樁基課程設(shè)計(jì)

1基礎(chǔ)工程A課程設(shè)計(jì)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

土木工程系巖土教研室2010年6月11日天津城市建設(shè)學(xué)院2主要內(nèi)容：樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟確定樁長(zhǎng)計(jì)算單樁承載力特征值Ra樁基承載力驗(yàn)算樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)樁平面布置原則樁基承臺(tái)設(shè)計(jì)繪制施工圖，提出施工說(shuō)明3樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟No結(jié)構(gòu)、地質(zhì)和環(huán)境資料樁型、樁長(zhǎng)、斷面樁數(shù)和布置驗(yàn)算單樁承載力樁基沉降驗(yàn)算承臺(tái)與樁身設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)束單樁承載力特征值RaNo荷載、持力層、相鄰建筑根據(jù)施工條件決定樁型根據(jù)持力層深度確定樁長(zhǎng)根據(jù)荷載大小決定樁截面樁端進(jìn)入持力層深度：1～3d，進(jìn)入較好巖體0.5m。樁端下持力層厚度>4d。根據(jù)第二節(jié)的方法確定單樁承載力特征值1單樁的靜載荷試驗(yàn)2其他現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)3原位測(cè)試4經(jīng)驗(yàn)方法初估樁數(shù)nFk

豎向荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合Gk

設(shè)計(jì)地面下承臺(tái)底面以上結(jié)構(gòu)和土的自重，容重用19.6kN/m3樁距摩擦樁一般>3d擴(kuò)底灌注樁>擴(kuò)底直徑的1.5倍群樁承載力合力作用點(diǎn)與長(zhǎng)期荷載的重心重合承載力驗(yàn)算采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合沉降驗(yàn)算采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合承臺(tái)和樁身強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合承臺(tái)尺寸、厚度承臺(tái)的抗沖切、抗彎、抗剪驗(yàn)算鋼筋混凝土樁的配筋等設(shè)計(jì)4一、確定樁長(zhǎng)：1）樁的長(zhǎng)度主要取決于樁端持力層的選擇。樁端最好選擇在進(jìn)入堅(jiān)硬土層或巖層，采用嵌巖樁或端承樁；當(dāng)堅(jiān)硬土層埋藏很深時(shí)，宜采用摩擦樁基，樁端應(yīng)盡量達(dá)到低壓縮性、中等強(qiáng)度的土層上。2）樁端進(jìn)入持力層的深度（1~3d）：

粘性土、粉土≥2d砂類土≥1.5d

碎石類土≥1d

當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí),樁端以下硬持力層厚度≥4d,

嵌巖樁進(jìn)入微風(fēng)化或中等風(fēng)化的巖體的最小深度≥0.5m.53)當(dāng)硬持力層較厚且施工條件允許時(shí)，樁端進(jìn)入持力層的深度盡可能達(dá)到樁端阻力的臨界深度，以提高樁端阻力。臨界深度:

砂、碎石類土臨界深度=（3～10）d（d為樁徑）粘性土、粉土臨界深度=（2～6）d4)嵌巖灌注樁樁端以下三倍樁徑范圍內(nèi)應(yīng)無(wú)軟弱夾層、斷裂破碎帶和洞穴分布；并應(yīng)在樁底應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)無(wú)巖體臨空面。6二、計(jì)算單樁承載力特征值Ra按《建筑建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范》：按《建筑建筑樁基技術(shù)規(guī)范》：78三、樁基承載力驗(yàn)算1.確定樁的根數(shù)（1）中心荷載作用（軸心受壓）：式中：Fk----相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用在樁基承臺(tái)頂面的豎向力；

Gk----樁基承臺(tái)及其上填土的自重標(biāo)準(zhǔn)值。xFK+GK承臺(tái)底面9（2）偏心荷載作用（偏心受壓），如果群樁重心與荷載合力點(diǎn)重合，樁數(shù)按上式計(jì)算，否則，按上式計(jì)算適當(dāng)增加（10%～20%）。yMxKxFK+GKMyKHK承臺(tái)底面xixmaxyiymax102.樁基承載力驗(yàn)算（1）樁頂作用效應(yīng)計(jì)算中心荷載作用（軸心受壓）：式中：Fk----相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，作用在樁基承臺(tái)頂面的豎向力；Gk----樁基承臺(tái)及其上填土的自重標(biāo)準(zhǔn)值。xFK+GK承臺(tái)底面11xyxixmaxymaxyiyMxKxFK+GKMyKHK承臺(tái)底面xixmaxyiymax偏心豎向力作用下：***樁頂作用效應(yīng)均按荷載作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算。12（2）單樁承載力驗(yàn)算***中心荷載作用（軸心受壓）樁基：偏心荷載作用（偏心受壓）樁基：水平力作用下：13(3)考慮地震作用效應(yīng)的樁基單樁承載力驗(yàn)算中心荷載作用（軸心受壓）樁基：偏心荷載作用（偏心受壓）樁基：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%。14

對(duì)于主要承受豎向荷載的抗震設(shè)防區(qū)低承臺(tái)樁基，當(dāng)同時(shí)滿足下列條件時(shí)，計(jì)算樁頂作用效應(yīng)時(shí)可不考慮地震作用：

（1）按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定可不進(jìn)行天然地基和基礎(chǔ)抗震承載力計(jì)算的建筑物(P368)；（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(wú)可液化土層；（4）承臺(tái)周圍無(wú)可液化土、淤泥、淤泥質(zhì)土。對(duì)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(tái)樁基，在計(jì)算各基樁的作用效應(yīng)和樁身內(nèi)力時(shí)，可考慮承臺(tái)（包括地下墻體）與基樁的共同工作和土的彈性抗力作用。15四、樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.樁身混凝土強(qiáng)度應(yīng)滿足樁的承載力要求：fc—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;Q—相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的單樁豎向力設(shè)計(jì)值;Ap—樁身的橫截面面積;ψc—樁工作條件系數(shù)，預(yù)制樁取0.85,灌注樁取

0.6～0.9(水下灌注樁或長(zhǎng)樁時(shí)用低值)。162.樁混凝土等級(jí)、配筋要求（1）樁混凝土等級(jí)預(yù)制樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30；灌注樁不應(yīng)低于C20；預(yù)應(yīng)力混凝土樁不應(yīng)低于C40。17（2）樁配筋要求——樁的主筋應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定。

預(yù)制樁鋼筋：主筋（縱向）應(yīng)按計(jì)算確定并根據(jù)斷面的大小及形狀選用4～8根直徑為14～25㎜的鋼筋。最小配筋率：打入式預(yù)制樁：ρmin≥0.8%，一般可為1%左右。靜壓法沉樁的預(yù)制樁：ρmin≥0.6%；主筋混凝土保護(hù)層應(yīng)≥30㎜。18

箍筋直徑：6～8㎜，間距≤200㎜，在樁尖和樁頂處應(yīng)適當(dāng)加密（如圖所示）；用打入法沉樁時(shí)，樁頂2~3d范圍箍筋應(yīng)加密。直接受到錘擊的樁頂應(yīng)設(shè)置三層φ6@40～70㎜的鋼筋網(wǎng)，間距50㎜。樁尖所有主筋應(yīng)焊接在一根圓鋼上，或在樁尖處用鋼板加強(qiáng)。19預(yù)制樁施工階段驗(yàn)算：預(yù)制樁的彎矩一般與樁的起吊、運(yùn)輸、錘擊過(guò)程中的各種強(qiáng)度驗(yàn)算有關(guān)。樁長(zhǎng)在20m以下者，起吊時(shí)采用雙點(diǎn)起吊；在打樁架龍門(mén)吊立時(shí)，采用單點(diǎn)吊。吊點(diǎn)位置應(yīng)按吊點(diǎn)間的正彎矩和吊點(diǎn)處的負(fù)彎矩相等的條件確定。如圖所示，式中的q為樁單位長(zhǎng)度的重力。K=1.3。

預(yù)制樁的吊點(diǎn)位置和彎矩圖（a）雙點(diǎn)起吊；（b）單點(diǎn)起吊0.207L0.207LLM1M2M1=M2=0.0214kqL2（a）0.293LLM1M2M1=M2=0.0429kqL2（b）捶擊振動(dòng)驗(yàn)算：詳見(jiàn)樁基規(guī)范。20主筋為6～10根φ12～14，灌注樁鋼筋：ρmin≥0.2%~0.65%，小直徑樁取大值。箍筋直徑：6~8㎜，間距：200~300㎜，宜采用螺旋式箍筋，受水平荷載較大的樁基，樁頂3~5d范圍箍筋適當(dāng)加密。當(dāng)鋼筋籠長(zhǎng)度超過(guò)4m，應(yīng)每隔2m左右設(shè)一道φ12~18焊接加勁箍筋。主筋混凝土保護(hù)層應(yīng)≥35㎜，水下灌注混凝土≥50㎜

。21配筋長(zhǎng)度要求：1）受水平荷載和彎矩較大的樁，配筋長(zhǎng)度應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定．2）樁基承臺(tái)下存在淤泥、淤泥質(zhì)土或液化土層時(shí)．配筋長(zhǎng)度應(yīng)穿過(guò)淤泥、淤泥質(zhì)土或液化土層。3）坡地岸邊的樁、8度及8度以上地震區(qū)的樁、抗拔樁、嵌巖端承樁應(yīng)通長(zhǎng)配筋；4）樁徑大于600mm的鉆孔灌注樁，構(gòu)造鋼筋的長(zhǎng)度不宜小于樁長(zhǎng)的2/3。22

2樁基中各樁受力應(yīng)比較均勻，布樁時(shí)應(yīng)盡可能使上部荷載的中心與群樁的橫截面形心重合或接近；

1當(dāng)承臺(tái)承受偏心作用時(shí)，應(yīng)增加樁基橫截面的慣性矩，對(duì)群樁基礎(chǔ)，宜采用外密內(nèi)疏的布置方式；五、樁的平面布置原則233.樁的中心距樁的間距過(guò)大，承臺(tái)體積增加，造價(jià)增加，有時(shí)基礎(chǔ)間的空間不允許；樁的間距過(guò)小，樁的承載能力不能充分發(fā)揮，且給施工帶來(lái)較大困難。一般情況下：

土類與成樁工藝排數(shù)不少于3排且樁數(shù)不少于9根的摩擦型樁基其他情況非擠土和部分?jǐn)D土灌注樁3.0d2.5d擠土灌注樁穿越非飽和土3.5d3.0d穿越飽和軟土4.0d3.5d擠土預(yù)制樁3.0d3.0d打入式敞口管樁和H型鋼柱3.5d3.0d樁的最小中心距表4-924252627六、樁基承臺(tái)設(shè)計(jì)

柱下獨(dú)立承臺(tái)將樁聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，并把建筑物的荷載傳到樁上，因而承臺(tái)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度。樁基承臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容：構(gòu)造；計(jì)算：受彎、受沖切、受剪、局壓承載力286.1樁基承臺(tái)構(gòu)造要求(P161)承臺(tái)的平面尺寸和厚度：寬度≥500㎜。承臺(tái)邊緣至邊樁中心距離不應(yīng)小于樁的直徑或邊長(zhǎng)，且邊緣挑出部分應(yīng)≥150㎜。柱下獨(dú)立樁基承臺(tái)：厚度≥300㎜。2.混凝土：≥C20。3.鋼筋保護(hù)層厚度：承臺(tái)底鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度宜≥70㎜。當(dāng)有混凝土墊層時(shí)不應(yīng)小于40㎜。294.鋼筋配置：承臺(tái)的配筋按計(jì)算確定，對(duì)于矩形承臺(tái)板，宜雙向均勻配置，鋼筋直徑宜≥φ10，間距應(yīng)滿足100～200㎜；對(duì)于三樁承臺(tái)，應(yīng)按三向板帶均勻配置，最里面3根鋼筋相交圍成的三角形，應(yīng)位于柱截面范圍以內(nèi)[見(jiàn)圖]。承臺(tái)梁的縱向主筋應(yīng)≥φ12，架立筋≥φ10，箍筋直徑≥φ6。305.樁頂與承臺(tái)的連接構(gòu)造樁頂嵌入長(zhǎng)度：為保證群樁與承臺(tái)之間連接的整體性，樁頂應(yīng)嵌入承臺(tái)一定長(zhǎng)度，對(duì)大直徑樁宜≥100㎜；對(duì)中等直徑樁宜≥50㎜。樁頂主筋錨固長(zhǎng)度：混凝土樁的樁頂主筋應(yīng)伸入承臺(tái)內(nèi)，其錨固長(zhǎng)度宜≥30d（Ⅰ級(jí)）,≥35d（Ⅱ、Ⅲ級(jí)），對(duì)于抗拔樁基應(yīng)≥40d。316.承臺(tái)之間的連接構(gòu)造單樁樁基承臺(tái)宜在雙向設(shè)置聯(lián)系梁。兩樁樁基承臺(tái)：宜在其短向設(shè)置聯(lián)系梁。有抗震要求的柱下獨(dú)立承臺(tái)：宜在雙向設(shè)置聯(lián)系梁。聯(lián)系梁頂面宜與承臺(tái)頂位于同一標(biāo)高，梁寬應(yīng)≥250㎜，梁高可取承臺(tái)中心距的1/10～1/15。配筋：計(jì)算、構(gòu)造。32337.承臺(tái)埋深：應(yīng)≥600㎜；在季節(jié)性凍土等地區(qū)≥1000㎜。保證承臺(tái)周圍填土質(zhì)量、密實(shí)性。d8.承臺(tái)頂面低于室外地坪至少100mm。346.2柱下樁基獨(dú)立承臺(tái)6.2.1.受彎計(jì)算（1）柱下多樁矩形承臺(tái)其破壞特征呈梁式破壞：撓曲裂縫在平行于柱邊兩個(gè)方向交替出現(xiàn)，承臺(tái)在兩個(gè)方向交替呈梁式承擔(dān)荷載。最大彎矩產(chǎn)生在平行于柱邊兩個(gè)方向的屈服線處。35多樁矩形承臺(tái)計(jì)算截面取在柱邊和承臺(tái)高度變化處。36

垂直于x、y軸方向計(jì)算截面彎矩設(shè)計(jì)值；垂直y軸和x軸方向自樁軸線到相應(yīng)計(jì)算截面的距離；

扣除承臺(tái)和承臺(tái)上土重設(shè)計(jì)值后i樁豎向凈反力設(shè)計(jì)值；當(dāng)不考慮承臺(tái)效應(yīng)時(shí)，則為第i根樁的豎向總反力設(shè)計(jì)值。37（2）柱下三樁三角形承臺(tái)等邊三角形承臺(tái)破壞形式：等腰三角形承臺(tái)破壞形式：38柱下三樁三角形承臺(tái)受彎計(jì)算1)等邊三樁承臺(tái)：s式中：M—由承臺(tái)形心至承臺(tái)邊緣距離范圍內(nèi)板帶的彎距設(shè)計(jì)值；

Nmax—扣除承合和其上填土自重后的三樁中相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的最大單樁豎向力設(shè)計(jì)值;

s—樁距;

c—方柱邊長(zhǎng)，圓柱時(shí)c=0.866d(d為圓柱直徑)。39sαsc2c12)等腰三樁承臺(tái)：式中：M1、M2—

分別由承臺(tái)形心至承臺(tái)兩腰和底邊距離范圍內(nèi)板帶的

彎距設(shè)計(jì)值；

Nmax—

扣除承合和其上填土自重后的三樁中相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的最大單樁豎向力設(shè)計(jì)值;

s—

長(zhǎng)向樁距;

α—

短向樁距與長(zhǎng)向樁距之比，當(dāng)α小于0.5時(shí)，應(yīng)按變截面兩樁設(shè)計(jì)；

c1、c2—分別垂直于、平行于承臺(tái)底邊的柱截面邊長(zhǎng)。40受彎承載力計(jì)算根據(jù)承臺(tái)內(nèi)力M，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)。近似計(jì)算：412.受沖切計(jì)算

若承臺(tái)高度不足，或承臺(tái)變階處的高度不足，將會(huì)產(chǎn)生沖切破壞。其破壞方式分為沿柱邊的沖切和角樁對(duì)承臺(tái)的沖切（為柱沖切破壞錐體以外角樁對(duì)承臺(tái)沖切作用）。42F（1）柱對(duì)承臺(tái)沖切的承載力(P165)43FL—

扣除承臺(tái)及其上填土自重，作用于沖切破壞錐體上相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合的沖切力設(shè)計(jì)值，沖切破壞錐體應(yīng)采用自柱邊或承臺(tái)變階處至相應(yīng)樁頂邊緣連線構(gòu)成的錐體，錐體與承臺(tái)底面的夾角不小于450；∑Ni—

沖切破壞錐體范圍內(nèi)各基樁的凈反力（不計(jì)承臺(tái)和承臺(tái)上土的自重）設(shè)計(jì)值之和。F—

柱根部軸力設(shè)計(jì)值；Βhp--受沖切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)h≤800㎜時(shí)，

βhp取1.0；當(dāng)h≥2000㎜時(shí)，βhp取0.9；其間按線性內(nèi)插法取用。ft--承臺(tái)混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

44h0----承臺(tái)沖切破壞錐體的有效高度β0x、β0y--沖切系數(shù)；λ—沖跨比，λ=a0/h0

（a0為沖跨,即柱邊或承臺(tái)變階處到樁邊的水平距離；當(dāng)a0＜0.2h0時(shí),取a0=0.2h0；當(dāng)a0＞h0時(shí)，取a0=h0。λ滿足0.2～1.0。F45（2）角樁對(duì)承臺(tái)的沖切1）多樁矩形承臺(tái)角樁的沖切承載力46λ1x

、λ1y—為角樁沖跨比取值范圍0.2-1.0；a1x、a1y—角樁內(nèi)邊緣引450線與沖切頂面相交點(diǎn)至角樁內(nèi)邊緣的距離；當(dāng)柱底面或變階邊線位于該450線以內(nèi)時(shí)，則取柱邊或變階處邊與樁內(nèi)邊緣的水平距離

c1、c2—角樁內(nèi)邊緣至承臺(tái)外邊緣水平距離。h0----承臺(tái)外邊緣的有效高度；472）三樁三角形承臺(tái)角樁的沖切承載力底部角樁：頂部角樁：48λ11

、λ11—為角樁沖跨比：a11、a12—角樁內(nèi)邊緣引450線與沖切頂面相交點(diǎn)至角樁內(nèi)邊緣的水平距離；當(dāng)柱底面處邊線位于該450線以內(nèi)時(shí)，則取柱邊與樁內(nèi)邊緣的水平距離。

c1、c2—角樁內(nèi)邊緣至承臺(tái)外邊緣水平距離。49以上計(jì)算中：對(duì)于圓柱及圓樁，計(jì)算時(shí)應(yīng)將截面換算成方柱或方樁，取換算柱或樁截面邊寬：503.受剪切計(jì)算破壞特征：柱與樁邊連線所形成的斜截面（圖）。當(dāng)柱（變階處）外有多排樁形成多個(gè)剪切斜截面時(shí)，對(duì)每一個(gè)斜截面都要進(jìn)行受剪承載力計(jì)算。51斜截面受剪承載力計(jì)算公式：Βhs—

受剪切承載力截面高度影響系數(shù),β