桩:端成桩50mm;摩擦端承,端承摩擦100mm摩擦桩300mm.(二)

9、 成桩质量检查:桩身质量及桩身砼强度检测.1.开挖;2.抽芯法;3.声波透射法;4.动测法.(三) 单桩承载力检测.1. 方法:单桩静载试验或可靠的动测试验.2. 检测数量:在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1%,且不应小于3根,工程总桩数在50根以内时不应小于2根.4 桩的布置及桩基的构造要求一.桩的布置:1. GB50007-2002要求摩擦型桩的中心距不宜少于桩身直径的3倍。扩底灌注桩的中心距不宜少于扩底直径的1.5倍。当扩底直径大于2m时。桩端净距不宜少于1m。在确定桩距时尚应考虑施工工艺中挤土等效应对邻近桩的影响。扩底灌注桩的扩底直径，不应大于桩身直径的3倍。2. JGJ94-9

10、4要求：桩距：表中d-桩身直径土类及成桩工艺排树不少于3排且桩数不少于9根的摩擦型桩基其他情况非挤土和部分挤土灌注桩3.0d2.5d挤土灌注桩穿越非饱和土3.5d3.0d穿越饱和土4.0d3.5d挤土预制桩3.5d3.0d打入式敞口管桩和H型钢型3.5d3.0d对于大面积桩群，尤其是挤土桩。桩的最小中心距宜按上表列值适当加大。对于扩底灌注桩，除应符合上表外尚应满足下表要求：成桩方法最小中心距钻挖孔灌注桩1.5D或D+1m（当D2m时）沉管夯扩灌注桩2.0D上表中：D扩大端设计直径桩的平面布置a. 排列基桩时,宜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

11、;b. 对于桩箱基础,宜将桩布置于墙下;对于带果(肋)桩筏基础,宜将桩布置于果(肋)下;对于大直径桩宜采用一柱一桩;对于有门洞的墙下布桩,宜降桩设置在门洞两侧;桩大的选择a. 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:对于粘性土、粉土:不宜小于2d;砂土:不宜小于1.5d;碎石类土:不宜小于1.0d.GB50007-2002规定：嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度不宜小于0.5m。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于4d。b. 同一基础的邻柱桩底高差,对于非嵌岩桩,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

12、长的1/10.比较：通常增加桩长比桩数更有效。二.桩的构造要求:GB50007-2002的要求：1. 预制桩的混凝土强度等级不应低于C30,灌注桩不应低于C20,预制桩不应低于C40.2. 桩的主筋应径计算确定,最小配筋率要求为:打入式预制桩:不宜小于0.8%;静压式预制桩:不宜小于0.6%;灌注桩:不宜小于0.2%0.65%(小直径桩取大值)3. 配筋长度：1）受水平荷载和弯距较大的桩，配筋长度应通过计算确定。2）桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层。3）坡地岸边的桩，8度或8度以上地震区的桩，抗拨桩，嵌岩端承桩应延长配筋。4）桩径大于600mm

13、的钻孔灌注桩，构造钢的长度不宜小于桩长的2/3。4. 桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm，主筋伸入承台的锚固长度不宜小于钢筋直径（级）的30倍和钢筋直径（级和级）的35倍，当采用一柱一桩时，柱纵筋扦入桩身的长度应满足锚固长度的要求。5. 在承台及地下室周围的回填中，应满足填土密实性要求。JGJ94-94的要求：1符合以下两个条件的灌注桩，桩身可按构造配筋：桩顶轴向力（N）应符合： r0Nf c A r0重要性系数.对于柱下单桩按提高一级考虑，对于柱下单桩的一级柱基r0=1.2 fc混凝土抗压强度设计值，对于灌注桩应按基桩施工工艺系数c折减. fc的折减：混凝土预制桩： c=1.0；干作业非挤

14、土桩： c=0.9；泥浆和套管护壁桩： c=0.8 A桩的截面面积。桩顶水平力H1 应符合：r0H1h d2（1+0.5NG rm ft A）式式中：h 综合系数。NG永久荷载产生的轴向力设计值。ft混凝土抗拉强度设计值。rm桩身截面模量的塑性系数：圆截面：2 ；矩形截面：1.752桩身构造配筋的要求如下：1） 一级建筑桩基，应配置桩顶与承台的连接钢筋笼，主筋采用68根1214，配筋率不少0.2%，锚入承台30倍主筋直径，伸入桩身长度不少于10倍桩身直径，且不少于承台下软弱土层层底深度。2） 二极建筑桩基，根据桩径大小配置4-8根10-12的桩顶与承台连接钢筋。锚入承台至少30倍主筋直径且伸入

15、桩身长度不少于5d，对于沉管灌注桩，配筋长度不应少于承台软弱土层层底深度。3） 三级建筑桩基可不配构造钢筋。4） 配筋率：按GB50007-2002执行。5） 配筋长度：按GB50007-2002执行。6） 箍筋采用6-8200-300,宜采用螺旋式箍筋，受水平荷栽较大的桩基和抗震桩基。桩顶3-5d范围内箍筋应适当加密。当钢筋长度超过4m时，应每隔2m左右设一道12-18焊接加劲箍筋。7） 砼保护层：35mm；水下灌注的砼：50mm。8） 扩底端尺寸要求：a） 扩底直径D与桩身直径d之比D/d应小于3.0；b） 图式5.单桩轴向荷载的传递一.桩身轴力与截面位移：图桩顶轴力N0=，桩长为L，在桩

16、身任一深度Z处取微段dz。桩身轴力在该截面处为Nz并在其作用向下位移了z。令桩周长为p。则微单元应满足如下力的平衡：Nz-zpdz-（Nz+dNz）=0可得桩侧摩阻力z与轴力Nz的关系为：式式中负号表示两参考方向相反，z也就是桩侧单位面积上的荷载传递量。令N0作用下桩顶位移为S，则在Z处桩身截面位移z为S与Z深度范围内桩身压缩量之差，所以有：式 若通过在桩身若干截面预先埋设应力量测元件，获得Nz的分布图。则通过上两式得出z，z沿桩身的分布图。二.桩侧摩擦力与桩端阻力：1） 桩侧摩擦力是体现桩土相互作用与影响桩的荷载传递的重要因素。随着桩顶荷载的变化，桩截面的轴力、位移、摩阻力是不断变化的。较小

17、时，桩身截面位移主要发生在桩身上段。主要由上段桩侧摩阻力来承担。增加到一定数值时，桩端产生位移，桩端阻力才开始表露出来。2） 根据试验资料，桩、土相对位移约为4-6mm（粘性土）或6-10mm（砂土）时，摩阻力达到极限值，桩端位移达到桩径的0.1-0.25倍时，桩端阻力达到极限值。3） 对于密实砂土中的桩，由于桩土相互作用，只是在地面以下一段（约为10-20倍桩径），摩阻力极限值才随深度而增加，深度更大时，摩阻力接近均匀分布。在粘性土中的挤土桩，摩阻力沿深度呈抛物线分布，桩身中段的摩阻力较大。三.桩侧负摩阻力：1） 在土层相对于桩侧向下位移时，产生于桩侧的向下的摩阻力称为负摩阻力。产生负摩阻力

18、情况有：1）欠固结软土或新近填土的桩；2）大面积堆载；3）地下水全面降低；4）自重湿陷性黄土。2） 单桩负摩阻力标准值q的计算： 当降低地下水位：i=rizi a）.q=ni 当地面有满布荷载：i=p+rizi当q计算值大于正摩阻力时，取正摩阻力。对于砂类土：q=式 b）.群桩中任一基础的不拉荷载标准值的计算：=式以上公式中：n桩周土负摩阻力系数；可查表i桩周第I层土平均竖向有效应力； ri第i层土层底以上桩周土按厚度计算的加权平均有效重度； zi自地面起算的第i层土中点深度；p地面均布荷载；Ni桩周第i层土径钻杆长度修正的平均标准贯入试验击数；n中性点以上土层数；Li中性点以上各土层厚度；n

19、负摩阻群桩效应系数，对于单桩基础或n计算值大于1时，取n=1；Sax，Say分别为纵横向桩的中心距；q中心点以上桩的平均负摩阻力标准值；rm中心距以上桩周土加权平均有效重度。c）.负摩阻不会沿桩身通长分布，当土层位移与桩身位移相同时，此点称为中心点，中心点深度Ln应按土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定，也可查JGJ94-94表5.2.16-2。6.单桩承载力特征值Ra的确定单桩承载力取决于二方面：桩身的材料强度和地层的支承力。一GB50007-2002要求：1. 特征值应通过单桩竖向静载试验确定，同一条件下的试桩量，不宜小于总桩数的1%，且不应小于3根。当桩端为密实砂卵石或其他承载力类似的土层

20、时，对单桩承载力很大的大直径端承型桩，可采用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值。2. 地基基础设计等级为两级的建筑物，可采用静力触探及标贯试验参数确定Ra值。3. 初步设计时Ra可按下式估算：Ra=qpaAp+pqsiaLi式中：qpa，qsia桩端端阻力，桩侧阻力特征值。由当地静载试验结果统计分析得出。当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中，可按下式估算Ra：Ra= qpaAp式中：qpa当桩端无沉渣时，应按下式计算：qpa=rfrk；也可按岩基载荷试验确定。其中：frk岩石饱和单轴极限抗压强度标准值。（当为软岩时，可不饱和）r折减系数，一般对完整岩体，r=0.5，对较完整岩体可取 r=0.

21、2-0.5，对较破碎岩体可取r=0.1-0.2。4. 嵌岩灌注桩桩端以下3倍桩径范围内无软弱夹层，断层破碎带和洞穴分布，并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。二JGJ94-94规定：1）.一级建筑桩基：应采用静载试验，并结合静力触探，标准贯入等原位方法确定。二级建筑桩基：应根据静力触探，标准贯入，经验参数等估算。三级建筑桩基：可利用经验参数估算。2）.经验公式：.当d0.8m时：Qk =QskQpk=qsikLi+qpkApQk单桩竖向极限承载力标准值；Sky，Qpk单桩总极限侧阻力，总极限端阻力标准值；qsik，qpk单桩第i层土的极限侧阻力，极限端阻力标准值。基桩竖向承载力设计值R为：R=

22、 Qk /rs+Qpk/rp（端承桩和桩数不超过3排的非端承桩，不考虑群桩效应。）rs，rp桩侧阻，桩端阻抗力分项系数。.d0.8m时：Qk =Qsk+Qpk=siqsikLi+pqpkApsi，p大直径桩侧阻，端阻尺寸效应系数.嵌岩桩：Qk =Qsk+QrkQpk=siqsikLi+sfrchr+pfrcApQrk嵌岩段总构限侧阻力si覆盖层第i层土的侧阻力发挥系数frc岩石饱和单轴抗压强度标准值hr桩身嵌岩饱和深度（中风化，微风化，未风化岩），当hr5d时，取hr=5ds，p嵌岩段侧阻力和端阻力修正系数.当用静载试验确定了Qk后，设计值R= Qk /rsprsp桩侧阻端阻综合抗力分项系数。

23、7.群桩效应1. 桩数不只一根的桩基称为群桩基础，群桩中的每一根桩称为基桩。2. 群桩效应：由于承台、桩、土相互作用，基桩承载力和沉降性状与同样单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。3. 群桩基础的承载力通常不等于各单桩承载力之和，通常用群桩效应系数=Qq/Qi来衡量基桩平均承载力比单桩降低（1）的幅度。4. 端承型群桩：不考虑群桩效应=1。5. 摩擦型群桩：桩距是影响群桩效应的主导因素。承台贴地桩基，可通过承台地面土反力分担桩基荷载，这时称复合桩基，其基桩称复合基桩。6. 按JGJ94-94确定基桩竖向承载力设计值：.R=sQsk/rs+pQpk/rp+cQck/rcs，p桩的侧阻，端桩群桩

24、效应系数c承台底土阻力群桩效应系数rs，rp，rc抗力分项系数Qck响应于任一基桩的承台底地基土的总极限阻力标准值。Qck=qckAc/nqck等于承台半宽（5m）范围内地基土极限阻力标准值Ac承台底地基土净面积。（a）.对端承桩及桩数不超过3排的非端承桩：R=Qsk/rs +Qpk/rp（b）.当用静载确定Qk时：R=Qk/rsp.当根据静载试验确定时，复合基桩竖向承载力设计值为：R=spQk/rsp+cQck/rcQck=qckAc/nsp桩侧阻端阻综合群桩效应系数。在，所提供的公式中，rs、rp、rsp、rc，s、p、sp均可查表确定，但c应按下式计算确定：c=式式中：，承台内外区土阻力

25、群桩效应系数，可查表 A，A承台内区（外围桩边包络区），外区的净面积Ac= A+A。如下图： A A8.桩基承载力验算一. 桩顶作用效应：分为荷载效应和地震作用效应。1. 荷载效应计算：a. 轴心竖向力作用下：（N）Qk=（Fk+Gk）/n;偏心竖向力作用下：（Ni）Qik=（Fk+Gk）/n式b. 水平力作用下：Hik=Hk/n.式中：Fk相应于荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力；Gk桩基承台自重及承台上土自重标准值；Qk相应于荷载效应标准组合轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力；N桩基中的桩数；Qik第i根桩的竖向力；Mxk，Myk承台底面通过桩群形心的x，y轴的力矩；xi，yi桩

26、i至桩群形心的y，x轴线的距离；Hk作用于承台底面的水平力；Hik作用于任一单桩的水平力；Gk=blhrG rG=20KN/m3图2. 地震作用效应（略）二. 基桩竖向承载力验算：1. 荷载效应基本组合：按JGJ94-94： r0NRr0Nmax1.2R 按GB50007-2002： QkRaQikmax1.2RaHikRHa2. 地震作用效应组合： N1.25RNmax1.5R三. 桩基软弱下卧层承载力验算：桩基下方有限厚度持力层的冲剪破坏，可分为整体剪切破坏和基桩冲剪破坏。1. 对于桩距S6d的群桩基础，一般可按整体冲剪破坏考虑：方法：将基桩与桩间土的整体视作等效实体基础，实体基础的底面位

27、于桩端平面处，基底面面积按最外围桩的边缘确定（特别提示：不是按承台底面确定）如下图：等效基础底面附加压力：P0=P-c=F+G+Gf-2（a0+b0）qsikLi/a0b0-rzZGf=rzZa0b0ze 则P0=F+G-2（a0+b0）qsikLi/a0b0；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，则作用在软弱层顶面的附加压力z按荷化方法：z=公式2. 当桩距S6d，且持力层厚度t（S-de）ctg/2的群桩基础，以及单桩基础，一般按基桩冲剪破坏。如下图：z=4（N-qsikli）/（de+2ttan）2式中：de桩端等代直径 圆形桩：de=d方行桩：de=1.13b（b为边长）

28、在查表取角时取b=de3. 在求得作用在软弱层顶面的附加应力z后，桩基软弱层承载力验算应满足下式：z+rzZq/rqq软弱层径深度修正的地基极限承载力标准值rq分项系数。取rq=1.659.桩基沉降验算一. 桩基最终沉降量的计算：1. 方法：有两种，一为实体深基础法，一为明德林应力公式方法，此处介绍实体法。2. 实体深基础法：采用单向压缩分层总和法：S=pjihji/Esji式S桩基最终沉降量（mm）m桩端平面以下压缩层范围内土层总数 Esji桩端平面以下第j层土第i分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量（Mpa）nj桩端平面下第j层土的计算分层数 hji桩端平面下第j层土的第i分

29、层厚度ji桩端平面下第j层土第i个分层的竖向附加应力p桩基沉降计算经验参数，不具备条件时，可查GB50007-2002P139页表。3. 计算中应注意：1. 桩端桩底面积实体基础的支承面积：（a）.扩散后支承面积。 （b）.不扩散支承面积。2. 公式中变形计算深度按变形规范法要求即：Sn，0.025Si， 式附加压力应为桩端平面附加应力，即应为：令承台尺寸为ab，P01=式其他均应按变形计算要求计算。二. 桩基础的沉降量不得超过建筑物允许沉降量，见 GB50007-2002P26页表。10.承台的构造和计算一. 承台构造：1）.承台的宽度不应小于500mm，边桩中心至承台边缘的距离不宜少于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不少于150mm，对于条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不少于75mm。图2）.承台最小厚度不应小于300mm。3）