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 .12.1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 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（ C承台） . .56. 桩顶作用验算 .66.1四桩承台验算（ C承台） . .67. 桩基础沉降验算 .77.1C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 .

2、109.1四桩承台设计（ C柱） . .1010. 参考文献 .131 设计资料1.1 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 500mm500mm，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承载力孔含标准压缩特征值土层土的液性贯入模量f ak隙水编号名称指数锤击比

3、e量ES数 N(kPa)素填5.0土淤泥1.0621.083.869质土4.4粉砂0.827147.51151.6粉质0.7310.749.2170黏土9.2续表粉砂0.53116.8285层8表 3.2桩的极限侧阻力标准值 qsk 和极限端阻力标准值 q pk单位：kPa土侧土层土的层土的侧阻阻端阻力端阻力编名称编名称力力号号素填23粉质61920土黏土淤泥28粉砂732450质土层粉砂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

4、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。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h。故： h1.58.312122.8m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-

5、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 350mm×3 . 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：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 94-94q pk - 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q 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I L粉质粘土0.86742

6、.552淤泥 的粉 质粘0.60856.912土粉质粘土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： 40.3542.552(8.30.6)56.9121238.810.35 21391.428 1469.152 170.450 1639.602kN估算的单桩竖向承载力设计值（sp1.65 ）所以最终按经验参数法计算单桩承载力设计值，即采用R993.698kN ，初步确定桩数。4 . 确定桩数和承台底面尺寸下面以 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32 kNm，剪力20kN最大弯矩组合：轴力3002 kN ，最

7、大弯矩197 kNm， 剪力62kN最大轴力标准值： 2400 kN4.1 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 ，现在取 1.1 的系数， 即：nF1.131211.13.14 根R993.698取 n4 根，桩距Sa3d1.05m,桩位平面布置如图4.1.1。，承台底面尺寸为 1.9m 1.9m5. 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

8、、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（C承台）承台净面积：A1.9240.3523.12m2。c承台底地基土极限阻力标准值：qck2 f k 2110 220KPa分项系数 sp 1.65 ,c1.70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：群桩效应系数查表得：s0.8,p1 .64承台底土阻力群桩效应系数 :iA cieA ceccA ccA c承台外区净面积Ae1.92(1.9 0.35)2

9、1.2m2c承台内区净面积 AciAcAce3.121.21.92m2i0.11,e0.63查表cc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（ C 承台）（1）荷载取 C柱的 N max 组合： F=3121 kN ， M= 32kN m，Q=20 kN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，即室内高至承台底 2.4m，所以承台的平均埋深 d1(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

10、系数取为 1.2.作用在承台底形心处的弯矩M 32201 52kN桩顶受力计算如下：0 N828 .98 kNR913 .025 kN满足要求（2）荷载取 M max 组合： F=3002 kN ，M= 197kN m， Q=62 kN桩顶受力计算如下：0 N799.235kNR913.025kN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。7.1 C 柱沉降验算竖向荷载标准值 F2400kNFG2400 1.91.92.2520709.820kPa基底处压力 pA1.9 1.9基底自重压力 d1

11、5.51.517.30.62.133.63kPa2.1基底处的附加应力 P 0Pd 709.82033.63676.19kPa桩端平面下的土的自重应力c 和附加应力z （z4 p0 ）计算如下：在 z=0 时：=172.54kPa在 z2m 时：在 z4.3m 时在 z5.7m时将以上计算资料整理于表表c ,z 的计算结果（ C 柱）Z(m)0172.54100.25676.192189.1412.10.0785212.3244.3208.2314.50.021858.965.7220691600.01335.162在 z=5.7m 处，z35.1620.160.2 ，所以本基础取 Z n5.

12、7m 计算沉降量。c220.69计算如表 7.1.2Z(mm)平均附加应力系 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1.0 。短边方向桩数SaAe1.91.9n b2 ，等效距径比0.8860.8862.4 ，长径比dnb40.35l20.759.14 ，承台的长宽比 Lc1.0 ，查表得： C 00.03

13、1,C11.9, C217.59d0.35Bc所以，四桩桩基础最终沉降量 Se S' =1.00.082 114.469.386mm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0.293L(L=11m)处 ， 起 吊 时 桩 身 最 大 正 负 弯 矩 M max0.0429 KqL 2， 其 中K=1.3;q 0.352251.23.675kN / 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,级钢筋，所以：桩身截面有效高度 h00.350.04 0.31m桩身受

14、拉主筋AsM24.8106274mm2s f y h00.9735300 310选用 214( As308mm2274mm2 ) ，因此整个截面的主筋胃4 14, As 615mm2 ，配筋率为6150.566>0.4 。其他构造要求配筋见施工图。350310min桩身强度( c fc A f y As )1.0(1.0 14.3 350 310 300615)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 Nmax907.152kN ，平均反力

15、N828.985kN , 桩顶净反力：（1） 柱对承台的冲切由 图9.1.1 ， aoxaoy 125mm2， 承 台 厚 度 H=1.0m, 计 算 截 面 处 的 有 效 高 度h0 100080920mm ，承台底保护层厚度取 80mm.冲垮比aox125oxoy0.14h0920当 00.20h0时，取 0 0.20h0 ;当 0 h0时，取 0 h0 ， 满足 0.2 1.0aox=125mm < 0.20 h0 = 0.20920184mm故取 aox 184mm。即：冲垮比oxoyaox1840.2h09200.720.72冲切系数oxoy0.20.21.8ox0.2C 柱

16、截面取 600600mm2，混凝土的抗拉强度设计值 f t 1100kPa冲切力设计值 FlFQi3121 780.25 2340.75kN(2) 角桩对承台的冲切由图 9.1.1 ， a1xa1y125mm, c1 c2525mm角桩冲垮比1 x1 ya1x1250.14 ，满足 0.2 1.0 ，故取0.2 。h0920角桩的冲切系数1x1y0.480.481.21x0.20.20.21487 .64kN0 N j m ax858 .417 kN满足要求（3）斜截面抗剪验算计算截面为 I-I，截面有效高度 h00.92m ，截面的计算宽度 b0 1.9m ，混凝土的抗压强度f c9.6MP

17、a9600 kPa ，该计算截面的最大剪力设计值：剪跨比xyax1250.14当0.3 时，取 0.3 ；当3.0 时，取3.0h0920由于0.19 ，故取0.3剪切系数0.120.120.20.30.30.3xf cb0 h00.29600 1.90.923356.16kN0V1619.364kN满足要求（4）受弯计算承台 I-I截面处最大弯矩 M2N j max y1716.834 (0.1250.35 ) 515.05kN.m2级钢筋 f y 300N / mm2,f c9.6MPa .选用 1514 , A s2307mm22073 . 47 mm 2整个承台宽度范围内用钢筋取15

18、根，即 1514 （双向布置）（5）承台局部受压验算C 柱截面面积 A0.60.60.36m 2，t局部受压净面积 A1 nA t0 .36 m 2，局部受压计算面积 Ab , Ab(3 0.6 )( 3 0 .6 ) 3.24 m 2混凝土的局部受压强度提高系数Ab3.24,3At0.361.35 f c A1n1.35 396000.259720kNFC3212kN满足条件10、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（ JGJ9494） ·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（ GB5

19、00072002）·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（ GB200102002）·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

20、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 300mm×300mm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uk阻力标志值 q为sik粘性土： I l =0.412因为 d=1.9+

21、2=3.9<5.0m所以 qsik的修正系数为0.8 ，sik0.4120.0.2582660.861kPa所以 q= 660.250.5桩的入土深度： h=1.9+4=5.9m<9m粘性土： I l =0.412 ，h=5.9m，查表得 qpk=1600kPa故单桩竖向极限承载力标准值为：=2×(0.3+0.3)×61× 4+1600×0.3 ×0.3=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，

22、 sp1.65 ，c1.70Q skQ pk292.8144得 R1.65264.7kPasp1.65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nF， =1.1 ， F=846.02kNR取 n=4，即采用 4 根桩。四：进行桩位布置和确定承台尺寸（1）桩在平面上采用行列式布置，由于预制桩根数 <9，所以 S3d=0.9m。在 x 方向取桩间距 Sx=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=1.1+2 × 0.3=1.7m在 y 方向取桩间距 Sy=3d=3× 0.3

23、=0.9m，即承台 by =0.9+2 ×0.3=1.5m平面布置如下：图 3-1 承台平面图（2）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：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RsQsk /sp Q pk /pcQck /c ，其中 Qckqck Acn（1）求系数s 和pBc1.50.375， sa1.1 0.9 / 23.3l4d0.3以 sa3.3 和 Bc0.375，按桩为粘性土、从表5-20 得 s0.83

24、， s 1.591dl（2）求系数c ， c 按 5-70计算，首先求出承台内区、外区的净面积Aci 、 Ace 和承台底地基土净面积 Ac查表 5-21 得，i0.159e0.666cc得i AcieAce1.320.666*0.870.36ccAcc0.159*2.192.19Ac（3）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。qckf akdm (d0.5) Ac 2.19m2 ，n=4从表 5-19查得， sp1.65 ， c1.70 且 Qck141.47kN得

25、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=116.28kNFG846.02116.28根nR316.103.04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 ymH(1.90.075)F2 (0.1450.7 / 2)280501.825 196.020.495274.22 KNm则桩顶平均竖向力设计值为FG962.30240.58kNR316.10kNNn4N maxNM yxmax240.58

26、274.22.055365.23KN ，xi20.552( 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：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arctg50，3.38 5846.02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 a050mm ，在 y 方向 a0100mm5010075mm取 a02故取o 123mm ，0.2 ，0.720.721.800承台混凝土选用C20， ft 1100kpa0.2oy0.20 0.2满足要求（2）角柱对承台的冲切验算：应验算

27、受桩顶荷载最大的角柱对承台的冲切所以取 1x 0.2, ,ox 0.20.48而 c1c2 0.45m1y1 x1.21x0.2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ax0.05m, ho0.65mxax0.05/ 0.615 0.3，取 x 0.3h0故剪切系数0.120.120.2 ，截面处的计算宽度为 b01.5 * 0.9 1.35m0.30.30.3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 - 载面， M yN i xi 2336.16 0.2 134.46kN m- 载面， M xNi yi336.160.25(846.02 / 4124.65) 0.25 105.75kN m（2）配筋计算（采用HPB235钢筋， f y210N / mm2fc 9.6N / mm2 ）a : 沿 x 方向配筋：按混规进行配筋，hoy615mm得 sM y1344600000.02469f c byhoy21.0 9.6 1500 6152选用 1012160， As1131mm2 沿平行于 x 轴方向均匀布置。b : 沿