桩基础课程设计

1、目录1 。设计资料11 。 1 上部结构资料11.2 建筑物场地资料12 . 选择桩型、桩端持力层 、承台埋深11.1 选择桩型 12。 2 选择桩的几何尺寸以及承台埋深23 。确定单桩极限承载力标准值33.1 确定单桩极限承载力标准值34 . 确定桩数和承台底面尺寸44.1 一C柱的桩和承台的确定45 。确定复合基桩竖向承载力设计值55.1 四桩承台承载力计算（一C承台）56 。桩顶作用验算66。1四桩承台验算（一C承台）67 . 桩基础沉降验算77.1 C 柱沉降验算78 。桩身结构设计计算98.1 桩身结构设计计算99 . 承台设计 109。1四桩承台设计（C柱）1010。参考文献131

2、.1上部结构资料拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，室外地坪标高同自然地面，室内外高差 350mm。柱 截面尺寸均为500mm 500mm,横向承重，柱网布置如图1.2建筑物场地资料拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦，建筑物场地位于非地震区，不考虑地震影响。 场地地 下水类型为潜水，地下水位离地表 2.1米,根据已有资料，该场地地下水对混凝土没有腐蚀性. 建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表表3。1地基岩土物理力学参数土层 编号土的 名称孔隙比e含 水 量WC液性指数MIl标准 贯入 锤击 数N压缩Es(MPa)承载力 特征值fak(kPa)素填 土5。0淤泥 质土1。0462 .

3、41.083.869粉砂0.8127.6147。5115粉质 黏土0.7931 .200 749.2170续表粉砂 层0.583116.8285表3。2 桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk单位：kPa土 层 编 号土的 名称侧阻 力qsk端阻力qpk土 层 编 号土的 名称侧阻 力qsk端阻力qpk素填 土23粉质 黏土61920淤泥 质土28粉砂 层732450粉砂462。选择桩型、桩端持力层、承台埋深2.1选择桩型因为框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大，不宜采用浅基础。根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，选择桩基础。因转孔灌注桩泥水排泄不便，为减少对周围环境污染，采用

4、静压预制桩，这样可以较好的保证桩身质量，并在较短的施工工期完成沉桩任务，同 时，当地的施工技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供可能性。2。2选择桩的几何尺寸以及承台埋深依据地基土的分布，第层是灰褐色粉质粘土，第层是灰色淤泥质的粉质粘土，且比较厚， 而第层是黄褐色粉土夹粉质粘土，所以第层是较适合的桩端持力层。桩端全断面进入持力层 1.0m（2d）,工程桩入土深度为 ho故：h 1.5 8,3 12 1 22.8m由于第层厚1。5m,地下水位为离地表2。1m,为了使地下水对承台没有影响，所以选择承台 底进入第层土 0.6m,即承台埋深为2。1m,桩基得有效桩长即为22。8-2.1=20

5、.7m。桩截面尺寸选用：由于经验关系建议：楼层10时，桩边长取300400,故取350m佛350mm 由施工设备要求，桩分为两节，上段长11ml下段长11m（不包括桩尖长度在内），实际桩长比有效桩长长1。3m,这是考虑持力层可能有一定的起伏以及桩需要嵌入承台一定长度而留有的余地。桩基以及土层分布示意如图2。2.1。±0.000,-5-0.03014图2.2。1 土层分布示意3 o确定单桩极限承载力标准值3。1确定单桩极限承载力标准值本设计属于二级建筑桩基，当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式计算：Quk Qsk Qpkq 孙 1 i q

6、 pk Ap式中qsik桩侧第层土的极限侧阻力标准值如无当地经验值时可按 建筑桩基技术规范JGJ 94-94中表5.2.8 1（桩的极限侧阻力标准值）取值.q pk极限端阻力标准值如无当地经验值时可按表建筑桩基技术规范JGJ 94-94中表GE52 8-2 （桩的极限端阻力标准值）取值.对于尚未完成自重固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土不计算其桩侧阻力根据表1。1地基各土层物理、力学指标，按建筑桩基技术规范JGJ 94-94查表得极限桩侧、桩端阻力标准值（表2。3。1）。表2。3.1极限桩侧、桩端阻力标准值层序液限指数经验参数法qsk (kPa)qpk(kPa)粉质粘土0.86742.552淤

7、泥的粉质粘0.60856.912粉质粘土00 80038.8001391。 428按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值:QUkQk Qk uqsikliqpkAp=4 0.35 42.552 (8.3 0.6)56.912 1238.8 10.352 1391.428= 1469.152 170.450= 1639.602 kN估算的单桩竖向承载力设计值（s p 1.65 ）Qsk Qpk 1639.602R 一 一 993.698kN1.65所以最终按经验参数法计算单桩承载力设计值,即采用R 993.698kN ,初步确定桩数。4。确定桩数和承台底面尺寸卜面以一C的荷载计算.柱底荷

8、载设计值如下:剪力20kN最大轴力组合：最大轴力3121kN,弯矩32 kN?m,最大弯矩组合：轴力3002 kN ,最大弯矩197 kN?m,剪力62kN最大轴力标准值：2400 kN4。1一C柱桩数和承台的确定最大轴力组合的荷载：F=3121 kN , M= 32kN?m, Q=20 kN初步估算桩数，由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规范中建议取1.11.2 , F3121，一现在取1。1的系数，即： n 1.11.1 3.14根R 993.698取n = 4根，桩距 Sa 3d=1.05m,桩位平面布置如图4。1。1,承台底面尺寸为1.9m 1.9m二;图4.1。1四桩桩基础5 o

9、 确定复合基桩竖向承载力设计值该桩基属于非端承桩，并n>3,承台底面下并非欠固结土，新填土等，故承台底面不会于土脱离, 所以宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值。目前，考虑桩基的群桩效应的有两种方法.地基规范采用等代实体法，桩基规范采用群 桩效应系数法.下面用群桩效应系数法计算复合基桩的竖向承载力设计值5.1 桩桩承台承载力计算（一C承台）222承台净面积：Ac 1.94 0.353.12m .承台底地基土极限阻力标准值：qck 2fk 2 110 220KPaQsku q sik l i1469 .152 kNQ pkApq p170 .450 kN分项系

10、数s1.65, c 1.70c因为桩分布不规则，所以要对桩的距径比进行修正，修正如下:Sad Ae0.886-e0.886Jnb, 1.91.9 2 4 . 4 0.35.Bc1 .90.0920 .7群桩效应系数查表得:0.8,p 1 .64承台底土阻力群桩效应系数:aCA cA：A c承台外区净面积A1.92(1.9 0.35)21.2m2承台内区净面积N X A 3.12 1.21.92m2查表0.11, :0.63i aC_cc AAc:& 0.11隹 0.63 上Ac 3.123.120.31那么，C复合桩基竖向承载力设计值 R:QskQpkRspspQckcc1469.15

11、2170.4500.8 1.64 1.651.650.31 51.70913.025kN6。桩顶作用验算6.1四桩承台验算C承台）qck Ac 2203.12Qckqck c-171 .6kNQ=20 kN(1 )荷载取 C柱的 N max 组合：F=3121 kN ,M= 32kN ?现承台高度设为1m等厚，荷载作用于承台顶面。本工程安全等级为二级，建筑物的重要性系数0 =1.0.由于柱处于轴线，它是建筑物的边柱，所以室内填土比室外高，设为 0.3m,即室内高至承台一一， .1 _ 一、-底2。4m，所以承台白平均埋深d -(2.1 2.4) 2.25m 02作用在承台底形心处的竖向力有 F

12、, G,但是G的分项系数取为1.2。F G 3121 1.92 2.25 201.2 3121 194.943315.94kN作用在承台底形心处的弯矩32 201 52kN桩顶受力计算如下:maxM y max(y：)3315.9452 0.64 0.62850.652kNminM y max(y：)3315.9452 0.64 0.62807.318kN331594 828.985kN0 N max850.652 kN1.2R 1.2 913.0251095 .63kNoNminoN828 .98 kNR 913 .025 kN满足要求(2)荷载取 M max组合：F=3002 kN,M=

13、197kN?rn Q=62 kN_ _2_ _ _ _ _G 3002 1.92.25 20 1.2 3002 194.94 3196.94kNM 197 62 1 259kN桩顶受力计算如下：maxM y max(yi2)3196.94259 0.64 0.62799.235 107.917 907.152kNminM y max(y2)3196.94259 0.624 0.62799.235 107.917 691.318kN3196.94799.235kN0 N max 907.152kN1.2R 1.2 913.0251095.63kN0N min 00N 799.235kN R 91

14、3.025kN满足要求7.桩基础沉降验算6d,所以采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算.由于桩基础的桩中心距小于 可以采用分层总和法计算最终沉降量。7。1 C柱沉降验算竖向荷载标准值F 2400kN基底处压力pF G 2400 1.9 1.9 2.25 20709.820kPaA1.9 1.9基底自重压力d15.5 1.5 17.3 0.62.1 33.63kPa基底处的附加应力Po P桩端平面下的土的自重应力ihi15.5 1.5 17.3=17254kPa2.1d 709.820c和附加应力33.63z( z0.6 (17.3 10)7.7676.19kPa4 P0）计算如下:

15、(16.2 10) 12 (18.3 10) 1lb 1,2zb0,0.25, zP04 0.25676.19 676.19kPa .在z 2m时:ih 172.54 2(18.310)189.14kPa0.0785,z 4 P040.0785 676.19 212.324kPa .在z 4.3m时.在ihi 172.541,2zb 8.61.9z 5.7 m 时ihi 208.231,2Zb 11.41.94.3 (18.3 10) 208.23kPa4.526,0.0218,z 4 Po4 0.0218 676.19 58.96kPa(5.76.0,4.3) (18.90.013, z10

16、) 220.69kPa4 p0 4 0.013 676.19 35.162kPa将以上计算资料整理于表7。1。1表7。1.1 c，z的计算结果（C柱）Z(m)c (kPa)%z(kPa)0172。 54100。25676.192189。 1412.10。 0785212.3244。3208。 2314.50.021858。965.7220. 6916. 00。01335.162在z=5。7m处，/ 351624 aq 016 0.2，所以本基础取Zn 5.7m计算沉降量 c220.69计算如表7。1。2表7.1.2计算沉降量（C柱）Z (mrm%2z/ 7b平均附加应力系ii 乙(mm)i z

17、ii iZz 1Esi(kPa)e. / PoSi4Ei(iZii 1Zi i)0100.250200012.10。17025340。5340。51100083.72430014。50.10175437.52596.0251100023.61570016.00.0805458。8521.32582007。03故：S' =83.72+23.61+7。03=114。46mm桩基础持力层性能良好，去沉降经验系数1.0短边方向桩数nb 2 ，等效距径比Sa 0.886 等 0.886 29 1.9 2.4 ,长径比 d, nb4 0.3520.70 35 59.14 ,承台的长宽比 L%c 1

18、.0,查表得：Co 0.031,Ci 1.9,C2 17.59ConbC(nb 1) C20.312 11.9(2 1) 17.590.082所以，四桩桩基础最终沉降量SeS =1.0 0.082 114.46 9.386mm 满足要求8.桩身结构设计计算8。1桩身结构设计计算两端桩长各11m采用单点吊立的强度进行桩身配筋设计 .吊立位置在距桩顶、桩端平面 00 293L(L=11m)处，起吊 时桩身 最大正 负弯矩M max 0.0429KqL2，其中 K=1。3 ; q 0.352 25 1.2 3.675kN/m.。即为每延米桩的自重(1.2为恒载分项系数).桩身长采用混凝士强度C30,

19、级钢筋，所以:M max 0.0429KqL20.04291.3 3.675 112 24.8kN.M桩身截面有效高度h0 0.35 0.04 0.31m0.05156M 24.8 106fcbho14.3 350 31021 1s -(1.1 2 s) -(1.1 2 0.05156) 0.97352 2桩身受拉主筋 AsM24.8 1062274mmsfyh。0.9735 300 310s y选用 2_14(As308mm2274mm2),因此整个截面的主筋胃4_14,A 615mm2,配筋率为615 0.566 %> 350 310min 0.4%。其他构造要求配筋见施工图。桩身强

20、度 (cfcA fyAs)1.0 (1.0 14.3 350 310 300 615) 1736.05kN R =913.025 kN故满足要求9.承台设计承台混凝土强度等级采用 C20,承台是正方形，双向配筋相同。9.1 四桩承台设计(C柱)由于桩的受力可知，桩顶最大反力 Nmax 907.152kN,平均反力N 828.985kN ,桩顶净反力：G194.94N jmax Nmax 907.152-858.417kNn4GF3121N j N780.25kNnn 4(1)柱对承台的冲切16h。由图9.11000 80冲垮比ox21, a°x a°y 125mm ,承台厚

21、度h=1。0m,计算截面处的有效图度920mm,承台底保护层厚度取80mmoy詈急0400.201时，取00.20儿;当°h。时，取 0 h0,满足 0.21.0aox=125mm0.20 h0= 0.20920184 mm故取 aox = 184mm.即：冲垮比ox冲切系数oxC柱截面取600冲切力设计值FiUm 4 (600aoxoyh01849200.20.72oy ox 0.20.72,。1.80.2 0.22600 mm ,125)ftUmh01.8 1100角桩对承台的冲切由图 9。1.1 , a1x角桩冲垮比1x角桩的冲切系数1x 1x (c2a1y)22 1.2(0.

22、5251487 .64 kN混凝土的抗拉强度设计值ft 1100kPa31212900 mm2.9 0.9278Q25 234075kN2.9m5282.64kN0Fl2340.75kNa1y 125mm, c1c2 525mm1y1y (C1a1x125h09200.481y1x0.17520N jmax0.14 ,满足 0。21。0,故取=0.2。0.48, 01.20.2 0.2 0.2a) fh11000.92858 .417 kN满足要求(3)斜截面抗剪验算计算截面为II,截面有效高度h。0.92m,截面的计算宽度bo 1.9m,混凝土的抗压强度fc 9.6MPa 9600kPa,该

23、计算截面的最大剪力设计化V 2Njmax 2 858.4171716 .834 kNax av 125mmx y剪跨比X y a 0.14 当 h09200.3时，取 =0。3;当 3.0时，取 3.0由于 0.19,故取 0.3剪切系数0.120.30.120.3 0.30.2fcb0h0 0.2 9600 1.9 0.92 335616kN0V 1619364kN满足要求17(4)受弯计算承台I-I截面处最大弯矩M2N j max y 1716.834 (0.1250.352515.05kN.m2级钢筋 fy 300N/mm ,fc 9.6MPa .c515.05 106As 0.9fyh

24、00.9 300 9202073.47 mm2选用 1514, As23072mm22073 .47 mm 2整个承台宽度范围内用钢筋取15根，即15 14 (双向布置)(5)承台局部受压验算2C柱截面面积At0.6 0.6 0.36m ,2局部受压净面积 AmAt0.36 m ,局部受压计算面积 Ab, Ab(3 0.6) (3 0.6)3.24混凝土的局部受压强度提高系数1.35 队1.35 3 9600 0.25 972CkN FC 3212<N满足条件31图9.1.1四桩承台结构计算图10、参考文献11中华人民共和国国家标准建筑桩基础技术规范(JGJ94-94)北京，中国建筑工业

25、出 版社,20022中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范(GB5000A2002)北京，中国建筑工 业出版社，200231中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范(GB20010-2002)北京，中国建筑工业 出版社,200241 丁星编著桩基础课程设计指导与设计实例成都：四川大学建筑与环境学院，200651王广月，王盛桂，付志前编著地基基础工程北京：中国水利水电出版社，20016赵明华主编，徐学燕副主编基础工程北京：高等教育出版社，2003【7】 陈希哲编著土力学地基基础北京：清华大学出版社，200481熊峰，李章政,李碧雄，贾正甫编著结构设计原理北京：科学出版社，2002:桩基类型和

26、桩尺寸的选择并确定桩端持力层和承台埋深桩型采用预制方桩，拟尺寸为 300mme 300mmJ桩。由于地面以下很大深度没有基岩(d>20m) 所以采用摩擦桩，选第层硬塑一可塑的粉质黏土作为持力层，承台埋深为1.9m,假设承台底面 以下的柱长为4m,只穿越第层土层.:确定单桩竖向极限承载力标准值 Qk由表5 6查得桩的极限阻力标志值qsik为粘性土 ：I 尸0。412 因为 d=1.9+2=3。95.0m所以qsik的修正系数为0。8,0.5 0.25所以 qsik= 66 0.412 0.0.2582 660.8 61kPa桩的入土深度：h=1.9+4=5。9m<9m粘性土： 11=

27、0。412, h=5.9m,查表得 qpk=1600kPa故单桩竖向极限承载力标准值为：QukQsk Qpk uqsikli qpk A=2X (0o 3+0.3) X61X4+1600X 0.3 X0.3=292。8+144=436.8kN:初步估算所需桩数n在估算桩数时，首先需计算单桩竖向承载力设计值R由于桩的布置和桩数未知，先不考虑承台效应和群桩效应.从表 519 查得，s0 1.65, c 1.70spcQsk Qpk行R 292.81.651.65264.7kPa确定桩数时，由于承台尺寸还未确定， 可先根据单桩承载力设计值 R和上部结构物荷载初步估 算确定中心荷载时，估算桩数n -F

28、,仙=1.1 , F=846。02kNRn - 846.02 3.52264.7取n=4,即采用4根桩.四：进行桩位布置和确定承台尺寸9,所以 SJ> 3d=0.9mo(1)桩在平面上采用行列式布置，由于预制桩根数在x方向取桩间距S=1。1m,因为承台边缘至边桩中心的距离不应小于桩的边长，即承台bx二1。1+2X 0.3=1 o 7m在 y 方向取桩间距 Sy=3d=3x 0.3=0.9m,即承台 by=0.9+2X0o 3=1.5m平面布置如下：图31承台平面图(2)承台埋深1.9m,承台高0o 7由 桩顶伸入承台50mm钢筋保护层取35mm则承台有效高度h=00 700 050-0。

29、035=0.615m=615mm承台平面布置如下：五：计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值R并验算桩数是否合适R sQsk/ spQpk/pcQck/ c,其中 QckqckAcn(1)求系数s和p pBc 15 0.375 l 4Sa d1.1 0.9 /2 3.30.3sac iBe以， 3.3和二dl0.375,按桩为粘性土、从表 5-20得s 0.83, s 1.591(2)求系数 一 c按570计算，首先求出承台内区、外区的净面积A；、A：和承台底地基土净面积Ac一 - 一 一 2Ac1.71.54 0.3 0.32.19mAc1.41.24 0.3 0.31.32m2A：AcA

30、c2.19 1.320.87 m2查表 5 21 得，；0.159 ： 0.666 cc1 320 872.192.19(3)求 R。先基桩的承台底地基经深度修正，d=1.9+1/2极限抗力标准值* 1。5=2。65rqQk因为b=K5m<3.0m所以不需进彳T宽度修正.0.159* 0.666* 0.362.65 0.15qckfakdm(d 0.5)=200+1。6*18.25*(2 。 65-00 1500 5)=258.4kPaAc2.19m2 ,n=4QckqckAcn258.4 2.194141.47kN从表5-19查得,1.65,c1.70 且 Qck141.47kN得基桩

31、竖向承载力设计值R:R sQMscQM2928 0.83 1.65(4)验算考虑承台1441.5910.361.6514:47316(kN1.75和群桩效应下的桩数1.6 17.1 (2.65 1.75) 20.33 18.25kN / m3承台及其 G=1.2*1.7 * 1。5*1.9*20=116.28kN846.02 116.283.04 根316.10说明取n=4根可以满足要求六：桩顶荷载设计值计算竖向力：F+G=962。30KN;承台高0.7m ,则承台底所受的弯矩(绕y轴)My m H (1.9 0.075) F2 (0.145 0.7/2)280 50 1.825 196.02

32、 0.495 274.22KN m则桩顶平均竖向力设计值为NF G 962.30 240.58kN R316.10kNM y xmaxNmaxN y 2240.58x274.22 .055365.23KN2 0.55 0.55 2 ( 0.55) ( 0.55)MV xmaxNmin N y 2240.58xi274.22 .055115.94KN2 0.55 0.55 2 ( 0.55) ( 0.55)七：基桩竖向抗压承载力验算 基础是偏心受压：r0N 1.0*240.58 240.58KNR 316.10KNr0Nmax 1.0*365.23 1.2R 1.2*316.10 379.32K

33、N两项验算均满足要求。八：水平承载力验算水平力H=50kN水平力和竖向力的合力与铅垂线的夹角arctg503.38846.02故可以不验算基桩的水平承载力.九：承台抗冲切验算(1)柱对承台的冲切验算在x方向a0 50mm,在y方向a0 100mm取a050 10075mma0 75mm 0.2* h0 0.2* 615 123mm故取o123mm,0.72oy0.20.72 1.800 承台混凝土选用 C20, ft 1100kpa0.20 0.2Um 2*(700 800400600、 -)2500 mm 2.5m2a Um ft ho1.8 2.5 11000.6153044.25kN o

34、Fl 650kN才两足要求(2)角柱对承台的冲切验算：应验算受桩顶荷载最大的角柱对承台的冲切a1x 50mm,a1y 100mm 1x a1x/h0 50/615 0.2, ox a1y/h0 100/615 0.2所以取 1x 0.2, ox 0.2iy1x0.48ix 0.21.2 而 Gc2 0.45m1x c2 aiy / 2 1y1.2 0.45 0.1/2Ci1.2a/2 ft ho0.45 0.05/21100 0.615846.02836.55kN o Nmax 1.0 124.65336.16kN4满足要求十：承台受剪切承载力计算最危险截面为A-A截面，因其右侧的两桩承受的荷

35、载最大，且纵向两桩间的距离比横向要大见平面图，可知ax 0.05m, ho 0.65maxxh00.05/0.615 0.3,取 x 0.3故剪切系数0.12030 12-、，K 0.2 ,截面处的计算宽度为b。"*。9 1.35mfc bo ho0.2 96001.35 0.615 1594.08kN 2 o Nmax 672.32KN所以满足要求。-一：承台受弯承载力计算 (1)计算柱边截面的弯矩H-II 载面，M yNixi2336.16 0.2 134.46kN mI - I载面，MxMy 336.160.25 (846.02/4 124.65) 0.25 105.75kN m(2)配筋计算(采用HPB23硼筋,_2 _ _2、fy 210N /mm f