基礎(chǔ)工程設(shè)計原理2010-2011-2樁基礎(chǔ)(三)課件

1、Telmail：weihuanwei基礎(chǔ)工程設(shè)計原理任課教師：魏煥衛(wèi)山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院2010-2011學(xué)年第2學(xué)期土木工程學(xué)院第4章：樁基礎(chǔ)的主要內(nèi)容4.1 概述4.2 樁的類型4.3 樁的豎向承載力4.4 樁基礎(chǔ)沉降的計算4.5 樁的負(fù)摩擦問題4.6 樁的水平承載力4.7 樁的平面布置原則4.8 樁承臺的設(shè)計4.9 樁基礎(chǔ)設(shè)計的一般步驟解：（1）選擇樁型例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)解：（2）選擇樁徑采用預(yù)制樁樁徑受限d=500mm例：某柱基承受的軸心荷載Fk=10

2、50kN，基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)解：（4）計算樁側(cè)極限阻力-按抗剪強度指標(biāo) 極限摩阻力軟粘土：=1或更大打入樁：Ks=1.5K0鉆孔樁：Ks=0.75K0淤泥中砂例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)解：（4）計算樁側(cè)極限阻力-按抗剪強度指標(biāo) 淤泥例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)中砂淤泥中砂解：（5）計算樁端極限阻力例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，基

3、礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)由=30查表得：樁端極限總阻力（6）單樁凈極限承載力-按抗剪強度指標(biāo) 樁側(cè)極限總阻力樁端極限總阻力樁的重量解：例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)解：（7）計算樁端極限阻力例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)由=30查表得：樁端極限總阻力例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地

4、面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（8）單樁承載力特征值-按嵌巖樁-經(jīng)驗公式 解：樁的根數(shù)中心荷載下1.0偏心荷載下1.11.2例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（9）確定樁數(shù)-按摩擦樁-經(jīng)驗公式 解：這里取2棵樁樁的根數(shù)中心荷載下1.0偏心荷載下1.11.2例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（9）確定樁數(shù)-按嵌巖樁-經(jīng)驗公式 解：這里取4棵樁樁布置的構(gòu)造要求在有門洞的墻下布

5、樁時，應(yīng)將樁設(shè)置在門洞的兩側(cè)。梁式或板式承臺下的群樁布樁時應(yīng)注意使梁、板中的彎矩盡量減小，即多布設(shè)在柱、墻下以減小梁和板中的樁數(shù)。墻下盡量采用單排樁。盡量采用樁數(shù)少而樁長較大的樁基礎(chǔ)減小沉降作用明顯平面布置：對稱式、梅花式、行列式和環(huán)狀排列采用不等距排列時，宜采用外密內(nèi)疏的布置方式樁布置的構(gòu)造要求4.3.3 豎向荷載下的群樁效應(yīng)群樁效應(yīng)系數(shù)：用以衡量群樁基礎(chǔ)中各根單樁的平均承載力因群樁效應(yīng)比獨立單樁而降低或提高幅度的指標(biāo)。1. 端承型群樁基礎(chǔ)端承型群樁基礎(chǔ)中的各單樁的工作性狀接近于獨立單樁；群樁的承載力等于各單樁承載力之和，群樁效應(yīng)系數(shù)2. 摩擦型群樁基礎(chǔ)承臺底面脫地的情況（非復(fù)合樁基）樁端平

6、面附加應(yīng)力擴散直徑：當(dāng)樁距 時，樁周擴散應(yīng)力相互疊加而增大。摩擦型群樁的沉降大于獨立單樁，群樁效應(yīng)系數(shù)可能大于1，也可能小于1。 承臺底面貼地的情況（復(fù)合樁基） 承臺貼地的樁基，通過承臺底面的反力分擔(dān)樁基荷載，分擔(dān)荷載的作用是隨著樁群相對于基土向下位移幅度的加大而增強的。此時的群樁效應(yīng)概括為對樁側(cè)阻力的削弱作用；對樁端阻力的增強作用；對基土側(cè)移的阻擋作用。承臺效應(yīng)2. 摩擦型群樁基礎(chǔ)樁基技術(shù)規(guī)范（2008）的規(guī)定美國、英國規(guī)范規(guī)定，當(dāng)樁距sa3d 時不考慮群樁效應(yīng)。我國規(guī)范規(guī)定的最小樁距除樁數(shù)少于3 排和9 根樁的非擠土端承樁群樁外，其余均不小于3d。鑒于此，2008樁基規(guī)范在設(shè)計中不再考慮側(cè)

7、阻和端阻的群樁效應(yīng)。這樣處理，方便設(shè)計，多數(shù)情況下可留給工程更多安全儲備。這里樁間距取3d，即1.5m，樁邊緣距離承臺邊緣取200mm例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（10）樁的布置解：確定承臺的尺寸單樁承載力的驗算FGMyMx987216345XYx7y7偏心荷載樁基礎(chǔ)的驗算2、單樁承載力抗震驗算 抗震設(shè)防區(qū)的樁基，應(yīng)進(jìn)行下列抗震驗算：軸心豎向力作用的樁基：偏心豎向力作用的樁基：4.8 樁承臺的設(shè)計承臺的作用 將各樁聯(lián)成一個整體，把上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載轉(zhuǎn)換、調(diào)整、分配于各樁。承臺設(shè)計

8、應(yīng)按現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行進(jìn)行受彎、受沖切、受剪切和局部承壓承載力計算。4.8 樁承臺的設(shè)計樁基承臺的分類柱下獨立承臺柱下或墻下條形承臺筏板承臺箱形承臺4.8.1 構(gòu)造要求形狀:方,矩型,三角形,多邊形,圓形最小寬度 50 cm最小厚度 30 cm，埋深同淺基4.8.1 構(gòu)造要求樁嵌入承臺 大樁10 cm,小樁5 cm 混凝土標(biāo)號C20,保護層7cm（無墊層），5cm（有墊層）配筋要求：直徑12 mm，間距200mm5、10 cm承臺4.8.1 構(gòu)造要求鋼筋伸入承臺長度主筋為HPB235：:30d主筋為HRB335：:35d主筋為HRB400：:40d抗拔樁主筋：40d4.8.1 構(gòu)造要求

9、鋼筋伸入承臺長度4.8.1 構(gòu)造要求鋼筋伸入承臺長度4.8.1 構(gòu)造要求鋼筋伸入承臺長度4.8.1 構(gòu)造要求鋼筋伸入承臺長度樁基設(shè)計的作用效應(yīng)組合確定樁數(shù)和布樁時，應(yīng)采用傳至承臺底面的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合；相應(yīng)的抗力應(yīng)采用基樁或復(fù)合基樁承載力特征值。計算荷載作用下的樁基沉降和水平位移時，應(yīng)采用荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合；計算水平地震作用、風(fēng)載作用下的樁基水平位移時，應(yīng)采用水平地震作用、風(fēng)載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。樁基設(shè)計的作用效應(yīng)組合驗算坡地、岸邊建筑樁基的整體穩(wěn)定性時，應(yīng)采用荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合；抗震設(shè)防區(qū)，應(yīng)采用地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。在計算樁基結(jié)構(gòu)承載力、確定尺寸和配筋時，應(yīng)采用傳至承臺頂面的荷載效應(yīng)基

10、本組合。當(dāng)進(jìn)行承臺和樁身裂縫控制驗算時，應(yīng)分別采用荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合和荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合。 承臺受沖切計算計算目的：確定承臺厚度4.8.2 柱下樁基礎(chǔ)獨立承臺 承臺受沖切計算破壞形式：柱對承臺的沖切；角樁對承臺的沖切柱對承臺沖切的承載力沖切力沖切系數(shù)沖跨比例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（12）承臺的沖切驗算解：假定柱子根部厚度為700mm，邊緣部位厚度為300mm基礎(chǔ)有效高度樁嵌入承臺 大樁10 cm,小樁5 cm例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋

11、深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（12）承臺的沖切驗算解：柱對承臺沖切的承載力沖切力例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（12）承臺的沖切驗算解：柱對承臺沖切的承載力沖跨比沖切系數(shù)例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（12）承臺的沖切驗算解：柱對承臺沖切的承載力抗沖切力C30混凝土柱子截面柱抗沖切滿足角樁對承臺的沖切多樁矩形承臺受角樁沖切的

12、承載力例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（12）承臺的沖切驗算解：角樁對承臺沖切的承載力沖切力Mk例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（12）承臺的沖切驗算解：角樁對承臺沖切的承載力沖跨比沖切系數(shù)例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（12）承臺的沖切驗算解：角樁對承臺沖切的

13、承載力抗沖切力C30混凝土角樁抗沖切滿足角樁對承臺的沖切三樁三角形承臺受角樁沖切的承載力底部角樁：頂部角樁：對于圓柱和圓樁：將圓形截面換算成正方形 承臺受剪切計算計算目的：驗算承臺厚度計算截面：柱邊和樁邊、變截面和樁邊聯(lián)線形成的斜截面。當(dāng)承臺砼等級低于柱或樁的等級時，還應(yīng)進(jìn)行柱下或樁上承臺的局部受壓承載力的計算 承臺受剪切計算斜截面受剪承載力：剪切系數(shù)計算截面剪跨比 承臺受剪切計算斜截面受剪承載力： 計算變階處截面A1-A1、B1-B1的斜截面受剪承載力時其截面有效高度均為h01截面計算寬度分別為by1和bx1 階梯形承臺 承臺受剪切計算斜截面受剪承載力：對A2-A2 對B2-B2 階梯形承臺

14、 承臺受剪切計算斜截面受剪承載力：對A-A計算寬度 對B-B計算寬度 錐形承臺例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（13）承臺的受剪驗算解：剪力剪切系數(shù)沖跨比例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（13）承臺的受剪驗算解：計算寬度抗剪切力承臺受剪切滿足4.8.2 柱下樁基礎(chǔ)獨立承臺 承臺的抗彎計算 如果承臺厚度較小，配筋量不足，承臺可能發(fā)生彎曲破壞。4.8.2 柱下樁基礎(chǔ)獨立承臺XX

15、YYxiyixy 發(fā)生梁式破壞，計算截面在柱邊和承臺截面變化處 多樁矩形承臺Mx = NiyiMy = Nixi多樁矩形承臺受彎計算Yh0h0XXYNixiyiMx = NiyiMy = Nixi例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（14）承臺的受彎驗算解：Mx = Niyi My = Nixi例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（14）承臺的受彎驗算解：例：某柱基承受的軸心荷載F

16、k=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（14）承臺的受彎驗算解：承臺的構(gòu)造要求柱下獨立樁基承臺縱向受力鋼筋應(yīng)通長配置，對四樁以上（含四樁）承臺宜按雙向均勻布置對三樁的三角形承臺應(yīng)按三向板帶均勻布置，且最里面的三根鋼筋圍成的三角形應(yīng)在柱截面范圍內(nèi)承臺縱向受力鋼筋的直徑不應(yīng)小于12mm，間距不應(yīng)大于200mm。柱下獨立樁基承臺的最小配筋率不應(yīng)小于0.15%。承臺的構(gòu)造要求 承臺受彎計算 三樁三角形承臺等邊三角形承臺-柱子剛度大 承臺受彎計算 三樁三角形承臺等邊三角形承臺-柱子剛度小 承臺受彎計算 三樁三角形承臺等腰三角

17、形承臺梁式破壞特征三樁三角形承臺受彎計算等邊三樁承臺: 取兩種模式的平均值作為設(shè)計值；s為樁距；c為方柱邊長，圓柱時c=0.866d三樁三角形承臺受彎計算 等腰三樁承臺s為長向樁距；為短向樁距與長向樁距之比；c1c2分別為垂直于和平行于等腰三角形底邊的柱截面邊長。樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計工作條件系數(shù)，預(yù)制樁 0.75，灌注樁 0.60.7樁軸心受壓時樁身混凝土強度應(yīng)滿足抗壓設(shè)計要求樁身混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時的單樁豎向力設(shè)計值樁身橫截面面積主筋應(yīng)經(jīng)過計算確定，最小配筋率為：打入式預(yù)制樁不宜小于：0.8%；靜壓式預(yù)制樁不宜小于：0.6%；灌注樁可取：0.2%0.65%（不應(yīng)小于）樁身

18、混凝土強度預(yù)制樁不宜小于：C30預(yù)應(yīng)力實心樁不應(yīng)小于：C40灌注樁不得小于：C25樁身構(gòu)造要求樁身主筋鋼筋保護層厚度：預(yù)制樁不宜小于：30mm灌注樁不應(yīng)小于：35mm水下灌注樁不得小于：50mm樁身構(gòu)造要求樁身主筋直徑和數(shù)量預(yù)制樁不宜小于：14mm（具體按照吊運、打樁及樁使用過程中的受力條件確定）水平受載灌注樁不應(yīng)小于：812抗壓抗拔灌注樁不應(yīng)小于： 610，凈距離不小于60mm樁身構(gòu)造要求鋼筋長度按構(gòu)造要求確定。樁身構(gòu)造要求水平受荷和抗彎，計算確定穿透軟弱層抗拔和嵌巖樁通常配置直徑大于600mm的鉆孔灌注樁，不宜小于2/3樁長例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基

19、礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（15）樁身結(jié)構(gòu)驗算解：C30混凝土材料抗力樁身結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（15）樁身結(jié)構(gòu)驗算解：樁身結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求按照最小配筋率配置樁的主筋按照最小配筋率配置樁的主筋4.4 樁基礎(chǔ)沉降的計算豎向荷載作用下的單樁沉降的組成樁身彈性變形引起的樁頂沉降；樁側(cè)阻力引起的樁周土中的附加應(yīng)力以壓力擴散角向下傳遞，致使樁端下土體壓縮而產(chǎn)生的樁端沉降；樁端荷載引起樁端下土體壓縮所產(chǎn)生的樁端

20、沉降。 單樁沉降的計算側(cè)阻端阻4.4 樁基礎(chǔ)沉降的計算單樁沉降計算方法 荷載傳遞分析法； 彈性理論法； 剪切變形傳遞法； 有限單元分析法； 其他簡單方法。 單樁沉降的計算樁間土的壓縮變形（包括樁身壓縮、樁端貫入變形）；樁端平面以下土層受群樁荷載共同作用產(chǎn)生的整體壓縮變形。4.4 樁基礎(chǔ)沉降的計算群樁沉降的組成 不考慮樁間土的壓縮變形對沉降的影響，采用單向壓縮分層總和法計算樁基礎(chǔ)的最終沉降量。實體深基礎(chǔ)方法Mindlin公式法4.4 樁基礎(chǔ)沉降的計算群樁沉降計算方法（地基基礎(chǔ)規(guī)范法）F lG b0A實體深基礎(chǔ)方法（s6d） 將樁基礎(chǔ)視為天然地基上的實體深基礎(chǔ)，按淺基礎(chǔ)的沉降計算方法進(jìn)行計算，將沉

21、降計算的經(jīng)驗系數(shù)改為實體深基礎(chǔ)的樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)p，即：F lG b0A實體深基礎(chǔ)方法（s6d） 考慮擴散作用（荷載擴散法）計算深度例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（16）群樁沉降的計算解： 考慮擴散作用（荷載擴散法）例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（16）群樁沉降的計算解： 考慮擴散作用（荷載擴散法） 不考慮擴散作用時（扣除側(cè)阻法）Gk為樁基承臺自重及承臺上土自重Gfk為實體深基礎(chǔ)的樁與樁間土自重側(cè)摩阻力實體深基礎(chǔ)方法（s6d）F l G b0例：某柱基承受的軸心荷載Fk=1050kN，Mk=300kN.m基礎(chǔ)埋深為1m，地基土為淤泥及中砂，水位在地面，地基土參數(shù)如圖所示。試設(shè)計樁基礎(chǔ)（16）群樁沉降的計算解： 不考慮