浅谈桩基承台设计
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摘要:文章结合作者设计经验，对桩基及承台原则等作了详细的叙述。
Abstract: the paper combines with the author design experience, pile foundation and the principle of pile caps is the detailed narration.
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、引言:承台为上部结构与桩基之间的连接部件，通常是三维块体。由于承台传力机制复杂，再加上研究不够、认识不足，国内外有关规范及手册对承台设计的规定往往不够完整，有时彼此间还存在较大差异。这种状况无法适应工程设计的需要。随着全国各地高层建筑、重型厂房等的不断兴建，桩基承台的应用日益普遍，有必要制订一部实用性承台设计规程。自80年代以来，同济大学等单位在桩基承台方面的系列研究成果为编制这样一部规程提供了必要的技术基础。基于上述背景，同济大学按中国工程建设标准化委员会下达的计划负责起草推荐性工程建设标准―《钢筋混凝土承台设计规程》，其中的部分内容同时编人已正式颁布的《建筑桩基技术规范》(JGJ94一2008)。
二、设计原则
和现行的《混凝土结构设计规范》(GB50010一2010)一样，采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量承台的可靠度，采用以分项系数表达的极限状态设计表达式对承台进行设计。当设计不考虑抗震时，承载能力极限状态计算表达式为705(R(1)式中，。―建筑桩基的重要性系数，一般取为1.0;若对桩基变形的要求较高或不高时，可取为1.1或0.9;舀兮一一荷载效应设计值，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009一2001)进行计算。R―承台的承载力设计值.为了与GB50010一2010规范协调，并考虑到我国工程技术人员的设计习惯，仍按几种假想的破坏形态(弯曲、剪切、冲切、局部受压等)分别进行承台的承载能力极限状态计算。因此，式(1)中的荷载效应S可以是弯矩M、剪力V、冲切荷载或局部受压荷载Fl。我们已撰文对承台受冲切l’]、受剪[z]、局部受压131承载力设计计算方法作过详细介绍。需要指出，承台实际的破坏形态较为复杂，有时几种破坏特征是混合出现的，很难明确加以区分。当设计考虑抗震时，应按《建筑抗震设计规范》(GB50011l一2010)的规定进行承载能力极限状态计算:，，二S(R(2)式中从f一一承载力抗震调整系数:弯曲0.75冲切、剪切0.85局部受压1.0当仅考虑竖向地震作用时，承载力抗震调整系数均可采用1.0。对于承台的正常使用极限状态通常不予验算。从国内外对桩基承台的试验资料中发现，承台在达到承载能力极限状态时，大多以脆性的剪切型(冲切、剪切)破坏控制，在正常使用条件下的变形和裂缝宽度较小。如果设计者认为确实有必要验算时，可参照有关规范执行。沉桩或承台施工完毕后，实际的桩位或承台尺寸与设计的情况存在一些偏差是难免的。例如，《地基基础工程施工及验收规范》允许沉桩完毕后桩轴线偏差0.5倍桩径(桩边长)或150mm.而承台的承载力对桩位和承台尺寸的变化可能较为敏感，像受冲切ll]、受剪121承载力就是如此。因此，应视实情而定是否要根据实际的桩位和承台尺寸重新验算承台的承载力。
三、承台选型
1.承台埋置深度承台埋置深度一般从室外地面算起;如果地下室周围无可靠侧限时，应从具有侧限的地面算起。在确定承台的埋置深度时，应综合考虑各种条件，如:
(l)建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施;
(2)承台的厚度;
(3)工程地质和水文地质条件;
(4)相邻建筑物的基础埋深;
(5)地基土冻胀的影响。
在满足各种要求的前提下，承台应尽量浅埋，但埋深不得小于600mm，承台顶面也应低于室外地面至少100mm。在季节性冻土及膨胀土地区和承台埋深及处理措施应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007一2002)和《膨胀土地区建筑技术规范》的规定。高层建筑承台的埋置深度要根据建筑场地类别、抗震设防烈度、地基土质等因素确定，一般可取为建筑物高度的六一壳，桩的长度不计在埋置深度内。对抗震设防烈度为6度或非抗震设计的房层，埋深一可适当减小。
2.承台型式
承台的型式要根据上部荷载形式、大小，单桩承载力和结构类型进行选择:
(l)独立承台
独立承台宜采用等厚板二也可采用变厚度的锥形或台阶形;其平面形式可为方形、矩形、等腰三角形、圆形、正多边形等。独立承台多用于柱下。当柱间有自承重墙时，可在两个相邻的独立承台之间设置基础梁。
(2)条形或交叉条形承台
承重墙下一般都选用条形或井字形承之头「习。对于柱下独立承台，若承台之间的净距较小或不均匀沉降较大时，可将两个或多个承台沿一个方向连接起来形成条形承台，或在两个方向连接起来形成交叉条形承台。
(3)筏式或箱形承台
当采用条形承台或交叉条形承台，承台之间的净距较小或沉降较大时，宜采用筏式承台。筏式承台可分为平板式、梁板式两种:a.对于筒体结构，框筒结构和柱网均匀、柱距较小的框架结构，可采用平板式;b.对于柱距较大的框架结构，可采用梁板式.当上部结构荷载较大、对沉降控制要求较高或必须设置地下室时，可选用箱形承台。应该注意，在整个结构中不宜采用两种类型的承台，否则应用沉降缝将整个结构进行分隔.在整个结构中也不宜采用部分桩基、部分天然地基支承的形式。
四、桩位布置
1.桩的最小中心距桩的最小中心距应符合《建筑桩基技术规范》的规定(表1)。对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距应按表列值适当加大。对于扩端灌注桩尚应同时符合表2的规定。
3.布桩原则
(l)承台布桩时应尽可能均匀、对称，桩群的承载力重心宜与长期荷载重心重合，并使桩基在受横向力和力矩较大方向有较大的抵抗矩。
(2)柱下条形承台及交叉条形承台，桩宜布置在柱附近;墙下条形承台及井字形承台，桩宜沿承台轴线均匀布置，且建筑物四角、墙体转角处、纵横墙相交处、沉降缝的两边均宜布桩，但在首层门窗洞下不宜布桩。
(3)对于箱形承台及筏式承台，当桩数较少时，宜按下列方式布桩:
a.对箱形承台或墙下筏式承台，宜将桩布置于墙下;
b.对柱下筏式承台，宜将桩布置于柱下或附近.对大直径桩，可采用一柱一桩布置(但应充分考虑柱与桩的偏心影响)。若筏式承台带有梁(肋)，可在梁(肋)下布桩。当箱形承台及筏式承台需要的桩数较多，又不能采用承载力更高的桩时，可采用满堂布桩。满堂桩的布置形式有矩形(图2a、梅花形(图Zb)、径向线(图Zc)、同心圆(图Zd)等。
五、单桩竖向力的计算
对不同承载力的计算，都需要用到单桩竖向力设计值。在承台顶面荷载的作用下(图3)，独立承台的单桩竖向力设计值可按下式计算:
式中万j―第根桩的单桩竖向力设计值;n―承台底总的桩数;.矛一一承台顶面柱底传来的轴向力设计值;G―承台自重和承台上土自重的设计值;叽，域―上部结构传给承台顶面的，对通过桩群形心的X，Y轴的力矩设计值。xi少滋-第服桩至通过桩群形心的Y.x轴线的距离。若Mx或从在第了根桩中引起的竖向力为压力时，在式(3)中的相应项前用a+”号;否则则应用“一”号。对有些情况，如承台的受冲切承载力、受剪承载力计算，若在式(3)中不计人G可能更为不利，这时可不考虑G。而对另外一些情况，如承台的受弯承载力计算，则以考虑G较为安全;不过，若承台与下部土的接触确有保证时，为了使设计经济，也可不考虑G。文献l4]报道过承台与其下地基脱空的实例，因此对后种情况不考虑G应持慎重态度。当计算承台在边桩和角桩上的受冲切承载力时，应对按式(3)算得的单桩竖向力乘以系数1.1，以考虑地基不均匀性的影响。关于承台在边桩和角桩上的受冲切承载力计算，我们将另外撰文介绍。
参考文献
【11周克荣，李子新。柱下承台受冲切承载力
计算。结构工程师1994;(2):18一22
[2]周克荣，李子新。桩基承台受剪切承载力
计算.结构工程师1994:(4):18一22
[3]周克荣。桩基承台的局部受压承载力。
结构工程师1994;(4):1一5
[4]杨僧来。低桩承台与其下地基脱空实
例。结构工程师1990;(1):28一30
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