桩基设计

建筑术语

‌桩基设计‌是指根据地质勘察资料、施工条件和工程要求，确定桩基础的桩型、桩的断面尺寸和长度、单桩容许承载力、桩的数量和平面布置以及承台的尺寸和构造，再根据承受的荷载验算桩基承载力，估算沉降量并验算桩和桩承台的强度。

设计

单桩承载力　桩基在竖向荷载作用下,第i根桩承受的轴向力Qi（吨）（图1）为　式中N为作用在桩基上的竖向荷载；G为桩承台自重和桩承台上覆土重；n为桩数；Mx、My为作用在桩承台底面对桩基每一根主轴的力矩；xi、yi为自桩基主轴至第i根桩的距离。　桩基中每一根桩承受的平均轴向压力，要小于单桩轴向受压容许承载力；如桩受到轴向拉力，它所承受的平均轴向拉力要小于单桩轴向受拉容许承载力。

当桩基受到水平荷载作用时，桩所承受的水平力要小于单桩水平容许承载力。对于高桩码头等构筑物的桩基，在水平荷载作用下，其最大弯矩应小于桩身的抵抗弯矩；其水平位移应小于结构的容许水平位移。

确定单桩容许承载力，要结合工程的重要性、使用要求、荷载性质、桩制作质量的可靠性以及桩的布置等条件，并考虑适当的安全储备。

如果桩周土体因自重固结、湿陷或地面堆载等产生的压缩大于桩的下沉时，则还要考虑桩侧负摩擦力的影响（见桩的轴向承载力、桩的横向受力计算）。

群桩承载力　群桩极限承载力рG并不一定等于各单桩极限承载力рu之和。两者的比值称为群桩系数η。η与工程地质条件、桩型、桩的数量和平面布置以及桩距等有关。在砂土中，η常大于1.0；在粘性土中,η有可能小于1.0。当η小于1.0时，说明群桩承载力小于单桩承载力之和；如课设计中η仍取1.0，桩基虽不致破坏，而沉降量却会增加。在软粘土地基中,只要桩距较大，η也可取1.0；但如果桩距小，桩数量多，桩较短,并且桩尖处是软土层时，则要把桩基作为假想实体基础（由桩承台,桩和桩间土组成）计算群桩极限承载力рG（图2）。式中Ru为桩尖处土层的极限承载力;A为假想实体基础的底面积；U为假想实体基础的周长；Lj为桩身在第j层土的长度；fuj为第j层土的极限摩阻力。

如果рG考虑了适当的安全储备后，仍大于结构荷载与实体基础重量之和，则桩基就不会破坏。

桩基沉降　包括平均沉降和差异沉降。

计算桩基沉降时，假定它是砌置在桩尖平面处的实体基础,是一种半经验性质的近似方法(图3a),K.泰尔扎吉和R.B.佩克建议摩擦桩基用砌置在距桩尖向上三分之一桩长平面处的实体基础代替（图3b）；以及仍假定实体基础砌置在桩尖平面处，但荷载从承台底面和桩群外围，以一个角度向桩尖平面处扩散。增大承载面积（图3c）。它们都属于同一范畴的近似方法。　桩基计算沉降量与实际情况有较大的差距。要缩小这种差距，关键在于选择与实际应力水平相适应而有代表性的沉降计算参数，并重视结合区域性经验。

与天然地基相比,桩基的平均沉降速度（毫米/日）小，收敛快，平均沉降量和不平均沉降值都较小，所以建筑物对桩基沉降的适应能力要比对天然地基沉降的适应能力好得多。因此，桩基上的建筑物采用天然地基上同类建筑物的容许沉降值是安全的。

承台设计　对于支承柱子的钢筋混凝土低桩承台，在柱子所传荷载、它的自重（包括覆土重量）及桩的反力作用下，根据初步确定的外形尺寸和制作材料的强度，按照钢筋混凝土结构设计原理进行验算；承台在荷载作用下产生的内力要小于制作材料的强度。内力包括：柱子对承台面的局部压力、桩对承台的冲切力、柱子对承台的冲切力、剪切力和弯矩等。承台底面的形状和尺寸应根据桩群的平面布置情况确定。多为正方形、矩形、多边形、椭圆形或圆形；承台边到边桩中心的距离，相当于桩直径或边长。承台的厚度往往取决于冲切力和剪切力的大小。承台的钢筋数量则根据弯矩计算求得。承台与桩的连结是将桩顶伸进承台5～10厘米,并将桩内的钢筋插入一定的长度。

对于码头、桥梁等构筑物的高桩承台的计算方法和构造，基本上与低桩承台相似。

承台-桩-土共同作用　桩基沉降量实际上包括了桩尖以下的土的压缩量、桩尖刺入量和桩身压缩量等分量，并不像计算所假定的作为一个整体下沉，只有桩尖以下土层受压缩。桩将荷载传递给地基的过程中，由于桩尖处的力的作用,土层塑性变形，桩尖可能刺入土层;又由于桩侧摩阻力的作用，桩间土会产生压缩。在打桩过程中土层受破坏后,桩间土重新固结,也要产生压缩。当桩尖刺入量等于或大于桩间土和桩身压缩量之差时，低桩承台底面与桩间土就不会脱开，桩间土就可以分担一部分从承台底传来的荷载。对于桩距较大的短摩擦桩桩基，有时可考虑桩间土的承载作用。但为了安全起见，应将桩基作为实体基础验算它的承载力。对于桩距较小，桩尖处有坚硬土层的长桩桩基，承台底面与桩间土往往会分开，因此，不宜考虑桩间土的承载作用。

在桩基设计过程中，往往要对初步确定的桩平面布置、桩距、承台尺寸及混凝土标号等作反复修改，以满足各种条件并达到经济合理。

参考书目

中国建筑学会地基基础学术委员会：《1981年桩基工程学术会议论文选集》，中国建筑工业出版社，北京，1982。

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