桩基础课程设计

1、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 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）

2、1010 .参考文献 131.1 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500mmM500mm,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含水量液性指数标准 贯入 锤击 数N压缩Es承载力 特征值fak(kPa)素填 土5.0淤泥 质土1.0462.4

3、1.083.869粉砂0.8127.6147.5115粉质 黏土0.7931.20.749.2170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 力端阻力土 层 编 号土的 名称侧阻 力端阻力素填 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，采用静压预制桩，这样可以较好的

4、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± 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350mme3 .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I L 粉质粘土0.867 淤泥的粉质粘0.608土 粉质粘土0.800按经验参数法确定单桩竖

6、向承载力极限承载力标准值:经验参数法42.55256.91238.8001391.428.4284 0.35 42.552 (8.3 - 0.6) 56.912 12 38.8 1 0.352 1391= 1469.152 170.450= 1639.602kN估算的单桩竖向承载力设计值（ =尸p = 1.65 ）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下面以一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32 kN,m, 剪力20kN最大弯矩组合：轴力3002 kN ,最大弯矩197

7、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现在取1.1的系数， 即： n之二-1.1= 3121>1.1 = 3.14(根)R993.698取n = 4根，桩距 Sa至3d = 1.05m ,桩位平面布置如图4.1.1 ,承台底面尺寸为1.9m>d.9m。5 .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

8、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（一C承台）222承台净面积：Ac =1.9 - 4x 0.35 = 3.12m 0承台底地基土极限阻力标准值：qck = 2fk = 2 110 = 220KPa分项系数 s = p = 1.65, 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:群桩效应系数查表得：承台底土阻力群桩效应系数0.8, p = 1 .64i

9、Ac e A：二 i c- - e cccA cA c.e222承台外区净面积 Ac = 1.9 - (1.9 - 0.35) = 1.2m承台内区净面积 A = A-Ae = 3.12-1.2=1.92m2查表 c : 0.11,:= 0.63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（一C承台）（1）荷载取 C柱的 Nmax 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九0 =1.0.0.3m,即室内高至承由于柱处于轴线，它是建筑物的边柱，所以室内填土比

10、室外高，设为，、 一 一，一一，一.1 -，一、台底2.4m,所以承台的平均埋深d =1(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'、M = 32 20 1 = 52kN桩顶受力计算如下：¥0N = 828 .98kN < R = 913 .025 kN满足要求(2)荷载取 M max组合：F=3002 kN , M= 197kNm Q=62 kN桩顶受力计算如下：%N = 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

11、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F=2400kN一F G基底处压力p =A=709.820kPa2400 1.9 1.9 2.25 201.9 1.915 5 1 5 17 3 0 6基底自重压力 d = 15.5 1.5 17.3 0.6 2.1 = 33.63kPa2.1基底处的附加应力 P0 = P - d = 709.820 -33.63 = 676.19kPa桩端平面下的土的自重应力oc和附加应力oz (oz =4ap0)计算如下: .在z=0时：=172.54 kPa .在z = 2m时： .

12、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7.1.1 bc,Oz的计算结果(C柱)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，°z/ =35.16%2069 = 0.16 c 0.2,所以本基础取Zn=5.7m计算沉降量 1c / 220.69计算如表7.1.2Z(mm)平均附加应力系%0100.250200012.10.17025340.5340.51100083.72430014

13、.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 SaAe.1.9 1.9短边方向桩数 nb = 2 等效距径比一 = 0.886厂=0.886= 2.4,长径比d.nb.4 0.35% =20.%35 = 59.14 ,承台的长宽比 LcBc=1.0,查表得：C0 = 0.031,Ci = 1.9,C2 = 17.59所以，四桩桩基础最终沉降量 SeS'=1.0M0.082M114.46

14、= 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0.293L(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 M25M1.2 =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, 级钢筋，所以:桩身截面有效高度h0 = 0.35- 0.04 = 0.31m桩身受拉主筋As =sfyh。24.8 1060.9735 300 3102u 274mm222选用2色14( As =

15、 308mm >274mm ),因此整个截面的主筋胃4鱼14, A = 615mm ,配筋率为、615 八P = 35限前=0.566%"'=0.4%。其他构造要求配筋见施工图。桩 身强度 叩cfcA + fyAs) =1.0x(1.0x14.3x350310 + 300x615) =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：(1)柱

16、对承台的冲切2由图9.1.1 , a8 = a” = 125mm ,承台厚度H=1.0m,计算截面处的有效图度h0 =1000 -80 = 920mm ,承台底保护层厚度取 80mm.aox125冲垮比'ox 二- oy = = = 0.14h0920当 <0.20h0时，取 «0 =0.20h。;当口° Ah。时，取 口。=h° ,人满足 0.21.0< %x=125mm < 0.20h0 = 0.20 父 920 = 184mm故取 %x = 184mm_aox184即：冲垮比ox = ' oy = 0.2h0920冲切系数-

17、 ox=ot oy0.72ox 0.20.720.2 0.2= 1.8C柱截面取600父600mm2 ,混凝土的抗拉强度设计值ft = 1100kPa冲切力设计值 Fl = F-£ Q =3121-78025= 234075kN(2)角桩对承台的冲切由图 9.1.1 , aix = a" = 125mm,。= c2 = 525mmaix125角桩冲垮比入1x =入1 y - 0.14%满足0.2 1.0 ,故取九=0.2 0h09200.480.48,八角桩的冲切系数1x = ：. 1y = - = no no = 1.21x 0.2 0.2 0.2=1487 .64 kN

18、 a ¥0 N jm ax = 858 .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h0=0.92m,截面的计算宽度b0=1.9m,混凝土的抗压强度fc =9.6MPa = 9600kPa，该计算截面的最大剪力设计值：a,125.一,一一男跨比儿x =九y = = =0.14当九E0.3时，取九=0.3 ;当九上3.0时，取人=3.0h0920由于九=0.19,故取儿=0.30.120.12”剪切系数- =0.2x 0.30.3 0.3xPfcboh。= 0.2 父 9600M 1.9 父 0.92 = 3356.16kN > %V =1619.3

19、64kN满足要求(4)受弯计算 0.35、承台 I-I 截面处最大弯矩 M =2Njmaxy = 1716.834父(0.125 +) = 515.05kN.m2口级钢筋 fy = 300N /mm2, fc = 9.6MPa ._,_ _ _2_ _2选用 15 :' 14 , As = 2307 mm 2073 .47 mm整个承台宽度范围内用钢筋取15根，即159 14 (双向布置)(5)承台局部受压验算2C柱截面面积At = 0.6父0.6 = 0.36m ,局部受压净面积 Am = At = 0.36 m2 ,2局部受压计算面积 Ab, Ab = (3 0.6)(3 0.6)

20、 = 3.24m混凝土的局部受压强度提高系数 一：二Ab At324 一 30.361.35PfcAn =1.35父 3M 9600M 0.25= 9720kN > FC =3212kN满足条件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（GB5000户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，200241 丁星编着桩基础课程设计指导与设计实例成都：四

21、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，200481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 300mme 300mmJ桩。由于地面以下很大深度没有基岩（d>20nm 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。

22、二：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： Il=0.412 因为 d=1.9+2=3.9<5.0m所以qsik的修正系数为0.8 ,所以 qsik= 660.412 - 0.0.25 82 -660.8 =61kPa0.5 -0.25桩的入土 深度：h=1.9+4=5.9m<9m粘性土： Il=0.412, h=5.9m,查表得 qpk=1600kPa故单桩竖向极限承载力标准值为：=2X （0.3+0.3） X 61 X 4+1600X 0.3 乂 0.3=292.8+144=436.8kN:初步估算所需桩数n在估算桩数时，首先需计

23、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，K =Yp =1.65 ,c =1.70 c/口Qsk Q得R =江y ypk292.8 144十1.651.65=264.7kPa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 仙=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，

24、即承台bx=1.1+2X0.3=1.7m在 y 方向取桩间距 Sy=3d=3X 0.3=0.9m,即承台 by=0.9+2 X 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R=，Qsk/¥s+Qpk/Yp+*Qck/，其中 Qck =呢 n(1)求系数工和，卜宁0.375,包=1.1。9/2=3.30.35-20 得力s=O83, =1.59

25、1以包=3.3和Bc= 0.375,按桩为粘性土、从表 dl(2)求系数Z，“c按5-70计算，首先求出承台内区、外区的净面积Ac、魔和承台底地基土净面积Ac查表 5-21 得，T =0.159 箕=0.666得 c ='=0.159*132 0.666*087=0.36AAc2.192.19(3)求 R。先基桩的承台底地基t ,极限抗力标准值Qk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。qck = fak d m(d 0.5)=200+1.6*18.25*(2.65-0.15-0.5)=258.4kPa2Ac = 2

26、.19m ,n=4从表 5-19 查得，九=兀=1.65,九=1.70 且 Qck =141.47kN 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 G 846.02 116.28n = 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0.7m ,则承台底所受的弯矩(绕竖向力：F+G=962.30KN; 承台片M y =m H (1.9 -0.075) - F2 (0.145 0.7/2) = 280 50 1.825 -196.02 0.495 = 274.22KN m则桩顶

27、平均竖向力设计值为N -一G = 962.30 =240.58kN :二R=316.10kN n 4M y 'xmax274.22 .055Nmax = N +=240.58 +-365.23KN ,x22 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：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a =arctg 50 =3.38"<5=,846.02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 =

28、 100mm 取 a0 = 50-100 = 75mm 2故取 ao = 123mm ,-0.720.72九二0.2, u=1.800 承台混硼土选用 C20, ft=1100kpa'oy 0.20.20 0.2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，1x =0.2,，ox =0.2而 G =c2 = 0.45m0.48. c->1y = -' 1x =I- =1.21x 0.2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 ax=0.05m,

29、ho -0.65m2=0.05/0.615 <0.3,取心= 0.3故剪切系数B = 0.12 = 0.12 =0.2 ,截面处的计算宽度为b01.5* 0.9 = 1.35m 0.3 0.3 0.3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，My=£ Nixi =2M336.16M0.2 = 134.46kN mI - I 载面，Mx =Z Niyi =336.16x0.25 + (846.02/4124.65)M0.25 = 105.75kN m（2）配筋计算（采用 HPB235I冈筋,fy=210N/mm2 %=9.6N/mm2）a :沿x方向配筋：按混规进行配筋，hoy = 615mm得-sMy fcbyh2y134