桩基础设计步骤及注意事项

（一）桩基础设计步骤

桩基础设计步骤如下：

（1）选择桩型、桩长和截面尺寸，初选桩顶承台底标高。

（2）确定单桩承载力设计值。

（3）确定桩数及其布置，确定承台平面尺寸。

（4）验算单桩承载力。

（5）验算群桩地基承载力及其沉降。

（6）桩身结构强度验算。

（7）承台设计。

（8）绘制桩基施工平面布置图和桩详图。

设计桩基时，首先应通过调查研究，充分掌握设计资料，包括建筑物型式、荷载、地质勘察资料、材料来源及施工条件等，并着重了解当地使用桩基的经验。然后按上述步骤进行桩基设计。

（二）桩的选型与一般构造要求

1.桩的选型

桩型与成桩工艺选择应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层的性质、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等，选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。选择时可参考JGJ94—94《建筑桩基技术规范》附录。

一般来说，钢桩耐冲击性能好、质量易保证，但造价较高，多用于有特殊要求的情况；混凝土桩取材方便、适应性强，被广为采用。其中，预制混凝土桩施工质量比较稳定，但造价较高，施工时振动和噪音较大，且贯入能力也受多种因素限制；灌注桩造价约为预制桩的40%～70%，桩长、桩径可灵活变化，施工振动和噪音较小，近年来应用发展较快。

2.桩与承台的一般构造要求

（1）混凝土预制桩的截面边长不应小于200mm；最小配筋率一般不宜小于0.80%，桩的主筋直径不宜小于14mm；在打入桩桩顶2～3d 长度范围内箍筋应加密，并设置钢筋网片；预制桩的混凝土强度等级不宜低于C30，采用静压法沉桩时，可适当降低，但不宜低于C20；预制桩纵向钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于30mm。

（2）混凝土灌注桩长径比，对穿越一般粘性土、砂土的端承桩，宜取l/d＜60；对穿插越淤泥、自重湿陷性黄土的端承桩，宜取l/d＜40；灌注桩混凝土强度等级，不得低于C15，混凝土预制桩尖不得低于C30；主筋的混凝土保护层厚度，不应小于35mm；

对于受水平荷载的桩，主筋不宜少于810，对于抗压桩和抗拔桩，主筋不应少于610，纵向主筋应沿桩身周边均匀布置，其净距不应小于60mm，并尽量减少钢筋接头。箍筋采用φ6～φ8，间距200～300mm，且宜采用螺旋式箍筋；受水平荷载较大的桩基和抗震桩基，桩顶3～5d 范围内箍筋应适当加密；当钢筋笼长度超过4m 时，应每隔2m 左右设一道φ12～φ18 焊接加劲箍筋。

（3）承台最小宽度不应小于500mm，承台边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径（或边长），且边缘挑出部分不小于150mm。对于条形承台梁边缘挑出部分不应小于75mm；条形或独立承台的厚度应在300mm 以上；承台埋深应不小于600mm，且应满足冻胀等要求。在此前提下宜尽量浅埋，且在地下水位以上；

承台混凝土强度不宜小于C15，采用Ⅱ级钢筋时混凝土强度等级不宜低于C20。底面钢筋的混凝土保护层厚不宜小于70mm。设素混凝土垫层时，保护层厚可适当减小；垫层厚度宜为100mm，强度等级宜为C7.5；

承台梁纵向主筋直径不宜小于φ12，架立筋不宜小于φ10，箍筋不宜小于φ6。矩形承台板按双向均匀配筋，钢筋直径不宜小于φ10，间距100～200mm。三桩承台按三向板带均匀配筋，且最里的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内。

（4）桩与承台的连接：桩顶嵌入承台长度，对大直径桩不宜小于100mm，对中等直径桩不宜小于50mm；桩顶主筋伸入承台内的锚固长度为30倍主筋直径，对抗拔桩基为40倍主筋直径。对预应力混凝土桩可采用钢筋与桩头钢板焊接连接，钢桩则采用在桩头加焊锅型板或钢筋与承台连接。

（三）单桩承载力的确定

1.持力层的选择

一般应选择压缩性低而承载力高的较硬土层作为桩基持力层。当地基中存在多层可供选择的桩基持力层时，应根据桩基承载力、桩位布置和桩基沉降的要求并结合有关经济指标综合评价确定。

桩端全断面进入持力层的深度，对于粘性、粉土不宜小于2d。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于4d。当持力层较厚且施工条件许可时，桩端全断面进入持力层的深度宜达到桩端阻力的临界深度。砂与碎石类土的临界深度为（3～10）d，随其密度提高而增大；粉土、粘土的临界深度为（2～6）d，随土的孔隙比和液性指数的减小而增大。

2.桩截面的选择

桩的截面主要根据上部荷载等情况选定，一般情况下可根据上部结构荷载大小、楼层数、现场施工条件及经济指标等初步确定桩径或桩的边长，然后验算其截面强度。常用的桩截面与楼层数的经验数值关系如表3-6-8所示。

表3-6-8　楼层数与桩截面的经验数值关系（mm）

3.单桩竖向承载力设计值的确定

单桩竖向承载力设计值R应根据桩基的设计等级分别采用不同的方法确定。对三级建筑桩基可采用经验参数估算法；对二级建筑桩基可采用静力触探与经验参数估算法并参照相邻试桩资料综合确定；对一级建筑桩基应采用现场载荷试验并结合静力触探等原位测试方法综合确定。

（四）桩数的确定及桩的布置

1.桩数的初步确定

桩数n 可根据荷载情况按式（3-6-36）、式（3-6-37）初步确定：

轴心荷载：

偏心荷载：

式中：N为作用于桩基承台顶面的竖向力设计值；G为桩基承台和承台上土的自重设计值，地下水位以下取有效重度。

2.桩的平面布置

桩的平面布置应根据上部结构形式与受力要求，结合承台平面尺寸情况布置成矩形或梅花形等形式。柱下桩基础的桩数不宜少于3 根，墙下条形基础桩基，桩的布置可沿墙轴单排布置或双排交错布置。建筑物四角、纵横墙交界处、沉降缝两侧均宜布桩，但首层门洞处不宜布桩。

桩的布置除满足最小中心距（见表3-6-9）要求外，对同一建筑结构的单元，避免采用不同类型的桩；同一基础相邻桩的桩底标高差，对非嵌岩端承桩不宜超过相邻桩的中心距，对摩擦型桩在相同土层中不宜超过桩长的1/10；群桩宜使其形心与长期荷载重心重合，并使桩基在力矩较大方向有较大的截面模量。

表3-6-9　桩的最小中心距

（五）单桩承载力验算

1.中心荷载作用

单桩受力：

设计要求：

2.偏心荷载作用

各桩受力：(www.xing528.com)

设计要求：

式中：Qmax、分别为单桩受力的最大值、平均值；γ0 为桩基重要性系数。

（六）群桩承载力验算

群桩承载力验算包括持力层承载验算与软弱下卧层强度验算两部分。

1.持力层承载验算

对于桩数超过3 根的非端承桩的群桩基础，宜考虑群桩效应对桩基承载力的影响，此时群桩基础中的单桩承载力设计值R'按式（3-6-42）、式（3-6-43）计算。

静力触探与经验参数估算法：

静载荷试验方法：

式中：Qck为桩基承台底面地基土总极限阻力标准值；ηs、ηp、ηsp分别为桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数、桩侧阻端阻综合群桩效应系数；ηc 为承台底土阻力群桩效应系数；γc为承台底土阻抗力分项系数；各系数取用详见《建筑桩基技术规范》。

设计要求为

2.软弱下卧层强度验算

当桩中心距sa≤6d 时，可按式（3-6-46）、式（3-6-47）验算软弱下卧层强度：

式中：σz 为作用于软弱下卧层顶面的附加应力；γi 为软弱层顶面以上各土层的加权平均重度；qsik为桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值；fz 为软弱下卧层经深度修正的地基承载力设计值；z、t 分别为地面、桩端平面至软弱层顶面的深度；A0、B0 分别为桩群外缘矩形面积的长边长、短边长；θ为桩端硬持力层压力扩散角。

对于单桩基础或桩中心距sa＞6d 且硬持力层厚度t＜（sa-De）cot（θ/2）的桩基，验算软弱下卧层强度时σz 的计算公式如下：

式中：Q 为桩顶轴向压力设计值；De 为桩端等代直径，圆形桩端De=D，方形桩端De=1.13b（b 为桩的边长），在查取θ值时取b=De。

（七）群桩的沉降计算

当桩中心距sa≤6d 时，可采用等效作用分层总和法计算桩基内任意点的最终沉降量s：

式中：Ψ 为桩基沉降计算经验系数，如果无当地经验，对非软土地区和软土地区桩端有良好持力层时取Ψ=1，对软土地区且桩端无良好持力层时，则当桩长l≤25m 时取Ψ=1.7，桩长l＞25m 时，取=（5.9l-20）/（7l-100）；Ψe 为桩基等效基础系数，可根据《建筑桩基技术规范》确定；m 为角点法计算对应的矩形荷载分块数；n1 为桩基沉降计算深度范围内划分的土层数；p0j为角点法计算对应的第j块矩形底面长期效应组合的附加压力；Esi为桩端平面以下第i 层土的压缩模量；zij、z（i-1）j分别为桩端平面第j 块荷载至第i 层土、第i—1 层土底面的距离；、分别为桩端平面第j 块荷载至第i 层土、第i—1 层土底面深度范围内的平均附加应力系数。

桩端平面下压缩层厚度Zn 可按应力比法确定，即0.2σc（σc 为土的自重应力）和附加应力σz=αp0 沿深度分布曲线的交点至基础底面的距离就是Zn，其中附加应力系数α可按《建筑地基基础设计规范》采用。

（八）桩身结构强度验算

1.混凝土预制桩

吊运过程中的桩身结构强度验算。在标准图集JSJT—89《全国通用建筑标准设计结构试用图集预制钢筋混凝土桩》中，给出了各类预制方桩的配筋与构造详图，它们均按桩在吊运、运输、就位过程中可能产生的最大内力进行了强度与抗裂度验算，故设计时可根据桩的截面与长度等直接从图集中选用。

使用荷载下桩身结构强度验算与地区经验有关。

2.灌注桩

对灌注桩主要进行使用荷载下桩身结构强度的验算，验算公式为

（九）承台设计计算

1.受弯验算

多桩矩形承台的计算截面取在柱边和承台高度变化处，垂直于y 轴和垂直于x 轴方向计算截面的弯矩设计值为

式中：Qi 为仅考虑上部结构荷载作用下第i 桩的竖向净反力设计值；xi、yi 分别为第i 桩轴线至垂直于y 轴方向计算截面、垂直于x 轴方向计算截面的距离。

根据《混凝土结构设计规范》，弯矩M 应满足式（3-6-52）要求：

式中：fcm为混凝土抗压强度设计值；As 为钢筋截面积；fy 为钢筋抗拉强度设计值；b为承台受压区宽度；h0 为承台有效高度；x 为承台受压区高度。

钢筋截面积为

2.斜截面抗剪验算

抗剪承载力的验算截面为通过柱边（墙边）和桩边连线形成的斜截面。

斜截面抗剪承载力验算公式为

式中：V为斜截面的最大剪力设计值；fc 为混凝土轴心抗压强度设计值；b0 为计算截面的宽度；h0 为计算截面的有效高度；λ为计算截面的剪跨比，当λ＜0.3时取0.3，当λ＞3时取3.0；ax、ay 分别为柱边至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离；β为剪切系数。

3.冲切验算

冲切破坏锥体采用自柱（墙）边和承台变阶处至相应桩顶边缘连线所构成的截锥体，且锥体斜面与承台底面夹角不小于45°。

冲切承载力验算公式，详见《混凝土结构设计规范》。

4.承台的局部受压验算

当承台混凝土强度等级低于柱的强度等级时，应验算承台的局部受压承载力，验算方法可按《混凝土结构设计规范》的规定进行。