基础工程第4章4 桩基础4.7-4.9

βhs—— 受剪切承载力截面高度影响系数， βhs ＝（ 800 ／ h0 ） 1/4 ， 当 h0 小 于 800mm 时 ， h0 取 800mm ， 当 h0 大 于 2000mm 时 ， h0取2000mm；
V hs f t b0 h0
1.75 1.0
β——剪切系数；
β
0x、β 0y——冲切系数；
λ 0x、λ 0y——冲跨比，λ 0x＝a0x／h0、λ 0y＝a0y／h0，a0x、 a0y为柱边或变阶处至桩边的水平距离；当a0x（a0y）<0.2 h0时， a0x（a0y）＝ 0.2 h0；当a0x（a0y）>h0时，a0x（a0y）＝h0；
Ｆ——柱根部轴力设计值；
N l 12 2c2 a12 tan
12
0.56 12 0.2
2
2
hp f t h0
式中 λ11、λ12——角桩冲跨比，λ11＝a11／h0、
λ12＝a12／h0；
a11 、 a12—— 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；当 柱 位 于 该 45° 线 以 内 时 ， 则 取 柱 边 与 桩 内 边 缘 连 线为冲切锥体的锥线。 对圆柱和圆桩，计算时可将圆 形截面按等周长原则换算成正方形 截面，即取方形截面边长b=0.8d（d
4.9 桩基础设计的一般步骤
4.9.1 必要的资料准备
桩基设计前必须具备的资料主要有：建筑物类型及其 规模、岩土工程勘察报告、施工机具和技术条件、环境条 件、检测条件及当地桩基工程经验等，其中，岩土工程勘 察资料是桩基设计的主要依据。
4.9.2 选定桩型，确定单桩竖向及水平承载力
1.桩的类型、截面和桩长的选择
2. 桩的间距
桩的间距(中心距)一般采用3～4倍桩径。间距太大会
增加承台的体积和用料，太小则将使桩基(摩擦型桩)的沉降
量增加，且给施工造成困难。 《建筑地基基础设计规范》规定：摩擦型桩的间距不 宜小于桩径的3倍；扩底灌注桩的间距不宜小于扩底直径
的1.5倍，当扩底直径大于2m时，桩端净距不宜小于1m。
为圆形截面直径）。
3. 承台受剪切计算 柱下桩基独立承台应分别 对柱边和桩边、变截面和桩边 联线形成的斜截面进行受剪计 算。当柱边外有多排桩形成多 个剪切斜截面时，尚应对每个 斜截面进行验算。
V hs f t b0 h0
1.75 1.0
式 中 V—— 扣 除 承 台 及 其 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；
为了使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与
竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。 在有门洞的墙下布桩时，应将桩设置在门洞的两侧。梁式 或板式承台下的群桩，布桩时应多布设在柱、墙下，减少
梁和板跨中的桩数，以使梁、板中的弯矩尽量减小。
为了节省承台用料和减少承台施工的工作量，在可能情况下， 墙下应尽量采用单排桩基，柱下的桩数也应尽量减少。一般 地说，桩数较少而桩长较大的摩擦型桩基，无论在承台的设 计和施工方面，还是在提高群桩的承载力以及减小桩基沉降 量方面，都比桩数多而桩长小的桩基优越。
a
1
s
s
s
c
s
η
(a)
(b)
α s (c)
s来自百度文库
s
α s (d) (e)
图4-32
三桩三角形承台
(a)、(b)、(c)承台破坏模式；(d)、(e)承台弯矩计算示意
a
c2
c1
a
c1
2
1)等边三桩承台 由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值M按下 式计算：
N max M 3
3 s c 4
从楼层数和荷载大小来看（如为工业厂房可将荷载折算
为相应的楼层数），建筑桩基可考虑采用的桩的截面尺寸：
a）10层以下：直径500mm左右的灌注桩、边长为400mm的预制桩； b）10～20层：直径800～1000mm的灌注桩、边长450～500mm的预制 桩； c）20～30层：直径1000～1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩、边长等 于或大于500mm d）30～40层：直径大于1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩、边长 500～ 550 mm的预应力混凝土管桩和大直径钢管桩； e）楼层更多的高层建筑所采用的挖孔灌注桩直径可达5m左右。
向内弯至柱边并加构造环向钢筋连接，并应采取其它有效
的构造措施。
4.8.2 柱下桩基独立承台
Y
1. 受弯计算
a
(1)柱下多桩
h0
c
Ni xi
Y
X X X
矩形承台
a
s
Ni yi
Y
Mx＝∑Niyi
My＝∑Nixi
(a)
(b)
图4-31
矩形承台
(a)四桩承台破坏模式；(b)承台弯矩计算示意
式中 Mx、My——分别为垂直于y轴和x轴方向计算截面处的弯矩设计值；
承台的配筋，对于矩形承台，钢筋应按双向均匀通长布置， 钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm；对于三
桩承台，钢筋应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢
筋围成的三角形应在柱截面范围内。
桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm。混凝土桩的桩顶 主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于钢筋直径 （HPB235级钢筋）的30倍和钢筋直径（HRB335级钢筋
∑Ni——冲切破坏锥体范围内各
桩的净反力设计值之和。
(2)角桩对承台的冲切
1)矩形承台受角桩冲切
a1 y a1x N l 1x c c 1y 1 2 2 2
hp f t h0
1x
0.56 1x 0.2
于2倍桩径；砂类土不宜小于1.5倍桩径；碎石类土不宜小于
1倍桩径）。 对薄持力层、且其下存在软弱下卧层时，桩端以下坚实
土层的厚度不宜小于4倍桩径。
当硬持力层较厚且施工条件许可时，为充分发挥桩的 承载力，桩端全断面进入持力层的深度宜尽可能达到该土 层桩端阻力的临界深度（砂与碎石类土为3～10倍桩径；粉 土、粘性土为2～6倍桩径）
Fl 2 0 x bc a0 y 0 y hc a0 x hp f t h0
Fl F Ni
0x
0.84 0 x 0.2
0.84 0 y 0.2
0y
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，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连线构成的锥体， 锥体与承台底面的夹角不小于45°； β hp——受冲切承载力截面高度影响系 数，当h不大于800mm时，β hp取1.0， 当h大于等于2000mm时，β hp取0.9，其 间按线性内插法取用； ft——承台混凝土轴心抗拉强度 设计值； h0——冲切破坏锥体的有效高 度；
a1x、a1y——从承台底角桩内边 缘引45°冲切线与承台顶面或承 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。
2)三桩三角形承台受角桩冲切 底部角桩
N l 112c1 a11 tan
11
顶部角桩
0.56 11 0.2
1
2
hp f t h0
式中 Nmax——扣除承台和其上填土自重 后的三桩中相应于荷载效应基本组 合时的最大单桩竖向力设计值； s——桩距； c——方柱边长，圆柱时c＝0.866d （d为圆柱直径）。
2)等腰三桩承台
承台弯矩按下式计算：
M1 N max 3 s 0.75 4 2 c1
和HRB400级钢筋）的35倍。
承台之间的连接，对于单桩承台，宜在两个互相垂直的方 向上设置联系梁；对于两桩承台，宜在其短向设置联系梁； 有抗震要求的柱下独立承台，宜在两个主轴方向设置联系 梁。联系梁顶面宜与承台位于同一标高。
当柱截面周边位于桩的钢筋笼以内，柱下端已设置两个方
向与柱可靠连结的具有足够抗弯刚度的联系梁，以及在桩 顶以下4/α范围内无软弱土层存在时，可采用单桩支承单柱 的桩基型式，此时，柱下端与桩连接处可不设置承台。但 宜在桩顶设置钢筋网，或在桩顶将桩的纵向受力钢筋水平
M2
N max 3
s
0.75 4 2
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；
s——长向桩距； α——短向桩距与长向桩距之比，当α小于0.5 时，应按变截面的二桩承台设计；
2.承台受冲切计算
(1)柱对承台的冲切
对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距宜适当 加大。 参见表4-9、表4-10。
4.8 桩承台的设计
承台类型：柱下独立承台（板式承台）、柱下或墙下条形 承台（梁式承台）、筏形承台、箱形承台等
4.8.1 构造要求
≥d 承台的最小宽度不应小于500mm， 边桩中心至承台边缘的距离不宜小于 ≥150
1 y
0.56 1 y 0.2
式中Nl——扣除承台和其上填土自重后角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时 的竖向力设计值； β1x、β1y——角桩冲切系数；
λ1x、λ1y——角桩冲跨比，其值满足0.2～1.0，λ1x＝a1x／h0、
λ1y＝a1y／h0； c1、c2——从角桩内边缘至承台外边缘的距离；
对于穿越软弱土层而支承在倾斜岩层面上的桩，当风 化岩层厚度小于2倍桩径时，桩端应进入新鲜或微风化基岩。 端承桩嵌入微风化或中等风化岩体的最小深度，不宜小于 0.5m，以确保桩端与岩体接触。 同一基础的邻桩桩底高差，对于非嵌岩桩，不宜超过 相邻桩的中心距，对于摩擦型桩，在相同土层中不宜超过 桩长的1／10。
1）桩的类别（预制桩或灌注桩）
桩类选择应考虑的主要因素是：场地的地层条件、各类 型桩的成桩工艺和适用范围。
下列地质条件不宜选用预制桩：
Ⅰ） 预制桩的穿透能力有限，当土中存在大孤石、废金 属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩将难以穿 越； Ⅱ）当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度 较难掌握。
4.7 桩的平面布置原则
1.平面布置形式
s
p.160
s
s
0.87s
s
s
s
s
s (a)
s
s
s s s
s
w
s
s
s s (b) s
> 3d
对称式 梅花式 行列式
>a
>a
w
环状排列， 不等距排列，
>3
d
>3
d
(c)
外密内疏等
图4-29
桩的常用布置形式
(a)柱下桩基；(b)墙下桩基；(c)圆（环）形桩基
s s
软土地区的桩基，应考虑桩周土自重固结、蠕变、大
面积堆载及施工中挤土对桩基的影响，在层厚较大的高灵 敏度流塑粘性土中（如我国东南沿海的淤泥和淤泥质土）， 不宜采用大片密集有挤土效应的桩基，宜采用承载力高而 桩数较少的桩基。 同一结构单元宜避免采用不同类型的桩。 为什么？
2）桩的截面尺寸和长度 ① 桩的截面尺寸选择应考虑的主要因素是:成桩工艺和结 构的荷载情况。
3)桩的设计长度
主要取决于桩端持力层的选择。通常，坚实土（岩）层 （可用触探试验或其它指标来鉴别）最适宜作为桩端持力 层。对于10层以下的房屋，如在桩端可达的深度内无坚实 土层时，也可选择中等强度的土层作为桩端持力层。 桩端进入坚实土层的深度，应根据地质条件、荷载及施工工 艺确定，一般不宜小于1～3倍桩径（对粘性土、粉土不宜小
λ——计算截面的剪跨比，λx＝ax/ h0，λy＝ay/ h0。此处，ax、ay 为柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距 离， 当λ<0.3时， 取λ＝0.3；当λ>3时，取λ＝3； b0——承台计算截面处的计算宽度；
h0——计算宽度处的承台有效高度。
4.承台局部受压计算
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， 尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。
桩的直径或边长，且桩的外边缘至承
台边缘的距离不小于150mm。对于墙 下条形承台，桩的外边缘至承台边缘
的距离不小于75mm。
≥500
条形承台和柱下独立桩基承台的最小厚度为300mm。 承台混凝土强度等级不应低于C20，承台底面钢筋的混凝 土保护层厚度不应小于70mm，当有混凝土垫层时，不应
小于40mm。
xi、yi——垂直于y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；
Ni—— 扣除承台和其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时的第 i桩竖 向力设计值。
G Ni 1.35 Qik k n
h0
其他理论：
确保锚固长度
拉杆
(2)柱下三桩三角形承台
柱下三桩承台分等边和等腰两种形式，其受弯破坏模式 有所不同，后者呈明显的梁式破坏特征。