3桩基础设计
桩基础课程设计
桩基础课程设计一、设计资料1、地形拟建建筑场地地势平坦, 局部堆有建筑垃圾。
2.工程地质条件自上而下土层依次如下:(号土层: 素填土, 层厚约1.5m, 稍湿, 松散, 承载力特性值fak=95kPa(号土层: 淤泥质土, 层厚3.3m, 流塑, 承载力特性值fak=65kPa。
(号土层: 粉砂, 层厚6.6m, 稍密, 承载力特性值fak=110kPa。
(号土层：粉质黏土, 层厚4.2m, 湿, 可塑, 承载力特性值fak=165kPa。
(号土层：粉砂层, 钻孔未穿透, 中密-密实, 承载力特性值fak=280kPa。
3.岩土设计技术参数岩土设计参数如表3.1和表3.2所示.表3.1 地基岩土物理力学参数土层编号土的名称孔隙比e含水量W（%液性指数I L标准贯入锤击数N压缩模量Ｅs（MPa）素填土－－－－ 5.0 淤泥质土 1.04 62.4 1.08 － 3.8 ●粉砂0.81 27.6 －14 7.5 ❍粉质黏土0.79 31.2 0.74 －9.2 ⏹粉砂层0.58 －－31 16.8表3.2 桩的土的名称桩的侧阻力qsk桩的端阻力qpk土层编号土的名称桩的侧阻力qsk桩的端阻力qpk（1）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。
（2）地下水位深度: 位于地表下3.5m。
5.场地条件建筑物所处场地抗震设防烈度为7度, 场地内无可液化砂土、粉土。
6.上部结构资料拟建建筑物为六层钢筋混凝土结构, 长30m, 宽9.6m。
室外地坪标高同自然地面, 室内外高差450mm。
柱截面尺寸均为400mm×400mm, 横向承重, 柱网布置如图3.1所示。
图3.1 柱网布置图7、上部结构作用上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表3.3所示, 该表中弯矩MK 、水平力VK 均为横向方向。
上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表3.4所示, 该表中弯短M、水平力V均为横向方向。
表3.3 柱底荷载效应标准组合值题号FK（kN）MK（ kN.m）VK（kN）A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴1 1256 1765 1564 172 169 197 123 130 1122 1350 1900 1640 185 192 203 126 135 1143 1650 2050 1810 191 197 208 132 141 1204 1875 2160 2080 205 204 213 139 149 1345 2040 2280 2460 242 223 221 145 158 1486 2310 2690 2970 275 231 238 165 162 1537 2568 3225 3170 293 248 247 174 179 1658 2670 3550 3410 299 264 256 183 190 1709 2920 3860 3720 304 285 281 192 202 19110 3130 3970 3950 323 302 316 211 223 230题号FK （kN）MK（ kN.m）VK（kN）9、混凝土强度等级为C25～C30, 钢筋采用HPB235.HRB335级。
桩基础的设计计算
上式中：E、I——桩的弹性模量及截面惯矩
zx——桩侧土抗力zx=Cxz=mZxz，C为地基系数； b1——桩的计算宽度； xz——桩在深度z处的横向位移（即桩的挠度）。
将上式整理可得：
d4xz dZ4
mEb1I Zxz
0
（1）
或
d4xz dZ4
a5Zxz
0
式中：——桩—土变形系数，
5
mb 1
EI
从上式中不难看出：桩的横向位移与截面所在深度、桩的刚度（包括桩身材料和截面尺寸）
以及桩周土的性质等有关，是与桩土变形相关的系数。
式（1）为四阶线性变系数齐次常微分方程，在求解过程中注意运用材料力学中有关梁的 挠度xz与转角z、弯矩Mz和剪力Qz之间的关系即
将式（7）代入式（2）得
x z Q 3 E 0A x 0 IM 2 E 0B x 0 I A 1 B 1 (Q 2 E 0A 0 I M E 0 B 0 ) I M 2 E 0 C 1 I Q 3 E 0D 1
Q 3 E 0(A 1 I A x 0 B 1 A 0 D 1 ) M 2 E 0(A 1 I B x 0 B 1 B 0 C 1 )
2）当基础侧面为数种不同土层时，将地面或局部冲刷线以下hm深度内各土层的mi，根据换算前 后地基系数图形面积在深度hm内相等的原则，换算为一个当量m值，作为整个深度的m值。
3）桩底面地基土竖向地基系数Co为： C0=m0h
（二）单桩、单排桩与多排桩
单桩、单排桩：指在与水平外力H作用面相垂直的平面上，由单根或多根桩组成的单根（排） 桩的桩基础，如下图a）、b）所示，对于单桩来说，上部荷载全由它承担。
B 0 也都是Z的函数，根据Z值制
桩基础的设计计算
无量纲法 (桩身在地面以下任一深度处的内力和位移的简捷计算方法) 当桩的支承条件、入土深度符合一定要求时，可利用比较简捷的计算方法计算。即无量纲法。 主要特点： 利用边界条件求x0、 0时，系数采用简化公式； 利用x0、 0是Q0、M0的函数的特征，代入基本公式后，无须再计算x0、 0，可由已知的Q0、M0直接计算。
单击此处添加大标题内容
多排桩在外力作用平面内有多根桩，各桩受力相互影响，其影响与桩间净距L1有关。 单排桩或L1≥0.6h1的多排桩 k=1.0； L1＜0.6h1的多排桩 h1——地面或最大冲刷线以下桩柱 计算埋入深度：h1=3(d+1) ；但h1值不 得大于桩的入土深度（h）；
L1
H
q1、q2——梯形土压力强度。
桩顶为弹性嵌固——适合于墩 台受上部结构约束较强的情况。 轻型桥台用锚柱固接； 摩擦力较大的毛毡支座； 固定支座的单孔桥。
——单位水平力作用在地面或最大冲刷线处，桩在该处产生的转角；
——单位弯矩作用在地面或最大冲刷线处，桩在该处产生的转角；
x0、 0的计算 摩擦桩、柱承桩 x0、 0 的计算 桩底受力情况分析 桩底为非岩石类土或支承在岩基面上，在外荷作用下，桩底产生位移 xh、 h，桩底 x 处产生竖向位移 x h，桩底的抗力情况如下图所示。如竖向地基系数为C0，桩底竖向力增量：
z——地面或最大冲刷线以下地基系数计算点的深度； n——随不同计算假定而设置的指数。 “m”法假定—— “K”法假定——地基系数C沿深度分两段变化，在桩身第一挠曲零点以上按凹形抛物线变化（n=2），以下为常数K。 “C”法假定——地基系数C沿深度分两段变化， ， ； 的桩长段地基系数C取常数。 “张有龄”法假定（常数法）——地基系数C沿深度不变为常数C=K0（n=0）。
桩基础设计
7.2.2 确定桩型和截面尺寸
3．确定桩长、承台底面标高
承台底面标高，即 承台埋置深度。 一般情况下，应使 承台顶面低于室外 地面100mm以上；如 有基础梁、筏板、 箱基等，其厚（高） 度应考虑在内；同 时要考虑季节性冻 土和地下水的影响。
室外地面
＞100mm
桩长
58
4.桩截面尺寸
（1）最小桩径
24
钻孔桩与冲 孔桩的区别 在于：钻孔 桩以旋转钻 机成孔，冲 孔桩以冲击 钻面成孔。
a)埋设护筒b)安装钻机，钻进c)第一次清孔d）测定孔壁，回淤厚度e)吊放钢筋笼 f)插入导管g)第二次清孔h）灌注水下混凝土，拔出导管i)拔出护筒
25
沉管灌注桩
沉管灌注桩的优点：
在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的 质量提供了保障。 沉管灌注桩的缺点： 1.拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩； 2.另外，沉管过程中挤土效应比较明显，可能使混凝土尚未结硬的 邻桩被剪断，施工中必须控制提管速度，并使管产生振动，不让管内出 现负压，提高桩身混凝土的密实度并保持其连续性；采取“跳打”顺序 施工，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相邻桩。
土层液化折减系数P216表10-9
48
2.单桩竖向承载力特征值
（1）单桩承载力特征值Ra应按下式计确定：
Ra=Quk/K
式中 Quk—单桩竖向承载力特征值（kN）; K—安全系数，取K=2。 （2）考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值时： 不考虑地震作用时： R=Ra+ηc fak Ac
考虑地震作用时：
6
桩基础的功能
7
桩基础的功能
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。
三桩承台计算书
三桩承台计算书一、示意图：二、基本资料：1．依据规范：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）《混凝土结构设计规范》（GB 50010－2002）2．几何参数：承台边缘至桩中心距: C = 500 mm桩列间距: A = 1200 mm 桩行间距: B = 1800 mm承台根部高度: H = 550 mm 承台端部高度: h = 550 mm纵筋合力点到底边的距离: a s = 70 mm 平均埋深: h m = 2.50 m矩形柱宽: B c = 500 mm 矩形柱高: H c = 500 mm圆桩直径: D s = 400 mm 换算后桩截面：L s = 320mm 3．荷载设计值：(作用在承台顶部）竖向荷载: F = 1000.00 kN绕X轴弯矩: M x = 0.00 kN·m 绕Y轴弯矩: M y = 0.00 kN·mX向剪力: V x = 0.00 kN Y向剪力: V y = 0.00 kN 4．材料信息：混凝土强度等级: C20f c = 9.60 N/mm2f t = 1.10 N/mm2钢筋强度等级: HRB335 f y = 300.00 N/mm2三、计算过程：1．作用在承台底部的弯矩绕X轴弯矩: M0x = M x－V y·H = 0.00－0.00×0.55 = 0.00kN·m绕Y轴弯矩: M0y = M y＋V x·H = 0.00＋0.00×0.55 = 0.00kN·m 2．基桩净反力设计值：计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）N i = F/n±M0x·y i/∑y j2±M0y·x i/∑x j2（8.5.3－2）N1 = F/n= 1000.00/3 = 333.33 kNN2 = F/n= 1000.00/3 = 333.33 kNN3 = F/n= 1000.00/3 = 333.33 kN3．承台受柱冲切验算：计算公式：《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）F l≤2[β0x·(b c＋a0y)＋β0y·(h c＋a0x)]·βhp·f t·h0（8.5.17－1）自柱边到最近桩边的水平距离：a0 = 0.19 m最不利一侧冲切面计算长度：b m = 3.26 m作用于最不利冲切面以外冲切力设计值：F l = 666.67 kN承台有效高度：h0 = H－a s = 0.55－0.07 = 0.48 m冲跨比：λ0 = a0/h0 = 0.19/0.48 = 0.40冲切系数：β0= 0.84/(λ0＋0.2) = 0.84/(0.40＋0.2) = 1.41β0·b m·βhp·f t·h0= 1.41×3.26×1.00×1100.00×0.48= 2428.02 kN > F l = 666.67 kN, 满足要求。
桩基础设计步骤
桩基础设计步骤
桩基础设计步骤可以分为以下几个主要步骤：
1. 确定工程要求：了解工程的性质、荷载要求、土壤条件、基础布置等信息。
2. 土壤勘察：进行土壤勘察，了解土壤的类型、层位、荷载承载力、水位等参数。
3. 桩型选择：根据土壤条件、荷载要求和工程要求，选择合适的桩型，如灌注桩、沉管桩、摩擦桩等。
4. 成桩材料选择：根据桩的类型和设计要求，选择合适的成桩材料，如钢筋混凝土、钢管等。
5. 桩身设计：根据荷载要求和土壤条件，确定桩的直径、长度和间距等参数。
6. 荷载计算：根据工程要求和荷载要求，计算桩的承载力和抗拔力，并进行安全系数的评估。
7. 桩基础布置：根据土壤条件和承载力要求，确定桩的布置方式和间距。
8. 施工方法选择：根据工程要求和桩的类型，选择合适的施工方法，如钻孔、振动、冲击等。
9. 施工监控：对于重要工程，应进行施工监控和质量检查，确保桩基础的施工质量。
10. 桩基础验收：完成施工后，进行桩基础的验收和测试，确保其符合设计要求和工程要求。
3桩基础工程说明和计算规则
第二章桩基础工程说明一、本章定额适用于陆地上桩基工程。
二、本章定额项目名称中的桩长是指桩底（桩尖）至自然地坪的长度；压桩力是指设计桩力。
三、本章定额中已综合各种桩的压实系数和充盈系数。
四、本章定额中未考虑桩基施工遇有旧基础、孤石等需要处理的，施工场地桩机无法直接行走而需加固的，有发生时另行计算。
五、打（压）预制方（管）桩定额1．已包括预制混凝土桩的场内运输；2．未包括钢筋混凝土方（管）桩；3．打（压）桩定额中已包括接桩时所需要的桩机和起重机的台班量。
4．采用机械快速连接打压预制管，相应打压桩定额的人工消耗量乘以系数1.07，接桩材料费另行计算。
5．送预制方（管）桩套用相应打（压）桩定额，其人工、机械消耗乘以下周转性材料。
7．静力压桩机打钢筋混凝土预制桩，如因地质原因桩身露出自然地坪造成桩机不能移位，可另计砍除露明桩身费和静压桩机停滞台班费用，静压桩机停滞台班费按一个露明方桩0.094台班、一个露明管桩0.063台班计算。
8．预制管桩设计要求填充的空心部分，混凝土、钢筋按实际计算套用第四章的混凝土柱、钢筋制安定额，其中底部的薄钢筋托板及固定托板用的钢筋按铁件计算。
9．在旧建筑物场地上进行打（压）预制方（管）桩，设计或发包人要求用桩机送桩器进行探桩的，探桩项目套用打（压）桩定额乘以系数0.5。
六、锚杆静压桩压桩定额已包括校正反力架垫铁的摊销量；未包括反力架用的螺栓螺帽，按铁件另计；未包括钢筋混凝土桩材料费。
封桩定额已综合砍、凿桩头费。
七、预制钢筋混凝土桩身的损耗率为0.5%，不分现场预制或外购。
八、设计的电焊接桩接头钢材用量与定额的用量不同时，按设计调整。
九、冲（钻）孔灌注混凝土桩1．冲（钻）孔灌注桩分列成孔、岩层增加费、护筒埋设、泥浆制作、废泥浆外运、土方外运、钢筋笼制作安装、混凝土灌注等项目计算。
2．遇较软岩、较硬岩、坚硬岩类型土质时，应计算岩层增加费。
遇碎石层套用岩石成孔增加费乘以系数0.2。
4.桩基础课程设计
桩基承载力验算
桩顶作用效应
正常使用极限状态下 荷载效应标准组合
《桩基规范》
轴心竖向作用力
Nk
Fk
Gk n
偏心竖向作用力
Nk
Fk
Gk n
M xYi Yi2
MyXi
X
2 i
水平作用力
H ik
Hk n
承载力验算
轴心受压 Nk R
竖
Nk R
向 偏心受压
承
Nk max 1.2R
载
力 轴心受压Nk 1.25R
在预估设计桩长之后，施工时桩的实际长度：
1.如果土层比较均匀，坚实土层层面比较平坦，那么桩的实际长度常 与设计桩长比较接近； 2.当场地土层复杂，或者桩端持力层层面起伏不平时，桩的实际长度 常与设计桩长不一致。成孔控制深度应按桩底设计标高和最后贯入度 二方面控制。 ①摩擦型桩，以桩底设计标高为主，以贯入度为辅。 ②端承型桩，钻孔：以桩底设计标高为主，以贯入度为辅。
桩在平面上的布置
①桩在平面内可以布置成方形(成矩形)网格或二角形风格(梅花式) 的形式，也可采用不等距排列。 ②群桩承载力合力点与永久荷载合力作用点重合，并使得基桩受水 平力和力矩较大方向有较大的抗弯模量 ③桩箱基础、剪力墙结构桩筏（含平板和梁板式承台）宜将桩布置 于墙下 ④框架—核心筒结构桩阀基础将桩相对集中布置于核心筒和柱下， 外围框架柱宜采用复合桩基
2.桩基设计等级
设计等级
建筑类型
甲级 乙级
重要的建筑 30层以上或超过100m的的高层建筑 体形复杂，层数相差超过10层的高低层连体建筑 20层以上框架—核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求建筑 场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑物及坡地、岸边建筑 对相邻既有工程影响较大建筑
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s = ψ ⋅ψ e ⋅ s′
五、桩基负摩阻力验算
′ ′ τ ni = K iσ vi tan φi′ = ζ niσ vi
1、摩檫桩基础
γ saf N ≤ R
n
2、端承桩基础
(γ saf N + 1.27Qg ) ≤ 1.6 R
Qu 、 qsui 、 qpu的确定通常采用下列几种方法： 的确定通常采用下列几种方法：
一、静载试验法 二、静力学计算法 三、原位测试法
一、静载试验法
1、试验装置
2、试验成果 极限载荷
O Qu Qu
/
Q
su
A
B
s 图5-3 单桩荷载－沉降曲线 B－缓变型 A-陡降型；
图1： Q-S曲线图 ： 曲线图
• 静力触探法 静力触探法(CPT) • 标准贯入试验法 标准贯入试验法(SPT) • 旁压试验法 旁压试验法(PMT)3.来自 桩基计算一、桩顶作用效应
1、基桩桩顶作用效应计算
轴心荷载作用下的轴心力
F +G Ni = n
偏心荷载作用下的轴心力
F + G M x yi M y xi Ni = + + 2 2 n ∑ yi ∑ xi
σ +γ z ≤ q
/γq
σz =
F + G − 2(a0 + b0 ) ⋅ ∑ qsik li (a0 + 2t ⋅ tan θ )(b0 + 2t ⋅ tan θ )
对于 sa ≻ 6d 的群桩基础
σz =
4( N − u ∑ qsik li )
π (d e + 2t ⋅ tan θ )
2
四、桩基沉降验算
（3）受剪切计算
γ saf V ≤ βf c b0 h0
（4）局部受压计算
《混凝土结构设计规范》 混凝土结构设计规范》 建筑抗震设计规范》 《建筑抗震设计规范》
（2）受冲切计算 • 柱（墙）下
γ saf Fl ≤ αf t um h0
Fl = F − ∑ N i 0.72 α= λ + 0.2
•柱下矩形独立承台受柱冲切 柱下矩形独立承台受柱冲切
γ saf Fl = 2[α 0 x (bc + a0 y )
+ α 0 y (hc + a0 x )] f t h0
40
45
《建筑地基基础设计规范》 建筑地基基础设计规范》
单桩竖向承载力特征值 单桩竖向承载力特征值Rk 竖向承载力特征值 Rk=PU/K K---安全系数 常取2 安全系数, 常取 安全系数
二、静力学计算法
Q = Q +Qu = ∑ iliqsui + A qpu U u su p p
三、原位测试法
荷载(KN)
0 0 100 200 300 400 500 600 700
图2： S-Log(t)曲线 ： 曲线
Log(t) 1 0 10 100 1000 10000
5
4
560KN
10
560KN
8 12 沉 16 降 量 20 毫 24 米 28
15
沉 20 降 量 c 25 m
30
35
32 36 40
桩周第i层土厚长度和相应的桩身 式中 li 、Ui—— 桩周第 层土厚长度和相应的桩身 周长； 周长； 桩底面积； Ap—— 桩底面积； qsui、qpu—— 第i层土的极限侧阻力和持 层土的极限侧阻力和持 力层极限端阻力。 力层极限端阻力。
桩基规范) 单桩竖向承载力设计值 Qd=( Qsk+Qpk )/1.65 (桩基规范 桩基规范 单桩竖向承载力特征值Q 地基规范) 单桩竖向承载力特征值 d=( Qsk+Qpk )/2.0 (地基规范 地基规范
桩顶荷载计算简图
2、地震作用效应
二、基桩竖向承载力验算
1、荷载效应基本组合 轴心 偏心
γ saf N ≤ R γ saf N max ≤ 1.2 R
N ≤ 1.25R
2、地震作用效应组合 轴心 偏心
N max ≤ 1.5R
三、桩基软弱下卧层承载力验算 w z z uk 其中 对于 sa ≤ 6d 的群桩基础
3.4 桩基础设计
一、基本设计资料
1、勘探点间距 2、勘探深度
桩的类型、 二、桩的类型、截面和桩长的选择 三、桩的根数和布置
1、桩的根数
2、桩的间距 3、桩在平面上的布置
F +G n≥ R
四、桩身结构设计 五、承台设计
1、构造要求 2、承台结构承载力计算
（1）受弯计算
M x = ∑ N i yi M y = ∑ N i xi
（1）承台刚度 （2）基土性质 基桩间距（主导因素） （3）基桩间距（主导因素）
• （二）贴地情况的群桩效应 对桩侧阻力的削弱 对桩端阻力的增强 对基土侧移的阻挡作用。 对基土侧移的阻挡作用。
五、按规范确定基桩竖向承载力设计值
R = η s Qsk / γ s + η p Q pk / γ p + η c Qck / γ c
3.桩基础 3.桩基础
3.1 概述 3.2 单桩承载力确定 3.3 桩基计算 3.4 桩基础设计
3.1 概述
桩的分类
按施工方法: 按施工方法:预制桩和灌注桩 按桩的设置效应:大量挤土桩、小量挤土桩和不挤土桩 按桩的设置效应:大量挤土桩、 按桩的受力性能： 按桩的受力性能：端承桩与摩擦桩
群桩效应 一、概念
群桩的承载力 群桩基础 η= n × 单桩承载力 基桩 群桩效应 群桩效应系数 低承台群桩基础的群桩效应
二、端承型群桩基础
三、摩檫型群桩基础
承台底面脱地的情况（非复合桩基） 1、承台底面脱地的情况（非复合桩基） 承台底面贴地的情况（复合桩基） 2、承台底面贴地的情况（复合桩基）
四、影响磨擦型群桩效应的因素 脱地情况： （一）脱地情况：
当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准 值时，按下式计算基桩竖向承载力设计值： 值时，按下式计算基桩竖向承载力设计值：
R = η sp Quk / γ sp + η c Qck / γ c
对端承桩基
R = Qsk / γ s + Q pk / γ p
3.2 单桩承载力确定
Q =Q +Q =∑ iliqsui + A qpu U u su pu p