基礎(chǔ)工程-第4章+樁基礎(chǔ)-2015.12.10課件

4.7樁基礎(chǔ)設(shè)計本節(jié)重點：樁基礎(chǔ)設(shè)計的一般步驟。本節(jié)難點：承臺設(shè)計。4.7樁基礎(chǔ)設(shè)計樁基礎(chǔ)的設(shè)計應(yīng)力求選型恰當、經(jīng)濟合理、安全適用，對樁和承臺有足夠的強度、剛度和耐久性；對地基有足夠的承載力和不產(chǎn)生過量的變形，其設(shè)計內(nèi)容和步驟如下：①進行調(diào)查研究、場地勘察，收集有關(guān)資料；②綜合勘察報告、荷載情況、使用要求、上部結(jié)構(gòu)條件等確定樁基持力層；③選擇樁材，確定樁的類型、外形尺寸和構(gòu)造；④確定單樁承載力特征值；⑤根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載情況，初步擬定樁的數(shù)量和平面布置；⑥根據(jù)樁的平面布置，初步擬定承臺的輪廓尺寸及承臺底標高；⑦驗算作用于單樁上的豎向和橫向荷載；⑧驗算承臺尺寸及結(jié)構(gòu)強度；⑨必要時驗算樁基的整體承載力和沉降量，當樁端下有軟弱下臥層時，驗算軟弱下臥層的地基承載力；⑩單樁設(shè)計，繪制樁和承臺的結(jié)構(gòu)及施工詳圖。一、收集設(shè)計資料

在設(shè)計之前，首先應(yīng)通過調(diào)查研究，充分掌握一些基本的設(shè)計資料，其中包括上部結(jié)構(gòu)的情況(如平面布置、結(jié)構(gòu)型式、荷較大小以及構(gòu)造和使用上的要求)、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘察資料、基礎(chǔ)材料的來源及施工條件(如樁的制作、運輸、沉樁設(shè)備)等。并了解當?shù)厥褂脴兜慕?jīng)驗，以供設(shè)計參考。二、初步選擇樁的類型、樁長及樁的截面尺寸等

樁基設(shè)計時，首先應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類型、荷載情況、地層條件、施工能力及環(huán)境限制（噪音、振動）等因素，選擇預(yù)制樁或灌注樁的類別，確定樁的受力工作類型。1.樁的類型

2.樁的截面尺寸

樁的橫截面面積根據(jù)樁頂荷載大小與當?shù)厥┕C具及建筑經(jīng)驗確定。如為鋼筋砼預(yù)制樁：中小工程常用250×250mm或300×300mm，大工程常用350×350mm或400×400mm。人工挖孔樁直徑則在800mm以上。3.樁長

根據(jù)土層的豎向分布特征，盡可能選定硬土層作為樁端持力層和下臥層，從而可初步確定樁長，這是樁基礎(chǔ)要具備較好的承載變形特性所要求的。強度較高、壓縮性較低的粘性土、粉土、中密或密實砂土、礫石土以及中風化或微風化的巖層，是常用的樁端持力層，如果飽和軟粘土地基深厚，硬土層埋深過深，也可采用超長摩擦樁方案。

樁端全斷面進入持力層的深度，對于粘土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石類土不宜小于1d。當存在軟弱下臥層時，樁基以下硬持力層厚度不宜小于3d。三、確定單樁承載力

四、確定樁的數(shù)量及其平面布置1.確定樁數(shù)n荷載效應(yīng)標準組合下作用在承臺頂面的豎向力承臺及其上方填土的重力

選擇最優(yōu)的樁距就是合理布樁，這是使樁基設(shè)計做到經(jīng)濟和有效的重要一環(huán)。

一般常用樁距為：s=3～4d

樁距太大會增加承臺的面積，使其體積和用料加大而

不經(jīng)濟；樁距太小則會使摩擦樁基承載力降低，沉降加大，

且給施工造成困難。

樁的邊距s1（樁的中心至承臺邊的距離）一般不小于樁的直徑，亦不得小于300mm。2.確定樁距s在確定樁數(shù)、樁距和邊距后，根據(jù)布樁的原則，選用合理的排列方式，尺寸。（1）布置原則:

①力求使樁基中各樁受力比較均勻:作用在板式承臺上荷載的合力作用點，應(yīng)與群樁橫截面的重心相重合或接近；②樁基在承受水平和彎矩較大方向有較大的抵抗矩，以增強樁基的抗彎能力。3.樁的平面布置橫墻下“探頭樁”的布置外密內(nèi)疏（樁承臺外圍布樁間距較小、而內(nèi)部布樁間距較大）布置探頭樁

荷載效應(yīng)標準組合下作用于承臺頂面的豎向力；承臺及其上土的自重標準值，地下水位以下部分應(yīng)扣除水的浮力；荷載效應(yīng)標準組合下作用于承臺底面通過樁群形心的x，y軸的力矩；荷載效應(yīng)標準組合軸心和偏心豎向力作用下第i根基樁或復(fù)合基樁的平均豎向力、豎向力；荷載效應(yīng)標準組合下作用于承臺底面的水平力；荷載效應(yīng)標準組合下作用于第i根基樁或復(fù)合基樁的水平力；樁基中的基樁總數(shù)；第i，j基樁或復(fù)合基樁至y，x軸的距離。對于主要承受豎向荷載的抗震設(shè)防區(qū)低承臺樁基，當同時滿足下列條件時，計算樁頂作用效應(yīng)時可不考慮地震作用:1.按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定可不進行樁基抗震承載力計算的建筑物；2.不位于斜坡地帶和地震可能導(dǎo)致滑移，地裂地段的建筑物；3.樁端及樁身周圍無可液化土層；4.承臺周圍無可液化土，淤泥，淤泥質(zhì)土。對位于8度和8度以上抗震設(shè)防區(qū)的高大建筑物低承臺樁基，在計算各基樁的作用效應(yīng)和樁身內(nèi)力時，可考慮承臺（包括地下墻體）與基樁的共同工作和土的彈性抗力作用。2.樁基豎向承載力驗算（1）軸心豎向力作用下:荷載效應(yīng)標準組合:（2）偏心豎向力作用下:（3）水平力作用下:基樁水平承載力特征值基樁或復(fù)合基樁豎向承載力特征值2.樁基豎向承載力驗算（1）軸心豎向力作用下:地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)標準組合:（2）偏心豎向力作用下:地震震害調(diào)查表明，不論樁周土類別如何，基樁豎向承載力均可提高25%，因此：地震作用效應(yīng)與荷載效應(yīng)標準組合基樁或復(fù)合基樁的平均豎向力；地震作用效應(yīng)與荷載效應(yīng)標準組合下，基樁或復(fù)合基樁的最大豎向力?；鶚痘驈?fù)合基樁豎向承載力特征值3.樁基軟弱下臥層承載力驗算

對樁距不超過6d的群樁基礎(chǔ)，當樁端持力層以下受力層范圍內(nèi)存在承載力低于樁端持力層1/3的軟弱下臥層時，應(yīng)進行下臥層的承載力驗算。六、樁身截面強度計算及構(gòu)造

樁身結(jié)構(gòu)強度驗算需考慮整個施工階段和使用階段期間的各種最不利受力狀態(tài)。在許多場合下，對于預(yù)制混凝土樁，在吊運和沉樁過程中所產(chǎn)生的內(nèi)力往往在樁身結(jié)構(gòu)計算中起到控制作用；而灌注樁在施工結(jié)束后才成樁，樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計由使用荷載確定。1.樁身承載力驗算預(yù)制樁構(gòu)造：（1）最小截面尺寸：非預(yù)應(yīng)力樁不小于200mm；預(yù)應(yīng)力樁不小于350mm。（2）混凝土強度等級與保護層厚度：非預(yù)應(yīng)力樁不小于C30，預(yù)應(yīng)力樁不小于C40，保護層不小于30mm。（3）打入、靜壓的最小配筋率、箍筋與網(wǎng)片設(shè)置：錘擊沉樁不小于0.8％，靜壓沉樁不小于0.6％；樁頂4～5d箍筋加密，并設(shè)網(wǎng)片。（4）分節(jié)長度根據(jù)施工、運輸條件確定：接頭不多于3個。下圖為方形截面的混凝土預(yù)制樁的構(gòu)造示意圖。

計算樁基結(jié)構(gòu)承載力時，采用荷載效應(yīng)基本組合。七、樁基承臺設(shè)計樁基承臺的設(shè)計包括確定承臺的材料、底面標高、平面形狀及尺寸、剖面形狀及尺寸,以及進行受彎、受剪、受沖切和局部受壓承載力計算，并應(yīng)符合構(gòu)造要求。

樁基承臺可分為柱下獨立承臺，柱下或墻下條形承臺梁，以及筏板承臺和箱型承臺等。其作用是將樁聯(lián)結(jié)成一個整體，并把建筑物的荷載傳到樁上，因而承臺應(yīng)有足夠的強度和剛度。

承臺的平面尺寸一般由上部結(jié)構(gòu)、樁數(shù)及布樁形式?jīng)Q定，通常墻下樁基做成條形承臺梁；柱下樁基宜采用板式承臺（矩形或三角形），其剖面形狀可做成錐形、臺階形或平板形。外形尺寸及構(gòu)造要求1.承臺的計算

樁基承臺的受力十分復(fù)雜，作為上部結(jié)構(gòu)墻、柱和下部樁群之間的力的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，承臺可能因承受彎矩作用而破壞，亦可能因承受沖切或剪切作用而破壞。因此，承臺計算包括受彎計算、受沖剪計算和受剪計算三種驗算。當承臺的混凝土強度等級低于柱子的強度等級時，還要驗算承臺的局部受壓承載力。

根據(jù)受彎計算的結(jié)果進行承臺的鋼筋配置；根據(jù)受沖切和受剪計算確定承臺的厚度。

模型試驗研究表明，柱下獨立樁基承臺（四樁及三樁承臺）在配筋不足的情況下將產(chǎn)生彎曲破壞，其破壞特征呈梁式破壞。破壞時屈服線如圖所示，最大彎矩產(chǎn)生于屈服線處。2.承臺的內(nèi)力計算①柱下多樁矩形承臺：彎矩的計算截面應(yīng)取在柱邊和承臺高度變化處（杯口外側(cè)或臺階邊緣），并按下式計算：——扣除承臺和承臺上土自重設(shè)計值后i樁豎向凈反力設(shè)計值；當不考慮承臺效應(yīng)時，則為i樁豎向總反力設(shè)計值。②柱下三樁三角形承臺：計算截面應(yīng)取在柱邊，并按下式計算：當計算彎矩截面不與主筋方向正交時，須對主筋方向角進行換算。③柱下或墻下條形承臺梁正截面彎矩設(shè)計值一般可按彈性地基梁進行分析，地基的計算模型應(yīng)根據(jù)地基土層的特性選取。3.承臺厚度及強度計算

當樁基承臺的有效高度不足時，承臺將產(chǎn)生沖切破壞。承臺沖切破壞的方式，一是沿柱（墻）邊的沖切，一是單一基樁對承臺的沖切。柱邊沖切破壞錐體斜面與承臺底面的夾角大于或等于45°，該斜面的上周邊位于柱與承臺交接處或承臺變階處，下周邊位于相應(yīng)的樁頂內(nèi)邊緣處。

承臺的受沖切承載力與該沖切錐角有關(guān)，可采用沖跨比λ來表達。①柱（墻）下樁基承臺受沖切承載力可按下列公式計算：β0–沖切系數(shù)F-作用于柱（墻）底的豎向荷載設(shè)計值對于圓柱及圓樁，計算時應(yīng)將截面換算成方柱或方樁，取換算柱或樁截面邊寬bp=0.8d②受剪切計算樁基承臺的剪切破壞面為一通過柱（墻）邊與柱邊連線所形成的斜截面。其受剪承載力按下式計算：式中V-斜截面的最大剪力設(shè)計值；b0，h0-承臺計算截面處的計算寬度和高度；βhs-受剪切承載力截面高度影響系數(shù)；α-剪切系數(shù)；ft-混凝土軸向抗拉強度設(shè)計值。③局部受壓計算對于柱下樁基承臺，當混凝土強度等級低于柱的強度等級時，應(yīng)按現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（50010-2002）驗算承臺的局部受壓承載力。④受彎計算可根據(jù)承臺內(nèi)力驗算正截面受彎承載力，計算方法同一般梁板。承臺底部兩個方向配筋近似按下式計算：承臺構(gòu)造承臺尺寸樁的中心距一般不小于3倍樁徑或邊長。擴底灌注樁不小于15倍擴底直徑。承臺最小寬度不應(yīng)小于2倍樁的直徑或邊長≥

500mm。承臺邊緣至邊樁的中心距不小于樁的直徑或邊長，邊緣挑出部分≥150mm。承臺厚度應(yīng)≥300mm鋼筋受力筋應(yīng)通長配置。矩形承臺宜按雙向均勻布置。不宜少于10@200；承臺梁的受力筋不宜小于12mm，架立筋不應(yīng)小于10mm，箍筋不應(yīng)小于6mm，鋼筋保護層厚度不小于≥70mm，當有混