《基础工程设计原理2010-2011-2桩基础(三).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基础工程设计原理2010-2011-2桩基础(三).ppt（105页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、Tel：13181718169 Email：,基础工程设计原理,任课教师：魏焕卫,山东建筑大学土木工程学院2010-2011学年第2学期,土木工程学院,第4章：桩基础的主要内容,4.1 概述 4.2 桩的类型 4.3 桩的竖向承载力 4.4 桩基础沉降的计算 4.5 桩的负摩擦问题 4.6 桩的水平承载力 4.7 桩的平面布置原则 4.8 桩承台的设计 4.9 桩基础设计的一般步骤,解：,（1）选择桩型,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,解：,（2）选择桩径,采用预制桩桩径受限,d=500mm,例：某柱
2、基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,解：,（3）确定桩长,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,关键在于选择坚实的桩端持力层，且桩端应进入持力层一定深度（1d3d）。,端承桩嵌岩深度不小于0.5m。,粘性土、粉土：=2d 砂类土：=1.5d 碎石类土：=1d,这里桩端进入中砂1m,解：,（4）计算桩侧极限阻力-按抗剪强度指标,极限摩阻力,软粘土：=1或更大,打入桩：Ks=1.5K0 钻孔桩：Ks=0.75K0,淤泥,中砂,例：
3、某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,解：,（4）计算桩侧极限阻力-按抗剪强度指标,淤泥,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,中砂,解：,（4）计算桩侧极限阻力-按抗剪强度指标,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,有效桩长为11m，则桩侧极限总阻力,解：,（5）计算桩端极限阻力,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1
4、m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,由=30查表得：,桩端极限总阻力,（6）单桩净极限承载力-按抗剪强度指标,桩侧极限总阻力,桩端极限总阻力,桩的重量,解：,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,解：,（7）计算桩端极限阻力,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,由=30查表得：,桩端极限总阻力,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，基础埋深为1m，地基土为淤泥
5、及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（8）单桩承载力特征值-按嵌岩桩-经验公式,解：,桩的根数,中心荷载下1.0 偏心荷载下1.11.2,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（9）确定桩数-按摩擦桩-经验公式,解：,这里取2棵桩,桩的根数,中心荷载下1.0 偏心荷载下1.11.2,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（9）确定桩数-按嵌岩桩-经验公式,解：,这
6、里取4棵桩,桩布置的构造要求,独立承台桩外缘距离承台边 150mm,条形承台桩外缘距离承台边 75mm,常规桩的中心距为34d,群桩效应,使群桩形心与长期荷载重心重合，且桩基受水平力和力矩较大方向有较大的抵抗矩。,桩布置的构造要求,在有门洞的墙下布桩时，应将桩设置在门洞的两侧。梁式或板式承台下的群桩布桩时应注意使梁、板中的弯矩尽量减小，即多布设在柱、墙下以减小梁和板中的桩数。,墙下尽量采用单排桩。,尽量采用桩数少而桩长较大的桩基础,减小沉降作用明显,平面布置： 对称式、梅花式、行列式和环状排列 采用不等距排列时，宜采用外密内疏的布置方式,桩布置的构造要求,4.3.3 竖向荷载下的群桩效应,基本
7、概念 群桩基础：由2根以上的桩组成的桩基成为群桩基础。 基桩：群桩基础中的单桩。 群桩效应：群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用，使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，群桩基础的承载力（Qg）往往不等于各单桩承载力之和（Qi），称其为群桩效应。,4.3.3 竖向荷载下的群桩效应,群桩效应系数：用以衡量群桩基础中各根单桩的平均承载力因群桩效应比独立单桩而降低或提高幅度的指标。,1. 端承型群桩基础,端承型群桩基础中的各单桩的工作性状接近于独立单桩；群桩的承载力等于各单桩承载力之和，群桩效应系数,2. 摩擦型群桩基础,承台底面脱地的情况（非复合桩基）,桩端平面附加
8、应力扩散直径：,当桩距 时，桩周扩散应力相互叠加而增大。摩擦型群桩的沉降大于独立单桩，群桩效应系数可能大于1，也可能小于1。,承台底面贴地的情况（复合桩基）,承台贴地的桩基，通过承台底面的反力分担桩基荷载，分担荷载的作用是随着桩群相对于基土向下位移幅度的加大而增强的。 此时的群桩效应概括为 对桩侧阻力的削弱作用； 对桩端阻力的增强作用； 对基土侧移的阻挡作用。,承台效应,2. 摩擦型群桩基础,桩基技术规范（2008）的规定,美国、英国规范规定，当桩距sa3d 时不考虑群桩效应。我国规范规定的最小桩距除桩数少于3 排和9 根桩的非挤土端承桩群桩外，其余均不小于3d。 鉴于此，2008桩基规范在设
9、计中不再考虑侧阻和端阻的群桩效应。这样处理，方便设计，多数情况下可留给工程更多安全储备。,这里桩间距取3d，即1.5m，桩边缘距离承台边缘取200mm,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（10）桩的布置,解：,确定承台的尺寸,单桩承载力的验算,中心荷载,1、群桩中单桩承载力验算,偏心荷载,实 际 分 布,F,G,假设的分布,桩基础的验算,水平荷载,偏心荷载,桩基础的验算,2、单桩承载力抗震验算,抗震设防区的桩基，应进行下列抗震验算：,轴心竖向力作用的桩基：,偏心竖向力作用的桩基：,例
10、：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（11）桩基础承载力验算,解：,桩顶荷载平均,桩顶荷载最大,4.8 桩承台的设计,承台的作用 将各桩联成一个整体，把上部结构传来的荷载转换、调整、分配于各桩。,承台设计应按现行混凝土结构设计规范进行进行受弯、受冲切、受剪切和局部承压承载力计算。,4.8 桩承台的设计,桩基承台的分类 柱下独立承台 柱下或墙下条形承台 筏板承台 箱形承台,4.8.1 构造要求,形状:方,矩型,三角形,多边形,圆形 最小宽度 50 cm 最小厚度 30 cm，埋深同浅基,4
11、.8.1 构造要求,桩嵌入承台 大桩10 cm,小桩5 cm 混凝土标号C20,保护层7cm（无垫层），5cm（有垫层） 配筋要求：直径12 mm，间距200mm,4.8.1 构造要求,钢筋伸入承台长度,主筋为HPB235：:30d 主筋为HRB335：:35d 主筋为HRB400：:40d 抗拔桩主筋：40d,4.8.1 构造要求,钢筋伸入承台长度,4.8.1 构造要求,钢筋伸入承台长度,4.8.1 构造要求,钢筋伸入承台长度,4.8.1 构造要求,钢筋伸入承台长度,桩基设计的作用效应组合,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。
12、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。,桩基设计的作用效应组合,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。 在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。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。,承台受冲切计算,计算目的：确定承台厚度,4.8.2 柱下桩基础独立承台,承台受冲切计算,破坏形式：柱对承台的冲切；角桩对承台的冲切,柱对承台冲切的承载
13、力,冲切力,冲切 系数,冲跨比,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（12）承台的冲切验算,解：,假定柱子根部厚度为700mm，边缘部位厚度为300mm,基础有效高度,桩嵌入承台 大桩10 cm,小桩5 cm,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（12）承台的冲切验算,解：,柱对承台冲切的承载力,冲切力,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为
14、1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（12）承台的冲切验算,解：,柱对承台冲切的承载力,冲跨比,冲切 系数,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（12）承台的冲切验算,解：,柱对承台冲切的承载力,抗冲切力,C30混凝土,柱子截面,柱抗冲切满足,角桩对承台的冲切,多桩矩形承台受角桩冲切的承载力,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（12）承台的
15、冲切验算,解：,角桩对承台冲切的承载力,冲切力,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（12）承台的冲切验算,解：,角桩对承台冲切的承载力,冲跨比,冲切 系数,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（12）承台的冲切验算,解：,角桩对承台冲切的承载力,抗冲切力,C30混凝土,角桩抗冲切满足,角桩对承台的冲切,三桩三角形承台受角桩冲切的承载力,底部角桩：,顶部角桩：,对于圆柱和圆桩：
16、将圆形截面换算成正方形,承台受剪切计算,计算目的：验算承台厚度,计算截面：柱边和桩边、变截面和桩边联线形成的斜截面。,当承台砼等级低于柱或桩的等级时，还应进行柱下或桩上承台的局部受压承载力的计算,承台受剪切计算,斜截面受剪承载力：,剪切系数,计算截面 剪跨比,承台受剪切计算,斜截面受剪承载力：,计算变阶处截面A1-A1、B1-B1的斜截面受剪承载力时其截面有效高度均为h01截面计算宽度分别为by1和bx1,阶梯形承台,承台受剪切计算,斜截面受剪承载力：,对A2-A2,对B2-B2,阶梯形承台,承台受剪切计算,斜截面受剪承载力：,对A-A计算宽度,对B-B计算宽度,锥形承台,例：某柱基承受的轴心
17、荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（13）承台的受剪验算,解：,剪力,剪切 系数,冲跨比,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（13）承台的受剪验算,解：,计算宽度,抗剪切力,承台受剪切满足,4.8.2 柱下桩基础独立承台,承台的抗弯计算,如果承台厚度较小，配筋量不足，承台可能发生弯曲破坏。,4.8.2 柱下桩基础独立承台,发生梁式破坏，计算截面在柱边和承台截面变化处,多桩矩形承台,Mx = N
18、iyi My = Nixi,多桩矩形承台受弯计算,Y,Mx = Niyi My = Nixi,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（14）承台的受弯验算,解：,Mx = Niyi My = Nixi,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（14）承台的受弯验算,解：,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地
19、基土参数如图所示。试设计桩基础,（14）承台的受弯验算,解：,承台的构造要求,柱下独立桩基承台纵向受力钢筋应通长配置，对四桩以上（含四桩）承台宜按双向均匀布置,对三桩的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,承台纵向受力钢筋的直径不应小于12mm，间距不应大于200mm。柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%。,承台的构造要求,承台受弯计算,三桩三角形承台,等边三角形承台-柱子刚度大,承台受弯计算,三桩三角形承台,等边三角形承台-柱子刚度小,承台受弯计算,三桩三角形承台,等腰三角形承台,梁式破坏特征,三桩三角形承台受弯计算,等边三桩承台: 取两种
20、模式的平均值作为设计值；,s为桩距； c为方柱边长，圆柱时c=0.866d,三桩三角形承台受弯计算,等腰三桩承台,s为长向桩距； 为短向桩距与长向桩距之比； c1c2分别为垂直于和平行于等腰三角形底边的柱截面边长。,桩身结构设计,工作条件系数，预制桩 0.75，灌注桩 0.60.7,桩轴心受压时,桩身混凝土强度应满足抗压设计要求,桩身混凝土轴心抗压强度设计值,相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值,桩身横截面面积,主筋应经过计算确定，最小配筋率为：,打入式预制桩不宜小于：0.8%； 静压式预制桩不宜小于：0.6%； 灌注桩可取：0.2%0.65%（不应小于）,桩身混凝土强度,预制桩不宜小于
21、：C30 预应力实心桩不应小于：C40 灌注桩不得小于：C25,桩身构造要求,桩身主筋钢筋保护层厚度：,预制桩不宜小于：30mm 灌注桩不应小于：35mm 水下灌注桩不得小于：50mm,桩身构造要求,桩身主筋直径和数量,预制桩不宜小于：14mm（具体按照吊运、打桩及桩使用过程中的受力条件确定） 水平受载灌注桩不应小于：812 抗压抗拔灌注桩不应小于： 610，净距离不小于60mm,桩身构造要求,钢筋长度按构造要求确定。,桩身构造要求,水平受荷和抗弯，计算确定 穿透软弱层 抗拔和嵌岩桩通常配置 直径大于600mm的钻孔灌注桩，不宜小于2/3桩长,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=
22、300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（15）桩身结构验算,解：,C30混凝土,材料抗力,桩身结构强度满足设计要求,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（15）桩身结构验算,解：,桩身结构强度满足设计要求,按照最小配筋率配置桩的主筋,按照最小配筋率配置桩的主筋,4.4 桩基础沉降的计算,竖向荷载作用下的单桩沉降的组成 桩身弹性变形引起的桩顶沉降； 桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角向下传递，致使桩端下土体压缩而产生的桩
23、端沉降； 桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。,单桩沉降的计算,4.4 桩基础沉降的计算,单桩沉降计算方法 荷载传递分析法； 弹性理论法； 剪切变形传递法； 有限单元分析法； 其他简单方法。,单桩沉降的计算,桩间土的压缩变形（包括桩身压缩、桩端贯入变形）； 桩端平面以下土层受群桩荷载共同作用产生的整体压缩变形。,4.4 桩基础沉降的计算,群桩沉降的组成,不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响，采用单向压缩分层总和法计算桩基础的最终沉降量。,实体深基础方法,Mindlin公式法,4.4 桩基础沉降的计算,群桩沉降计算方法（地基基础规范法）,实体深基础方法（s6d）,将桩基础视为天然地基上的实
24、体深基础，按浅基础的沉降计算方法进行计算，将沉降计算的经验系数改为实体深基础的桩基沉降计算经验系数p，即：,实体深基础方法（s6d）,考虑扩散作用（荷载扩散法）,计算深度,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（16）群桩沉降的计算,解：,考虑扩散作用（荷载扩散法）,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（16）群桩沉降的计算,解：,考虑扩散作用（荷载扩散法）,不考虑扩散作用时（扣
25、除侧阻法）,Gk为桩基承台自重及承台上土自重 Gfk为实体深基础的桩与桩间土自重,侧摩阻力,实体深基础方法（s6d）,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（16）群桩沉降的计算,解：,不考虑扩散作用时（扣除侧阻法）,采用Mindlin解计算地基中竖向附加应力，逐根桩叠加,明德林（MINDLIN）应力公式方法,=,Q,Q,Q,(1- - ) Q,详见教材或2002地基设计规范 附录R,端阻,侧阻,侧阻,等效作用面位于桩端平面 等效作用面积为桩承台投影面积 等效作用附加压力近似取承台底平均
26、附加压力 等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质线性变形体理论,e为桩基等效沉降系数，按规范计算确定。,等效作用分层总和法（s6d）,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）法,例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN，Mk=300kN.m基础埋深为1m，地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础,（16）群桩沉降的计算,解：,桩基规范方法,承台底地基土不分担荷载的桩基 桩端平面以下地基中由基桩引起的附加应力，按考虑桩径影响的明德林解计算确定。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se 。,单桩、单排桩、疏桩基础（s6d）,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）法,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）法,承台底地基土分担荷载的复合桩基 将承台底土压力对地基中某点产生的附加应力按布辛奈斯克解计算，与基桩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se 。,单桩、单排桩、疏桩基础（s6d）,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）规定,以下建筑物的桩基应进行沉降验算 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。 注：2008桩基规范的规定略有差别。,