基础工程学 第5章 桩基础设计.ppt

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1、桩基础设计,概述建筑桩基设计的基本规定桩的分类竖向荷载作用下的单桩工作性状竖向荷载作用下单桩承载力的确定方法竖向荷载作用下的单桩沉降计算竖向荷载作用下群桩工作性状群桩的竖向承载力计算群桩的沉降计算水平荷载作用下桩基的承载力和变位桩基础设计,概 述,桩基础的发展历史,十九世纪以前：7000年8000年前，浙江宁波附近的河姆渡遗址；3000年4000年前的古罗马；西安灞桥、隋唐建塔等等。十九世纪以后：材料和动力进步促进桩基发展和应用；水泥工业、蒸汽动力出现，铸铁管桩得以应用；十九世纪末，现场钻孔桩应用；近、现代时期：桩基应用已得到很大发展，桩基材料、桩型、工艺和施工技术等多样化。,桩基技术发展特点

2、,桩基技术的发展受工业化的影响巨大；桩型及施工工艺推陈出新，桩基理论和概念以及桩基效用实质性变化；桩基与其它基础形式或工艺联合应用，高强、大直径、超长为发展趋势；桩基施工检测与监测形成相当丰富有效的技术。,概 述,西安灞桥（1834年清道光14年）,概 述,上海河南路桥木桩基础（1923年）,概 述,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。,概 述,概 述,桩基础的适用条件,土质条件太差不宜用浅基础时选用桩基；地基土特殊不宜采用地基改良方法和加固措施时选用桩基；上部结构荷载较大，或需要较大的抵御水平荷载刚度选用桩基；结构对不均匀沉降相当敏感，或建筑物受

3、到大面积堆载时选用桩基；地下水位很高，或水下基础施工困难时选用桩基；具有重要历史意义或需长期保存之建筑物基础选用桩基。,高层建筑桩基础基本型式桩基与其它基础型式结合,桩柱基础：柱下独立桩基础；桩梁基础：基础梁（或承台梁）下桩基础；桩墙基础：剪力墙（或实腹筒壁）下桩基础；桩筏基础：筏板下桩基础；桩箱基础：箱基下桩基础。,建筑桩基设计的基本规定,建筑桩基设计基本要求,桩基形式的合理选择：考虑地基条件和结构特点；持力层和桩长的合理选择：从承载力、变形、经济和施工角度考虑；合理布置桩基：最大程度发挥桩的承载性能；桩基水平承载力的合理确定：能有效抵御倾覆或外荷载致水平力；合理控制桩基施工引发的环境问题：

4、噪音干扰、周边设施的保护。,桩基础设计方法-极限状态设计,承载力极限状态：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；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耐久性要求的某项限值。,建筑桩基设计等级（JGJ94-2008),原建筑桩基技术规范（JGJ94-94)以建筑桩基安全等级和重要性系数规定设计原则，现规范以建筑桩基设计等级规定。,建筑桩基设计的基本规定,建筑桩基设计荷载取值规定（JGJ94-2008),桩基设计时，所采用的荷载作用效应组合与相应的抗力应符合以下规定：,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

5、力特征值；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、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合；计算桩基结构承载力、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。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准永久组合。,建筑桩基设计的基本规定,桩的分类,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008),按承载性状分类：摩擦型桩和端承型桩,摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受，桩断阻力小到可忽略不计,端承摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受,端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶

6、竖向荷载主要由桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计,摩擦端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力承受,摩擦型桩,端承型桩,桩的分类,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008),按成桩方法分类：非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩,各类钻（挖）孔桩：干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法等,冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、打入（静压）式敞口钢管桩、H型钢桩、预应力混凝土空心桩等。,沉管灌注桩、打入（静压）预制桩、闭口预应力空心桩和钢管桩等,非挤土桩,挤土桩,部分挤土桩,桩的分类,桩的分类,干法施工,桩的分类,预制桩,桩的分类,钢桩,桩的分类,预应力桩,桩的分类,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008),

7、按桩径（设计直径）大小分类：小直径桩、中等直径桩、大直径桩,小直径桩：d不超过250mm,中等直径桩：250mm d 800mm,大直径桩：d不小于 800mm,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008)中关于桩型和成桩工艺选择的若干规定,对框架核心筒等荷载分布很不均匀的桩筏基础，宜选择基桩尺寸和承载力可调性较大的桩型和工艺；挤土沉管灌注桩用于淤泥和淤泥质土层时，应局限于多层住宅桩基；抗震设防烈度为8度及以上地区，不宜采用预应力混凝土管桩和预应力混凝土空心方桩,竖向荷载作用下的单桩工作性状,竖向荷载下单桩的工作性状包括两个重要的问题：(1)单桩的荷载传递机制;(2)桩侧负摩阻力问题。,竖向荷载下

8、单桩的荷载传递机制,竖向荷载作用下，单桩的荷载传递是桩土体系共同工作的结果。,桩身轴力分布,桩侧摩阻力分布,桩身位移分布,竖向荷载作用下的单桩工作性状,竖向荷载下单桩的工作性状包括两个重要的问题：(1)单桩的荷载传递机制;(2)桩侧负摩阻力问题。,竖向荷载下单桩的荷载传递机制,根据上述描述，则可根据桩身任一截面处的受力和变形建立桩身轴力、轴向变形和桩侧摩阻力之间的关系。如图，取一微分段dz：,由该微分段的静力平衡条件：,Q(Z),Q(Z)+dQ(z),则可得到：,竖向荷载作用下的单桩工作性状,竖向荷载下单桩的工作性状包括两个重要的问题：(1)单桩的荷载传递机制;(2)桩侧负摩阻力问题。,竖向荷

9、载下单桩的荷载传递机制,根据上述描述，则可根据桩身任一截面处的受力和变形建立桩身轴力、轴向变形和桩侧摩阻力之间的关系。如图，取一微分端dz：,Q(Z),Q(Z)+dQ(z),则由：,和,竖向荷载作用下的单桩工作性状,从竖向荷载下单桩的荷载传递机制得到的几点认识,作用于桩顶的竖向荷载Q是由桩侧土的总摩阻力Qs和桩端土的端阻力QP共同承担。Q Qs QP；当桩顶荷载加大至极限值时，Q uQsu QPu其中：Q u称为单桩竖向抗压极限承载力(kN)；Qsu为单桩总极限摩侧阻力(kN)；QPu则为单桩总极限端阻力(kN)。,对桩的荷载传递过程的研究表明：桩在外荷载Q作用下，Qs 与 QP 的发挥程度与

10、桩土之间的相对位移情况有关。桩与土之间发生不大的相对位移时，摩阻力就可充分发挥出来。单桩受荷过程中桩端阻力的发挥滞后于桩侧阻力，充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。,另外：P121,竖向荷载作用下的单桩工作性状,桩侧负摩阻力问题,什么是负摩阻力？,在此之前的分析认为，桩侧摩阻力的产生是因为桩身压缩向下位移，故土体阻止桩身向下位移而作用于桩侧的向上阻力。这可理解为正的桩侧摩阻力；倘若桩身向上位移，即土体相对桩身向下位移，此时，土体欲“下拉”桩身，则此时摩阻力方向向下，故称其为“负摩阻力”。负摩阻力对桩基稳定具有“负面效应”：加大桩身荷载和沉降。,什么情况下会产

11、生负摩阻力？,土体发生大于桩身压缩位移的沉降！这种情况的产生有几种可能：,欠固结土体的固结沉降；湿陷性黄土浸水、欠固结软土，厚松散填土 桩周土体在外荷载下的固结沉降；桩侧大面积堆载，地震，预压堆载 降水引起的地基固结沉降；人工抽、排水；城市用水 卸载后的再固结沉降。开挖隆起后再固结,竖向荷载作用下的单桩工作性状,桩侧负摩阻力问题,桩侧负摩阻力如何分布？,桩身上负摩擦力的分布范围可根据桩与周围土的相对位移情况确定。若桩身某一截面处，桩与周围土体之间没有相对位移，则作用在桩上的摩擦力为零，称该点为中性点。在中性点截面处，桩身的轴力N最大；在中性点以上，土的下沉量大于桩的沉降量，所以是负摩擦区；在中

12、性点以下，土的下沉量小于桩的沉降量，因而是正摩擦区。,竖向荷载作用下的单桩工作性状,桩侧负摩阻力问题,桩侧负摩阻力如何分布？,中性点的深度ln与桩周土的压缩性和变形条件，以及桩和持力层土的刚度等因素有关，但实际上准确确定中性点的位置比较困难。桩尖沉降sp越小，ln越大，对于支承在岩层上的端承桩（sp0），负摩擦力可分布于全桩身。,K0:土的侧压力系数；:土的有效内摩擦角度；:桩周土中的竖向有效应力；n:桩周土负摩擦力系数。,桩侧负摩阻力如何计算？,竖向荷载作用下的单桩承载力,单桩竖向承载力的确定,单桩竖向承载力由两个方面因素所决定：一是地基土对桩的支承能力；二是桩本身材料的强度。一般情况下，单

13、桩的竖向承载力由地基土的支承能力所决定。这是因为正常情况下的桩身材料强度往往不能得到完全发挥，只有对端承桩及少数桩身存在质量缺陷的情况下才可能由桩身强度决定其竖向承载力。,按桩身材料强度确定竖向承载力,根据材料强度计算单桩承载力时，可把桩视为插在土中的受压杆件，在轴向压力作用下，计算桩身轴力受压强度时，一般可不考虑弯曲的影响，即取稳定系数1.0，则其承载力设计值可用右式确定：,小注：存在压曲破坏可能的竖向单桩承载力不能完全由桩身强度确定。例如，长细比很大的桩体、可液化土中的桩体等！,竖向荷载作用下的单桩承载力,单桩竖向承载力的确定,单桩竖向承载力由两个方面因素所决定：一是地基土对桩的支承能力；

14、二是桩本身材料的强度。一般情况下，单桩的竖向承载力由地基土的支承能力所决定。这是因为正常情况下的桩身材料强度往往不能得到完全发挥，只有对端承桩及少数桩身存在质量缺陷的情况下才可能由桩身强度决定其竖向承载力。,按桩周土的支承能力确定竖向承载力,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)对不同设计等级桩基规定了单桩设计极限承载力标准值的确定方法：,竖向荷载作用下的单桩承载力,单桩竖向承载力的确定,载荷试验确定单桩竖向极限承载力,试桩静载试验,竖向荷载作用下的单桩承载力,单桩竖向承载力的确定,载荷试验确定单桩竖向极限承载力,载荷试验原理：由试验得到的桩顶竖向荷载与桩顶位移关系确定竖向极限承载力！,桩顶

15、荷载量测,桩顶位移量测,竖向荷载作用下的单桩承载力,单桩竖向承载力的确定,载荷试验确定单桩竖向极限承载力,由试验结果可绘出桩顶荷载和桩顶沉降关系曲线，根据上述曲线特性，可用下列方法确定单桩竖向极限承载力。按沉降随荷载的变化特征确定Qu 当Qs曲线有明显的第二拐点出现时，取第二拐点处所对应的荷载为极限荷载Qu。所谓第二拐点，即Q s曲线陡降段的起点。根据沉降量确定极限承载力。对于缓变型Q s，一般可取s40mm60mm对应的荷载值为Qu。对于大直径桩可取s0.03d0.06d(d为桩端直径)所对应的荷载值；对于细长桩(ld80)，可取s60mm80mm对应的荷载值。,竖向荷载作用下的单桩承载力,

16、单桩竖向承载力的确定,原位测试法确定单桩竖向极限承载力静力触探,单桥测试,双桥测试,按土的物理指标确定单桩竖向极限承载力经验公式法,该方法为沿用多年的传统方法。假定同一土层中的单位侧摩阻力qs均匀分布，根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定承载力标准值。建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)针对不同的桩型，给出了极限承载力标准值的估算公式。,竖向荷载作用下的单桩承载力,单桩竖向承载力的确定,原位测试法确定单桩竖向极限承载力静力触探,单桥测试,双桥测试,按土的物理指标确定单桩竖向极限承载力经验公式法,该方法为沿用多年的传统方法。假定同一土层中的单位侧摩阻力qs均匀分布，根据土的物理指

17、标与承载力参数之间的经验关系，确定承载力标准值。建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)针对不同的桩型，给出了极限承载力标准值的估算公式(P127130)。,竖向荷载作用下的单桩承载力,单桩竖向设计承载力特征值的确定,对于实际问题，单桩竖向设计承载力特征值还应考虑诸如承台效应、其它荷载效应等情况对其进行修正（后续章节讲述）。,竖向荷载作用下的单桩沉降,单桩沉降分析的必要性,实际工程问题中可能较少遇到单桩沉降分析，但是单桩沉降分析对于桩基础设计仍有一定价值，主要有三个原因：,群桩沉降与单桩沉降间存在某种关系；群桩内力计算中需要用到单桩竖向刚度系数，而单桩沉降与单桩竖向刚度有关；单桩沉降分析可直接

18、应用于大直径单桩结构的设计。,单桩沉降组成及计算方法,桩本身的弹性压缩；由桩侧摩阻力传递引起的桩端土体的压缩变形；由桩端荷载引起的桩端土体压缩变形。,单桩沉降的计算方法有:(1)荷载传递分析法;(2)弹性理论法;(3)剪切变形传递法;(4)有限单元法;(5)简化分析方法.,竖向荷载作用下的单桩沉降,常规桩沉降计算的经验方法,竖向荷载作用下的单桩沉降,常规桩沉降计算的经验方法,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,实际工程中的桩基础，除少量大直径桩是用单桩基础外，一般都是由多根桩，上部由承台联结而成的群桩基础。,什么是群桩？,群桩的承载力是否等于各单桩承载力之和？,该问题的答案只有了

19、解了群桩的荷载传递特征后才能给出！由于前述单桩荷载传递机制中，端承桩和摩擦桩的荷载传递机制存在显著差异，因此，端承型群桩和摩擦型群桩的荷载传递机制也有很大差异！,端承群桩，由于持力层坚硬，不允许桩下沉，故桩侧摩阻力不易发挥，上部荷载通过桩身直接传到桩端处土层上。而桩端处承载压面积很小，各桩端的压力彼此互不影响，故可认为端承群桩中各桩的工作情况与单桩工作情况基本一样；同时，由于桩的变形很小，桩间土基本不承担荷载，群桩的承载力就等于各单桩的承载力之和，群桩的沉降量也与单桩基本相同。,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,摩擦型群桩,摩擦型群桩主要通过每根桩侧面的摩擦阻力将上部荷载传布到

20、桩周及桩端的土层中。假定桩侧摩阻力在土中引起的附加应力z，按某一角度沿桩长向下扩散分布至桩端平面处。,这样则可能出现两种情况：,第一种情况：桩距S较大时，桩端平面处各桩传来的压力互不重叠或重叠不多，这时群桩中各桩的工作情况仍和单桩单独工作一样，故群桩的承载力也等于各单桩承载力之和。,要求：S6d(d为桩径),第二种情况：桩距较小时，桩端处地基中各桩传来的附加应力z就会相互重叠，使得桩端处压力要比单桩时增大许多，桩端以下压缩土层的深度也要比单桩时深很多。,要求：S(34)d，常用桩距,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,认识一个新概念：群桩效应,在很多情况下，群桩中各桩的工作状态就

21、与单桩时迥然不同，群桩的承载力并不等于各单桩之总和，沉降量也大于单桩的沉降量，这就叫群桩效应。,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,认识一个新概念：群桩效应,群桩中各桩的工作状态就与单桩时迥然不同，群桩的承载力并不等于各单桩之总和，沉降量也大于单桩的沉降量，这就叫群桩效应。,影响群桩效应的主要因素，一是群桩自身的几何特征，包括承台的设置方式(高或低承台)、桩距、桩长、及桩长与承台宽度比、桩的排列形式、桩数；二是桩侧与桩端的土性、土层分布和成桩工艺(挤土或非挤土)。群桩效应具体反映在以下几方面:群桩的侧阻力、群桩的端阻力、承台土反力、桩顶荷载分布、群桩沉降及其随荷载的变化、群桩的破

22、坏模式。,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,认识一个新概念：群桩效应,定义群桩效应：群桩效率系数 若不允许群桩的沉降量大于同荷载作用下的单桩沉降量时，则群桩中每一根桩的平均承载力就要比单桩时降低。根据这一概念，在设计中常要乘以群桩效率系数，其意义为：,相应地，还可区分群桩侧摩阻力和端阻力，分别定义群桩效应如下：,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,桩侧阻力的群桩效应 群桩效应对桩侧阻力影响的基本规律是：群桩效率系数越大，则桩土间的相对位移越小，此时桩侧阻力的发挥越小。,右上图：桩距越大，群桩效应越不明显，桩周土应力重叠越小，致使桩周土的

23、竖向位移越小，则桩土相对位移越大，桩侧摩阻力能尽情发挥，承台底土反力越大(P=KS)；反之，桩土相对位移越小，桩侧土摩阻力不易发挥；承台底反力越小。,打入群桩：群桩效应明显，整体破坏；反之，单桩破坏。,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,桩端阻力的群桩效应 群桩效应对桩端阻力影响的基本规律是：,群桩效应越大，受剪应力重叠及桩端土体位移受限影响，桩端阻力越大；,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,桩端阻力的群桩效应 群桩效应对桩端阻力影响的基本规律是：,当桩长与桩顶承台的比值较小时，桩端阻力还会因承台的约束作用而

24、提高；,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,桩端阻力的群桩效应 群桩效应对桩端阻力影响的基本规律是：,群桩端阻破坏形式依据群桩效应不同而不同，群桩效应不明显，群桩端阻破坏类似于单桩端阻破坏，但因应力重叠、承台约束、土体变形受限，桩端土破坏承载力相对较高。,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,桩端阻力的群桩效应 群桩效应对桩端阻力影响的基本规律是：,群桩端阻破坏形式依据群桩效应不同而不同，群桩效应明显，桩端土强度不高时，破坏以冲剪或局部剪切破坏为主，若为软弱下卧层，土体可发生侧向挤出而使桩基整体失稳；桩端土强度较

25、高时，可产生整体剪切破坏。,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,群桩下承台底土对荷载的分担作用,承台底土是否能够承受荷载，需不需要考虑以及如何考虑承台底土的荷载分担效应？,不考虑承台底土的荷载分担效应是偏于安全的。但事实是，承台底土的荷载分担作用不容忽视，尤其是对于摩擦型桩基，荷载分担率通常能达到百分之十几到百分之五十之间。,这么有能耐，不考虑岂不是浪费!问题是如何考虑？不能高估了承台底土的能力，也不要低估了它。,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,群桩下承台底土对荷载的分担作用,承台底土荷载分担效应的主要规律

26、是：,承台底土的压缩性越低，强度越高，荷载分担率越大；桩距越大，承台底反力愈大，承台外区土反力大于承台内区土反力；承台底土反力随着荷载水平提高，桩端贯入变形增大，桩土界面滑移而提高；桩愈短，桩长与承台宽度比愈小，桩侧摩阻力发挥值愈低，承台土反力大。,承台底土荷载分担效应的基本规律是：P=KS。即桩土相对位移越大，承台底土荷载分担率越大。,P138讲解！,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)关于承台效应的规定,对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定基桩的竖向承载力特征值：,上部结构整体刚度较好，体型简

27、单的建（构）筑物；对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物；按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区；软土地基的减沉复合疏桩基础。,不考虑地震作用时,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)关于承台效应的规定,考虑地震作用时,竖向荷载作用下群桩的工作性状,群桩的荷载传递特征,关于群桩效应的几点重要认识,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)关于承台效应的规定,当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应！,请注意，2008规范对1994规范中的承

28、台效应系数取值进行了修改，不再区分承台内区和外区，承台效应系数由桩间距、桩长、承台宽度等确定，如下表：,群桩的竖向承载力计算,群桩竖向承载力的概念,群桩竖向承载力指群桩基础的竖向承载能力，包含三层意思：,群桩与一定范围土视为整体时所能承受的竖向总荷载。此时，桩端以下存在软弱下卧层，应校核其强度；群桩中的各基桩承载力应进行校核；群桩沉降应小于允许沉降量的竖向荷载。因此，沉降不仅是正常使用极限状态的校核条件，也是群桩承载力确定的依据。,因此，群桩竖向承载力的确定应考虑上述三个方面！,群桩整体竖向承载力按下式计算：,群桩竖向整体承载力计算,适用条件：端承型群桩、桩数小于4根的摩擦型柱下独立桩基或由于

29、地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时建筑桩基技术规范（JGJ94-2008),群桩的竖向承载力计算,群桩整体竖向承载力计算的实体深基础法,群桩竖向整体承载力计算,侧阻整体破坏模式下：,对于小桩径(Sa3d)挤土型低承台群桩，可将群桩基础看作为整体基础，而基础的破坏为整体外侧表面的剪切破坏，此时的群桩基础整体竖向承载力可采用两种方法估算，并取其小值：,实体深基础底面土的极限承载力,不考虑应力扩散,考虑应力扩散,群桩的竖向承载力计算,群桩整体竖向承载力计算的实体深基础法,群桩竖向整体承载力计算,侧阻非整体破坏模式下：,对于非挤土型群桩，其侧阻多呈各单桩破坏，此时可忽略承台分担荷载的作用，其极

30、限承载力可按下式计算：,桩端面积,群桩的竖向承载力计算,持力层下存在软弱下卧层时的验算,群桩竖向整体承载力计算,桩端持力层以下存在软弱下卧层时，对桩基整体稳定可能产生不利影响，体现在两个方面：,持力层冲剪破坏致使桩基整体失稳；软弱下卧层变形致使桩基整体沉降过大。,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)规定：对桩端持力层以下存在承载力低于桩端持力层承载力1/3的软弱下卧层时，按下式验算软弱下卧层的承载力：,群桩的竖向承载力计算,持力层下存在软弱下卧层时的验算,群桩竖向整体承载力计算,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)给出的软弱下卧层承载力验算公式详解！,群桩的竖向承载力计算,持力层下存在

31、软弱下卧层时的验算,群桩竖向整体承载力计算,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)给出的软弱下卧层承载力验算公式详解！,群桩的竖向承载力计算,持力层下存在软弱下卧层时的验算,群桩竖向整体承载力计算,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)给出的软弱下卧层承载力验算公式详解！,群桩的竖向承载力计算,持力层下存在软弱下卧层时的验算,群桩竖向整体承载力计算,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)给出的软弱下卧层承载力验算公式详解！,软弱下卧层顶面处的附加应力，假设桩端应力以一定角度向下扩散至下卧层顶面，按下式计算：,群桩的竖向承载力计算,持力层下存在软弱下卧层时的验算,群桩竖向整体承载力计算,建

32、筑桩基技术规范(JGJ94-2008)给出的软弱下卧层承载力验算公式详解！,软弱下卧层顶面处的附加应力，假设桩端应力以一定角度向下扩散至下卧层顶面，按下式计算：,群桩的竖向承载力计算,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)要求，群桩中的基桩承载力应按以下规定予以校核：,单桩承载力的校核,竖向轴心荷载作用下：,桩数,荷载效应标准组合下的桩顶作用效应,竖向偏心荷载作用下：,规范其它单桩承载力校核要求！,群桩的竖向承载力计算,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)要求，当桩周土沉降较大可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降影响，考虑桩侧负摩阻力的单桩承载力按以下

33、方法校核：,考虑负摩阻力的单桩承载力校核,对摩擦型基桩，假设桩身计算中性点以上侧阻力为零，应满足：,对端承型基桩，除满足上式要求外，还应考虑下拉荷载，应满足：,下拉荷载,只计中性点以下的侧摩阻力和端阻力,下拉荷载的计算见建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)P44,桩基础习题,习题一：某群桩基础的平面，剖面和地基土层分布情况如下图所示，应用建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)验算该群桩基础承载力和软弱下卧层承载力。,杂填土,淤泥质土,粉质黏土,淤泥质土,桩基础作业,某建筑柱下拟采用钻孔灌注桩基础，柱下中心荷载标准值为2800kN，地基土层分布及剖面如下图所示，承台底面位于地面以下1.5m

34、处。试根据建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)确定桩数、桩径、桩长及承台尺寸，并验算群桩基础承载力及下卧层承载力。,杂填土，厚度1.5m,淤泥质土,厚度4.5m,粉质黏土，厚度15m,淤泥质土，未钻穿,群桩的沉降计算,一般来说，桩基只按承载力进行计算、设计。但是，正如前述桩基承载力的确定应满足正常使用极限状态要求，因此桩端持力层为软弱土层或建筑物对沉降要求很高时，尚应对桩基沉降进行验算。,群桩沉降计算几点说明,建筑桩基沉降变形指标：,沉降量；沉降差；整体倾斜：建筑物桩基倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比值；局部倾斜：墙下条形承台沿纵向某一长度范围内桩基础两点的沉降差与其距离之比值。,建筑桩

35、基沉降变形控制指标选用：,砌体承重结构应由局部倾斜控制；多层或高层建筑和高耸结构应由整体倾斜值控制；框架、框架剪力墙、框架核心筒结构以柱（墙）之间的差异沉降控制。,群桩的沉降计算,基本原理：将群桩基础看作实体深基础，将桩基沉降看作是桩端平面上等效作用的附加压力在桩端以下地基中产生的附加应力所引起的沉降，以分层总和法计算沉降量。,群桩沉降计算方法：建筑桩基技术规范等效作用分层总和法,适用条件：桩中心距不大于6倍桩径的群桩基础（考虑群桩效应）,计算图式：见右图,需要注意的是：,等效作用面位于桩端平面等效作用附加压力近似取承台底平均附加压力；桩端平面以下地基附加应力按Bussinesq解确定。,群桩

36、的沉降计算,等效作用分层总和法计算桩基沉降按以下公式：,群桩沉降计算方法：建筑桩基技术规范等效作用分层总和法,桩基沉降计算深度按应力比法确定，即:,群桩的沉降计算,1994规范与2008规范中的计算桩基沉降经验系数确定,群桩沉降计算方法：建筑桩基技术规范等效作用分层总和法,1994规范,非软土地区和软土地区桩端有良好持力层时取1；软土地区且桩端无良好持力层时，当桩长不大于25m时，取1.7；桩长大于25m时，取(5.9L-20)/(7L-100)。,按P152表5-19与上述规定相同！,08规范,压缩模量的当量值,第i层土附加压力系数沿土层厚度的积分值,群桩的沉降计算,关于等效作用分层总和法的

37、一些讨论：,群桩沉降计算方法：建筑桩基技术规范等效作用分层总和法,等效作用面积为桩端平面承台底面投影面积意味着忽略了桩周土的应力扩散等效作用附加压力近似取承台底平均附加压力意味着忽略了桩侧土的摩阻力；桩端平面以下地基附加应力按Bussinesq解确定，与土中实际的附加应力分布不符（计算应力偏大），故采用了桩基等效沉降系数对其予以修正；,可理解为对Bussinesq解计算得到的沉降进行修正,也可理解为对Bussinesq解沉降计算用到的附加压力进行修正,该公式没有考虑桩身压缩部分；该公式没有考虑桩间土体压缩变形对沉降的影响,群桩的沉降计算,群桩沉降计算方法：建筑桩基技术规范(JGJ94-2008

38、)中的单桩、单排桩和疏桩基础沉降计算方法。,承台底地基土不分担荷载的桩基,基本原理：桩端以下地基土中的附加应力由考虑桩径影响的Mindlin解给出，将沉降计算点水平面影响范围内各基桩对应力计算点产生的附加应力叠加，采用单向压缩分层总和法计算土层的沉降，并计入桩身压缩量。,适用条件：单桩或桩中心距大于6倍桩径的单排桩和疏桩基础（不考虑群桩效应）,计算公式：,群桩的沉降计算,群桩沉降计算方法：建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)中的单桩、单排桩和疏桩基础沉降计算方法。,承台底地基土分担荷载的桩基,基本原理：桩端以下地基土中的附加应力由考虑桩径影响的Mindlin解给出，承台底土反力对地基中某点

39、产生的附加应力以Bussinesq解给出；将沉降计算点水平面影响范围内各基桩对应力计算点产生的附加应力和承台底土反力产生附加应力叠加，采用单向压缩分层总和法计算土层的沉降，并计入桩身压缩量。,适用条件：单桩或桩中心距大于6倍桩径的单排桩和疏桩基础（不考虑群桩效应）,计算公式：,群桩的沉降计算,建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)强制规定以下建筑物桩基应进行沉降验算：,群桩沉降计算方法：建筑地基基础设计规范(GB50007-2002),地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基体型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建筑物桩基；摩擦型桩基。,建筑地基基础设计规范(GB50

40、007-2002)关于桩基沉降计算方法的规定：,最终沉降量宜按单向压缩分层总和法计算地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论。,建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)规定的桩基沉降计算：,实体深基础法(桩间距不大于6d)其它方法（包括Middin应力公式法）,群桩的沉降计算,群桩沉降计算方法：建筑地基基础设计规范的实体深基础法,基本原理：将群桩基础看作实体深基础，以Bussinesq解求解桩端平面以下土体内的附加应力，按浅基础沉降计算方法进行沉降计算。,适用条件：桩中心距不大于6倍桩径群桩（考虑群桩效应）,计算图式：工程中常见有两种计算图示，如下图所示，一是不考虑群桩外侧剪应

41、力扩散和传递，另一种是考虑剪应力的扩散和传递。,群桩的沉降计算,群桩沉降计算方法：建筑地基基础设计规范的实体深基础法,群桩的沉降计算,群桩沉降计算方法：基于Geddes应力解的沉降计算方法,群桩的沉降计算,群桩沉降计算方法：基于Geddes应力解的沉降计算方法,(P150给出了三个系数的表达式）。,群桩的沉降计算,群桩沉降计算方法：基于Geddes应力解的沉降计算方法,该方法与前述方法均采用分层总和法计算沉降，只不过附加应力计算方法不同！该方法的缺点是：对于大桩群不能手算；要求假定侧阻力分布；要求给出荷载分担比。但是，这种方法由于采用了Mindlin附加应力计算公式，能够考虑桩间距、桩长以及桩

42、数等因素影响。,根据Geddes得到的应力解，建筑地基基础设计规范GB50010-2002假定一般摩擦型桩的桩侧摩阻力为三角形分布，且不考虑桩身的压缩，可按下式计算桩基沉降：,桩基础设计,桩基础设计内容和步骤,STEP1:收集设计资料,首先要充分掌握设计原始资料。包括建筑物类型、荷载、工程地质勘察资料、材料来源及施工技术设备等情况。并尽量了解当地使用桩基的经验以供设计参考。,STEP2:选择持力层和桩型,根据场地勘察报告中地质剖面情况，结合建筑物的荷载及上部结构等条件，选择桩端持力层，应尽可能使桩支承在承载力相对较高的坚实土层上。根据施工条件确定桩的类型，是用预制桩还是灌注桩，并相应决定桩的断

43、面尺寸。由桩端持力层深度可初步确定桩长，为提高桩的承载力并减少沉降，桩端全断面必须进入持力层一定深度，对于粘性土、粉土，不宜小于2倍桩径，砂土不宜小于1.5倍桩径，对于碎石类土不宜小于1倍桩径。当存在软下卧层时，桩基以下硬持力层厚度一般不宜小于3倍桩径。当桩的种类和几何尺寸确定之后，应初步确定承台底面高程，其确定原则与浅基础埋深相同。,桩基础设计,桩基础设计内容和步骤,STEP3:确定单桩竖向承载力设计值R,按前述方法确定，并可参考勘察单位提供的数值及地区经经验。,STEP4:确定桩数及平面布置,根据单桩承载力设计值和上部结构物荷载确定桩数 中心荷载时，n F/R 偏心荷载时，桩基中各桩受力可

44、能不均等，桩数可按上式确定值增加1020。合理地布桩是使桩基经济和有效的重要环节，考虑的原则是：1.尽可能使群桩横截面的形心与长期荷载的合力作用点重合，以便使各桩受力均匀；对于荷载作用点位置变化的建筑物，可使群桩重心位于变化幅度之中。2.尽可能将桩布置在靠近承台的外围部分，以增加桩基的惯性矩；3.保持桩距sa(34)d左右为宜。桩在平面上的布置多采用行列式，也可采用梅花式，可以等距排列也可以不等距排列。4.对于桩箱基础，宜将桩布置于墙下；对于带梁(肋)的桩筏基础，宜将桩布置于梁(肋)下；对于大直径桩宜采用一柱一桩。,桩基础设计,桩基础设计内容和步骤,STEP4:确定桩数及平面布置,建筑桩基技术

45、规范(JGJ94-2008)对基桩最小中心距的规定：,桩基础设计,桩基础设计内容和步骤,STEP3:确定桩数及平面布置,桩的平面布置示例：,桩基础设计,桩基础设计内容和步骤,STEP5:桩基础验算,包括群桩承载力验算和群桩中每根单桩的受力验算，必要时还要验算群桩地基沉降量。若验算结果不能满足要求时，应修改设计直到满足为止。,STEP6:承台的设计与计算,除单桩基础可不设承台外，一般桩基础均要设置承台。承台的作用是把桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上。因而承台应有足够的强度和刚度。常用的低桩承台埋深应不小于600mm，承台的设计主要是确定承台的平面尺寸和形状；承台的厚度及与桩的联结；承台

46、的配筋等。,桩基础设计,基桩的主要构造(建筑桩基技术规范,JGJ94-2008),TYPE1:灌注桩,配筋率：当桩身直径为300mm2000mm时，正截面配筋率可取0.65%0.20%。其它情况根据计算确定配筋率，且不应小于上述规定。,配筋长度：摩擦型桩基配筋长度不应小于2/3桩长。,主筋和箍筋：纵向主筋应沿桩身周边均匀分布，其净距不应小于60mm；箍筋应采用螺旋式，直径不小于6mm，间距宜为200mm300mm；当钢筋笼长度超过4m时，应每隔2m设一道直径不小于12mm的焊接加强箍筋。,桩身混凝土：强度不得小于C25，混凝土预制桩尖强度等级不得小于C30；主筋混凝土保护层厚度不应小于35mm

47、。,另外，规范还针对扩底桩、抗拔桩以及承受水平荷载桩等情况的基桩构造分别给出了一些规定。,桩基础设计,基桩的主要构造建筑桩基技术规范(JGJ94-2008),TYPE2:混凝土预制桩,截面：截面边长不应小于200mm，实心桩截面边长不应小于350mm。,配筋：预制桩的桩身配筋应按吊运、打桩及桩在使用中的受力等条件计算确定。采用锤击沉桩时，最小配筋率不宜小于0.8%，静压沉桩时，最小配筋率不宜小于0.6%；主筋直径不宜小于14mm，打入桩桩顶以下(4d5d)深度范围内箍筋应加密，并设置钢筋网片。,分节及接桩：分节长度应根据施工条件和运输条件确定，每根桩的接头数不宜超过3个。,桩身混凝土：强度不宜

48、低于C30，混凝土预制实心桩尖强度等级不得小于C40；纵向钢筋混凝土保护层厚度不宜小于30mm。,桩基础设计,基桩的主要构造建筑桩基技术规范(JGJ94-2008),TYPE3:钢桩,桩型：钢桩可采用管型、H型和其它异型钢材。,端部形式：根据桩所穿越的土层、桩端持力层性质、桩的尺寸、挤土效应等因素综合考虑确定。,钢管桩的主要端部形式：敞口，有带加强箍和带内隔板等不同组合 闭口，平底、锥底,分段长度：分段长度宜为12m15m。,H型桩的主要端部形式：带端板 不带端板（锥底、平底）,桩基础设计,承台的主要构造建筑桩基技术规范(JGJ94-2008),承台构造尺寸,柱下独立桩基承台的最小宽度不小于5

49、00mm，边桩中心至承台边缘的距离不小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘距离不小于150mm。对于墙下条形承台梁，桩的外边缘至承台边缘距离不小于75mm。承台的最小厚度不小于300mm。高层建筑平板式和梁板式承台的最小厚度不小于400mm，墙下布桩的剪力墙结构筏形承台的最小厚度不小于200mm。,承台的钢筋配置,柱下独立桩基承台钢筋应通长配置。对四桩以上承台宜按双向均匀布置，对三桩三角形承台应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内。承台底面钢筋的混凝土保护层厚度，当有垫层时，不应小于50mm，当无垫层时，不应小于70mm，此外尚不应小于桩头嵌入承台内的长度。,

50、桩基础设计,承台的主要构造建筑桩基技术规范(JGJ94-2008),桩与承台连接构造,桩嵌入承台内的长度对中等直径桩不应小于50mm，对大直径桩不宜小于100mm。混凝土桩的桩顶纵向主筋应锚入承台内，锚入长度不宜小于35倍主筋直径；对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时可设置承台或将桩与柱直接相连。,柱与承台的连接构造,采用一柱一桩，柱与桩直接连接时，柱纵向主筋锚入桩身长度不应小于35倍纵向主筋直径；对于多桩承台，柱纵向主筋锚入承台不小于35倍柱纵向主筋直径。当承台高度不满足锚固要求时，竖向锚入长度不应小于20倍纵向主筋直径，并向柱轴线方向弯折90度。,承台与承台的连接构造,见建筑桩基技术规范(J