第7章桩基础|基础工程『桩基、浅基』 - 领先的岩土技术社区，岩土领域的媒体、社区与应用平台！

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2008-08-21

关键词：桩基础设计

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第7章桩基础
桩基础由设置于土中的基桩和承接结构荷载的承台共同组成如图7－1所示，根据承台的位置高底，可分为低承台桩基础和高承台桩基础两种。若桩身全部埋入土中，承台底面土体接触则称为高承台桩基础;若桩身上部露出地面面承台底面位于地面以上则称为高承台桩基础。由于承台位置的不同，两种桩基础中基桩的力、变形情况也不一样，因而其设计方法也不相同。建筑物桩基础通常为低承台桩基础，而码头、桥梁等构筑物经常采用高承台桩基础。基桩是指群桩基础中的单桩，群桩基础是由两根以上基桩组成的桩基础；单桩基础是采用一根桩（通常为大直径桩）承受和传递上部结构（通常为柱）荷载的独立基础。
桩基础的功能及适用条件
1、桩基础的功能
桩基础的主要功能是将上部结构的荷载传至地下较深的密实或低压缩性的土层中，以满足承载力和沉降的要求。桩基础也可用来承受上拔力、水平力，或承受垂直、水平、上拔荷载的共同作用以及机器产生的振动和动力作用等。
2、适用条件
桩基础的适用条件主要根据场地的工程地质条件、设计方案的技术经济比较以及施工条件而定。与其它深基础相比，桩基础的适用范围最广，一般来说，在下列情况下可考虑选用桩基础方案：
（1）高、重建筑物下的浅层地基土承载力与变形不能满足要求时；
（2）地基软弱，而采用地基加固措施在技术上不可行或经济上不合理时，或地基土性特殊，如液化土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等特殊土时；
（3）除了存在较大的垂直荷载外，还有较大的偏心荷载、水平荷载、动力荷载及周期性荷载作用时；
（4）上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感，或建筑物受相邻建筑或大面积地面荷载的影响时；
（5）对精密或大型的设备基础需要减少基础振幅，减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时；
（6）地下水位很高，采用其它基础形式施工困难，或位于水中的构筑物基础，如桥梁、码头、采油钻井平台等；
（7）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。
7-1桩基础的类型
根据桩的不同分类标准，桩基础有不同的分类。
1、按承载性状分类
桩在竖向荷载作用下，桩顶荷载由桩侧摩擦阻力和桩端阻力共同承受。根据桩侧阻力和桩端阻力的发挥程度和荷载分担比，将桩分为摩擦型桩、端承摩擦桩两大类和摩擦桩、端承摩擦桩、端承桩、摩擦端承桩四个亚类。
（1）摩擦型桩是指在极限承载力状态下，桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受。根据桩侧阻力分担荷载的程度，摩擦型桩分为摩擦桩和端承摩擦桩两类。
在实际工程中，纯粹的摩擦桩是没有的。在深厚的软弱土层中当无较硬的土层作为桩端持力层或桩端持力层虽然较坚硬但桩的长径比l/d很大，传递到桩端的轴力很小，以致在极限荷载作用下，桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承受，桩端阻力很小可忽略不计，这类桩可视作摩擦桩；而当桩的长径比l/d不大，且桩端持力层有较为坚硬的土层时，桩顶荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但大部分荷载由桩侧阻力承受的桩，称为端承摩擦桩。
（2）端承型桩是指在极限承载力状态下，桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受。根据桩端阻力分担荷载的程度，端承型桩可分为端承桩和摩擦端承桩两类。
若桩端进入较坚硬的土层如中密以上的砂土、碎石类土或中、微风化岩层中，桩顶荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受时，称为摩擦端承桩。而当桩的长径比l/d较小（一身小于10），桩端座落在坚硬的土层如密实砂层、碎石类土或中、微风化岩层中，桩顶荷载绝大部分由桩端阻力承受，桩侧阻力很小可忽略不计时，可视为端承桩。
2、按使用功能分类
根据桩的使用功能可分为竖向抗压桩（抗压桩）、竖向抗拔桩（抗拔桩）、水平受荷桩及复合受荷桩等。
（1）竖向抗压桩主要承受上部结构传来的竖向荷载，一般建筑桩基在正常工作条件下都属于此类桩。设计时要进行竖向承载力验算，必要时还要验算沉降量和软弱下卧层的承载力。
（2）竖向抗拔桩主要承受竖直向上拉拔荷载，如水下抗浮力的锚桩、静荷载试验的锚桩、输电塔和微波发射塔的桩基等，都属于此类桩。设计时一般应进行桩身强度和抗裂、抗拔承载力验算。
（3）水平受荷桩主要承受水平荷载，此类桩有港口工程的板桩、深基坑的护坡桩以及坡体抗滑桩等。设计时一般应进行桩身强度和抗裂、抗弯承载力及水平位移验算。
（4）复合受荷桩是指承受竖向、水平荷载均较大的桩，此类桩受力状态比较复杂，应按竖向抗压桩及水平受荷桩的要求进行验算。
3、按桩身材料分类
根据桩身材料的不同，桩可分为混凝土桩、木桩、钢桩和组合材料桩。
（1）各种混凝土桩是目前使用最广泛的桩，分为预制混凝土桩（简称预制桩）和就地灌注混凝土桩（简称灌注桩）。预制桩是在工厂或现场预先制成，达到设计强度后，采用专用机械将桩沉入土中形成的桩。灌注桩是在现场的设计桩位上直接采用机械或人工成孔，然后灌住混凝土而成的桩，根据采用的成孔方法和手段不同，又分别称为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩等。
（2）木桩在当今已不常用，其承载力不大，寿命也不长，，一般用于临时工程，使用时宜作防腐处理。
（3）常见的钢桩有型钢桩两类，型钢桩用的较多的是H型钢桩和工字型钢桩。由于成本高，我国只在少数重点工程中使用，如上海宝钢曾采用直径914.4mm、壁厚16mm长61m等几种规格的钢管桩。
（4）组合材料桩是指用两种或两种以上材料组合而成的桩，如钢管内填充混凝土形成钢管混凝土桩、上部桩身和下部桩身采用不同的材料的桩等。
4、按成型过程中挤土效应分类
根据成型过程中挤土效应将桩分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。
（1）非挤土桩是指在设置桩时，先将孔中土体取出，对桩周土不产生挤土作用的桩，如人工挖土灌注桩、钻孔灌注桩等。
（2）部分挤土桩是指在设置桩时孔中部分或小部分土体取出，对桩周土有部分挤土作用的桩，如预钻孔打入式预制桩、底端开口预应力混凝土管桩等。
（3）挤土桩是指在设置桩时孔中土未曾取出，完全是挤入土中的桩，如沉管灌注桩、预制桩等。
5．按桩径大小分类
根据桩身直径的大小可以分为小桩、中等直径桩、大直径桩。
（1）小桩是指桩径 d≤250mm的桩，一般用于基础加固和复合基础。
（2）中桩直径是指桩径250<d<800mm的桩，建筑桩基应用较多。
（3）大直径桩是指桩径d≥800mm的桩，特点是单桩承载力较高，常用于上部结构荷载特别大的基础。

7-2桩基础设计原则
一、承载能力极限状态设计
二、正常使用极限状态验算

7-3桩和桩基础的构造
桩和桩基的构造应符合下列要求：
（1）摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍。
（2）桩进入持力层的深度，根据地质条件、荷载及施工工艺确定，宜为桩身直径的1~3倍；嵌岩灌注桩周边嵌入完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于0.5mm。
（3）布置桩位时，宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。
（4）预制桩的混凝土强度等级不应低于c30；灌注桩不应低于c20；预应力桩不应低于c30。
（5）预制桩应通长配筋，打入式预制桩最小配筋率不宜小于0.8%；静压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6%。
（6）灌注桩最小配筋率不宜小于0.2%~0.65%，小直径桩取大值，如Φ377mm的沉管灌注桩的主筋配置不少于6Φ12。
（7）灌注桩的主配筋长度应满足：
1) 桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过这些软弱土层；
2) 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；
3) 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。
（8）灌注桩主筋保护层厚度不应小于35mm，水下灌注混凝土时，不得小于50mm；预制桩主筋保护层厚度不小于30mm。
（9）灌注桩箍筋采用Φ6~8@200~300mm，当钢筋长度超过4m时，应每隔2m设一道Φ12~18焊接加劲箍筋。
（10）桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm；主筋伸入承台内的锚固长度不宜小于钢筋（HPB235）直径的30倍或钢筋（HRB335和HRB400）直径的35倍；对大直径灌注桩，当采用一桩一柱且桩柱直接连接时，柱纵筋插入桩身的长度应满足锚固长度的要求。
7－4桩的竖向承载力
一、桩基础设计原则
现行《建筑地基基础设计规范》规定，按单桩承载力确定桩数时，传至承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下的标准组合，相应的抗力应采用单桩承载力的特征值。
正常使用极限状态是指桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性的某项限值时的状态，具体指竖向荷载引起的沉降和水平荷载引起的水平变位，可能导致建筑物标高的过大变化以及差异沉降和水平位移使建筑物倾斜过大、开裂，设备不能正常运转等，从而影响建筑物的正常使用功能，或者处于腐蚀介质环境中的桩身和承台应满足耐久性，以保持建筑物的正常使用功能。荷载效应的标准组合值SK用下式表示
SK=SGK+SQ1K+ΨC2SQ2K+…+ΨCNSQnK
式中Sgk――按永久荷载标准值GK计算的荷载效应值；
SQik――按可变荷载标准值计算的荷载效应值；
Ψci――可变荷载Qi的组合值系数，按现行《建筑结构荷载规范》GB50009的规定取值。
桩基础作为地基基础的一种型式，与其它型式的地基基础一样，地基复杂程度，建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，划分为甲、乙、丙三个设计等级，详见第六章表6－1。对摩擦型桩基、设计等级为甲级的桩基、以及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都应进行沉降验算。
二、单桩竖向承载力特征值
单桩竖向承载力特征值是指单桩竖向静载荷试验中荷载――桩顶沉降曲线线性变形段内不超过比例界限点的荷载值，实际上就是单桩竖向承载力的允许值。
《建筑地基基础设计规范》规定：
（1）单桩竖向承载力特征值应能过单桩竖向静荷载试验确定。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1％，且不少于3根。
（2）地基基础设计等级为丙级时，可采用静力触探及标贯试验参数确定单桩竖向承载力特征值。
（3）初步设计时单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算
Ra＝qpaAp+Up∑qsiali
式中 qpa,qsia――桩端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静荷载试验结果统计分析算得，kPa;
Ap――桩底端横截面面积，㎡；
Up――桩身周边长度，m；
Li――第i层岩土的厚度，m。
（4）嵌岩桩在初步设计时可按下式估算单桩竖向承载力特征值
Ra=qpaAp
式中qpa――桩端岩石承载力特征值，kPa，可按岩石饱和单轴抗压强度标准值折减而得。
（5）桩身材料强度应满足桩的承载力设计要求。桩轴向受压时，桩身强度应符合下式要求 Q≤ApfcΨc
式中fc ――混凝土轴心抗压强度设计值，kPa ;
Ap――桩身横截面积，㎡；
Q――相应荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值，KN；
Ψc ――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）。
三、单桩竖向静载荷试验
静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，它除了考虑地基的支承能力外，也计入了桩身材料对承载力的影响。试验装置如图7－6所示桩顶沉降用固定的基准梁上的百分表量测。
试桩、锚桩（压重平台支座）和基准桩之间的中心距离应符合表7－1的规定。

试桩、锚桩和基准桩之间的中心距离

反力系统试桩与锚桩（或压重
平台支座墩边）试桩与基准桩基准桩与锚桩（或压
重平台支座墩边）
锚桩横梁反力装置
压重平台反力装置 ≥4d且
>2.0m ≥4d且
>2.m ≥4d且
>2.m

注 d――试桩或锚桩的设计直径，取其较大者（如试桩或锚桩为扩底桩时，试桩与锚桩的中心距尚不小于2倍扩大端直径）。
对于灌注桩，应在桩身强度达到设计强度后方能进行静载荷试验。对于预制桩，由于沉桩扰动强度下降有待恢复，因此在砂土中沉桩7天后，粘性土中沉桩15天后，饱和软粘土中沉桩25天后才能进行静载试验。
静载荷试验时，加荷分级不应小于8级，每级加载量宜为预估限荷载的1/8~1/10。
测读桩沉降量的间隔时间为：每级加载后，第5、10、15min时各测读一次，以后每15min测读一次，累计一小时后每隔半小时测读一次。
在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小时内小于0.1mm时可视为稳定，稳定后即可加下一级荷载。
符合下列条件之一时可终止加载：
（1）当荷载一沉降曲线上有可判断极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm；
（2）后一级荷载产生的沉降量超过前一级荷载沉降增量的2倍，且24小时尚未达到稳定；
（3）桩长25m以上的非嵌岩桩，荷载一沉降曲线呈现缓变型时，桩顶总沉降量大于60~80mm；
（4）在特殊条件下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。
卸载时，每级卸载值为加载值的两倍，卸载后隔15min测读一次桩顶百分表读数，读二次后，隔半小时再读一次，即可卸下一级荷载。全部卸载后，隔3~4h再测读一次桩顶百分表读数。
单桩竖抽权限承载力可以根据荷载沉降（Q-s）曲线，按下列方法确定：
（1）当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值为极限承载力；
（2）当Q-s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载作为极限承载力；
（3）当试验过程中，因最后一级荷载24h尚未终止加载时，取前一级荷载为极限承载力；
（4）按上述方法判断极限承载力有困难时，可取沉降－时间（s-lgt）曲线尾部出现明显下弯曲的前一级荷载作为极限承载力；
（5）对桩基沉降有特殊要求时，应根据具体情况选取极限承载力。
将单桩竖向极限承载力除以安全系数2，即得到单桩竖向承载力特征值Ra。
7－5桩基础的沉降验算
《建筑地基基础设计规范》规定，桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值，并不得超过第三章表3－15规定的地基变形允许值。规范还规定下列建筑物的桩基础必须进行沉降验算：
（1）地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基；
（2）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；
（3）摩擦型桩基。
计算桩基础沉降时，最终沉降量可按单向压缩分层总和法计算桩端以下压缩土层的总变形量。考虑到桩端处的应力集中，土体的计算分层厚度在桩端以下规定范围内应适当加密。实际工程计算时，一般区域计算层厚度取1m，加密区域计算层厚度取0.1m，已能保证足够的精度。具体计算方法参看《建筑地基基础设计规范》附录R及本章第六节桩基础设计实例。
五、桩的负摩阻力
在一情况下，桩在荷载作用下产生沉降，土对桩的摩阻力与桩的位移方向相反，向上起着支承作用，即为正摩阻力。但如果桩周土层由于某些原因产生了相对桩向下位移，就会在桩侧产生向下的摩阻力，称为负摩阻力。
引起负摩阻力的原因有多种，如桩周为欠固结土或新填土，在自重作用下继续固结而下沉；由于地下水们全面下降使土的有效应力增大，而引起桩周土的大面积沉降；大面积堆载使桩周土层产生压缩变形等。负摩阻力实际上对桩施加一个下拉荷载，使桩身向力增大，而使桩的承载能力降低，在设计时应引起重视。
六、对于高耸的塔式结构物（如高压输电塔、电视塔、微波通讯塔、海洋石油平台等）的桩基、承受巨大浮力作用的基础（如地下室、地下油罐、取水泵房等）、以及承受巨大水平荷载的桩结构（如码头、桥头、挡土墙下的斜桩），都需要验算桩的抗拔承载力。
桩的抗拔承载力特征值主要取决于桩身材料强度及桩与土之间抗拔侧阻力和桩身自重。单桩抗拔承载力特征值可以通过抗拔静载荷试验得到，其试验方法与抗压静载荷试验类似。
桩的水平承载力
建筑工程的桩基础大多以承受竖向荷载为主,但在风荷、地震荷载、机械制动荷载或土压力、水压力等作用下,也将承受一定的水平荷载.尤其是桥梁工程中的桩基,除了满足桩基的竖向承载力要求之外,还必须对桩基的水平承载里进行验算.
在水平荷载和弯矩作用下,桩身挠曲变形,并挤压桩侧土体,土体对桩侧产生水平抗力,其大小和分布与桩的变形、土质条件以及桩的入土深度等因素有关.在出现破坏以前,桩身的水平位移与土的变形的协调的,相应地桩身产生内力.随着位移和内力的增大,对于低配筋的灌注桩而言,通常桩身首先出现裂缝,然后断裂破坏;对于、抗弯性能好的混凝土预制桩,桩身虽围断裂,但桩侧土体明显开裂和隆起,桩的水平位移将超出建筑物变形允许值,使桩处于破坏状态.
单桩水平承载力特征值取决于仗的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等因素,应通过现场水平荷载试验确定.必要时可进行带承台桩的荷载试验.桩基抵抗水平力很大程度上依赖于承台底阻力和承台侧面抗力,带承台桩基的水平荷载试验能反映桩基在水平力作用下的实际工作状况.
当作用在桩基上的外力主要为水平力时,应根据使用要求对桩顶变位的限制,对桩基水平承载力进行验算.当外力作用面的桩距较大时,桩基的水平承载力可视为各单桩的水平承载力的总和.当承台侧面的土未经扰动或回填密实时,应计算土抗力的作用.当水平推力较大时,可设斜桩来承担水平推力.
带承台桩基水平荷载试验采用慢速维持荷载法,用一确定长期荷载下的桩基水平承载力和地基土水平反力系数.加载分级及每级荷载稳定标准可按单桩竖向静荷载试验的方法.当加载至桩身破坏或位移超过30～40mm(软土去大值)是停止加载.卸载按2倍加载等级逐渐卸载,每30min卸一级载,并于每次卸载前测读位移.
根据试验数据绘制荷载位移Ho-Xo曲线及荷载位移梯度Ho-(△Xo/△Ho)曲线,取Ho-(△Xo/△Ho)曲线的第一拐点为临界荷载,取第二拐点或Ho-Xo曲线的陡降起点为极限荷载.若装身设有应力测读装置,还根据最大弯距点变化特征判定临界荷载和极限荷载.
临界荷载Hcr是指桩身开裂,受拉区混凝土不参加工作是的装顶水平荷载.极限荷载Hu是相当于桩身应力达到强度极限时的桩顶水平荷载.对于钢筋混凝土预制桩、钢柱、桩身全截面配筋率不小于0.65%的灌注柱,可根据静荷载试验结果取地面处水平位移为10mm(对于水平位移敏感的建筑物去水平位移6mm)所对应的荷载为单桩水平承载力特征值.
对于重要的工程,可模拟承台顶竖向荷载的实际状况进行试验.
7－6承台设计
当基桩数量、桩距和平面布置形式确定后，即可确定承台尺寸。承台应有足够的强度和刚度，以便将各基桩连接成整体，从将上部结构荷载安全可靠地传递到各个基桩。同时承台本身也具有类似浅基础的承载能力。承台形式较多，如柱下独立承台、柱下或墙下条形基础（梁式承台）、筏板承台、箱形承台等。本书仅介绍最常用的柱下独立承台的设计。承台除满足构造要求外，还应满足抗弯曲、抗冲切、抗剪切承载力和上部结构的要求。承台埋置深度参照基础确定。
1、承台的构造要求
（1）承台的宽度不小于500mm。边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台梁边缘距离不小于75mm。
（2）承台的最小厚度不应小于300mm。
（3）承台的配筋，对于矩形承台其钢筋应按双向均匀通长布置，如图7－13（C）所示。
（4）承台混凝土强度等级不应低于C20，纵向钢筋的混凝土保护层厚度不小于70mm，当有混凝土垫层时，不应小于40mm。
2、承台的抗弯承载力设计
多数承台的钢筋含量较低，常为受弯破坏、抗弯承载力设计的本质是配筋设计，按承台截面最大弯矩进行配筋。柱下桩基承台的弯矩可按以下算法确定：
（1）我桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘，图7－14a）Mx=∑Niyi My=∑Nixi
Mx、My――分别为垂直y轴和x轴方向计算截面处的弯矩设计值，kN.m；
Xi、yi――垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离，m；
Ni――扣除承台和其上填土自重后相应于荷载效应基本组合的第i桩竖向力设计值，kN。
（2）三桩承台
1）等边三桩承台
M＝Nmax/3(s-√3/4 c)
M――由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值，kN.m；
Nmax――扣除承台和其上填土自重后的三桩中相就于荷载效应基本组合时的最大单桩竖向力设计值，kN；
S――桩距，m；
C――方柱边长，圆柱时c＝0.866d(d为圆柱直径)，m。
2）等腰三桩承台
M1＝Nmax/3[s-0.75/√(4-α2) c1]
M2＝Nmax/3[αs-0.75/√(4-α2) c2]
式中M1、M2 ――分别为由承台形心到承台两腰和底边的距离范围内板带的弯矩设计值，kN.m；
s――长向桩距，m；
α――短向桩距与长向桩距之比，当小于0.5时，应按变截面的二桩承台设计；
c1、c2――分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长，m。
3、承台抗冲切承载力设计
柱下桩基础独立承台承受的冲切作用包括柱对承台的冲切和角桩对承台的冲切。如果承台厚度不够，就会产生冲切破坏锥体。
（1）柱对承台的冲切，可按下列公式计算
Fl≤2[βox(bc+aoy)+ βoy(hc+aox)] βhpfth0
Fl=F-∑Ni
βox=0.84/(λox+0.2)
βoy ＝0.84/(λoy+0.2)
λox=αox/ h0
λoy=αoy/ h0
式中Fl――扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，kN，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘边线构成的锥体，锥体与承台底面的夹角不小于45°，如图7－15所示；
h0――冲切破坏锥体的有效高度，m；
βhp――受冲切承载力截面高度影响系数，当承台高度h≤800mm时，βhp＝1.0，当h≥2000mm时，βhp＝0.9，其它按线性内插法取值；
βox、βoy――冲切系数；
λox、λoy――冲跨比；
αox、αoy――柱边或变阶处至桩边的水平距离，当αox (αoy)<0.2h0时，αox（αoy）＝0.2h0；当αox（αoy）>h0时，αox（αoy）＝h0，m；
F――柱根部轴力设计值，kN；
∑Ni――冲切破坏锥体范围内各桩的静反力设计值之和，kN。
对中低压缩性土上的承台，当承台与地基土之间没有脱空现象时，可根据地区经验适当减少柱下基础独立承台受冲切计算的承台厚度。
（2）角桩对承台的冲切，可按下列公式计算：
1）多桩矩形承台受角桩冲切的承载力应按下式计算（图7－16）
Nl≤[β1x (c2+α1y/2)+ β1y(c1+α1x/2)] βhpf t h0
Β1x＝0.56/(λ1x+0.2)
Β1y＝0.56/(λ1y+0.2)
λ1x=α1x/ h0
λ1y=α1y/ h0
式中 Nl――扣除承台和其上填土自重后的角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值，kN；
β1x、β1y――角桩冲切系数；
λ1x、λ1y――角桩冲跨比，其值满足0.2～1.0；
c1、 c2――从角桩内边缘至承台外边缘的距离，m；
λ1x、λ1y――从承台底角桩内边缘引45°冲切线与承台变阶处相交点至角桩内边缘的水平距离；
h0――承台外边缘的有效高度，m。
2）三桩三角形承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算（7－17）
底部角桩
Nl≤β11（2 c1+α11）tan(θ1/2) βhpft h0
Β11＝0.56/(λ11+0.2)
顶部角桩
Nl≤β12（2 c2+α12）tan(θ2/2) βhpft h0
Β12＝0.56/(λ12+0.2)
λ11＝α11/ h0
λ12＝α12 / h0
式中λ11、λ12――角桩冲跨比；
α11、α12――从承台底角桩内边缘向相邻承台边引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离，m，当柱们位于该45°线以内时则取柱边与桩内边缘边线为冲切锥体的锥线。
对圆柱及圆桩，计算时可将圆形截面换算为正方形截面，换算后正方形边长为圆直径的0.8倍。
4、承台斜截面抗剪切承载力设计
承台在基桩反力作用下，剪切破坏面位于柱边和桩边联线形成的斜截面或承台变阶处和桩边联线形成的斜截面（图7－18）。当柱外边有多排桩形成多个剪切斜截面时，应对每个斜截面进行抗剪切承载验算。验算时，圆柱和圆桩也换算成正方形截面。斜截面抗剪切承载力可按下列公式计算
V≤βhsβft b0 h0
Β＝1.75/(λ+1.0)
λx＝αx/ h0
λy＝αy/ h0
βhs＝(0.8/ h0)1/4
式中V――扣除承台及上填土自重后相应于荷载效应基本组合时斜截面的最大剪力设计值，kN；
b0――承台计算截面处的计算宽度，m，阶梯形承台变阶处的计算宽度、锥形承台的计算宽度应按《建筑地基基础设计规范》附录S确定；
h0――计算宽度处的承台有效高度，m;
β――剪切系数；
λ――计算截面的剪跨比，当λ<0.3；当λ>3时，取λ＝3；
αx、αy――柱边或承台变阶处到x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离，m；
βhs――受剪切承载力截面高度影响系数，当<0.8m时，h0取0.8m，、h0>2m时，h0取2m。
5、局部受压基础承台，当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，应按现行《混凝土结构设计规范》验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。
7－7桩基础设计
在设计桩基础时,应力要求做到安全、合理和经济.从保证安全的角度出发,桩基础应有足够的强度、刚度和耐久性.对地基来说,桩持力层要有足够的强度以及不能产生过大的变形.同时,采用的施工方法应满足施工现场的环境要求.
桩基础的设计内容和步骤如下:
(1) 进行调查研究,场地勘察,收集有关设计资料;
(2) 综合地质勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定持力层;
(3) 确定桩的类型、外型尺寸和构造;
(4) 确定单桩承载力特征值;
(5) 根据上部结构荷载情况,初拟桩的数量和平面布置;
(6) 根据桩平面布置,初拟承台尺寸及承台底标高;
(7) 单桩承载力验算;
(8) 验算桩基的沉将量;
(9) 绘制桩和承台的结构及施工详图.
一、收集设计资料
桩基础设计资料包括:建筑物上部结构的情况结构形式、平面布置、荷载大小、结构构造、使用要求等;工程地质勘察资料;建筑场地与环境的有关资料;施工条件的有关资料如沉桩设备、动力设备等;当地使用桩基础的经验.
二选择桩型、桩长和截面尺寸
桩基础设计时,首先应根据建筑物的结构类型、荷载条件、地质条件、施工能力和环境限制(噪音、震动、对周围建筑物地基的影响等)选择桩的类型.如城市中不宜选用的挤土桩.在深厚软土中不宜采用大片密集有挤土效应的桩基,可考虑用挤土效应软弱的饿桩端口的预应力混凝土管桩或钻孔灌注桩等非挤土桩。
桩长主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好进入进应土层或岩层，采用端承桩的型式。当坚硬土层埋藏很深时，则宜采用摩擦桩，但桩端也应尽量达到压缩性较低、强度中等的土层（持力土）。桩端进入持力层的深度宜为桩身直径的1～3倍，嵌桩嵌入完整或较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度为0.5m，确保桩端与岩体面接触。若持力层下有软弱下卧层时，桩端以下营持力层厚度不宜小于4倍桩径，否则端承力将降低甚至丧失。
桩的饿截面尺寸应与仗长相适应，桩的长径比主要根据桩身不产生压屈失稳及考虑施工现场条件来确定。对预制桩而言，摩擦桩长径比不宜大于100；端承桩或摩擦桩需穿越一定厚度的硬土层，起长径比不宜大于80。对灌注而言，端承桩的长径比不宜大于60，当穿越淤泥、自重湿陷性黄土时不宜大于40，摩擦桩的长径比不受限制。当有保证桩身质量的可靠措施和成熟经验时，长径比可适当增大。
三、确定桩数和桩位平面布置
1、桩数的确定
承台下桩的数量可按以下公式确定：
（1）轴心竖向力作用下
n≥ Fk+Gk
Ra
（2）偏心竖向力作用下 Fk+Gk
n≥ 1.2Ra-Mxkyimax -Mykximax
∑y2i ∑x2i
（3）水平力作用下n≧ Hk
RHa
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，KN；
Gk――桩基承台自重及承台上土重标准值，KN；
n―桩基中的桩数；
Hk――相应于荷载效应标准组合时，作用于承台底面的水平力，KN；
Xi、yi桩的中心至桩群形心坐标的Y轴、X轴距离，m；
Mxk、Myk效应标准组合作用于承台底面通过桩群形心的X轴、Y轴的力矩，kN.m；
Ra单桩竖向承载力特征值kN；
RHa水平承载力特征值kN。
2、桩的平面布置
（1）桩的中心距不小于桩径的3倍，以减少摩擦桩侧阻力的叠加效应，但也不宜大于桩径的6倍，避免承台过大。
（2）布桩时要使长期荷载的全力作用点与桩群形心尽可能接近，减少偏心荷载；要尽量对结构受力有利，如对墙体落地的结构宜沿墙下布桩；尽量使桩基在承受水平力和力矩较大的方向有较大的断面抵抗矩，如承台的长边与力矩较大的平面取得一致。常见的桩位布置见图7－12。
四、桩身截面强度设计
桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。桩轴心受压时，桩身强度应满足下式要求
Q≤ApfcΨc
式中Q――相应于荷载效应基本组合时单桩竖向力设计值，kN；
Ap――桩身横截面积，M
fc――混凝土轴心抗压强度设计值，见第六章表6－10，kPa；
Ψc――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取低值）。
对抗拔桩按《混凝土结构设计规范》要求进行桩身混凝土抗裂验算。
其它深基础简介
除桩基础外，沉井、墩基、地下连续墙、沉箱都属于深基础。沉井多用于工业建筑和地下构筑物，与大开挖相比，它具有挖土量少，施工方便、占地少和对邻近建筑物影响较小的特点。墩基是指一种利用机械或人工在地基中开挖成孔后灌注混凝土形成的大直径桩基础，由于其直径粗大如墩，故称墩基础，它与桩基础有一定的相似之处，因此，墩基和大直径桩尚无明确的界限。沉箱是将压缩空气压入一个特殊的沉箱室内以排除地下水，工作人员在沉箱内操作，比较容易排除障碍物，使沉箱顺利下沉，由于施工人员易患职业病，甚至发生事故，目前较少采用。地下连续墙是20世纪50年代后民起来的一种基础形式，具有无噪声、无振动，对周围建筑物影响小，并有节约土方量、缩短工期、安全可靠等优点，它的应用日益广泛。下面仅简要介绍井基础和地下连续墙。
一、沉井基础
沉井是一种竖直的井筒结构，常用钢筋混凝土或砖石、混凝土等材料制成，一般分数节制作。施工时，在筒内挖土，使沉井失去支承而下沉，随下沉再逐节接长井筒，井筒下沉到设计标高后，浇筑混凝土封底。沉井适用于平面尺寸紧凑的重型结构物如重型设备、烟囱的基础。沉井还可作为地下结构物使用，如取水结构物、污水泵房、矿山竖井、地下油库等。沉井适合在粘性土和较粗的砂土中施工，但土中有障碍物时会给下沉造成一定的困难。
沉井按横断面形状可分为圆形、方形或椭圆形等，根据沉井孔的布置方式又有单孔、双孔及多孔之分。
1、沉井结构
沉井结构由刃脚、井筒、内隔墙、封底底板及顶盖等部分组成，如图7－25所示
（1）刃脚。刃脚在井筒下端，形如刀刃。下沉时刃脚切入土中，其底面叫踏面，不小于150cm，土质坚硬时，踏面用钢板或角钢保护。刃脚内侧的倾斜角为40 ~60。
（2）井筒。竖直的井筒是沉井的主要部分，它须具有足够的强度以挡土，又需有足够的重量克服外壁与土之间的摩阻力和刃脚土的阻力，使其自重作用下节节下沉。为便于施工，沉井井孔净边长最小尺寸为0.9m。
（3）内隔墙。内隔墙能提高沉井结构的刚度，内隔墙把沉井分隔成几个井孔，便于控制下沉和纠偏；墙底面标高应比刃脚踏面高0.5m，以利沉井下沉。
（4）封底。沉井下沉到设计标高后，用混凝土封底。刃脚上方井筒内壁常设计有凹槽，以使封底与井筒牢固连接。
（5）顶盖。沉井作地下构筑物时，顶部需浇筑钢筋混凝土顶盖。
2、沉井施工
沉井施工时，应将场地平整夯实，在基坑上铺设一定厚度的砂层，在刃脚位置再铺设垫土或浇筑混凝土垫层，然后在垫木或垫层上制作刃脚和第一节沉井。当第一节沉井的混凝土强度达到设计强度，才可拆除垫木或混凝土垫层，挖土下沉。其余各节沉井混凝土强度达到设计强度的70％时，方可下沉，如图7－26所示。
下沉方法分排水下沉和不排水下沉，前者适用于土层稳定不会因抽水而产生大量流砂的情况。当土层不稳定时，在井内抽水易产生大量流砂，此时不能排水，可在水下进行挖土，必须使井内水们始终保持高于井外水位1~2m。井内出土视土质情况，可用机械抓斗水下挖土，或者用高压水枪破土，用吸泥机将泥浆排出。
当一节井筒下沉至地面以上只剩下1m左右时，应停止下沉，接长井筒。当沉井下沉到达到设计标高后，挖平筒底土层进行封底。
沉井下沉时，有时会发生偏斜、下沉速度过快或过慢，此时应仔细调查原因，调整挖土顺序和排除施工障碍，甚至借助卷扬机进行纠偏。
为保证沉井能顺利下沉，其重力必须大于或等于沉井外侧四周总摩阻力的1.15~1.25倍。沉井的高度由沉井顶面标高（一般埋入地面以下0.2m或地下水位以上0.5m）及底面标高决定，底面标高根据沉井用途、荷载大小、地基土性质确定。沉井平面形状和尺寸根据上部建筑物平面形状要求确定。井筒壁厚一般为0.3~1.0m，内隔墙一般为0.5m左右，应根据施工和使用要求计算确定。
作为基础，沉井应满足地基承载力及沉降要求。
二、地下连续墙
地下连续墙是采用专门的挖槽机械，沿着深基础或地下建筑物的周边在地面下分段挖出一条深槽，并就地将钢筋笼吊放入槽内，用导管法浇注混凝土，形成一个单元槽段，然后在下一个单元槽段依此施工，两个槽段之间以各种特定的接头方式相互连接，从而形成地下连续墙。地下连续墙既可以承受侧壁的土压力和水压力，在开挖时起支护、挡土、防渗等作用，同时又可将上部结构的荷载传到地基持力层，作为地下建筑和基础的一个部分。目前地下连续墙已发展有后张预应力、预制装配和现浇等多种形式，应用越来越广。
现浇地下连续墙施工时，一般先修导墙，用以导向和防止机械碰坏槽壁。地下连续墙厚度一般在450~800mm之间，长度按设计不限，每一个单元槽段长度一般为4~7m,墙体深度可达几十米。目前，地下连续墙常用的挖槽机械，按其工作机理分为挖斗式、冲击式和回转式三大类。为了防止坍孔，钻进时应向槽中压送循环泥浆，直至挖槽深度达到设计深度时，沿挖槽前进方向埋接头管，如图7－27所示。再吊入钢筋网，冲洗槽孔，用导管浇灌混凝土，混凝土凝固后再拔出接头管，按以上顺序循环施工，直到完成。
地下连续墙分段施工的接头方式和质量是墙体质量的关键。除接头管施工以外，也有采用其它接头的，如接头箱接头、隔板式接头及预制构件接头等。如图7－27所示的接头形式，在施工期间各槽段的水平钢筋互不连接，等到连续墙混凝土强度达到设计要求以及墙内土方挖走后，将接头处的混凝土凿去一部分，使接头处的水平钢筋和墙体与梁、柱、楼面、地板、地下室内墙钢筋的连结钢筋焊上。
地下连续墙的强度必须满足施工阶段和使用期间的强度和构造要求，其内力计算在国内常采用的有：弹性法、塑性法、弹塑性法、经验法和有限元法。

描述: 桩基础
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emoo

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2008-08-21

花

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离线yxmin74

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楼主辛苦了

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学习学习，辛苦楼主了~

离线emoo

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不错，能否整本上传？

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二、地下连续墙
地下连续墙是采用专门的挖***机械，沿着深基础或地下建筑物的周边在地面下分段挖出一条深***，并就地将钢筋笼吊放入***内，用导管法浇注混凝土，形成一个单元***段，然后在下一个单元***段依此施工，两个***段之间以各种特定的接头方式相互连接，从而形成地下连续墙。地下连续墙既可以承受侧壁的土压力和水压力，在开挖时起支护、挡土、防渗等作用，同时又可将上部结构的荷载传到地基持力层，作为地下建筑和基础的一个部分。目前地下连续墙已发展有后张预应力、预制装配和现浇等多种形式，应用越来越广。
现浇地下连续墙施工时，一般先修导墙，用以导向和防止机械碰坏***壁。地下连续墙厚度一般在450~800mm之间，长度按设计不限，每一个单元***段长度一般为4~7m,墙体深度可达几十米。目前，地下连续墙常用的挖***机械，按其工作机理分为挖斗式、冲击式和回转式三大类。为了防止坍孔，钻进时应向***中压送循环泥浆，直至挖***深度达到设计深度时，沿挖***前进方向埋接头管，如图7－27所示。再吊入钢筋网，冲洗***孔，用导管浇灌混凝土，混凝土凝固后再拔出接头管，按以上顺序循环施工，直到完成。
地下连续墙分段施工的接头方式和质量是墙体质量的关键。除接头管施工以外，也有采用其它接头的，如接头箱接头、隔板式接头及预制构件接头等。如图7－27所示的接头形式，在施工期间各***段的水平钢筋互不连接，等到连续墙混凝土强度达到设计要求以及墙内土方挖走后，将接头处的混凝土凿去一部分，使接头处的水平钢筋和墙体与梁、柱、楼面、地板、地下室内墙钢筋的连结钢筋焊上。
地下连续墙的强度必须满足施工阶段和使用期间的强度和构造要求，其内力计算在国内常采用的有：弹性法、塑性法、弹塑性法、经验法和有限元法。