桩基设计指导书讲解.doc

土木工程专业

桩基础课程设计指导书

土木工程学院 港航教研室

一、设计步骤及计算公式（按新《桩基规范》JGJ94-2008）
（一）桩型选择及桩长确定，初选承台埋深（参见教材240页）
Ø 尽量使承台底面位于地下水位面以上且土质较好土层内。
Ø 根据《建筑桩基技术规范》规定，桩进入液化层以下稳定土层中长度（不包括桩尖部分）应按计算确定。对于粘性土、粉土不宜小于2d(d为桩径)，砂土不易小于1.5d，碎石类土不宜小于1d，且对碎石土、砾、粗、中砂、密实粉土、坚硬粘性土尚不应小于0.5m，对其他非岩类石土尚不应小于1.5m。
Ø 对存在淤泥层等压缩性很大土层时，宜考虑负摩阻力，如采用简化计算不考虑摩阻力时，不应计入淤泥层及以上土层摩阻力。此时，桩进入稳定土层长度宜取大值，如5-8m。
Ø 如各种条件许可，桩端全截面进入持力层深度宜达到桩端阻力临界深度，以使端阻力充分发挥。嵌岩桩要求桩底下3d范围内，应无软弱夹层、断裂带、洞穴和空隙分布。
Ø 桩顶嵌入长度：为保证群桩及承台之间连接整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜≥100㎜；对中等直径桩宜≥50㎜。
Ø 绘制桩长确定示意图。
（二）初定单桩竖向承载力特征值Ra
1. 据双桥静力触探资料，确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值：
（参见教材222页公式8.14）

Ø 对灌注桩参见教材222页公式8.17确定。
单桩竖向承载力特征值Ra取其极限承载力标准值Quk一半。
2. 按桩身材料强度确定单桩承载力（由于此时尚未进行桩身结构设计，故近似按轴心受压素混凝土桩计算。参见教材219页公式8.10）
Ø 基桩成桩工艺系数yc应按下列规定取值：
（1） 混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩： yc =0.85；
（2） 干作业非挤土灌注桩： yc =0.90；
（3） 泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩： yc = 0.7 ~ 0.8 ；
（4） 软土地区挤土灌注桩： yc = 0.6 。
二者比较，取较小值。
（三）确定桩数及桩平面布置
对边柱，取柱下独立承台；对中柱，因两柱间距较小，荷载较大，故将两中柱下做联合承台。
1． 桩数确定
先按中心受荷初估： ；（由于此时承台平面尺寸尚未确定，可按 初估，考虑偏心荷载作用较大，将n放大1.1~1.2倍后取整数。）
2． 确定承台平面尺寸（参见承台尺寸构造要求见教材243页），绘制桩平面布置图（参见教材242页图8.28）。桩最小中心距见教材241页表8.18。
土类及成桩工艺
排数不少于3排且桩数不少于
9根摩擦型桩桩基
其他情况
非挤土灌注桩
3.0d
3.0d
部分挤土桩
3.5d
3.0d
挤土桩
非饱和土
4.0d
3.5d
饱和黏性土
4.5d
4.0d
钻、挖孔扩底桩
2D或D+2.0m（当D>2m）
1.5D或D+1.5m(当D>2m)
沉管夯扩、钻
孔剂扩桩
非饱和土
2.2D且4.0d
2.0D且3.5d
饱和黏性土
2.5D且4.5d
2.2D且4.0d

注：1 d—圆桩直径或方桩边长，D—扩大端设计直径。
2 当纵横向桩距不相等时，其最小中心距应满足“其他情况”一栏规定。
3 当为端承型桩时，非挤土灌注桩“其他情况”一栏可减小至 2.5d
（四）确定基桩竖向承载力及基桩竖向承载力验算
1．基桩竖向承载力确定
Ø 新《桩基规范》规定：对于端承型桩基、桩数少于4 根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。
对于符合下列条件之一摩擦型桩基，宜考虑承台效应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、体型简单建（构）筑物；
2 对差异沉降适应性较强排架结构和柔性构筑物；
3 按变刚度调平原则设计桩基刚度相对弱化区；
4 软土地基减沉复合疏桩基础。
Ø 考虑承台效应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

考虑地震作用时

式中 ——承台效应系数，可按表5.2.5 取值；
f ak——承台下1/2 承台宽度且不超过5m 深度范围内各层土地基承载力特征值按厚度加权平均值；
A c ——计算基桩所对应承台底净面积；
A ps——为桩身截面面积；
A ——为承台计算域面积。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1/2 跨距和悬臂边2.5 倍筏板厚度所围成面积；桩集中布置于单片墙下桩筏基础，取墙两边各1/2 跨距围成面积，按条基计算；
——地基抗震承载力调整系数，应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011 采用。
2．基桩竖向承载力验算
不考虑地震作用效应桩基单桩承载力验算，中心受荷仅满足（1）式，偏心受荷（1）（2）应同时满足。

考虑地震作用效应桩基单桩承载力验算，中心受荷仅满足（1）式，偏心受荷（1）（2）应同时满足。

式中：

注：本次设计可按不考虑地震作用效应情况进行验算。

注：1 表中sa / d 为桩中心距及桩径之比；Bc / l为承台宽度及桩长之比。当计算基桩为非正方形排列时， sa = （A /n）1/2， A为承台计算域面积，n为总桩数。
2 对于桩布置于墙下箱、筏承台 ηc 可按单排桩条基取值。
3 对于单排桩条形承台，当承台宽度小于 1.5d 时，ηc 按非条形承台取值。
4 对于采用后注浆灌注桩承台，ηc 宜取低值。
5 对于饱和黏性土中挤土桩基、软土地基上桩基承台，ηc 宜取低值 0.8 倍。
地基土抗震承载力调整系数
岩土名称和性状
ζa
岩石，密实碎石土，密实砾、粗、中砂，fak≥300粘性土和粉土
1.5
中密、稍密碎石土，中密和稍密砾、粗、中砂，密实和中密
细、粉砂，150≤fak<300粘性土和粉土,坚硬黄土
1.3
稍密细、粉砂，100≤fak<150粘性土和粉土，可塑黄土
1.1
淤泥，淤泥质土，松散砂，杂填土，新近堆积黄土及流塑黄土
1.0

（五）桩基沉降验算
计算矩形桩基中点沉降时，桩基沉降量可按下式简化计算：

式中 p0——在荷载效应准永久组合下承台底平均附加压力；
—— ----平均附加应力系数，根据矩形长宽比a / b及深宽比 ，可按规范附录D（或教材81页表）选用。
Ø 桩基沉降计算深度zn应按应力比法确定，即计算深度处附加应力σ z及土自重应力σ c应符合下列公式要求：

式中aj——附加应力系数，可根据角点法划分矩形长宽比及深宽比按规范附录D （或教材54、56页表）选用。

Ø 桩基等效沉降系数ψe可按下列公式简化计算：

式中 nb——矩形布桩时短边布桩数，当布桩不规则时可按上式近似计算；
C0、C1、C2——根据群桩距径比sa / d 、长径比l / d 及基础长宽比Lc / Bc ，按本规范附录E确定；
Lc、Bc 、n——分别为矩形承台长、宽及总桩数。

Ø 当无当地可靠经验时，桩基沉降计算经验系数ψ可按下表选用。对于采用后注浆施工工艺灌注桩，桩基沉降计算经验系数应根据桩端持力土层类别，乘以0.7（砂、砾、卵石）～0.8（黏性土、粉土）折减系数；饱和土中采用预制桩（不含复打、复压、引孔沉桩）时，应根据桩距、土质、沉桩速率和顺序等因素，乘以1.3～1.8 挤土效应系数，土渗透性低，桩距小，桩数多，沉降速率快时取大值。
桩基沉降计算经验系数ψ

≤10
15
20
35
≥50

1.2
0.9
0.65
0.50
0.40
注：1 E s 为沉降计算深度范围内压缩模量当量值，可按下式计算：式中Ai为第i 层土附加压力系数沿土层厚度积分值，可近似按分块面积计算；
2 ψ 可根据Es 内插取值。
计算桩基沉降时，应考虑相邻基础影响，采用叠加原理计算；桩基等效沉降系数可按独立基础计算。

（六）桩身结构设计
1．桩身受力钢筋计算（参见教材242、243页）
2．吊环配筋计算（预制桩）
《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）中对吊环规定：在构件自重标准值作用下，每个吊环按2个截面计算吊环应力不应大于。
两点起吊，每个吊环所受拉力

两点起吊，每个吊环所受拉力每个吊环应配受力钢筋

（七）承台设计
1．抗冲切计算
（1）柱对承台板冲切验算
对于柱下矩形独立承台受柱冲切承载力可按下列公式计算：
（5.9.7-4）
式中
β0x、β0 y ——可按式（5.9.7-3）求得，
（5.9.7-3）
h c 、b c —— 分别为x、 y方向柱截面边长；
a ox 、a oy——分别为x、 y方向柱边离最近桩边水平距离。

对于柱下矩形独立阶形承台受上阶冲切承载力可按下列公式计算：

式中、——由公式5.9.7-3求得，；、均应满足0.25～1.0要求；
、——分别为x、y方向承台上阶边长；
、——分别为x、y方向承台上阶边至最近桩边水平距离
对于柱下两桩承台，宜按深受弯构件（lo/h<5.0，lo＝1.15 ln，ln 为两桩净距）计算受弯、受剪承载力，不需要进行受冲切承载力计算。
（2）承台受位于柱（墙）冲切破坏锥体以外基桩冲切计算
Ø 四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切承载力可按下列公式计算：
（5.9.8-1）

Ø 对于三桩三角形承台可按下列公式计算受角桩冲切承载力：
底部角桩：
(5.9.8-4)
(5.9.8-5)
顶部角桩：
(5.9.8-6)
(5.9.8-7)
式中 、——角桩冲跨比，，，其值均应满足0.25～10要求。
、——从承台底角桩顶内边缘引冲切线及承台顶面相交点至角桩内边缘水平距离；当桩(墙)边或承台变阶处位于该线以内时，则取由柱（墙）边或承台变阶处及桩内边缘连线为冲切锥体锥线。

2．抗剪切计算
柱（墙）下桩基承台，应分别对柱（墙）边、变阶处和桩边联线形成贯通承台斜截面受剪承载力进行验算。当承台悬挑边有多排基桩形成多个斜截面时，应对每个斜截面受剪承载力进行验算。
Ø 柱下独立桩基承台斜截面受剪承载力应按下列规定计算：
（1）承台斜截面受剪承载力可按下列公式计算：
（5.9.10-1）
（5.9.10-2）
（5.9.10-3）
式中 V ——不计承台及其上土自重，在荷载效应基本组合下，斜截面最大剪力设计值；
f t —— 混凝土轴心抗拉强度设计值；
b0 ——承台计算截面处计算宽度；
h0 ——承台计算截面处有效高度；
a ——承台剪切系数；按公式（5.9.10-2）确定；
λ——计算截面剪跨比，λx =ax / h0 ，λy = a y / h0,此处， a x , a y 为柱边（墙边）或承台变阶处至y 、x 方向计算一排桩桩边水平距离，当λ<0.25 时，取λ=025；当λ>3 时,取λ=3；
β hs – 受剪切承载力截面高度影响系数；当h 0 < 800mm时，取h0 =800mm ；当h0 >2000mm时，取h0 =2000mm；其间按线性内插法取值。

（2）对于阶梯形承台应分别在变阶处（A1-A1,B1-B1）及柱边处（A2-A2,B2-B2）进行斜截面受剪承载力计算（图5.9.10-2）。
计算变阶处截面（A1-A1,B1-B1）斜截面受剪承载力时，其截面有效高度均为h10,截面计算宽度分别为by1 和bx1。
计算柱边截面（A2-A2,B2-B2）斜截面受剪承载力时，其截面有效高度均为h10+ h20，截面计算宽度分别为：

对 （5.9.10-4）
对 （5.9.10-5）
（3） 对于锥形承台应对变阶处及柱边处（A-A 及B-B）两个截面进行受剪承载力计算（图5.9.10-3），截面有效高度均为ho，截面计算宽度分别为：
对 （5.9.10-6）
对 （5.9.10-7）

3． 受弯计算
柱下独立桩基承台正截面弯矩设计值可按下列规定计算：
（1）两桩条形承台和多桩矩形承台弯矩计算截面取在柱边和承台变阶处(图5.9.2a)，可按下列公式计算
（5.9.2-1）
（5.9.2-2）
式中 M x 、M y —— 分别为绕X 轴和绕Y 轴方向计算截面处弯矩设计值；
x i 、y i ——垂直Y 轴和X 轴方向自桩轴线到相应计算截面距离；
N i ——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下第i 基桩或复合基桩竖向反力设计值。

（2）三桩承台正截面弯距值应符合下列要求：
1）等边三桩承台（图5.9.2b）
（5.9.2-3）
式中 M ——通过承台形心至各边边缘正交截面范围内板带弯矩设计值；
N max ——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下三桩中最大基桩或复合基桩竖向反力设计值；
s a ——桩中心距；
c ——方柱边长，圆柱时c=0.8d( d 为圆柱直径)。

2）等腰三桩承台(图5.9.2c)
（5.9.2-4）
（5.9.2-5）
式中 M1 、M2 ——分别为通过承台形心至两腰边缘和底边边缘正交截面范围内板带弯矩设计值；
s a —— 长向桩中心距；
a——短向桩中心距及长向桩中心距之比，当a小于0.5 时，应按变截面二桩承台设计；
c1 、c2 ——分别为垂直于、平行于承台底边柱截面边长。

二、图件要求
1．图签（见任务书）。
2．图件比例选择适当、布图合理，绘制符合《建筑制图统一标准》要求。
3．钢筋绘制应满足各部位构造要求，并进行编号，附必要施工说明。
如下图所示：

联合承台结构配筋详图1：50

上段

下段
预制方桩桩身配筋图1：50
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