桩基设计参数的合理确定

第 28 卷第 6 期 2001 年 6 月
建 筑 技 术 开 发
Building Technique Development
Vol. 28 ,No. 6 Jun. 2001
桩基设计参数的合理确定
焦忠华
(珠海市教育建筑规划设计所)
[摘 要 ] 桩基竖向承载力受场地地质条件和桩身材料两个方面条件的控制 ,只有合理地确定有关设计参数 ,使根据场 地地质条件和桩身材料分别确定的桩基竖向承载力相匹配 ,才能使场地地质条件和桩身材料都能得到充分 发挥 ,做到经济合理 。本文分析了桩基设计时 ,合理确定桩基设计参数的有效方法 ,对于场地地质条件与文 中描述相近的设计项目 ,可直接参考文中结果选取桩基设计参数 。
津大学力学系工程力学专业 ,全国一级注册结构工程师 , 全国注册监理工程师 ,现主要从事建筑结构设计及建筑工 程管理工作 。
的承载力标准值 ;
Li —按土层划分的各段桩长 ;
Ap —桩端横截面面积 。
高层建筑广泛采用钻 (冲) 孔灌注桩和人工挖孔
桩等桩基形式 ,以强风化岩 、中风化岩或微风化岩做
1 单桩竖向承载力的确定
111 根据场地地质条件确定单桩竖向承载力
1) 单桩竖向承载力标准值 Rk
根据 广 东 省 标 准《建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范》
DBJ1523291 条 81211 条 ,在竖向荷载作用下 ,单桩竖
向承载力标准值 Rk 可按下式计算 :
∑ Rk = up qsi L i + qp Ap
注桩和人工挖孔桩均为构造配筋 ,根据广东省标准
《建筑地基基础设计规范》DBJ1523291 第 81214 条 ,
当桩身按构造配筋时 ,根据桩身材料确定的单桩竖
向承载力设计值 R 为 : R = 015 f c A = 0. 5 f c ×πd2Π4 = 0. 39 f c d2 (6)
式中 f c —混凝土轴心抗压强度设计值 ; A —桩身横截面面积 ;
(11) R1微 = 0. 86 qp微 D2 = 0. 86 ×8000 D2 = 6880 D2
(12) 式中 R1强 、R1中 、R1微 分别为根据工程地质条件以强 风化岩 、中风化岩 、微风化岩为桩端持力层确定的单 桩竖向承载力设计值 。
212 根据桩身混凝土强度等级计算单桩竖向 承载力
通过对桩基工程实例的调查 ,受现场施工条件 等因素的影响 ,灌注桩桩身混凝土强度等级目前一 般最高取至 C40 ,常用的几种桩身混凝土强度等级 为 C20 、C25 、C35 、C40 。根据《混凝土结构设计规范》 GBJ10289 第 21114 条 ,混凝土轴心抗压强度设计值 f c 按表 1 取值 :
桩身混凝土强度等级为c2545桩身混凝土强度等级为c3059桩身混凝土强度等级为c3571桩身混凝土强度等级为c4081312桩端持力层为中风化岩桩身混凝土强度等级为c20比较1113两式因为r2c20可见当桩端持力层为中风化岩桩身混凝土强度等级取c20力层确定的单桩竖向承载力也大于由桩身混凝土确定的单桩竖向承载力说明桩端持力层为中风化岩时桩身混凝土强度等级取c20偏低为了充分发挥桩端中风化岩层的强度应提高桩身混凝土强度等桩身混凝土强度等级分别为c25c30c35c40分别令r1中r2c25r1中r2c30r1中2c40将1114151617式分别代入以上等式得桩端持力层为中风化岩时桩端直径与桩身直径的合理取值为
pile. Only if the design parameter is determined correctly ,thus make the vertical bearing capacity which determined by geo2 logical condition and by material of the pile respectively match each other ,the advantages of both the geological condition and the material of the pile could be fully developed ,so that we could get the most economical and reasonable way. This ar2 ticle carefully analyzes the effective methods of determining the design parameters of pile foundation. The design parameters of pile foundation concluded in this article could be adopted directly if the geological condition of the field is similar to the situation described in the article. [ Key words] Vertical bearing capacity of pile foundation ; Geological condition ;Material of pile ;Design parameters of pile foundation
R2C20 = 0. 39 f cC20 d2 = 0. 39 ×10 ×103 d2 = 3900 d2 (13)
R2C25 = 0. 39 f cC25 d2 = 0. 39 ×12. 5 ×103 d2 = 4875 d2 (14)
R2C30 = 0. 39 f cC30 d2 = 0. 39 ×15 ×103 d2 = 5850 d2 (15)
(2)
2) 单桩竖向承载力设计值 R
根据 DBJ1523291 第 81211 条 ,单桩竖向承载力
设计值 R 应按以下规定确定 :
对桩数为 3 根及 3 根以下的承台 R = 111 Rk (3)
对桩数为 3 根以上的承台 R = 112 Rk (4)
式中 : R —根据场地地质条件确定的单桩竖向
地地质条件确定的单桩竖向承载力设计值 R 为 :
R = 1. 1 Rk = 1. 1 qp Ap
= 1. 1 qp ×πD2Π4 = 0. 86 qp D2
(5)
式中 D —桩端直径
112 根据桩身材料确定单桩竖向承载力
桩基除根据场地地质条件确定竖向承载力外 ,
尚应对桩身材料进行验算 ,一般情况下 ,钻 (冲) 孔灌
单桩竖向承载力应同时满足场地地质条件和桩身材
料两个方面条件的控制 ,最终确定的单桩竖向承载 力设计值 R 应取上述 R1 和 R2 中的低值 ,即 :
R = min ( R1 , R2 )
(9)
2 工程实例
现以深圳雍景台大厦桩基设计为例分析单桩竖
向承载力的确定 。深圳雍景台大厦位于深圳福田区
景田路与商报路交汇处 ,是由两座塔楼组成的超高 层商住楼 ,总建筑面积 912 万 m2 ,地下两层 ,地上 46 层 ,本工程采用人工挖孔桩 ,以基岩层做为桩端持力 层。
J IAO Zhong2hua
(Zhuhai Education & Construction Design Institute ,China) [ Abstract ] Vertical bearing capacity of pile foundation is restricted by both geological condition of the field and the material of the
(1)
式中 Rk —根据场地地质条件确定的单桩竖向承
载力标准
值 ;
up —桩身周边长度 ;
qsi 、qp —分别为桩周各层土的摩擦力标准值
和桩端土
收稿日期 :2001 - 02 - 22 作者简介 :焦忠华 (1966～) ,男 ,汉族 ,陕西乾县人 ,1988 年毕业于天
混凝土轴心抗压强度设计值 f c
表1
混凝土强
度等级
C20
C25
0
C35
C40
f c (kPa) 10 ×103 12. 5 ×103 15 ×103 17. 5 ×103 19. 5 ×103
将表 1 中的 f c 值代入 (8) 式得桩身混凝土强度 等级分别为 C20 、C25 、C30 、C35 、C40 时 ,单桩竖向承 载力设计值 R2 分别为 :
211 根据工程地质条件确定单桩竖向承载力 根据中国有色金属工业长沙勘察院深圳分院提
供的工程地质报告 ,本工程人工挖孔桩桩端基岩层
承载力标准值 qp 为 : 强风化岩 qp强 = 2700kPa ; 中风化岩 qp中 = 5000kPa ;
微风化岩 qp微 = 8000kPa 。 式中 qp强 、qp中 、qp微 分别为强风化岩 、中风化岩 、微风 化岩作为桩端持力层时的承载力标准值 。
将以上各 qp 值分别代入 (7) 式得桩端持力层分 别为强风化岩 、中风化岩和微风化岩时 ,单桩竖向承 载力设计值 R1 分别为 :
R1强 = 0. 86 qp强 D2 = 0. 86 ×2700 D2 = 2322 D2
(10) R1中 = 0. 86 qp中 D2 = 0. 86 ×5000 D2 = 4300 D2
为桩端持力层 。深圳 、珠海等沿海地区 ,建筑场地地
层上部多为人工填土层和第四系冲洪积层 ,地下水
位较高 ,人工填土层一般呈松散状态 ,第四系冲洪积
层一般含有液化土和淤泥质土 ,因此桩基以基岩做
为桩端持力层时 ,桩基竖向承载力主要由桩端基岩
层提供 ,桩周土层的摩擦阻力一般可以忽略不计 。
此时 , (1) 式简化为 Rk = qp Ap
213 单桩竖向承载力的最终确定 式 (10) 、(11) 、(12) 分别列出了桩端持力层为强 风化岩 、中风化岩和微风化岩时的单桩竖向承载力 设计值 R1 ,式 (13) ～ (17) 分别列出了桩身混凝土强 度等级为 C20 ～ C40 时的单桩竖向承载力设计值 R2 ,由 (9) 式即可最终确定出不同情况下的单桩竖 向承载力设计值 R 。为了使桩端持力层的强度和桩 身混凝土的强度都能得到充分发挥 ,由桩端持力层 和桩身混凝土分别确定的单桩竖向承载力应该相匹 配 ,否则 ,某一方面的承载力得不到充分发挥 ,就会 造成浪费 。可取不同情况下的理想状态 R1 = R2 进 行分析 ,而 R1 、R2 受设计参数 qp 、D 、f c 、d 的影响 , 故在桩基设计中 ,可确定出桩端持力层 、桩身混凝土 强度等级和桩端直径与桩身直径比 DΠd 之间的最 合理关系 ,使地质条件和桩身材料都能得到充分发 挥 ,做到经济合理 。 3 桩基设计参数的合理确定 311 桩端持力层为强风化岩 1) 桩身混凝土强度等级为 C20 令 R1强 = R2C20 将 (10) 、(13) 式代入得 :
R2C35 = 0. 39 f cC35 d2 = 0. 39 ×17. 5 ×103 d2 = 6825 d2 (16)
R2C40 = 0. 39 f cC40 d2 = 0. 39 ×19. 5 ×103 d2 = 7605 d2 (17)
式中 f cC20 、f cC25 、f cC30 、f cC35 、f cC40 —分别为桩身混凝
承载力设计值 。
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一般情况下 ,钻 (冲) 孔灌注桩和人工挖孔桩均 为大直径桩 ,单桩竖向承载力较高 ,桩径可根据上部 荷载要求灵活取值 ,因此 ,一般工程均选择一柱一桩 的单桩承台方案 ,将 (2) 式代入 (3) 式则得出根据场
[ 关键词 ] 桩基竖向承载力 ;场地地质条件 ;桩身材料 ;桩基设计参数 [ 中图分类号 ] TU47311 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 10012523X(2001) 0620008204
DETERMINING DESIGN PARAMETERS OF PIL E FOUNDATION
d —桩身直径 。
113 单桩竖向承载力的最终确定
为了便于区分 ,根据场地地质条件确定的单桩
竖向承载力设计值表示为 R1 ,根据桩身材料确定的
单桩竖向承载力设计值表示为 R2 ,则式 (5) 和式 (6)
可分别表示为 :
R1 = 0. 86 qp D2
(7)
R2 = 0. 39 f c d2
(8)
9
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土强度等级为 C20 、C25 、C30 、C35 、C40 时混凝土轴 心抗压强度设计值 ;
R2C20 、R2C25 、R2C30 、R2C35 、R2C40 —分别为根据桩身 混凝土强度等级 C20 、C25 、C30 、C35 、C40 确定的单 桩竖向承载力设计值 。