建筑桩基新规范设计技术要点建筑桩基新规范设计技术要点李 镜 培 同济大学土木工程学院术 语 说 明1. 单桩承载力特征值 characteristic value of single pile bearing capacity单桩极限承载力除以安全系数后的承载力值。2. 混合型基础 compound foundation 同一建筑物根据其荷载分布特征与结构型式，采用天然地基与局部桩基的混合型基础。3. 变刚度调平设计 adjusted foundation rigidity design for reducing different settlement 考虑结构荷载、地层分布和相互作用效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变桩土刚度分布， 以使建筑物沉降趋于均匀的设计方法称为变刚度调平设计。4. 群桩效应 group effect群桩基础，在竖向荷载作用下，由于承台、桩、土的相互作用导致桩基承载力、沉降等性状发 生不同于单桩的变化；在水平荷载下，桩基的水平承载力、位移等性状发生不同于单桩的变化， 称此种效应为群桩效应。5. 承台效应系数 pile cap effect efficiency 竖向荷载下，群桩承台底地基土产生一定抗力分担荷载，称此为承台效应。以地基承载力的发挥率度量该效应称为承台效应系数。 一、一、 基本设计规定基本设计规定 一般规定 桩基础应按下列两类极限状态设计1 承载能力极限状态：桩基达到最大承载能力或整体失稳或发 生不适于继续承载的变形；2 正常使用极限状态：桩基达到建筑物正常使用所规定的变形 限值或达到耐久性要求的某项限值。 桩基设计等级 根据建筑物规模和功能特征以及由于桩基问题可能造成建筑物破坏或 影响正常使用的程度区分。设计等级建筑类型甲级（1）重要的工业与民用建筑 （2）30层以上或高度超过100m的高层建筑 （3）体型复杂,层数相差超过10层的高低层连体建筑物 （4）对桩基变形有特殊要求的建筑物 （5）场地和地基条件复杂的一般建筑物 （6）对相邻既有工程影响较大的建筑物乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下的民用建 筑及一般工业建筑物 桩基承载能力计算和验算要求1 应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计 算和水平承载力计算；2 应对桩身和承台承载力进行计算；对于桩身露出地面或桩侧为可 液化土、土的不排水剪切强度小于10kPa土层中的细长桩应进行桩 身曲屈验算；对于混凝土预制桩应按施工阶段吊装、运输和锤击作 用进行强度验算；对于钢管桩应进行局部曲屈验算；3 当桩端平面以下存在软弱下卧层时应进行软弱下卧层承载力验算 ；4 对位于坡地、岸边的桩基应进行整体稳定性验算；5 对于抗浮桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算；6 对于抗震设防区的桩基应按现行建筑抗震设计规范的规定进 行抗震承载力验算。 桩基变形验算要求根据建筑桩基的设计等级及长期荷载作用下桩基变形对上部结构的影响程度、 桩基裂缝对耐久性的影响程度决定。应进行沉降验算的桩基：1）设计等级为甲级的建筑物桩基；2）体形复杂、荷载分布不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建 筑物桩基。可不进行沉降验算的桩基：1) 嵌岩桩和支承于其他坚硬持力层的桩基；2) 设计等级为丙级的建筑物桩基；3) 对沉降无特殊要求的单排桩条形承台桩基；4) 有可靠经验时，对地质条件简单、荷载均匀、且对沉降无特殊要求的桩基。水平位移验算：对受水平荷载作用的建筑物和构筑物桩基，且对水平位移有严格限制时，应验 算其水平位移。抗裂度验算: 对于使用上需限制裂缝宽度的桩基应进行裂缝宽度验算，对使用条件 要求混凝土不得出现裂缝的桩基应进行抗裂度验算。基于差异沉降的桩筏基础的优化Poulos也指出当表层附近的土层由相对较硬土体或密 实砂土组成时，地基土可以提供全部或大部分承载力，此 时基础设计的重点是控制差异沉降和整体沉降。 大量计算分析和工程实践表明，差异沉降越大，筏板 的弯矩越大，上部结构的次生应力也越大。因此，差异沉 降控制是桩基设计，特别是以变形控制为基础的桩基设计 的关键。1. 差异沉降控制与变刚度调平设计概念控制差异沉降和整体沉降，除了前述选择合适的筏 板厚度外，对桩基刚度的调节也是一个主要手段。考虑 结构荷载、地层分布和相互作用效应，通过调整桩径、 桩长、桩距等改变桩土刚度分布 , 以使建筑物沉降趋于 均匀的设计方法称为变刚度调平设计。 变刚变刚 度调调平设计设计 原则则:宜以上部结构-承台-桩-土的共同作用分析为基础,按变 刚度调平设计原则设计的桩基: l.对于主裙楼连体建筑,当高层主体采用桩基时,裙房的地基或 桩基刚度宜相对弱化,可采用天然地基、复合地基、疏桩或 短桩基础。 2.对于框筒、框剪结构高层建筑桩基,应加强核心筒和内部剪 力墙区域桩基刚度(视条件适当增加桩长、桩径、桩数、采 用后注浆等措施),相对弱化核心筒外围桩基刚度,并对后者 按复合桩基设计。 3.对于框筒、框剪结构高层建筑天然地基,承载力和沉降量满 足要求的条件下, 宜于核心筒区域设置增强刚度、减小沉降 的桩。形成局部复合桩基(非地震区和七度及其以下地震烈 度设防区)或刚性桩复合地基。 4.对于大体量筒仓、储罐桩基, 宜按内强外弱原则布桩。天然地基和均匀布桩的初始竖向刚度是均匀分布的。 设置于其上的有限刚度的基础( 承台)受均布荷载作用时, 由于地基土、桩土的相互作用导致地基或桩群的竖向刚度 分布发生内弱外强变化,沉降变形出现内大外小的碟形分布 ,基底反力出现内小外大的马鞍形分布。当上部结构为荷载 与刚度内大外小的框筒结构时, 碟形沉降会更趋明显。 为避免上述负 面效应, 突破传统 设计理念, 通过调 整地基或基桩的刚 度分布, 促使差异 沉降减到最小, 基 础或承台内力显著 降低。这就是变刚 度调平概念设计。(1) 局部增强在采用天然地基时, 突破纯天然地基的传统观念, 对荷载集度高的区域如核心筒等实施局部增强处理, 包括采用局部桩基或局部刚性桩复合地基。 (2) 桩基变刚度当整体采用桩基时, 对于框筒、框剪结构, 采用 变桩距、变桩径、变桩长(多层持力层)布桩 。对于 荷载集度高的内部桩群, 除考虑荷载因素外, 尚应考 虑相互作用影响予以增强 ; 对于外围区应适当弱化, 按复合桩基设计。(3) 主裙连体变刚度对于主群连体建筑, 基础应按增强主体 ( 采用桩基 ) 、弱化裙房 ( 采用天然地基、疏短桩基、复合地基)的原 则设计。 (4) 上部结构 -基础 -地基 ( 桩土 ) 协同工作分析在概念设计的基础上, 进行上部结构-基础-地基 协同 工作分析计算, 进一步优化布桩, 并确定承台内力与配筋 。基于差异沉降的设计方法：通过调节桩长、桩位布置和桩 径以及板厚，可达到桩筏基础变刚度调平设计的目的。南银大厦沉降等值线计算与实测比较主楼平面及基桩布置图法兰克福展览会大楼 桩基设计的荷载与抗力 桩基设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应符 合下列规定：1 按基桩承载力确定桩数时，传至承台底面的荷载效应应按正常使 用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用基桩承载力特 征值。2 计算桩基变形时，传至承台底面的荷载效应应按正常使用极限状 态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用，相应的限 值为建筑物地基变形允许值。由于静荷载长期作用在地基基础上，它是引起基础沉降的主要因素。可变 荷载中普通可变荷载经常出现且作用时间较长，变形计算中应予考虑。偶然 荷载通常发生的机会不多，发生时作用的时间一般很短，产生的固结变形非 常小，通常的沉降计算中不予考虑。3 在确定承台高度、桩身截面、计算承台内力、确定配筋和验算材 料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的桩顶反力，应按承 载能力极限状态下的荷载效应基本组合，并采用相应的分项系数（各 组合荷载采用标准值乘相应的分项系数，即荷载采用设计值） 。当需要验算承台或桩身的抗裂度和裂缝宽度时，应按正常使用极限 状态荷载效应标准组合。4 桩基础设计安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数应按 有关规范的规定采用。 复合桩基设计软土地基上8层及8层以下的混凝土和砌体结构建筑物， 当地基承载力满足要求时，为减小沉降可设置摩擦型疏桩 ，按桩土承台共同作用计算复合疏桩基础的承载力和沉降 。二、桩基设计基本资料1 岩土工程勘察资料:1) 按照国家标准岩土工程勘察规范(GB50021)要求整理的岩土 工程勘察报告书；2) 桩基按两类极限状态进行设计所需用岩土物理力学性能指标值；3) 对建筑场地的不良地质现象，如滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、土 洞等，有明确的判断、结论和防治方案；4) 地下水位埋藏情况、类型和水位变化幅度及规律，地下水的腐蚀 性评价，地下水浮力计算的设计水位；5) 现场和其他可供参考的试桩资料及附近类似桩基工程经验资料；6) 抗震设防区按设防烈度提供的液化地层资料；有关地基土冻胀性、湿陷性、膨胀性评价 桩基详勘察特殊要求勘探点间距1） 对于端承型桩（含嵌岩桩）：主要根据桩端持力层顶面 坡度决定，宜为1224m。当相邻两个勘察点揭露出的桩端持 力层层面坡度大于10%或持力层起伏较大、地层分布复杂时 ，应根据具体工程条件适当加密勘探点；2） 对于摩擦型桩：宜按2030m布置勘探孔，但遇到土层 的性质或状态在水平方向分布变化较大，或存在可能影响成 桩的土层时，应适当加密勘探点；复杂地质条件下的柱下单桩基础应按柱列线布置勘探点 ，并宜每桩设一勘探点。 勘探深度1） 布置1/31/2的勘探孔为控制性孔，且设计等级为甲级的建 筑桩基，场地至少应布置3个控制性孔，设计等级为乙级的建筑 桩基应布置不少于2个控制性孔。控制性孔应穿透桩端平面以下 压缩层厚度，一般性勘探孔应深入桩端平面以下35d。2) 嵌岩桩的控制性钻孔应深入预计嵌岩面以下不小于35d， 一般性钻孔应深入预计嵌岩面以下不小于13d。当持力层较薄 时，应有部分钻孔钻穿持力岩层。在岩溶、断层破碎带地区， 应查明溶洞、溶沟、溶槽、石笋等的分布情况，钻孔应钻穿溶 洞或断层破碎带进入稳定土层，进入厚度应满足上述控制性钻 孔和一般性钻孔要求。设计参数 在勘察深度范围内的每一地层，均应采取不扰动试 样进行室内试验或根据土质情况选用有效的原位测试方法进行 原位测试，提供设计所需参数。 2 建筑场地与环境条件的有关资料:1) 建筑场地的平面图，包括交通设施、高压架空线、地下 管线和地下构筑物的分布；2) 相邻建筑物安全等级、基础形式及埋置深度；3) 水、电及有关建筑材料的供应条件；4) 周围建筑物及边坡的防振、防噪音的要求；5) 泥浆排泄、弃土条件；建筑基坑支护形式及超越红线资料。 3 建筑物的有关资料:1) 建筑物的总平面布置图；2) 建筑物的结构类型、荷重及建筑物的使用或生产设备对基础 竖向及水平位移的要求；3) 建筑物的安全等级；4) 建筑物的抗震设防烈度和建筑（抗震）类别。4 施工条件的有关资料：1）施工机械设备条件，制桩条件、动力条件以及对地质条件的 适应性；2） 施工机械的进出场及现场运行条件。三、桩的选型与布置1. 基桩分类 2. 桩型与工艺选择 3.基桩的布置 四、 特殊条件下的桩基 软土地基的桩基设计原则：1 软土中的桩基宜选择中、低压缩性的土层作为桩端持力层； 对于设计等级为甲级建筑桩基，不应采用桩端置于软弱土层上 的摩擦桩；2 桩周围软土因自重固结、场地填土、地面大面积堆载、降低 地下水位等原因而产生的沉降大于桩的沉降时，应视具体工程 情况考虑桩侧负摩阻力对基桩的影响；3 采用挤土桩时，应考虑挤土效应对成桩质量、对邻近建筑物 、道路和地下管线等产生的影响，并采取相应技术措施；4 先成桩后开挖基坑时，必须考虑基坑挖土顺序和控制一次开