桩基础课程设计

TOC\o"1-5"\h\z1.设计资料 11.1上部结构资料 11.2建筑物场地资料 1.选择桩型、桩端持力层、承台埋深 12.1选择桩型 12.2选择桩的几何尺寸以及承台埋深 2.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 3.确定桩数和承台底面尺寸 44.1①一C柱的桩和承台的确定 4.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（①一C承台） 5.桩顶作用验算 66.1四桩承台验算（①一C承台） 6.桩基础沉降验算 7C柱沉降验算 7.桩身结构设计计算 9桩身结构设计计算 9.承台设计 109.1四桩承台设计（C柱） 1010.参考文献 13

1．设计资料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500mm500mm截面尺寸均为500mm500mm，横向承重，柱网布置如图1.2建筑物场地资料A•A .«/ X.. A .A .A ., A .J*AAA iA ,AA， A 」A■A■1:cD (j? <3b QD GD d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含水量液性指数标准贯入锤击数N压缩模量ES承载力特征值fak(kPa)①素填土5.0②淤泥质土1.0462.41.083.869③粉砂0.8127.6147.5115④粉质黏土0.7931.20.749.2170续表⑤粉砂0.5831 16.8 285表3.2 桩的极限侧阻力标准值q7和极限端阻力标准值a 单位skpkkPa土层编号土的名称侧阻力端阻力土层编号土的名称侧阻力端阻力①素填土23④粉质黏土61920②淤泥质土28⑤粉砂层732450③粉砂462.选择桩型、桩端持力层、承台埋深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。选择桩的几何尺寸以及承台埋深依据地基土的分布，第②层是灰褐色粉质粘土，第③层是灰色淤泥质的粉质粘土，且比较厚，而第④层是黄褐色粉土夹粉质粘土，所以第④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h。故：h二1.5+8.3+12+1二22.8m由于第①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②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=20.7m。桩截面尺寸选用：由于经验关系建议：楼层<10时，桩边长取300〜400,故取350mmX3.确定单桩极限承载力标准值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：式中sik---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》JGJ94-94qpkq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sik。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IL②粉质粘土0.86742.552③淤泥的粉质粘0.60856.912土④粉质粘土0.80038.8001391.428按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值：=4x0.35x(42.552x(8.3-0.6)+56.912x12+38.8x11+0.352x1391.428=1469.152+170.450=1639.602kN估算的单桩竖向承载力设计值(Y二丫二匸65)sp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下面以①一C的荷载计算。柱底荷载设计值如下：最大轴力组合：最大轴力3121kN, 弯矩32kN•m, 剪力20kN最大弯矩组合：轴力3002kN, 最大弯矩197kN•m,剪力62kN最大轴力标准值：2400kN4.1①一C柱桩数和承台的确定最大轴力组合的荷载：F=3121kN,M=32kN•m,Q=20kN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1.1~1.2 ,现在取1.1的系数，即：n>Fx1.1=丄巳x1.1=3.14G艮）R 993.698取n=4根，桩距S>3d=1.05m，桩位平面布置如图4.1.1,承台底面尺寸为1.9mxl.9m。a5.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・1四桩承台承载力计算(①一C承台)承台净面积：Ac=1.92-4x0.352=3.12m2。承台底地基土极限阻力标准值：qck=2fk=2x110=220KPa分项系数丫s=P=1.65,丫C=1.70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：0.8,耳0.8,耳pAi承台底土阻力群桩效应系数:耳c=nC才+耳：c承台外区净面积AC=L92-(1・9-0.35)2=1.2m2Ai=A—Ae=3.12-1.2=1.92承台内区净面积ccc m2群桩效应系数查表得：耳1.64AecAc杳表耳i=0.11,耳e=0.63cc那么，C复合桩基竖向承载力设计值R:6.桩顶作用验算6.1四桩承台验算(①一C承台)(1)荷载取C柱的Nmax组合：F=3121kN,M=32kN•m,Q=20kN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九0=1.0.由于柱处于①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

台底2.4m,所以承台的平均埋深d=—(2.1+2.4)=2.25m。2作用在承台底形心处的竖向力有F,G,但是G的分项系数取为1.2.作用在承台底形心处的弯矩工M=32+20x1=52kN桩顶受力计算如下：YN=828.98kN<R=913.025kN0(2)荷载取Mma粗合：F=3002kN，M=197kN•m，Q=62kN桩顶受力计算如下：YN=799.235kN<R=913.025kN 满足要求7．桩基础沉降验算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6d，所以可以采用分层总和法计算最终沉降量。C柱沉降验算竖向荷载标准值F=2400kN基底处压力P=基底处压力P=F4G2400+1.9x1.9x2.25x201.9x1.9=709.820kPa基底自重压力Yd基底自重压力Yd=15.5x1.5+17.3x0.621x2.1=33.63kPa基底处的附加应力P0=P一yd=709.820—33.63=676.19kPa桩端平面下的土的自重应力b和附加应力b(c=4ap)计算如下:czz0．在z=0时：=172.54kPa．在z=2m时：．在z=4.3m时.在z=5.7m时将以上计算资料整理于表7.1.1表7.1.1bb的计算结果(C柱)c,z

Z(m)0172.54100.25676.192189.1412.10.0785212.3244.3208.2314.50.021858.965.7220.6916.00.01335.162在z=5.7m处，需=3516%2069=＜幕，所以本基础取Z二5.7m计算沉降量。c计算如表7.1.2Z(mm)平均附加应力系a.i0100.250200012.10.1702340.5340.51100083.725430014.50.1017437.5296.0251100023.6155570016.00.0805458.8521.32582007.03故：S'=83.72+23.61+7.03=114.46mm桩基础持力层性能良好，去沉降经验系数屮=1.0。Sa -■Ae 19x19短边方向桩数n=2，等效距径比--=0.886—=0.886 - =2.4，长径比b d Jnb J4-0.35%二2°.%.35二59.14，承台的长宽比L%广1.0，查表得：C0=0.031,C产1.9,C2=17.59所以，四桩桩基础最终沉降量S二屮屮S'=1.0-0.082-114.46=9.386mm 满足要求e8．桩身结构设计计算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0.293L（L=llm）处，起吊时桩身最大正负弯矩Mmax二0.0429KqL2，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）。桩身长采用混凝土强度C30, U级钢筋，所以:桩身截面有效高度ho=°・35-0.04=0.31mTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"24.8x106 皿桩身受拉主筋=274mm2桩身受拉主筋0.9735x300x310选用2014(A二308mm2>274mm2)，因此整个截面的主筋胃4014,A=615mm2，配筋率为s sp= =0.566%>pi=0.4%。其他构造要求配筋见施工图。350x310 min桩身强度甲(屮fA+fA)=1.0x(1.0x14.3x350x310+300x615)=1736.05kN>R=913.025kNccys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N=907.152kN，平均反力N=828.985kN，桩顶净反max力:(1)柱对承台的冲切由图9.1.1，aox=aoy=125mm2，承台厚度H=1.0m,计算截面处的有效高度oxoyh=1000-80=920mm，承台底保护层厚度取80mm.0冲垮比九ox=九oy冲垮比九ox=九oya―oxh0125920=0.14当a<0.20h时,00九满足0.2—1.0取a=0.20h当a<0.20h时,00九满足0.2—1.0000000•••aox=125mm<°・20h0=°・20x920=184mm故取aox=184mm。即：冲垮比—=九oya―oxh0即：冲垮比—=九oya―oxh0184920=0.2冲切系数aox=aoy0.72=0.72X+0.2=0.2+0.2oxC柱截面取600x600mm2，混凝土的抗拉强度设计值ft=1100kPa冲切力设计值F=FJQ=3121—78025=234075kN(2)角桩对承台的冲切(2)由图911，a=a=125mm,c=c=525mma125角桩冲垮比X1x=X1y=才=920=0*14，X满足0.2—1.0,故取X—0.2。00.48 0.48角桩的冲切系数％"1y=P2=葩硕=1.21x满足要求二1487.64kN>丫N=858.417kN满足要求0jmax斜截面抗剪验算计算截面为IT,截面有效高度h二0.92m，截面的计算宽度b二1.9m，混凝土的抗压强度00f二9.6MPa=9600kPa，该计算截面的最大剪力设计值:ca125剪跨比九=九~^x— —0・14当X<0.3时，取九—0.3；当X>3.0时，取九=3.0xyh9200由于X=0.19，故取X=0.30.120.12剪切系数0=厂03=03顷=0.2x满足要求附bh=0.2x9600x1.9x0.92=3356.16kN>yV=1619.364kNc00 0满足要求4）受弯计算4）受弯计算0.35承台I-I截面处最大弯矩M二2N y二1716.834x(0.125+匚_)二515.05kN.mjmax2级钢筋f级钢筋fy=300N/mm2,fc=9.6MPa选用15①14,A=2307mm2>2073.47mm2s整个承台宽度范围内用钢筋取15根，即15①14（双向布置）5）承台局部受压验算C柱截面面积At=0.6x0.6=0.36m2，局部受压净面积A1n=At=0.36m21n t局部受压计算面积A，A=(3x0.6)x(3x0.6)=3.24m2bb混凝土的局部受压强度提高系数卩混凝土的局部受压强度提高系数卩，卩=£「竺=3A0.36满足条件1.350fA=1.35x3x9600x0.25=9720kN>F=3212kN满足条件c1n C10、参考文献【1】中华人民共和国国家标准•《建筑桩基础技术规范(JGJ94—94)》•北京，中国建筑工业出版社，2002【2】中华人民共和国国家标准•《建筑地基基础设计规范(GB50007—2002)》•北京，中国建筑工业出版社，2002【3】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，2002【4】丁星编着・《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，2006【5】王广月，王盛桂，付志前编着•《地基基础工程》•北京：中国水利水电出版社，2001【6】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】陈希哲编着•《土力学地基基础》•北京：清华大学出版社，2004【8】熊峰，李章政，李碧雄，贾正甫编着•《结构设计原理》•北京：科学出版社，2002一：桩基类型和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300mmX300mm方桩。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②层硬塑-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②层土层。二： 确定单桩竖向极限承载力标准值Q由表5-6查得桩的极限阻力标志值q为sik粘性土：I=0.412因为d=1.9+2=3.9<5.0m所以q的修正系数为0.8,sik所以q=|~66+0.412—0°25x(82-66)lx0.8二61kPasik 0.5一0.25桩的入土深度：h=1.9+4=5.9m<9m粘性土：I=0.412,h=5.9m，查表得q=1600kPal pk故单桩竖向极限承载力标准值为：=2X(0.3+0.3)X61X4+1600X0.3X0.3=292.8+144=436.8kN三：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5-19查得,y=丫=1.65,y=1.70spc得R=QSk+红=292.8+144=264.7kPay1.65 1.65p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洛，…，F=846-02kN取n=4,即采用4根桩。四：进行桩位布置和确定承台尺寸桩在平面上采用行列式布置，由于预制桩根数<9,所以S±3d=0.9m。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xb=1.1+2X0.3=1.7m在y方向取桩间距S=3d=3X0.3=0.9m,即承台b=0.9+2X0.3=1.5myy平面布置如下：图3-1承台平面图承台埋深1.9m，承台高0.7m，桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层取35mm，则承台有效高度h。=0.7-0.050-0.035=0.615m=615mm承台平面布置如下：qA=―ckqA=―ck cnr二耳Q/y+nQ/y+nQ/y，其中QTOC\o"1-5"\h\zssksppkpcckc ck(1)求系数耳和耳spB——cl=苧=0.375,s 6.1B——cl=苧=0.375,\o"CurrentDocument"—a— —3.3d 0.3sB以一—3.3和一—0.375，按桩为粘性土、从表5-20得耳—0.83，耳—1.591d l s s(2)求系数n，耳按5-70计算，首先求出承台内区、外区的净面积Ai、Ae和承台底地基土净面cc cc积Ac查表5-21得，ni—0.159 ne—0.666cc得n—ni—c+qe—I—0.159* +0.666* —0.36ccAcA 2.19 2.19cc3)求R。先基桩的承台底地基t极限抗力标准值Qck经深度修正，d=1.9+1/2*1.5=2.65m；因为b=1.5m<3.0m，所以不需进行宽度修正。akdmq=f+耳丫(d一0.5)=200+1.6*18.25*(2.65—0.15—0.5)=258.4kPackakdmA=A=2.19m2,cn=4从表5-19查得，丫=丫=1.65,丫二1.70且Q二141.47kN从表5-19查得，得基桩竖向承载力设计值R：得基桩竖向承载力设计值R：4）验算考虑承台 和群桩效应下的桩数承台及其G=1.2*1.7*1.5*1.9*20=116.28kNF+G846.02+116.28n= = =3.04根R316.10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）M二m+Hx(1.9-0.075)-Fx(0.145+0.7/2)y2二280+50x1.825-196.02x0.495二274.22KN-m则桩顶平均竖向力设计值为N=F+G=962.30=240.58kN<R=316.10kNn4274.22x.055M274.22x.055N=N+ymac=240.58+ =365.23KN，max Zx2 2x0.55x0.55+2x（-0.55）x（-0.55）i七：基桩竖向抗压承载力验算基础是偏心受压：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e二arctg84602二3・38。＜5-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方向在x方向a=50mm,0在y方向a=100mm0取a0=甞00=75mm故取a=123mm,o“0.2, 0“0.2, 0-72九+0.2 0.20+0.2oy0.72.=1.800承台混凝土选用C20，f=1100kpat满足要求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所以取九=0.2,,九=0.21x ox

a1y1x0.48a1y1x0.48九+0.21x二1.2而c二c二0.45m12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载最大，且纵向两桩间的距离比横向要大，见平面图，可知a=0.05m,h=0.65mxoa九=斗=0.05/0.615<0.3，取九二0.3xh x0故剪切系数卩=丄旦二012二0.2，截面处的计算宽度为b1.5*0.9二1.35m九+0.3 0.3+0.3 0所以满足要求。十一：承台受弯承载力计算(1)计算柱边截面的弯矩II-II载面，M=工Nx=2x336.16x0.2=134.46kN-myiiI-I载面，M=YNy=336.16x0.25+(846.02/4-124.65)x0.25=105.75kN-mx ii（2）配筋计算（采用HPB235钢筋，f=210N/mm2f=9.6N/mm2）yca:沿x方向配筋：按混规进行配筋，h=615mmoyM得a= M得a= —s