柱下建筑桩基设计

1、目录一、设计资料2二、确定桩基持力层位置3三、确定桩型、尺寸和构造4四、确定单桩承载力41、单桩竖向极限承载力标准值Quk42、单桩竖向极限承载力特征值Ra43、基桩竖向极限承载力特征值R5五、确定桩数和布置61、确定桩数n62、进行平面布置如图(1)所示6六、基桩竖向承载力验算7七、桩基水平承载力验算8八、拟定承台尺寸及埋深81、承台埋深82、承台尺寸83、确定承台厚度9九、桩基软弱下卧层验算.10十、桩基沉降验算1.Q.1、确定桩基等效沉降系数少e1.12、计算s'1.14一、承台抗冲切验算.12.1、柱对承台（向下）冲切132、上台阶对承台（向下）冲切143、角桩承台（向上）冲切

2、14十二、承台抗剪承载力验算1.4.1、对变阶A1-A1截面1.52、对于柱边A2-A截面16十三、承台抗弯承载力验算1.6.1、y轴方向配筋162、x轴方向配筋173、验算最小配筋率17十四、参考文献17.柱下建筑桩基设计计算书一、设计资料某建筑物设计地面标高为28m,地下水位为24m,柱截面尺寸见表2,拟采用桩基础型式。该柱在设计地面处承受上部结构彳来的荷载设计值列于表1。自设计地面向下的地质条件为表1所示表1土层参数土层编R土层名称土层底标高(m)土层厚度(m)重度(kN/m3)压缩模量(MPa)天然地基承载力(kPa)极限侧阻力标准值(kPa)极限端阻力标准值(kPa)黏土24.613

3、.3919.36.315050淤泥质土22.911.717.02.575251黏土20.712.218.76.1150552粉质黏土19.311.419.89.216055粉土18.610.720.032170501黏土16.911.719.17.216050粉质黏土15.511.420.311.6180551黏土13.611.919.17.216050粉质黏土8.914.720.311.6180553黏土7.811.119.310200508001粉质黏土5.911.920.010.821060700中砂0.91520.0372307013004砾石-0.891.820.0472808018

4、001黏土-2.591.719.44.910035400粉质黏土-5.492.920.315.22406010001黏土-6.49119.410.922055900中砂-10.694.220.042260701500苜弟生心上部结构传至桩基础的荷载标准值见表2表2上部结构传至桩基础的荷载标准值轴力(kN)剪力(kN)弯矩(kNm)柱截面(mm)8200220580600mm600mm注：荷载效应基本组合为荷载标准组合的1.35倍。、确定桩基持力层位置应选择压缩性低、承载力高的较硬土层作为持力层；持力层应有一定的厚度，既能保证桩端全断面进入持桩端进入持力层的深度要求，又能使桩端以下有一定厚度的剩

5、余持力层;力层的深度要求为：对于粘性土、粉土不宜小于2d（d为桩径），砂土不宜小于1.5d。碎石类土不宜小于1d。根据实际工程地质条件，本设计选取中砂层作为持力层。桩端进入持力层深度为1.91m。三、确定桩型、尺寸和构造根据表1地质条件和所选择的持力层可知，本桩基为摩擦型桩基。本设计中设计地面标高的轴力-8200KN，剪力Hk=220KN，弯矩Mk=580KN.m,应荷载较大，故选择预应力混凝土管桩桩径为500mm,柱截面尺寸为600mm600mm。采用C40混凝土（抗压强度fc=21.1N/mm2,抗拉强度ft=1.8N/mm2）。承台采用C25混凝土（抗压强度fc=11.9N/mm2抗拉强

6、度ft=1.27N/mm2）。因桩端进入持力层的深度为1.91m1.5d1.50.50.75m,故桩端全断面进入持力层的深度满足要求。本设计中场地设计地面标高为28m，假设桩底标高为4m,桩顶标高为26m,即桩净桩长为22m。此外根据预制桩与承台的构造要求：桩嵌入承台内的长度（大直径桩（d800mm）不宜小于100mm,中直径桩（250mmd800mm）以及小直径桩（d250mm）不宜小于50mm）,故选择预制桩进入承台内的深度为50mm,这样桩总长为22.05mm。四、确定单桩承载力1、单桩竖向极限承载力标准值QukQukQskQpkupqsiJqpkApQsk0.5（1.39501.725

7、2.2551.4550.7501.7501.4551.9504.7551.1501.9601.9170）1827.15KNQpk13000.52/4255.25kNQuk1827.15255.252082.4kN2、单桩竖向极限承载力特征值Ra，一Q“k.、.一.根据，Ra取安全系数K=2,可得Ra=1041.2kN。K3、基桩竖向极限承载力特征值R(1)由于基桩的承载力是在单桩承载力的基础上考虑群桩效应和承台效应得到的，而群桩效应在现规范中一般不予考虑，因此，确定基桩的承载力的关键就在于是否再考虑承台效应；(2)根据考虑承台效应的一般原则可知：因本工程为柱下独立摩擦型桩基，因此，如果桩数不少

8、于4根，则应考虑承台效应；AnAps(3)根据RRacfakAc及Ac9可知：为确定R,必须事先知道桩基的桩数nn或者桩的平面布置，但这又与R有关。为此，桩数n大致可按下述方法预估：(A)首先不考虑承台效应，即认为RRa；(B)因按中心受压桩基计算桩数n1一Gk时GkGAd(g20KN/m3,d为承R台埋深，A为承台底面积)时A也与桩数n或者桩的平面布置，因此，可先仅考虑Fk,将得到的桩数扩大510%用于考虑Gk。对本设计，因Fk=8200kN,故Fk8200m-7.88,n2=(1.05R1.1)m=8.27、8.66,故可取n29。R1041.2(C)因本工程为偏心受压桩基(作用在承台底面

9、处的弯矩Mk=580+2202=1020KN.m),因此，还应根据偏心情况将中心受压时的桩数扩大(1020%)。即n=(1.11.2)n2=9.910.8o但是因为考虑承台效应时R增加、桩数n减小，故n可取9根。(D)进行平面布置：基桩间距Sa取4d。此外，因规范规定“承台边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分不应小于150mm”,故桩基平面布置如下图1示。(E)确定考虑承台效应的基桩承载力特征值R，,一_2一d23.14052一一2当n=9时：A5525m2而Aps-d-050.196m244AcAnAps2590.196=2.58m2；取桩中心间距Sa=4d,承台宽度B

10、c=5m,桩n91 一，一，长l=22.05m,Bc/l=0.227<0.4,故查表8.16有c=0.14。承台下一承台宽度为c2Bc/2=5/2=2.5m<5m,该深度内土层地基承载力特征值为fak1.39150+1.112.575一二117KPa。此时有RRacfakAc=1041.2+0.141172.58=1083.46KN五、确定桩数和布置1、确定桩数n前面已初步确定了桩数n（9或10根）并进行了布置。现再考虑承台及其上方填土自重Gk及弯矩M作用条件下的桩数。当n=9时：GkGAd205521000KN中心受压FkGk82001000时nGk8.49,考虑弯矩作用时再增大

11、（10%20%）,R1083.46即（1.11.2）n=9.33N10.19可取n10故理论上应取n10,但为了减小造价并方便布桩，暂取n9计算，若验算不满足要求再取n102、进行平面布置如图（1）所示7clM2gB图（7）六、基桩竖向承载力验算GkGAd205521000KNFk8200KNFkGk82001000轴心受压NkGk1022KN1083.46KN满足要求n9偏心受压时：Myk=MkHk.d58022021020KN.mXmax2.0m2Xi232224mNkmaxFkGkMykXmax2Xi=1022+(10202)/24=1107KN<1.2R=1.21083.46=1

12、300KN满足要求七、桩基水平承载力验算单桩水平力Hik也=220/9=24.44KNC40混凝土弹性模量是3.25104MPa,钢筋弹n_5性模量取2.010MPa,则”"615d22Wd22(E1)gd：=W°0.52230.522(6.151)1%0.422=0.013m332,W0D0W0D0I0=221.31072_94420=2.7310mm桩的水平变形系数5mb式中：m桩侧水平抗力系数的比例系数b0桩身的计算宽度（m）其中：圆形桩：当直径d1mb00.9(1.5d0.5)当直径d1mb00.9(d1)52010610121125137.54101.86103/

13、mmEI0.853.251042.731097.541013N.mm2所以3ei0.750a=Rha0.753EI0a0.7549.5437.5410132.441101490KNHikhRhah为群桩效应综合系数）八、拟定承台尺寸及埋深1、承台埋深承台地面标高在26.00m处，故承台埋深d28262m600mm满足要求2、承台尺寸承台的底面尺寸可通过对桩的平面布置确定（如见图1）,而立面尺寸确定时应通盘考虑多项因素：主要有根据基础埋深最小原则，承台顶面距离地面的距离不小于500mm；承台厚度不小于300400mm,埋深不应小于600mm；钢筋保护层厚度，有混凝土垫层时不应小于50mm,无混凝

14、土垫层时不应小于70mm；桩嵌入承台深度不应小于100mm（大直径桩）或50mm（中等直径桩和小直径桩）3、确定承台厚度本设计中，首先确定承台内钢筋保护层厚度为70mm,嵌入承台深度50mm。此外沿x或y方向角桩顶内边缘至柱边的水平距离a0x为桩顶中心至柱边的水平距离x方向柱边长的一半圆桩等效为方桩时x方向桩边长的一半。本设计中a0x（2.00.3）故承台深度必0.60.80.51.2m22须大于等于1.5m,现取1.5m,则承台距地面高度d28261.20.8m500mm。由于承台厚度1.5m较大，为降低造价，可将承台分阶，本设计中将承台分为2阶。如下图（2）所示九、桩基软弱下卧层验算1,规

15、范规定：桩距Sa6d且桩端以下受力范围内存在承载力低于桩端持力层承载力-的3非端承型桩要进行软弱下卧层的验算。本设计中sa=4d6d，持力层为厚度5m,天然承载力为230KPa的中砂层以及厚度为1.8m,天然承载力为280KPa的砾石层4,其下有厚1.7m,天然承载力为100KPa的粘土、厚2.9m,天然承载力为240KPa的粉质粘土、厚1m,天然承载力为220KPa的粘土、厚4.2m,天然承载力为2600KPa的中砂。经分析可知无需进行桩基软弱下卧层验算。十、桩基沉降验算因桩基底面为矩形桩，因此桩基中点沉降量可以按照下式计算eSSiSiP0Ziizi1i1si1、确定桩基等效沉降系数少e因S

16、a/d=4,1/d=22.05/0.5=44.1,Lc/Bc=5/5=1，利用指导书附录3及线性内插，有当1/d=40时C0=0.044;当l/d=50时C0=0.036,由此可知，当l/d=44.1时C0=0.036+(0.044-0.036)(50-44.1)/(50-40)=0.041当1/d=40时C1=1.555;当1/d=50时C1=1.636,由此可知，当l/d=44.1时C1=1.555+(1.636-1.555)(44.1-40)/(50-40)=1.588当1/d=40时C2=8.261,当l/d=50时C2=9.648,由此可知，当l/d=44.1时C2=8.261+(9

17、.648-8.261)(44.1-40)/(50-40)=8.830由于本桩基是均匀布置，短边桩数叫=3,故少e为eC0nb10.0413-0.208CiC1)C21.588(31)8.8302、计算S'由于作用在基桩上的荷载效应是准永久组合下的，本设计取荷载标准组合的1.35倍；P。近似取承台底面下的平均附加压力。(FkGk)(820020552)p0PdkJkk)19.32.0()19.32.0329.4kPaA55采用角点法。注意到Lc=Bc=5m,0.5Lc/0.5Bc=2.5/2.5=1,计算过程见下表:沉降量计算土层Z(m)z/b(b=Bc/2=2.5)-iZi-zii-z

18、i1i1Esi(MPa)Si(mm)Si(mm)000.2540中砂520.174643.4923.4923731.0884砾石6.82.720.146143.9740.482473.3781粘土8.53.40.125644.2500.2764.9180554粉质粘土11.44.560.100744.5920.34215.27.7031粘土12.44.960.094144.6670.07510.92.267中砂16.66.640.073844.9000.233421.82864.526再者，因EsAP0Znn329.416.60.0738425MPa,故AS64.526Esi查表6知当Es=2

19、0MPa时=0.65当Es=35MPa时=0.50；由内插法可以求得35250.50(0.650.50)0.603520因此桩基的沉降量SeS0.60.20864.5268.053mm一、承台抗冲切验算因承台高度不足时，承台既可能受柱荷载向下冲切而破坏,也可能在角桩处受角桩反力向上冲切破坏，因此要分别验算。对承台进行抗冲切验算时,荷载效应采用基本组合，本设计等于荷载标准组合的1.35倍。贝UF1.35Fk11070KNM1.35Mk1.35580783KN.mH1.35Hk1.35220297KN扣除承台及其上填土自重后桩顶平均竖向力设计值F11070:N1230KN扣除承台及其上填土自重后桩

20、顶最大、最小净反力:NmaxminFMXmax(7832971.5)21230241332.38kN1127.63kN图（3）1、柱对承台（向下）冲切承台破坏锥体的有效高度:h0hCmin1500701430mm因为桩基是对称的，故a0xa0y1500mma0x15000x0y1.05h。14301.0取0x=1.00x0y0.840.840x0.21.00.20.7又当h800mm时hp1.02000mm时hp0.9所以当1500mm时,hp0.9200015002000800(1.00.9)0.94220x(bca0y)0y(hca0x)hpfth020.7FlF(0.61.5)0.7Q1

21、1070(0.612301.5）0.94212701.4310060kN9840kN故柱对承台冲切承载力满足要求2、上台阶对承台（向下）冲切验算上台阶对承台冲切时，相当于把上台阶看成是一个虚拟的“柱”,则承台破坏锥体的有效高度h075070680mmaxay300mm1x1y1x1ya1x300h106800.441（在0.25和1.0之间，满足要求）0.841x0.2一丝4一1.310此外0.4410.2hp=1.0(因h750mm800mm)由于虚拟“桩”也是方桩,故边长b1h13000mm；承台为C25混凝土ft1.27N/mm2冲切力设计值为FlFQ1107012309840kN21x

22、(b1-)1y(h1a1x)hpfth1021.310(30.3)1.310(30.3)1.012700.6814933kNFi9840KN故上台阶对承台（向下）冲切承载力满足要求。3、角桩承台（向上）冲切角桩冲切时，承台外边缘有效高度h1075070680mm由图知:C1C2700mma1xay300mm1x1y1x1ya1x3000.441h106800.560.561x0.20.4410.20.87421x(C22/2)1y(c1a1x/2)hpfth。20.874(0.70.3/2)0.874(0.70.3/2)1.012700.682566kNNmax1332.38KN故角桩对承台冲

23、切承载力满足要求。十二、承台抗剪承载力验算由于剪切破坏面为一通过柱（墙）边与桩边连线所形成的斜截面。当柱（墙）外有多排桩形成多个剪切面时，对每个斜截面都应该进行受剪承载力验算。本工程的柱下独立基础为阶梯型，其中变阶处截面为Ai-Ai和Bi-Bi；柱边处截面为A2-A2和B2-B2。如下图所示，根据对称性，则只要Ai-Ai和A2-A2满足抗剪承载力要求，则Bi-Bi和B2-B2也满足要求。图（4）i、对变阶Ai-Ai截面截面有效高度hohCmin75070680mm截面计算宽度为by13000mmax300mm1x1x1.75ix1.01.750.4411.2141.0hs18004=1h01(hi075070hsftb0h01.01.21412705故承台变阶处满足抗剪承载力要求。2、对于柱边A2-A2截面截面有效高度h0hcmin1500截面计算