桩基础设计的一般步骤 ①进行调查研究，场地勘察，收集资料； ②综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；

Presentation on theme: "桩基础设计的一般步骤 ①进行调查研究，场地勘察，收集资料； ②综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；"— Presentation transcript:

1 桩基础设计的一般步骤 ①进行调查研究，场地勘察，收集资料； ②综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；
③选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造； ④确定单桩承载力； ⑤根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置； ⑥根据桩的平面布置，初步拟定承台的轮廓尺寸及承台底标高；

2 ⑦验算作用与单桩上的竖向和横向荷载； ⑧验算承台尺寸和结构强度； ⑨必要时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； ⑩单桩设计、绘制桩和承台的结构及施工详图。

3 一、必要的资料准备 及当地桩基工程经验等。 检测条件; 环境条件; 施工机具和技术条件; 建筑物类型及规模; 岩土工程勘查报告;

4 桩基的详细勘察除满足现行勘察规范要求外，还应满足以下几点：
（1）勘探间距： 一般为12～24m，若相邻两勘探点揭露出的层面坡度大于10%，应适当加密勘探点；摩擦型桩，点距一般为20～30m。

5 （2）勘探深度： ①控制性孔数量：一般布置1/3～1/2的勘探孔作为控制性孔，且一级建筑桩基场地至少有3个，二级建筑桩基场地应不少于2个。 ②深度：控制孔应穿透桩端平面以下压缩层厚度，一般勘探孔应深入桩端平面以下3～5m；嵌岩桩钻孔应深入持力岩层不小于3～5倍桩径；当持力岩层较薄时，部分钻孔应钻透持力岩层。 ③在勘察深度地区范围内的每一地层，应进行室内试验或原位测试。

6 二、选定桩型，确定单桩竖向及水平承载力 1. 桩型、截面和桩长的选择。
桩型：上部结构的型式、荷载、地质条件、环境条件及当地的施工条件和经验。

7 从楼层数和荷载大小来看（如为工业厂房可将荷载折算为相应的楼层数）：
10层以下的，可考虑采用直径500㎜左右的灌注桩和边长为400㎜的预制桩； 10～20层的可采用直径800～1000的灌注桩和边长为450～500㎜的预制桩；20～30层的可用直径1000～1200㎜的钻（冲、挖）孔灌注桩和边长大于等于500㎜的预制桩； 30～40层的可用直径大于1200㎜的钻（冲、挖）孔灌注桩和边长为500～550㎜的预应力管桩和大直径钢管桩；楼层更多的高层建筑所采用的挖孔灌注桩直径可达5m。 实心方桩边长为300㎜～500㎜ L=25～30m（现场预制）L≤12m（工厂预制）

8 常用灌注桩的桩径、桩长及适用范围

9 地质条件: 一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩难以穿透；当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度难以控制；在场地土层比较均匀的条件下，采用质量易于保证的预应力高强混凝土管桩比较合理。

10 经济角度： 沉管灌注桩最为经济，后为钻孔灌注撞、冲孔灌注桩、人工挖孔桩、混凝土预制方桩、普通预应力管桩、预应力高强混凝土管桩、钢管桩 周边环境: 城市环境：不允许打桩时，选用振动比较小的桩，如：钻孔灌注桩、人工挖孔桩、冲孔灌注桩、静力压桩等。 建筑物的重要程度。

11 桩长： 1）桩的长度主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好选择在进入坚硬土层或岩层，采用嵌岩桩或端承桩；当坚硬土层埋藏很深时，宜采用摩擦桩基，桩端应尽量达到低压缩性、中等强度的土层上。 2）桩端进入持力层的深度（1~3d）：粘性土、粉土≥2d，砂类土≥1.5d,碎石类土≥1d,当存在软弱下卧层时,桩端以下硬持力层厚度≥4d,嵌岩桩进入微风化或中等风化的岩体的最小深度≥0.5m.

12 3)当硬持力层较厚且施工条件允许时，桩端进入持力层的深度尽可能达到桩端阻力的临界深度,以提高桩端阻力.
临界深度: 砂、碎石类土临界深度=（3～10）d （d为桩径） 粘性土、粉土临界深度=（2～6）d 嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布；并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。

13 4）同一建筑物避免同时采用不同类型的桩（如用摩擦桩和端承桩，但用沉降缝分开除外）。
5）同一基础相邻桩的标高差，对于非嵌岩端承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。 6）桩长、桩型初步确定后，即可定出桩的截面面积，并初步确定承台的底面标高。 7）一般建筑物层数多、荷载大，宜采用大直径的桩。尤其是大直径的人工挖孔桩。目前国内最大人工挖孔桩的直径为5m。

14 2. 确定单桩竖向及水平承载力 确定桩型、桩长后，可初步确定桩的截面尺寸。→承台埋深：满足结构和施工要求。 →确定单桩竖向及水平承载力。

15 三、桩的平面布置及承载力验算 1. 桩的根数和布置 （1） 桩的根数 中心荷载作用（轴心受压）：
x FK+GK 承台底面 （1） 桩的根数 中心荷载作用（轴心受压）： 式中：Fk----相应于荷载效应标准组合时，作用在桩基承台顶面的竖向力； Gk----桩基承台及其上填土的自重标准值。

16 偏心荷载作用（偏心受压），如果群桩重心与荷载合力点重合，桩数按上式计算，否则，按上式计算适当增加（10%～20%）。
y MxK x FK+GK MyK HK 承台底面 xi xmax yi ymax

17 （２） 桩在平面上的布置：遵循有关布桩的原则，若布桩不合理宜重新选择桩型及几何尺寸。
柱下桩基 墙下桩基

18 2. 桩基承载力验算 （1） 桩顶作用效应计算 x FK+GK 承台底面 中心荷载作用（轴心受压）：

19 *** 桩顶作用效应均按荷载作用效应标准组合计算。
y MxK x FK+GK MyK HK 承台底面 xi xmax yi ymax 偏心竖向力作用下： 水平力作用下： x y xi xmax ymax yi *** 桩顶作用效应均按荷载作用效应标准组合计算。

20 当基桩承受较大水平力，或为高承台桩基时，桩顶作用效应的计算应考虑承台与基桩协同工作和土的弹性抗力。对烟囱、水塔、电视塔等高耸结构物桩基则常采用圆形或环形刚性承台，当基桩宜布置在直径不等的同心圆圆周上，且同一圆周上的桩距相等时，仍可按上式计算。

21 （2） 单桩承载力验算 中心荷载作用（轴心受压）桩基： 偏心荷载作用（偏心受压）桩基： 水平力作用下：

22 此桩受压力最大 偏心荷载作用（偏心受压）桩基： y x y x xi xmax yi ymax xi xmax ymax yi MxK
FK+GK MyK HK 承台底面 xi xmax yi ymax x y xi xmax ymax yi

23 考虑地震作用效应的桩基单桩承载力验算 地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖向承载力均可提高25%。 中心荷载作用（轴心受压）桩基： 偏心荷载作用（偏心受压）桩基：

24 对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，当同时满足下列条件时，计算桩顶作用效应时可不考虑地震作用：
（1）按《建筑抗震设计规范》规定可不进行天然地基和基础抗震承载力计算的建筑物； （2）不位于斜坡地带和地震可能导致滑移、地裂地段的建筑物； （3）桩端及桩身周围无可液化土层； （4）承台周围无可液化土、淤泥、淤泥质土。 对位于8度和8度以上抗震设防区的高大建筑物低承台桩基，在计算各基桩的作用效应和桩身内力时，可考虑承台（包括地下墙体）与基桩的共同工作和土的弹性抗力作用。

25 当桩端平面以下受力层范围内存在软弱下卧层时，应进行下卧层的承载力验算。根据该下卧层发生强度破坏的可能性，分为整体冲剪破坏和基桩冲剪破坏。
（3） 桩基软弱下卧层承载力验算 当桩端平面以下受力层范围内存在软弱下卧层时，应进行下卧层的承载力验算。根据该下卧层发生强度破坏的可能性，分为整体冲剪破坏和基桩冲剪破坏。 桩基软弱下卧层承载力验算 （a）整体冲剪破坏； （b）基桩冲剪破坏

26 FK+GK a0 at Sa-d σz σcz qsia Gfk

27 式中：σz----相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值（KPa）
σcz ---软弱下卧层顶面处土的自重应力值（KPa） faz ---软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（KPa）

28 的计算： ①对桩距Sa≤6d及桩距Sa>6d、且硬持力层厚度t≥1/2（sa-d）cotθ的群桩基础一般可作整体冲剪破坏考虑，计算公式：

29 ②对桩距Sa>6d、且硬持力层厚度 的群桩基础，以及单桩基础，应作基桩冲剪破坏考虑，有下列公式：
qsia 式中：de— 桩端等代直径，圆形桩de=d；方形桩为: de=1.13b（b为桩的边长）；按表2-7确定地基压力扩散角θ时，取b=de。

30 （4）桩基础沉降验算 前面的微课已做介绍。

31 （5）桩基负摩阻力验算 群桩中任一基桩的下拉荷载：

32 ②当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载 计人附加荷载验算桩基沉降。
桩基负摩阻力验算： 对于摩擦型基桩： ①中性点以上侧阻为零，按下式验算： ②当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载 计人附加荷载验算桩基沉降。

33 对于端承型基桩：

34 四、桩身结构设计 1. 桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求： fc—混凝土轴心抗压强度设计值;
Q—相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值; Ap—桩身的横截面面积; ψc—桩工作条件系数，预制桩取0.75,灌注桩取0.6～0.7(水下灌注桩或长桩时用低值)。

35 2.桩混凝土等级、配筋要求 （1）桩混凝土等级 预制桩的混凝土强度等级不应低于C30； 灌注桩不应低于C20； 预应力混凝土桩不应低于C40。

36 （2）桩配筋要求——桩的主筋应经计算确定。
预制桩钢筋：主筋（纵向）应按计算确定并根据断面的大小及形状选用4～8根直径为14～25㎜的钢筋。最小配筋率 ： 打入式预制桩：ρmin≥0.8%，一般可为1%左右。 静压法沉桩的预制桩： ρmin≥0.6% ； 主筋混凝土保护层应≥30㎜。

37 箍筋直径：6～8㎜，间距≤200㎜，在桩尖和桩顶处应适当加密（如图所示）；用打入法沉桩时，桩顶2~3d范围箍筋应加密。直接受到锤击的桩顶应设置三层

38 预制桩的弯矩一般与桩的起吊、运输、锤击过程中的各种强度验算有关。
预制桩的吊点位置和弯矩图 （a）双点起吊； （b）单点起吊 0.207L L M 1 2 = 0.0214 kqL （a） 0.293L 0.0429 （b） 预制桩施工阶段验算： 预制桩的弯矩一般与桩的起吊、运输、锤击过程中的各种强度验算有关。 桩长在20m以下者，起吊时采用双点起吊；在打桩架龙门吊立时，采用单点吊。

39 吊点位置应按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的条件确定。如图所示，式中的q为桩单位长度的重力。K=1.3。
预制桩的吊点位置和弯矩图 （a）双点起吊； （b）单点起吊 0.207L L M 1 2 = 0.0214 kqL （a） 0.293L 0.0429 （b） 预制桩施工阶段验算： 吊点位置应按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的条件确定。如图所示，式中的q为桩单位长度的重力。K=1.3。 捶击振动验算：详见桩基规范。

40 混凝土预制桩

41 灌注桩钢筋： 主筋为6～10根 φ12～14， ρmin ≥0.2%~0.65%，小直径桩取大值。 箍筋直径：6~8㎜，间距：200~300㎜，宜采用螺旋式箍筋，受水平荷载较大的桩基，桩顶3~5d范围箍筋适当加密。当钢筋笼长度超过4m，应每隔2m左右设一道φ12~18焊接加劲箍筋。 主筋混凝土保护层应≥35㎜,水下灌注混凝土≥50㎜ 。

42 配筋长度要求： 1）受水平荷载和弯矩较大的桩，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、淤泥质土或液化土层。 3）坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋； 4）桩径大于600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3。

43 五、桩的质量检验 桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，极易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚。 目的： 检验桩身结构的完整性和单桩承载力，并进行施工监督、现场记录和质量检验。

44 桩的质量检验方法： （1）开挖检查：桩顶标高、桩的位置（轴线）、桩顶质量（完整性和混凝土强度）。 （2）抽芯法：在灌注桩身内钻孔（直径100～150㎜），取混凝土芯样进行观测和单轴抗压强度试验，了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和夹泥等现象。 （3）声波透视法：检测桩身完整性，即缺陷位置、程度。利用超声波在不同混凝土中传播速度检验桩身质量。

45 （4）动测法：PDA（打桩分析仪）大应变测定法，检测单桩承载力。PIT（桩身完整性分析仪）包括锤击激振等小应变动测。
检测数量： 小应变：灌注桩，100%，预制桩，50% 大应变：灌注桩，30%，预制桩，20%