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岩土研究院

建筑桩基基本设计规定(资料)

351 2022-06-29 16:47:34

3.1基本资料


3.1.1 本条系根据一般情况下桩基设计所要求具备资料作出的相应规定,在特殊情况下,还应增加有关资料,以满足设计要求。


岩土工程勘察资料是桩基设计的主要依据,资料必须完善。岩土性质指标在条文中没有列出,,但规范有关章节均有具体要求。地下水位受季节和气候的影响较大,勘察时确定的地下水位与施工和使用时的地下水位有差异,因此要求提供观测的地下水位。现阶段桩基承载力的确定,最可靠的方法是现场静载荷试验,在收集资料时应强调试桩资料的收集。


3.1.2 勘探点应根据工程地质条件的复杂程度进行布置,简单地质条件下勘探点的间距可大些,但应保证揭露场地的工程地质条件与特征。复杂地质条件下应适当加密勘探点。随着桩基工程技术的发展,成桩尺寸和单桩承载力有很大的提高,柱下单桩基础的使用量增加。对于这种基础型式,万一有一根桩失效,便会危及整个建筑物的安全,因此条文中规定宜每一柱设一勘探点。钻孔深度是根据桩基受力与变形特性确定的。


3.2·桩的选型与布置

3.2.1 关于桩的分类


一旦确定采用桩基础后,合理地选择桩类和桩型是桩基设计中的重要环节。有关桩的分类说明如下。


一、桩在竖向荷载作用下,桩顶荷载由桩侧阻力和端阻力共同承受,而桩侧阻力、端阻力的大小及分担荷载比例,主要由桩侧、桩端地基土的物理力学性质,桩的尺寸和施工工艺所决定。传统的分类法是将桩分成摩擦桩和端承桩,很多设计者将摩擦桩视为只具有侧阻力,端承桩只具有端阻力,显然这是不符合实际的。为此,本规范按竖向荷载下桩土相互作用特点,桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比。将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和四个亚类。


  1. 摩擦型桩,是指在竖向极限荷载作用下、桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受。根据桩侧阻力分担荷载的大小,摩擦型桩分为摩擦桩和端承摩擦桩两类。


在深厚的软弱土层作中,无较硬的土层作为桩端持力层,或桩端持力层虽然较坚硬但桩的长径比1/d很大,传递到桩端的轴力很小,以至在极限荷载作用下,桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承受,桩端阻力很小可忽略不计的桩,称其为摩擦桩。


当桩的1/d不很大,桩端持力层为较坚硬的粘性土、粉土和砂类土时,除桩侧阻力外,还有一定的桩端阻力。桩顶荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担,但大部分由桩侧阻力承受的桩,称其为端承摩擦桩。这类桩所占比例很大。


2.端承型桩∶是指在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受,桩侧阻力相对桩端阻力而言较小,或可忽略不计的桩。根据桩端阻力发挥的程度和分担荷载的比例,又可分为摩擦端承桩和端承桩两类。桩端进入中密以上的砂土、碎石类土或中、微化岩层,桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担,而主要由桩端阻力承受,称其为摩擦端承桩。


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三、按桩身材料的性质可分为三类;混凝土桩、钢桩和组合材料桩。


混凝土桩可分为灌注桩和预制桩两类。在现场采用机械或人工成孔,就地灌注混凝土成桩,称为灌注桩。灌注桩可在桩内设置钢筋笼,也可不配钢筋;预制桩是在工厂或现场预制成型的混凝土桩,有实心(或空心)方桩、管桩。为提高其抗裂性和节约钢材可做成预应力桩,为减小沉桩挤土效应可做成敞口预应力管桩。钢桩、主要有钢管桩、H型钢桩以及使用量较小的钢轨桩。


组合材料桩,是指用两种材料组合的桩,例如钢管桩内填充混凝土,或上部为钢管桩下部为混凝土等型式的组合桩。


四、按成桩方法与工艺分类。大量工程实践表明,成桩挤土效应对桩的承载力、成桩质量控制、环境等有很大影响,因此,根据成桩方法和成桩过程的挤土效应,将桩分为非挤土桩,部分挤土桩和挤土桩三类。


在饱和软土中设置挤土桩,如设计和施工不当,就会产生明显的挤上效应,导致未初凝的灌注桩桩身缩小乃至断裂,桩上涌和移位,地面隆起,从而降低桩的承载力;有时还会损坏邻近建筑物;桩基施工后,还可能因饱和软土中孔隙水压力消散,土层产生再固结沉降,使桩产生负摩阻力,降低桩基承载力,增大桩基沉降。挤土桩若设计和施工得当,可收到良好的技术经济效果。


在非饱和松散土中采用挤土桩,其承载力明显高于非挤土桩。因此,正确地选择成桩方法和工艺,是桩基设计中的重要环节。


五、按桩径大小分类,依据桩的承载性能,使用功能和施工方法的某些区别,并参考国外分类界限确定如下。


小桩∶桩径d≤250mm。由于桩径小使施工机械、施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固(树根桩或静压锚杆托换桩)和复合桩基础。


中等直径桩;桩径 250mrn<d<800mm。这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用,成桩方法和工艺繁多。


大直径桩;桩径 d≥800mm。近年来发展较快,范围逐渐增多。因为桩径大且桩端还可扩大,因此,单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外,多数为钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高重型建(构)筑物基础,并可实现柱下单桩的结构型式。正因为如此,也决定了大直径桩施工质量的重要性。此类桩大多数是端承型桩,少量为端承摩擦桩。


3.2.2 本条指出了在选择桩型和施工工艺时,应根据经济合理、安全适用的原则,综合考虑各主要因素。附录A表可作成桩工艺选择时参考。如本地区无该类桩型或工艺使用经验可借鉴时,应进行必要的试验,包括施工机械性能试验,成孔成桩工艺试验,桩的受力性能试验等。


3.2.3 桩的布置原则主要应考虑桩的中心距,桩的合理排列以及桩端进入持力层的深度等因素。


一、为了避免桩基施工可能引起土的松弛效应和挤土效应对相邻基桩的不利影响,以及桩群效应对基桩承载力的不利影响,布桩时应该根据土类和成桩工艺及排列确定桩的最小中心距,一般情况下,穿越饱和软土的挤土桩,要求桩中心距最大,部分挤土桩或穿越非饱和土的挤土桩次之,非挤土桩最小;对于大面积的桩群,桩的最小中心距宜适当加大。对于桩的排数为1~2排,桩数小于9根的其他情况的摩擦型桩基,桩的最小中心距可适当减小。


扩底灌注桩为保证桩侧阻力得到有效发挥且避免扩大端相串,除桩的最小中心距应符合规范表3.2.3-1中要求外,尚宜满足规范表3.2.3-2中的规定。


经验证明,桩的合理布置对发挥桩的承载力,减少建筑物的沉降,特别是不均匀沉降是至关重要的。


二、桩端持力层的选择原则及桩端进入持力层的最小深度,主要是考虑了在各类持力层中成桩的可能性和尽量提高桩端阻力的要求。对于薄持力层,且桩端持力层有下卧软弱土层时,当桩端进入持力层过深,反而会降低桩的承载力。当硬持力层较厚且施工条件许可时,桩端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。桩端阻力的临界深度是指桩端阻力随桩端进入持力层的深度增加而增大的一个界限深度值。当桩端进入持力层的深度超过该土层的临界深度后,桩端阻力则不再有显著增加或不再增加了。因此,将桩端设置在土层的临界深度处,有利于充分发挥桩的承载力。砂与碎石类土的临界深度为(3~10)d,随密度提高而增大;粉土、粘性土的临界深度为(2~6)d,随土的孔隙比和液性指数的减小而增大。


3.3 设计原则

3.3.1 可靠性分析设计或称概率极限状态设计法已在《建筑结构设计统一标准》中明确规定为建筑结构的设计原则,《工程结构可靠度设计统一标准》也规定对于各类工程结构要采用概率极限状态设计法。60年代以来,岩土工程的可靠性研究已成为许多国家迅速发展的一门学科,有些国家已开始应用于工程设计。原苏联建筑法规—桩基础 CHII2.02.03—85 规定桩基础按两类极限状态设计,并在承载力设计表达式中引入工作条件系数Y。<随成桩方法工艺而变),安全系数Y,(随确定承载力方法、高低承台、群桩中桩数而变)。波兰 PW-83/B—02482桩和桩基承载力规范中规定按两类极限状态设计,在承载力设计表达式中引入修正系数m(对单、双、群桩取不同值),工艺系数Sp、Ss、Sw,土的


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3.4 特殊条件下的桩基

3.4.1 关于软土地区桩基设计原则

软土中桩基宜选择低压缩性土层作为桩端持力层。这是多年来软土地区桩基实践的成功经验,也是桩基建筑物沉降小且均匀并能满足承载力要求的最基本条件之一。在低压缩性土层埋藏很深的厚层软土地区,一些多层建筑物无论是采用条基、筏或箱基等浅基础方案,还是采用地基处理的方案,都难以满足沉降量与沉降差的要求。在此情况下,如按上述一般桩端持力层规定考虑桩基础方案,基础造价将大为提高。近年来,有的深厚软土地区已将多层建筑桩基的桩端设置在非低压缩性土层中,按控制桩基允许沉降量进行布桩,使桩数比常规设计大为减少,经济效果较好。因此,在深厚软土的地质条件下,对于多层建筑桩基础的桩端持力层要求,作了一些更动。


负摩阻力、沉桩挤土对周围环境的影响以及开挖基坑引起桩的侧向变位都是软土地区桩基实践中易于引起工程质量事故或工程纠纷的设计与施工向题。对于后者,尚无实用的计算方法作出较可靠的预估,目前主要仍依赖于经验,有时还需要借助现场监测来指导施工进程。为使设计和施工人员注意这些问题,认真做好施工组织设计及相应的应变措施,以减少工程质量事故,本条作了原则的规定。


3.4.2 关于湿陷性黄土地区桩基设计原则

本条规定了湿陷性黄土地区桩基设计的原则,包括基桩桩端持力层的选择,自重湿陷性黄土地基中灌注桩的施工方法;单桩极限承载力标准值的确定原则和负摩阻力确定方法。

湿陷性黄土地区的桩基础,无论是在施工,还是在使用时,都应避免水的浸润,并应充分考虑可能受水浸润后的工作状态。值得注意的是,现有的自重湿陷性黄土地基中桩的负摩阻力试验资料表明∶


1.在同一类土中挤土桩的负摩阻力大于非挤土桩的负摩阻力;


2.湿陷系数大、湿陷速度快、其负摩阻力增长速度也快;3.较小的桩土相对位移,可能有较大的负摩阻力;


4. 小面积浸水湿陷产生的负摩阻力可能大于大面积浸水时的负摩阻力;


5.浸水结束后地基土失水固结过程侧摩阻力仍会继续增大。因此,应根据工程具体情况按第5.2.15~5.2.16条规定考虑负摩阻力计算。


3.4.3 关于季节性冻土和膨胀土中桩基设计原则


季节性冻土和膨胀土中的桩基础,在冻深线或大气影响急剧层内,由于地基土的冻胀和增湿膨胀,使桩侧面产生向上抬升的胀切力;在冻深线或大气影响急剧层以下桩段的侧阻力、桩顶荷载、桩身自重组成平衡胀切力的锚固力系,因此,对此类桩应验算其抗拔承载力。根据此类桩基工作机理,提出了设计应遵循的4条规定。


3.4.4 关于岩溶地区桩基设计原则


岩溶地区基岩表面崎岖不平,采用挤土桩容易产生偏斜,对于预制桩则很难估计桩的实际长度,而钻(冲)、挖孔桩则比较灵活,适应性强。在岩溶发育地区,彻底勘察清楚岩石溶洞比较困难。考虑到岩溶地区的岩石强度一般较高,为保证桩端平面溶洞顶板有一定厚度,且不致于增加施工难度,因此嵌岩桩的嵌岩深度不宜太深。岩溶地区的基岩表面,常分布一层软塑至流塑状态的红粘土,进行钻(冲)、挖孔桩于作业施工时,应采取有关措施,防止涌土现象发生。


3∶4.5 关于坡地岸边桩基设计原则

位于坡地岸边的建筑场地应该是稳定的,当有不良地质条件存在时,应事先进行防护和治理。在稳定的坡地岸边,一旦设置基桩后,由于桩身刚度远大于土层刚度,部分水平推力可能转移到基桩上,因此坡地岸边的基桩宜通长配筋。某些地层,例如坡积层,其层面多为高倾角软弱结构面。在这种地层上设置基桩时,应特别注意其稳定性。


3.4.6 关于地震设防区桩基设计原则

一、提高桩基水平抗力的措施,应根据建筑物重要性、承台下地基土的性能,结合具体情况综合确定。


二、对于水平场地,从唐山地震在可液化土层中的低承台桩基础震害的情况分析,桩端应进入液化土层以下的稳定土层中一定深度。该深度的大小,应根据持力层性质、设防等级、建筑物重要性等情况综合确定。


三、我国唐山、海城地震的宏观震害调查表明,在地震作用下,斜坡场地上的桩基结构物(如桥台、码头或挡土墙等)中有相当比例发生滑移、倾斜或桩身折断。与此不同,水平场地上的低承台桩基础,除了桩端支承在可液化土层上或桩基础一侧有较大地面堆载的情况之外,一般震害较轻。这些宏观震害的对比表明,斜坡上的桩基础不仅受到上部结构重量产生的惯性力作用,还受到滑移土体的水平力作用。此外,基桩侧向支承力还因土的液化而削弱。这类桩基的实际受力与性能与常规低承台桩基不同。因此,为了抵抗滑移土体的水平力作用,对这类桩基应按抗滑桩的要求进行布桩与计算。


3.4.7 由于桩的负摩阻力是因桩周土层的沉降变形大于桩的沉降变形而产生的。因此,为减小或避免桩出现负摩阻力,应采取相应措施,减少或消除桩周土层的过大沉降,本条文提出了四种方法和措施,可供设计时选用。