2.2 基础设计
2.2.1 扩展基础
《建筑地基基础设计规范》GB 50007—2011
8.2.1 扩展基础的构造,应符合下列规定:
1 锥形基础的边缘高度不宜小于200mm,且两个方向的坡度不宜大于1:3;阶梯形基础的每阶高度,宜为300~500mm。
2 垫层的厚度不宜小于70mm,垫层混凝土强度等级不宜低于C10。
3 扩展基础受力钢筋最小配筋率不应小于0.15%,底板受力钢筋的最小直径不应小于10mm,间距不应大于200mm,也不应小于100mm。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不应小于8mm;间距不应大于300mm;每延米分布钢筋的面积不应小于受力钢筋面积的15%。当有垫层时钢筋保护层的厚度不应小于40mm;无垫层时不应小于70mm。
4 混凝土强度等级不应低于C20。
5 当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时,底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍,并宜交错布置(图8.2.1-1)。
图8.2.1-1 柱下独立基础底板受力钢筋布置
6 钢筋混凝土条形基础底板在T形及十字形交接处,底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置,另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度1/ 4处(图8.2.1-2)。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置(图8.2.1-2)。
图8.2.1-2 墙下条形基础纵横交叉处底板受力钢筋布置
【条文解析】
扩展基础是指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。由于基础底板中垂直于受力钢筋的另一个方向的配筋具有分散部分荷载的作用,有利于底板内力重分布,因此各国规范中基础板的最小配筋率都小于梁的最小配筋率。
8.2.4 预制钢筋混凝土柱与杯口基础的连接(图8.2.4),应符合下列规定:
图8.2.4 预制钢筋混凝土柱与杯口基础的连接示意
注:a2≤a1;1—焊接网
1 柱的插入深度,可按表8.2.4-1选用,并应满足本规范第8.2.2条钢筋锚固长度的要求及吊装时柱的稳定性。
表8.2.4-1 柱的插入深度h1(mm)
注:1 h为柱截面长边尺寸,ha为双肢柱全截面长边尺寸,hb为双肢柱全截面短边尺寸;
2 柱轴心受压或小偏心受压时,h1可适当减小,偏心距大于2h时,h1应适当加大。
2 基础的杯底厚度和杯壁厚度,可按表8.2.4-2选用。
表8.2.4-2 基础的杯底厚度和杯壁厚度
注:1 双肢柱的杯底厚度值,可适当加大;
2 当有基础梁时,基础梁下的杯壁厚度,应满足其支承宽度的要求;
3 柱子插入杯口部分的表面应凿毛,柱子与杯口之间的空隙,应用比基础混凝土强度等级高一级的细石混凝土充填密实,当达到材料设计强度的70%以上时,方能进行上部吊装。
3 当柱为轴心受压或小偏心受压且t/ h2≥0.65时,或大偏心受压且t/ h2≥0.75时,杯壁可不配筋;当柱为轴心受压或小偏心受压且0.5≤t/ h2<0.65时,杯壁可按表8.2.4-3构造配筋;其他情况下,应按计算配筋。
表8.2.4-3 杯壁构造配筋
注:表中钢筋置于杯口顶部,每边两根(图8.2.4)。
【条文解析】
考虑到柱子偏心距对柱插入杯口深度的影响,补充规定:当柱偏心距大于2h时,h1应适当放大,一般取1.2~1.4h;对轴心受压或小偏心受压柱,h1值可适当减小。
8.2.7 扩展基础的计算应符合下列规定:
1 对柱下独立基础,当冲切破坏锥体落在基础底面以内时,应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力;
2 对基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度的柱下独立基础,以及墙下条形基础,应验算柱(墙)与基础交接处的基础受剪切承载力;
3 基础底板的配筋,应按抗弯计算确定;
4 当基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时,尚应验算柱下基础顶面的局部受压承载力。
【条文解析】
本条规定了扩展基础的设计内容:受冲切承载力计算、受剪切承载力计算、抗弯计算、受压承载力计算。为确保扩展基础设计的安全,在进行扩展基础设计时必须严格执行。
2.2.2 筏基基础
《建筑地基基础设计规范》GB 50007—2011
8.4.1 筏形基础分为梁板式和平板式两种类型,其选型应根据地基土质、上部结构体系、柱距、荷载大小、使用要求以及施工条件等因素确定。框架一核心筒结构和筒中筒结构宜采用平板式筏形基础。
【条文解析】
筏形基础分为平板式和梁板式两种类型,其选型应根据工程具体条件确定。与梁板式筏基相比,平板式筏基具有抗冲切及抗剪切能力强的特点,且构造简单,施工便捷,经大量工程实践和部分工程事故分析,平板式筏基具有更好的适应性。
8.4.4 筏形基础的混凝土强度等级不应低于C30,当有地下室时应采用防水混凝土。防水混凝土的抗渗等级应按表8.4.4选用。对重要建筑,宜采用自防水并设置架空排水层。
表8.4.4 防水混凝土抗渗等级
【条文解析】
本条主要对筏形基础的混凝土强度等级以及防水混凝土抗渗等级作了明确规定。
8.4.5 采用筏形基础的地下室,钢筋混凝土外墙厚度不应小于250mm,内墙厚度不宜小于200mm。墙的截面设计除满足承载力要求外,尚应考虑变形、抗裂及外墙防渗等要求。墙体内应设置双面钢筋,钢筋不宜采用光面圆钢筋,水平钢筋的直径不应小于12mm,竖向钢筋的直径不应小于10mm,间距不应大于200mm。
【条文解析】
本条主要规定了筏形基础地下室的构造。
8.4.6 平板式筏基的板厚应满足受冲切承载力的要求。
【条文解析】
平板式筏基的板厚通常由冲切控制,包括柱下冲切和内筒冲切,因此其板厚应满足受冲切承载力的要求。
8.4.9 平板式筏基应验算距内筒和柱边缘h0处截面的受剪承载力。当筏板变厚度时,尚应验算变厚度处筏板的受剪承载力。
【条文解析】
平板式筏基内筒、柱边缘处以及筏板变厚度处剪力较大,应进行抗剪承载力验算。
8.4.11 梁板式筏基底板应计算正截面受弯承载力,其厚度尚应满足受冲切承载力、受剪切承载力的要求。
【条文解析】
本条规定了梁板式筏基底板的设计内容:抗弯计算、受冲切承载力计算、受剪切承载力计算。为确保梁板式筏基底板设计的安全,在进行梁板式筏基底板设计时必须严格执行。
8.4.13 地下室底层柱、剪力墙与梁板式筏基的基础梁连接的构造应符合下列规定:
1 柱、墙的边缘至基础梁边缘的距离不应小于50mm(图8.4.13)
2 当交叉基础梁的宽度小于柱截面的边长时,交叉基础梁连接处应设置八字角,柱角与八字角之间的净距不宜小于50mm(图8.4.13(a));
3 单向基础梁与柱的连接,可按图8.4.13(b)、(c)采用;
4 基础梁与剪力墙的连接,可按图8.4.13(d)采用。
图8.4.13 地下室底层柱或剪力墙与梁板式筏基的基础梁连接的构造要求
1—基础梁;2—柱;3—墙
【条文解析】
本条主要对地下室底层柱、剪力墙与梁板式筏基的基础梁连接的构造作了明确规定。
8.4.15 按基底反力直线分布计算的梁板式筏基,其基础梁的内力可按连续梁分析,边跨跨中弯矩以及第一内支座的弯矩值宜乘以1.2的系数。梁板式筏基的底板和基础梁的配筋除满足计算要求外,纵横方向的底部钢筋尚应有不少于1/3贯通全跨,顶部钢筋按计算配筋全部连通,底板上下贯通钢筋的配筋率不应小于0.15%。
【条文解析】
筏形基础在四角处及四边边区格上,往往地基反力较大,尤其是四角处应力更为集中。设计时,配以辐射状钢筋,给予适当加强,以免在梁板上出现过大的裂缝。
当按连续梁计算梁肋时,必然会遇到计算出的“支座”反力与柱压力不符的问题,对于其中某些位置上的主肋来说,这种矛盾还可能相当突出,因此就更需要设计者在截面设计时结合实际作必要的调整,有时也可用前述静定分析法计算主肋的内力,再参考两种结果进行配筋。
在进行计算与设计时,片筏设计由于以下三种原因,可能引起这种形式过于保守。
1)附加的分析费及分析中的不确定因素。
2)此种结构设计保守所增加的造价一般较小,只要超过安全的合理化费用与总的工程造价相比不大。
3)增加造价,也增加了安全系数。
8.4.17 对有抗震设防要求的结构,当地下一层结构顶板作为上部结构嵌固端时,嵌固端处的底层框架柱下端截面组合弯矩设计值应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010的规定乘以与其抗震等级相对应的增大系数。当平板式筏形基础板作为上部结构的嵌固端、计算柱下板带截面组合弯矩设计值时,底层框架柱下端内力应考虑地震作用组合及相应的增大系数。
【条文解析】
本条主要对有抗震设防要求的结构作了明确规定。
8.4.18 梁板式筏基基础梁和平板式筏基的顶面应满足底层柱下局部受压承载力的要求。对抗震设防烈度为9度的高层建筑,验算柱下基础梁、筏板局部受压承载力时,应计入竖向地震作用对柱轴力的影响。
【条文解析】
梁板式筏基基础梁和平板式筏基的顶面处与结构柱、剪力墙交界处承受较大的竖向力,设计时应进行局部受压承载力计算。
8.4.19 筏板与地下室外墙的接缝、地下室外墙沿高度处的水平接缝应严格按施工缝要求施工,必要时可设通长止水带。
【条文解析】
对于地下水位以下的地下室筏板基础,必须考虑混凝土的抗渗等级,并进行抗裂验算。
8.4.20 带裙房的高层建筑筏形基础应符合下列规定:
1 当高层建筑与相连的裙房之间设置沉降缝时,高层建筑的基础埋深应大于裙房基础的埋深至少2m。地面以下沉降缝的缝隙应用粗砂填实(图8.4.20(a))。
2 当高层建筑与相连的裙房之间不设置沉降缝时,宜在裙房一侧设置用于控制沉降差的后浇带,当沉降实测值和计算确定的后期沉降差满足设计要求后,方可进行后浇带混凝土浇筑。当高层建筑基础面积满足地基承载力和变形要求时,后浇带宜设在与高层建筑相邻裙房的第一跨内。当需要满足高层建筑地基承载力、降低高层建筑沉降量、减小高层建筑与裙房间的沉降差而增大高层建筑基础面积时,后浇带可设在距主楼边柱的第二跨内,此时应满足以下条件:
1)地基土质较均匀;
2)裙房结构刚度较好且基础以上的地下室和裙房结构层数不少于两层;
3)后浇带一侧与主楼连接的裙房基础底板厚度与高层建筑的基础底板厚度相同(图8.4.20(b))。
3 当高层建筑与相连的裙房之间不设沉降缝和后浇带时,高层建筑及与其紧邻一跨裙房的筏板应采用相同厚度,裙房筏板的厚度宜从第二跨裙房开始逐渐变化,应同时满足主、裙楼基础整体性和基础板的变形要求;应进行地基变形和基础内力的验算,验算时应分析地基与结构间变形的相互影响,并采取有效措施防止产生有不利影响的差异沉降。
图8.4.20 高层建筑与裙房间的沉降缝、后浇带处理示意
1—高层建筑;2—裙房及地下室;3—室外地坪以下用粗砂填实;4—后浇带
【条文解析】
1)厚筏基础(厚跨比不小于1/6)具备扩散主楼荷载的作用,扩散范围与相邻裙房地下室的层数、间距以及筏板的厚度有关,影响范围不超过三跨。
2)多塔楼作用下大底盘厚筏基础的变形特征为:各塔楼独立作用下产生的变形效应通过以各个塔楼下面一定范围内的区域为沉降中心,各自沿径向向外围衰减。
3)多塔楼作用下大底盘厚筏基础的基底反力的分布规律为:各塔楼荷载产出的基底反力以其塔楼下某一区域为中心,通过各自塔楼周围的裙房基础沿径向向外围扩散,并随着距离的增大而逐渐衰减。
4)大比例室内模型系列试验和工程实测结果表明,当高层建筑与相连的裙房之间不设沉降缝和后浇带时,高层建筑的荷载通过裙房基础向周围扩散并逐渐减小,因此与高层建筑紧邻的裙房基础下的地基反力相对较大,该范围内的裙房基础板厚度突然减小过多时,有可能出现基础板的截面因承载力不够而发生破坏或其因变形过大出现裂缝。因此本条提出高层建筑及与其紧邻一跨的裙房筏板应采用相同厚度,裙房筏板的厚度宜从第二跨裙房开始逐渐变化。
5)室内模型试验结果表明,平面呈L形的高层建筑下的大面积整体筏形基础,筏板在满足厚跨比不小于1/6的条件下,裂缝发生在与高层建筑相邻的裙房第一跨和第二跨交接处的柱旁。试验结果还表明,高层建筑连同紧邻一跨的裙房其变形相当均匀,呈现出接近刚性板的变形特征。因此,当需要设置后浇带时,后浇带宜设在与高层建筑相邻裙房的第二跨内(见图2-3)。
图2-3 平面呈L形的高层建筑后浇带示意
1—L形高层建筑;2—后浇带
8.4.21 在同一大面积整体筏形基础上建有多幢高层和低层建筑时,筏板厚度和配筋宜按上部结构、基础与地基土共同作用的基础变形和基底反力计算确定。
【条文解析】
室内模型试验和工程沉降观察以及反算结果表明,在同一大面积整体筏形基础上有多幢高层和低层建筑时,筏形基础的结构分析宜考虑上部结构、基础与地基土的共同作用,否则将得到与沉降测试结果不符的较小的基础边缘沉降值和较大的基础挠曲度。
8.4.24 筏形基础地下室施工完毕后,应及时进行基坑回填工作。填土应按设计要求选料,回填时应先清除基坑中的杂物,在相对的两侧或四周同时回填并分层夯实,回填土的压实系数不应小于0.94。
【条文解析】
回填土的质量影响着基础的埋置作用,如果不能保证填土和地下室外墙之间的有效接触,将减弱土对基础的约束作用,降低基侧土对地下结构的阻抗。因此,应注意地下室四周回填土应均匀分层夯实。
2.2.3 桩基础
《建筑地基基础设计规范》GB 50007—2011
8.5.2 桩基设计应符合下列规定:
1 所有桩基均应进行承载力和桩身强度计算。对预制桩,尚应进行运输、吊装和锤击等过程中的强度和抗裂验算。
2 桩基础沉降验算应符合本规范第8.5.15条的规定。
3 桩基础的抗震承载力验算应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010的有关规定。
4 桩基宜选用中、低压缩性土层作桩端持力层。
5 同一结构单元内的桩基,不宜选用压缩性差异较大的土层作桩端持力层,不宜采用部分摩擦桩和部分端承桩。
6 由于欠固结软土、湿陷性土和场地填土的固结,场地大面积堆载、降低地下水位等原因,引起桩周土的沉降大于桩的沉降时,应考虑桩侧负摩擦力对桩基承载力和沉降的影响。
7 对位于坡地、岸边的桩基,应进行桩基的整体稳定验算。桩基应与边坡工程统一规划,同步设计。
8 岩溶地区的桩基,当岩溶上覆土层的稳定性有保证,且桩端持力层承载力及厚度满足要求,可利用上履土层作为桩端持力层。当必须采用嵌岩桩时,应对岩溶进行施工勘察。
9 应考虑桩基施工中挤土效应对桩基及周边环境的影响;在深厚饱和软土中不宜采用大片密集有挤土效应的桩基。
10 应考虑深基坑开挖中,坑底土回弹隆起对桩身受力及桩承载力的影响。
11 桩基设计时,应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。
12 在承台及地下室周围的回填中,应满足填土密实度要求。
【条文解析】
同一结构单元的桩基,由于采用压缩性差异较大的持力层或部分采用摩擦桩,部分采用端承桩,常引起较大不均匀沉降,导致建筑物构件开裂或建筑物倾料;在地震荷载作用下,摩擦桩和端承桩的沉降不同,如果同一结构单元的桩基同时采用部分摩擦桩和部分端承桩,将导致结构产生较大的不均匀沉降。
岩溶地区的嵌岩桩在成孔中常发生漏浆、塌孔和埋钻现象,给施工造成困难,因此应首先考虑利用上覆土层作为桩端持力层的可行性。利用上覆土层作为桩端持力层的条件是上覆土层必须是稳定的土层,其承载力及厚度应满足要求。上覆土层的稳定性的判定至关重要,在岩溶发育区,当基岩上覆土层为饱和砂类土时,应视为地面易塌陷区,不得作为建筑场地。必须用作建筑场地时,可采用嵌岩端承桩基础,同时采取勘探孔注浆等辅助措施。基岩面以上为黏性土层,黏性土有一定厚度且无土洞存在或可溶性岩面上有砂岩、泥岩等非可溶岩层时,上覆土层可视为稳定土层。当上覆黏性土在岩溶水上下交替变化作用下可能形成土洞时,上覆土层也应视为不稳定土层。
在深厚软土中,当基坑开挖较深时,基底土的回弹可引起桩身上浮、桩身开裂,影响单桩承载力和桩身耐久性,应引起高度重视。设计时应考虑加强桩身配筋、支护结构设计时应采取防止基底隆起的措施,同时应加强坑底隆起的监测。
承台及地下室周围的回填土质量对高层建筑抗震性能的影响较大,规范均规定了填土压实系数不小于0.94。除要求施工中采取措施尽量保证填土质量外,可考虑改用灰土回填或增加一至两层混凝土水平加强条带,条带厚度不应小于0.5m。
关于桩、土、承台共同工作问题,各地区根据工程经验有不同的处理方法,如混凝土桩复合地基、复合桩基、减少沉降的桩基、桩基的变刚度调平设计等。实际操作中应根据建筑物的要求和岩土工程条件以及工程经验确定设计参数。无论采用哪种模式,承台下土层均应当是稳定土层。液化土、欠固结土、高灵敏度软土、新填土等皆属于不稳定土层,当沉桩引起承台土体明显隆起时也不宜考虑承台底土层的抗力作用。
8.5.3 桩和桩基的构造,应符合下列规定:
1 摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍;扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的1.5倍,当扩底直径大于2m时,桩端净距不宜小于1m。在确定桩距时尚应考虑施工工艺中挤土等效应对邻近桩的影响。
2 扩底灌注桩的扩底直径,不应大于桩身直径的3倍。
3 桩底进入持力层的深度,宜为桩身直径的1~3倍。在确定桩底进入持力层深度时,尚应考虑特殊土、岩溶以及震陷液化等影响。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度,不宜小于0.5m。
4 布置桩位时宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。
5 设计使用年限不少于50年时,非腐蚀环境中预制桩的混凝土强度等级不应低于C30,预应力桩不应低于C40,灌注桩的混凝土强度等级不应低于C25;二b类环境及三类及四类、五类微腐蚀环境中不应低于C30;在腐蚀环境中的桩,桩身混凝土的强度等级应符合现行国家标准 《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010的有关规定。设计使用年限不少于100年的桩,桩身混凝土的强度等级宜适当提高。水下灌注混凝土的桩身混凝土强度等级不宜高于C40。
6 桩身混凝土的材料、最小水泥用量、水灰比、抗渗等级等应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010、《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046—2008及《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476—2008的有关规定。
7 桩的主筋配置应经计算确定。预制桩的最小配筋率不宜小于0.8%(锤击沉桩)、0.6%(静压沉桩),预应力桩不宜小于0.5%;灌注桩最小配筋率不宜小于0.2%~0.65%(小直径桩取大值)。桩顶以下3~5倍桩身直径范围内,箍筋宜适当加强加密。
8 桩身纵向钢筋配筋长度应符合下列规定:
1)受水平荷载和弯矩较大的桩,配筋长度应通过计算确定。
2)桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时,配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层。
3)坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋。
4)钻孔灌注桩构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/ 3;桩施工在基坑开挖前完成时,其钢筋长度不宜小于基坑深度的2/3。
9 桩身配筋可根据计算结果及施工工艺要求,可沿桩身纵向不均匀配筋。腐蚀环境中的灌注桩主筋直径不宜小于16mm,非腐蚀性环境中灌注桩主筋直径不应小于12mm。
10 桩顶嵌入承台内的长度不应小于50mm。主筋伸入承台内的锚固长度不应小于钢筋直径(HPB235)的1/30和钢筋直径(HRB335和HRB400)的1/35。对于大直径灌注桩,当采用一柱一桩时,可设置承台或将桩和柱直接连接。桩和柱的连接可按本规范第8.2.5条高杯口基础的要求选择截面尺寸和配筋,柱纵筋插入桩身的长度应满足锚固长度的要求。
11 灌注桩主筋混凝土保护层厚度不应小于50mm;预制桩不应小于45mm,预应力管桩不应小于35mm;腐蚀环境中的灌注桩不应小于55mm。
【条文解析】
本条规定了摩擦型桩的桩中心距限制条件,主要为了减少摩擦型桩侧阻叠加效应及沉桩中对部桩的影响,对于密集群桩以及挤土型桩,应加大桩距。非挤土桩当承台下桩数少于9根,且少于3排时,桩距可不小于2.5d。对于端承型桩,特别是非挤土端承桩和嵌岩桩桩距的限制可以放宽。
扩底灌注桩的扩底直径,不应大于桩身直径的3倍,是考虑到扩底施工的难易和安全,同时需要保持桩间土的稳定。
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难易程度,并保证桩端阻力的发挥。
桩端进入破碎岩石或软质岩的桩,按一般桩来计算桩端进入持力层的深度。桩端进入完整和较完整的未风化、微风化、中等风化硬质岩石时,入岩施工困难,同时硬质岩已提供足够的端阻力。
桩身混凝土最低强度等级与桩身所处环境条件有关。有关岩土及地下水的腐蚀性问题,牵涉腐蚀源、腐蚀类别、性质、程度、地下水位变化、桩身材料等诸多因素。现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021—2001、《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010、《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046—2008、《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476—2008等不同角度作了相应的表述和规定。
为了便于操作,本条将桩身环境划分为非腐蚀环境(包括微腐蚀环境)和腐蚀环境两大类,对非腐蚀环境中桩身混凝土强度作了明确规定,腐蚀环境中的桩身混凝土强度、材料、最小水泥用量、水灰比、抗渗等级等还应符合相关规范的规定。
桩身埋于地下,不能进行正常维护和维修,必须采取措施保证其使用寿命,特别是许多情况下桩顶附近位于地下水位频繁变化区,对桩身混凝土及钢筋的耐久性应引起重视。
灌注桩水下浇筑混凝土目前大多采用商品混凝土,混凝土各项性能有保障的条件下,可将水下浇筑混凝土强度等级达到C45。
当场地位于坡地且桩端持力层和地面坡度超过10%时,除应进行场地稳定验算并考虑挤土桩对边坡稳定的不利影响外,桩身尚应通长配筋,用来增加桩身水平抗力。关于通长配筋的理解应该是钢筋长度达到设计要求的持力层需要的长度。
采用大直径长灌注桩时,宜将部分构造钢筋通长设置,用以验证孔径及孔深。
8.5.10 桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。
【条文解析】
为避免基桩在受力过程中发生桩身强度破坏,桩基设计时应进行基桩的桩身强度验算,确保桩身混凝土强度满足桩的承载力要求。
8.5.12 非腐蚀环境中的抗拔桩应根据环境类别控制裂缝宽度满足设计要求,预应力混凝土管桩应按桩身裂缝控制等级为二级的要求进行桩身混凝土抗裂验算。腐蚀环境中的抗拔桩和受水平力或弯矩较大的桩应进行桩身混凝土抗裂验算,裂缝控制等级应为二级;预应力混凝土管桩裂缝控制等级应为一级。
【条文解析】
非腐蚀性环境中的抗拔桩,桩身裂缝宽度应满足设计要求。预应力混凝土管桩因增加钢筋直径有困难,考虑其钢筋直径较小,耐久性差,所以裂缝控制等级应为二级,即混凝土拉应力不应超过混凝土抗拉强度设计值。
腐蚀性环境中,考虑桩身钢筋耐久性,抗拔桩和受水平力或弯矩较大的桩不允许桩身混凝土出现裂缝。预应力混凝土管桩裂缝等级应为一级(即桩身混凝土不出现拉应力)。
预应力管桩作为抗拔桩使用时,近期出现了数起桩身抗拔破坏的事故,主要表现在主筋墩头与端板连接处拉脱,同时管桩的接头焊缝耐久性也有问题,因此,在抗拔构件中应慎用预应力混凝土管桩。必须使用时应考虑以下几点:
1)预应力筋必须锚入承台;
2)截桩后应考虑预应力损失,在预应力损失段的桩外围应包裹钢筋混凝土;
3)宜采用单节管桩;
4)多节管桩可考虑通长灌芯,另行设置通长的抗拔钢筋,或将抗拔承载力留有余地,防止墩头拔出;
5)端板与钢筋的连接强度应满足抗拔力要求。
8.5.13 桩基沉降计算应符合下列规定:
1 对以下建筑物的桩基应进行沉降验算;
1)地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基;
2)体形复杂、荷载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;
3)摩擦型桩基。
2 桩基沉降不得超过建筑物的沉降允许值,并应符合本规范表5.3.4的规定。
【条文解析】
地基基础设计强调变形控制原则,桩基础也应按变形控制原则进行设计。本条规定了桩基沉降计算的适用范围以及控制原则。
8.5.14 嵌岩桩、设计等级为丙级的建筑物桩基、对沉降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基、吊车工作级别A5及A5以下的单层工业厂房且桩端下为密实土层的桩基,可不进行沉降验算。当有可靠地区经验时,对地质条件不复杂、荷载均匀、对沉降无特殊要求的端承型桩基也可不进行沉降验算。
【条文解析】
对于地基基础设计等级为丙级的建筑物、群桩效应不明显的建筑物桩基,可根据单桩静载荷试验的变形及当地工程经验估算建筑物的沉降量。
8.5.16 以控制沉降为目的设置桩基时,应结合地区经验,并满足下列要求:
1 桩身强度应按桩顶荷载设计值验算;
2 桩、土荷载分配应按上部结构与地基共同作用分析确定;
3 桩端进入较好的土层,桩端平面处土层应满足下卧层承载力设计要求;
4 桩距可采用4~6倍桩身直径。
【条文解析】
开发为控制沉降而设置桩基的方法是考虑桩、土、承台共同工作时,基础的承载力可以满足要求,而下卧层变形过大,此时采用摩擦型桩旨在减少沉降,以满足建筑物的使用要求。以控制沉降为目的设置桩基是指直接用沉降量指标来确定用桩的数量。能否实行这种设计方法,必须要有当地的经验,特别是符合当地工程实践的桩基沉降计算方法。直接用沉降量确定用桩数量后,还必须满足本条所规定的使用条件和构造措施。上述方法的基本原则有下面三点。
1)设计用桩数量可以根据沉降控制条件,即允许沉降量计算确定。
2)基础总安全度不能降低,应按桩、土和承台共同作用的实际状态来验算。桩土共同工作是一个复杂的过程,随着沉降的发展,桩、土的荷载分担不断变化,作为一种最不利状态的控制,桩顶荷载可能接近或等于单桩极限承载力。为了保证桩基的安全度,规定按承载力特征值计算的桩群承载力与土承载力之和应大于或等于作用的标准组合产生的作用在桩基承台顶面的竖向力与承台及其上土自重之和。
3)为保证桩、土和承台共同工作,应采用摩擦型桩,使桩基产生可以容许的沉降,承台底不致脱空,在桩基沉降过程中充分发挥桩端持力层的抗力。同时桩端还要置于相对较好的土层中,防止沉降过大,达不到预期控制沉降的目的。为保证承台底不脱空,当承台底土为欠固结土或承载力利用价值不大的软土时,尚应对其进行处理。
8.5.17 桩基承台的构造,除满足受冲切、受剪切、受弯承载力和上部结构的要求外,尚应符合下列要求:
1 承台的宽度不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长,且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm。对于条形承台梁,桩的外边缘至承台梁边缘的距离不小于75mm。
2 承台的最小厚度不应小于300mm。
3 承台的配筋,对于矩形承台,其钢筋应按双向均匀通长布置(图8.5.17(a)),钢筋直径不宜小于10mm,间距不宜大于200mm;对于三桩承台,钢筋应按三向板带均匀布置,且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内(图8.5.17(b))。承台梁的主筋除满足计算要求外,尚应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010关于最小配筋率的规定,主筋直径不宜小于12mm,架立筋不宜小于10mm,箍筋直径不宜小于6mm(图8.5.17(c));柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%。钢筋锚固长度自边桩内侧(当为圆桩时,应将其直径乘以0.886等效为方桩)算起,锚固长度不应小于35倍钢筋直径,当不满足时应将钢筋向上弯折,此时钢筋水平段的长度不应小于25倍钢筋直径,弯折段的长度不应小于10倍钢筋直径。
图8.5.17 承台配筋
1—墙;2—箍筋直径≥6mm;3—桩顶人承台≥50mm;4—承台梁内主筋除须按计算配筋外尚应满足最小配筋率;5—垫层100mm厚C10混凝土
4 承台混凝土强度等级不应低于C20;纵向钢筋的混凝土保护层厚度不应小于70mm,当有混凝土垫层时,不应小于50mm;且不应小于桩头嵌入承台内的长度。
【条文解析】
承台之间的连接应符合下列要求:
1)单桩承台,应在两个互相垂直的方向上设置连系梁。
2)两桩承台,应在其短向设置连系梁。
3)有抗震要求的柱下独立承台,宜在两个主轴方向设置连系梁。
4)连系梁顶面宜与承台位于同一标高。连系梁的宽度不应小于250mm,梁的高度可取承台中心距的1/15~1/10,且不宜小于400mm。
5)连系梁的主筋应按计算要求确定。连系梁内上下纵向钢筋直径不应小于12mm且不应少于2根,并应按受拉要求锚入承台。
8.5.20 柱下桩基础独立承台应分别对柱边和桩边、变阶处和桩边连线形成的斜截面进行受剪计算。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时,尚应对每个斜截面进行验算。
【条文解析】
桩基承台的柱边、变阶处等部位剪力较大,应进行料截面抗剪承载力验算。
8.5.22 当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时,尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。
【条文解析】
桩基承台与柱、桩交界处承受较大的竖向力,设计时应进行局部受压承载力计算。
8.5.23 承台之间的连接应符合下列要求:
1 单桩承台,应在两个互相垂直的方向上设置连系梁。
2 两桩承台,应在其短向设置连系梁。
3 有抗震要求的柱下独立承台,宜在两个主轴方向设置连系梁。
4 连系梁顶面宜与承台位于同一标高。连系梁的宽度不应小于250mm,梁的高度可取承台中心距的1/15~1/10,且不小于400mm。
5 连系梁的主筋应按计算要求确定。连系梁内上下纵向钢筋直径不应小于12mm且不应少于2根,并应按受拉要求锚入承台。
【条文解析】
承台之间的连接,通常应在两个互相垂直的方向上设置连系梁。对于单层工业厂房排架柱基础横向跨度较大、设置连系梁有困难,可仅在纵向设置连系梁,在端部应按基础设计要求设置地梁。
10.2.13 人工挖孔桩终孔时,应进行桩端持力层检验。单柱单桩的大直径嵌岩桩,应视岩性检验孔底下3倍桩身直径或5m深度范围内有无土洞、溶洞、破碎带或软弱夹层等不良地质条件。
【条文解析】
人工挖孔桩应逐孔进行终孔验收,终孔验收的重点是持力层的岩土特征。对单柱单桩的大直径嵌岩桩,承载能力主要取决嵌岩段岩性特征和下卧层的持力性状,终孔时,应用超前钻逐孔对孔底下3d或5m深度范围内持力层进行检验,查明是否存在溶洞、破碎带和软夹层等,并提供岩芯抗压强度试验报告。
终孔验收如发现与勘察报告及设计文件不一致,应由设计人提出处理意见。缺少经验时,应进行桩端持力层岩基原位荷载试验。
10.2.14 施工完成后的工程桩应进行桩身完整性检验和竖向承载力检验。承受水平力较大的桩应进行水平承载力检验,抗拔桩应进行抗拔承载力检验。
【条文解析】
单桩竖向静载试验应在工程桩的桩身质量检验后进行。
《建筑桩基技术规范》 JGJ 94—2008
3.1.2 根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体形的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度,应将桩基设计分为表3.1.2所列的三个设计等级。桩基设计时,应根据表3.1.2确定设计等级。
表3.1.2 建筑桩基设计等级
【条文解析】
划分建筑桩基设计等级,旨在界定桩基设计的复杂程度、计算内容和应采取的相应措施。桩基设计等级是根据建筑物规模、体形与功能特征、场地地质与环境的复杂程度,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划分为三个等级。
3.1.3 桩基应根据具体条件分别进行下列承载能力计算和稳定性验算:
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 应对桩身和承台结构承载力进行计算;对于桩侧土不排水抗剪强度小于10k Pa且长径大于50的桩,应进行桩身压屈验算;对于混凝土预制桩,应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算;对于钢管桩,应进行局部压屈验算。
3 对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、抗拔桩基,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,应进行抗震承载力验算。
【条文解析】
关于桩基承载力计算和稳定性验算,是承载能力极限状态设计的具体内容,应结合工程具体条件有针对性地进行计算或验算,条文所列6项内容中有的为必算项,有的为可算项。
3.1.4 下列建筑桩基应进行沉降计算:
1 设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基;
2 设计等级为乙级的体形复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基;
3 软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。
3.1.5 对受水平荷载较大,或对水平位移有严格限制的建筑桩基,应计算其水平位移。
【条文解析】
桩基变形涵盖沉降和水平位移两大方面,后者包括长期水平荷载、高抗震烈度区水平地震作用以及风荷载等引起的水平位移;桩基沉降是计算绝对沉降、差异沉降、整体倾料和局部倾料的基本参数。
3.1.7 桩基设计时,所采用的作用效应组合与相应的抗力应符合下列规定:
1 确定桩数和布桩时,应采用传至承台底面的荷载效应标准组合;相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。
2 计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时,应采用荷载效应准永久组合;计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时,应采用水平地震作用、风载效应标准组合。
3 验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时,应采用荷载效应标准组合;抗震设防区,应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。
4 在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时,应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时,应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。
5 桩基结构安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数γ0应按现行有关建筑结构规范的规定采用,除临时性建筑外,重要性系数γ0应不小于1.0。
6 对桩基结构进行抗震验算时,其承载力调整系数γRE应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010的规定采用。
【条文解析】
桩基设计所采用的作用效应组合和抗力是根据计算或验算的内容相适应的原则确定。
5.2.1 桩基竖向承载力计算应符合下列规定。
1 荷载效应标准组合。
轴心竖向力作用下
偏心竖向力作用下。除满足上式外,尚应满足下式的要求:
2 地震作用效应和荷载效应标准组合。
轴心竖向力作用下
偏心竖向力作用下,除满足上式外。尚应满足下式的要求:
式中 Nk——荷载效应标准组合轴心竖向力作用下,基桩或复合基桩平均竖向力;
Nkmax——荷载效应标准组合偏心竖向力作用下,桩顶最大竖向力;
NEk——地震作用效应和荷载效应标准组合下,基桩或复合基桩平均竖向力;
NEkmax——地震作用效应和荷载效应标准组合下,基桩或复合基桩最大竖向力;
R——基桩或复合基桩竖向承载力特征值。
【条文解析】
桩基安全度水准与《建筑桩基技术规范》JGJ 94—2008相比,有所提高。这是由以下三个原因导致的。
1)建筑结构荷载规范的均布活载标准值较前提高了1/3(办公楼、住宅),荷载组合系数提高了17%;由此使以土的支承阻力制约的桩基承载力安全度有所提高。
2)基本组合的荷载分项系数由1.25提高至1.35(以永久荷载控制的情况)。
3)钢筋和混凝土强度设计值略有降低。
以上2)、3)因素使桩基结构承载力安全度有所提高。
5.4.2 符合下列条件之一的桩基,当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时,在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力:
1 桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时;
2 桩周存在软弱土层,邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载,或地面大面积堆载(包括填土)时;
3 由于降低地下水位,使桩周土有效应力增大,并产生显著压缩沉降时。
【条文解析】
本文为桩基设计时应该考虑桩侧负摩阻力的使用条件。当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时,应考虑桩侧负摩阻力对桩基承载力和变形的影响。考虑桩侧负摩阻力时,基桩承载力应满足设计要求;考虑桩侧负摩阻力的桩基沉降量应满足设计要求。
5.5.1 建筑桩基沉降变形计算值不应大于桩基沉降变形允许值。
5.5.4 建筑桩基沉降变形允许值,应按表5.5.4规定采用。
表5.5.4 建筑桩基沉降变形允许值
注:l0为相邻柱(墙)二测点间距离,Hg为自室外地面算起的建筑物高度(m)。
【条文解析】
根据《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008第5.5.2条和第5.5.3条的规定:
1)桩基沉降变形可用下列指标表示:
①沉降量;
②沉降差;
③整体倾料——建筑物桩基础倾料方向两端点的沉降差与其距离之比值;
④局部倾料——墙下条形承台沿纵向某一长度范围内桩基础两点的沉降差与其距离之比值。
2)计算桩基沉降变形时,桩基变形指标应按下列规定选用:
①由于土层厚度与性质不均匀、荷载差异、体形复杂、相互影响等因素引起的地基沉降变形,对于砌体承重结构应由局部倾抖控制;
②对于多层或高层建筑和高耸结构应由整体倾料值控制;
③当其结构为框架、框架-剪力墙、框架-核心筒结构时,尚应控制柱(墙)之间的差异沉降。
5.9.6 桩基承台厚度应满足柱(墙)对承台的冲切和基桩对承台的冲切承载力要求。
5.9.9 柱(墙)下桩基承台,应分别对柱(墙)边、变阶处和桩边连线形成的贯通承台的斜截面的受剪承载力进行验算。当承台悬挑边有多排基桩形成多个斜截面时,应对每个斜截面的受剪承载力进行验算。
【条文解析】
以上两条对桩基承台厚度应满足的要求和柱(墙)下桩基承台抖截面的受剪承载力计算作出规定。由于剪切破坏面通常发生在柱边(墙边)与桩边连线形成的贯通承台的料截面处,因而受剪计算料截面取在柱边处。当柱(墙)承台悬挑边有多排基桩时,应对多个料截面的受剪承载力进行计算。
5.9.15 对于柱下桩基,当承台混凝土强度等级处于柱或桩的混凝土强度等级时,应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。
【条文解析】
承台混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时,应按现行《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010的规定验算柱下或桩顶承台的局部受压承载力,避免承台发生局部受压破坏。
《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025—2004
5.7.2 在湿陷性黄土场地采用桩基础,桩端必须穿透湿陷性黄土层,并应符合下列要求:
1 在非自重湿陷性黄土场地,桩端应支承在压缩性较低的非湿陷性黄土层中;
2 在自重湿陷性黄土场地,桩端应支承在可靠的岩(或土)层中。
【条文解析】
在湿陷性黄土场地桩周浸水后,桩身尚有一定的正摩擦力,在充分发挥并利用桩周正摩擦力的前提下,要求桩端支承在压缩性较低的非湿陷性黄土层中。
自重湿陷性黄土场地建筑物地基浸水后,桩周土可能产生负摩擦力,为了避免由此产生下拉力,使桩的轴向力加大而产生较大沉降,桩端必须支承在可靠的持力层中。桩底端应坐落在基岩上,采用端承桩;或桩底端坐落在卵石、密实的砂类土和饱和状态下液性指数IL<0的硬黏性土层上,采用以端承力为主的摩擦端承桩。
除此之外,对于混凝土灌注桩纵向受力钢筋的配置长度,虽然在规范中没有提出明确要求,但在设计中应有所考虑。对于在非自重湿陷性黄土层中的桩,虽然不会产生较大的负摩擦力,但一经浸水桩周土可能变软或产生一定量的负摩擦力,对桩产生不利影响。因此,建议桩的纵向钢筋除应自桩顶按1/3桩长配置外,配筋长度尚应超过湿陷性黄土层的厚度;对于在自重湿陷性黄土层中的端承桩,由于桩侧可能承受较大的负摩擦力,中性点截面处的轴向压力往往大于桩顶,全桩长的轴向压力均较大。因此,建议桩身纵向钢筋应通长配置。
《载体桩设计规程》JGJ 135—2007
4.5.1 对于下列建筑物的载体桩基应进行沉降计算:
1 建筑桩基设计等级为甲级的载体桩基;
2 体形复杂、负荷不均匀或桩端以下存在软弱下卧层的设计等级为乙级的载体桩基;
3 地基条件复杂、对沉降要求严格的载体桩基。
4.5.4 建筑物载体桩基沉降变形计算值不应大于建筑物桩基沉降变形允许值。
【条文解析】
载体桩是指由混凝土桩身和载体构成的桩。原复合载体夯扩桩简称复合载体桩,现称载体桩。施工时采用柱锤夯击,护筒跟进成孔,达到设计标高后,柱锤夯出护筒底一定深度,再分批向孔内投入填充料,用柱锤反复夯实,达到设计要求后再填入混凝土夯实,形成载体,然后再执行下钢筋笼、浇注混凝土、振捣、养护等工序形成混凝土桩身。从受力原理分析,混凝土桩身相当于传力杆,载体相当于无筋扩展基础。根据桩身混凝土的施工方法、施工材料及受力条件等的不同,载体桩有现浇钢筋混凝土桩身载体桩、素混凝土桩身载体桩和预制桩身载体桩。载体桩着重研究载体的受力,其核心为土体密实,承载力主要源于载体。