桩基础设计案例

桩基础设计框图

设计实例一

1.设计资料

某多层建筑一框架柱截面为，承担上部结构传来的荷载设计值为：

轴力，弯矩，剪力。经勘察地基土依次为：0.8m厚人工填土，1.5m厚粘土；9.0m厚

淤泥质粘土；6m厚粉土。各层物理力学性质指标如下表所示。地下水位离地表1.5m。

试设计桩基础。

表各土层物理力学指标

土含水

孑豌压缩模最内蝴角粘聚力

层土层名称感量

(kN/m3)比犍(MPa)(°)(kPa)

号(m)(%)

①人工填土0.818

②粘土1.532190.8640.3635.21312

③淤泥质粘土9.04917.51.341.613.2.81116

④粉土6.032.818.90.800.52711.07183

⑤淤泥质粘土12.04317.61.201.3493.11217

⑥风化砾石5.0

依据：承台的尺寸和结构

⑴形状方，矩型，三角形,多边形，圆形

(2)最小宽度N50cm

(3)最小厚度230cm

(4)桩外缘距离承台边215cm

边桩中心距离承台边NL0D

(5)桩嵌入承台大桩横向荷载＞1。cm,

小桩之5cm,钢筋伸入承台30d

(5)混凝土标号NC15cm,保护层7cm

2设计计算

2.1桩基持力层、桩型、承台埋深和桩长的确定

由勘察资料可知，地基表层填土和1..5m厚的粘土以下为厚度达9m的软粘土，而不

太深处有一层形状较好的粉土层。分析表明，在柱荷我作用下天然地基难以满足要求时,

考虑采用桩基础。根据地质情况，选择粉土层作为桩端的持力层。

根据工程地质情况，在勘震深度范围内无较好的持力层，故桩为摩擦型桩。选择钢筋混

凝土预制桩，边长,桩承台埋深1.2m,桩进入持力层④层粉土层2d,伸入承台100mm,

则桩长为10.9m。

2.2单桩承载力确定

(1)单桩竖向极限承载力标准值的确定

查相关表格：

第②粘土层：，

第③粘土层：，

第④粉土层：，

qpk=1800kPa

2.4计算单桩承受的外力

2.4.1桩数验算

承台及上覆土重

G=九A"=20x2.4x4.8x1.2=282.2kN

F+G2800+282.2

=7.55<8满足要求。

卞480.4

2.4.2桩基竖向承载力验算

基桩平均竖向荷载设计值：

zF+G2800+282.22szn

N=------=-------------=385.3kN<R=391.0kNKT

n8

基桩最大竖向荷载设计值：

作用在承台底的弯矩：

乂同=£+2土吃小」436.7kN

Nj〃"ZW一1333.9kN

Nm111”A=436.7<1.2/?=1.2x391.0=469.2kN

均满足要求。

2.5软弱下卧层承载力验算

因为=1.4m<6.0d=2.1m

按如下公式验算：

b_几(-+G)-2(4+综)2名演

(4+2,tan6)(B。+2ttan0)

巴+小琮/八

各参数确定如下：，，；

持力层厚度：

r=6-0.7=5.3m；、分别为桩群外缘矩形面积的长和宽。

4=4.9-0.35=4.55m

A)=2.4—0.35=2.05m

t=5.3m>().5Bo=().5x2.05=1.03m

由《建筑地基基础设计规范》查得：

£%/=Qsk/u=459.3/(4x0.35)=326.0kPa

下卧层顶以上的土的加权平均有效重度，，

下卧层软土层埋深d=17.3m。

(2800+282.2)-2(4.55+2.05)x328.0八〜门n

(y,+y.z=-------------------------------------------------+9.01x17.3=135.5kPa

’(4.55+2x5.3tan23.57°)(2.05+2x5.3tan23.57°)

软弱下卧层经深度修正后的地基承载力标准值按下式计算：

q'：k=£+%%(〃—3)+力为(”一。-5)

本题中地基承载力标淮值取84kPa,基础底面以下土的有效重度为,基础底面以

上土加权平均重度，基础宽度和埋深修正系数查《建筑地基基础设计规范》，，，地

基承载力修正系数，

基础底面宽度，

净桩长，内摩擦角，则

瓦=60+2/lan%=3.56m

4

琥=84+7.8x0(3.56一3)+9.01x1.0(17.3-0,5)=235.4kPa

wG4/I<

O-.+/.z=l35.5kPa<运==142.6kPa满足要求。

一九165

2.6承台板设计

承台的平面尺寸为，厚度由冲切、弯曲、局部承压等因素综合确定，初步拟定承台

厚度800mm,其中边缘熔度600mm，其承台顶平台边缘离柱边距离300mm,混凝土采

用C30,保护层取100mm,钢筋采用HRB335级钢筋。其下做100mm厚C7.5素混凝土

垫层，如下图所示。

2.6.1抗弯验算

计算各排桩竖向反力及净反力

①桩：

净反力：

②桩：

净反力：

③桩：

净反力:

④桩：

净反力：

因承台下有淤泥质土，即不考虑承台效应，故X-X截面桩边缘处最大弯矩应采用桩

的净反力计算：

K=XNiy>=(436.7+402.4+368.1+33.8)x(0.85-0.4/2-0.35/2)=7325kN.m

承台计算截面处的有效高度，有

九%732x1()6

=3748mm2

A二

()・97也-0.9x310x700

配置8025钢筋(4=3927mm2)

y-y截面桩边缘处最大弯矩应采用桩的净反力计算：

M、=Z叫=2x436.7x(2.1-0.8/2)+2x402.4x(0.7-0.8/2)=1725.2kN.m

承台计算截面处的有效高度，有

1726.2xlQ6

4==8839mm2

0・94%-0.9x310x700

配置9①36钢筋(A,=8839mm2)

2.6.2冲切验算

①柱对承台的冲切验算

柱截面为，柱短边到最近桩内边缘的水平距离为:

,取

柱长边到最近桩内边缘水平距离：

a(}x=850-400/2-350/2=475mm>0.2%=140mm

充跨比：

1_徇,_475

=0.675

4700

、满足().2〜1.2。

冲切系数:

0.84

Box==0.700

20A+0.21.0+0.2

。0.840.84八皿

pOv=------------=----------------=0.956

°，AOv+0.20.679+0.2

柱截面短边，长边

根据《建筑地基基础设计规范》，受冲切承载力截面高度影响系数在不大于800mm

时取1.0,查《混凝土结构设计规范》，

作用于柱底竖向荷载设计值F=2800kN.m

冲切破坏锥体范围内各基桩净反力设计值之和£乂=367.1+332.9=700kN

作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值：

%=F-£N=2800-700=21OOkN

2[A）、S,+劭）,）+跖丫（4+aMipf,h.=4097.IkN>/<=2100kN满足要求。

②角桩对承台的冲切验算

角桩内边缘至承台外缘距离：

在x方向，从角桩内缘引45冲切线，与承台顶面交点到角桩内缘水平距离

在y方向，因柱子在该45冲切线内，取柱边缘至角桩内缘水平距离

角桩充跨比：

=^=632=09()3

"4700

包=2=()679

%700

角桩冲切系数:

=0.56=0508

4+0.2

P=°-56=0.632

，?九十0.2

角桩竖向净反力：，有

23式02+%、/2)+四).9+%J2)]4/4)=924.0kN>F,=401.IkN

满足要求。

2.6.3承台斜截面抗剪强度验算

①y-y截面

柱边至边桩内缘水平距离，

承台计算宽度，

计算截面处的有效高度，

剪垮比，

剪切系数夕=-0.550

4+1.0

/\1M

受剪承载力截面高度影响系数£加=(臂J=134

查规范混凝土的/,=I.43MPa

斜截面最大剪力设计值：

V=2x401.4+2x367.1=1537kN

/加份也为=1366.2kN<V=1537kN

不满足斜截面抗剪强度要求。说明承台厚度不足或者承台混凝土强度等级不够，可

以采用以下两种方案：一是承台厚度不变，增加混凝土等级，如改为C40,则

ft=1.71MPa

然以；%%=1633.7kN>V=1537kN----------满足要求。

二是混凝土等级不变，增加承台厚度，如厚度增加为9()()mm,则有：

计算截面处的有效高度，

剪垮比，

剪切系数£==0.602

4+1.0

z\1/4

受剪承载力截面高度影响系数^s==1.0

查规范混凝土的/=L43MPa

斜截面最大剪力设计值：

月加期为%=1652.9kN>V=1537kN-------------满足要求。

两种方案均满足斜截面抗剪强度要求，可以通过技术经济比较确定采用何种方案。

②X-X截面

柱边至边桩内缘水平距离，

承台计算宽度，

计算截面处的有效高度，

剪垮比，

I75

剪切系数/?A，=+i.八o=1.042

Z\1/4

受剪承载力截面高度影响系数四"二孚=1.034

查规范混凝土的./；=L43MPa

斜截面最大剪力设计值：

V=401.4+367.1+332.9+298.6=14(X)kN

黑斯瓦风=5284.7kN<V=l400kN满足要求。

2.6.4承台的局部承压验算

①承台在柱下局部承压

柱子局部受压收押面积边长，，根据规定局部受压面积的边至相应的计算底面积

的边的距离，其值不应大于各柱的边至承台边最小距离且不大于局部受压面积的边长,

因此取柱边至承台边的最小距离，即。

计竟底面积：

受压面积：

局部受压时的强度提高系数：查

0.95/?/；,A=9094.3kN>2800kN满足要求。

②承台在边桩上局部受压

方桩边长，桩的外边至承台边缘的距离

c=350-350/2=175mm

承台在边桩上局部受压的计算面积：

4=3bp电,+2c)=735000mm2

局部受压时的强度提高系数：

局部荷载设计值：

0.95份；4=4075.5kN>401.4kN满足要求,

③承台在角桩上局部受压

0.95/4=4160.4kN>401.4kN满足角桩局部受压要求。

3沉降验算

4施工图

桩基础设计示例二

L设计资料

1.1上部结构资料

某教学实验楼，上部结构为7层框架，其框架为主梁、次梁、楼板均为现浇整体式，混

凝土强度等级C30。底层层高3.4m（局部10m,内有101吊车），其余层高为3.3m。底

层柱网平面布置及柱荷载见图7-44。

1.2建筑场地资料

拟建建筑场地位于市区，地势平坦，建筑物平面布置见图7-45。

建筑场地位于非地震区，不考虑地震的影响。

场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1m,根据己有分析资料，该场地地下水对混

凝土无腐蚀性。

♦大•力♦介，♦犬•力(kN)—•(UV.aOfl力，<kN>

•人・许制介，■力，(kN)

・大寿能・m、・)气力・<kN|

■大■力林不值■力，(kN)

2O^4IX-IM2lr、(后异（》723九

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柱底荷载设计值：

最大轴力组合：最大轴力：(kN)弯矩：(kN.m)剪力：(kN)

最大弯矩组合：轴力：(kN)最大弯矩：(kN.ni)剪力：(kN)

(最大轴力标准值：轴力：(kN))

建筑物平面示意图

建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学性质指标见7-36.

表7-36地基各土层物理、力学指标

土层

土层名称层底层厚重度eWCEs

标号Ii.

埋深(m)(kN/m3)(%)kPa(0)(MPa)(kPa)(MPa)

(m)

1杂填土1.81.817.5

2灰色粉质粘10.18.318.40.90330.9516.721.15.41250.72

土

3灰色淤泥粉22.112.017.81.06341.1014.218.63.8950.86

质粘土

4黄褐色粉土27.45.319.10.88300.7018.423.311.51403.44

加粉质粘土

5灰绿色粉质>27.419.70.72260.4636.526.88.62102.82

粘土

2.选择桩型、桩端持力层、承台埋深

2.1选择桩型

因框架结构跨度大且不均匀，柱荷载大，不宜采用浅基础。

根据施工场地、地质资料以及场地周围的环境，选择桩基础。因钻孔灌注桩泥水排

泄不便，为减少对周围环曳的污染，采用静压预制桩，这样可以较好地保证桩身质量,

并在较短施工工期完成沉桩任务，同时，当地的施工技术力量、施工设备及材料供应也

为采用静压桩提供了可能性。

2.2选择桩的几何尺寸及承台埋深

依据地基土分布，第④层土是较合适的桩端持力层。桩端全断面进入持力层1.0m（大

于2d）,工程桩入土深度23.1m。

承台底进入第②层土0.3m,所以承台埋深为2.1m,桩基的有效长度即为21m。

桩截面尺寸选用，由施工设备要求，桩分为2节，上端11m,下段11m（不包括桩

尖长度在内），实际桩长比有效桩长大1m,这是考虑持力层可能有一定的起伏以及桩需

嵌入承台一定长度而留有的余地。

桩基及土层分布示意图见7-46o

⑥

图7-46桩基及土层分布示意图

3.确定单桩极限承载力标准值

本设计属于二级建筑桩基，采用经验参数法和静力触探法估算单桩极限承载力标准

值。

根据单桥探头静力触探资料按图5.3.1确定桩侧极限阻力标准值:

当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于粘性土、粉土

及砂土，如无当地经验时可按下式计算：

Quk=Qsk+Qpk=i》q,J+/）#Ap（5.3.8）

〃成=5（P阳+△•P#2）（PsH<Psk2）（5.3.8a）

P,k=Pg（Pski>PQ（5.3.8b）

式中：一一桩身周长,m；——用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第层土的极限侧阻力标准值,kPa：

依土的类别、埋藏深度、排列顺序，按图5.3.1折线取值；一一桩穿越第第层土的厚度,m；一桩端阻

力修正系数，查表534；一桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值）,kPa；按下式计算：一桩

端全截面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，kPa；一桩端全截面以下4倍桩径范围内的比贯

入阻力平均值，kPa,如桩端持力层为密实的砂土层，其比贯入阻力平均值超过20Mpa时，则需乘以

表5.3.5中系数C予以折减后，再计算及值；一折减系数，按/值从表5.3.6选用；一桩端面积（m2）。

图5.3.1°火〜〃，曲线

注：图531中，直线A（线段gh）,适用于地表下6m范围内的浅土层，可取常数：折线B,适用于粉土及砂土土层

以上（或无粉土及砂土地区）的粘性上：折线C,适用于粉土及砂土以下的粘性上；折线D,适用于粉上、粉砂、细纱及

中砂。

桩端穿越粉土、砂土、细砂及中砂层底面时，折线D估算值需乘以表533中系数值。

表5.3.3系数值

57.5>10

__________________________________1.000.500.33_____________

注：I为桩端穿越的中密〜密实砂土、粉上的比贯入阻力平均值；为砂土、粉上的下卧软上层的比贯入阻力平均值;

2采用的单桥探头，圆锥面积为15cm2,底部带7cm高滑套，锥角60。

表5.3.4桩端阻力修正系数值

桩入土深度（m）1515</?<3030<h<60

0.750.75-0.900.90

注：桩入土深度1530m时，值按值直线内插；为基底至桩端全断面的距离（不包括桩尖高度）。

表535修正系数C

(MPa)20-3035>40

系数c5/62/31/2

表536折减系数

/57.512.515

15/62/31/2

时,

时，

桩端阻力的计算公式：

1、

Psk=。〃〃式=z+PQ

乙

根据桩尖入土深度（H=23.1m）,由上表取桩端阻力修正系数，为桩端全断面以上

8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，计算时，由于桩尖进入持力层深度较浅，并考虑

持力层可能的起伏，所以这里不计持力层土的，为桩端全断面以下4倍桩径范围内的比

贯入阻力的平均值，故，；为折减系数，因为，。

依据静力触探比贯入阻力值和按土层及其物理性质指标查表法估算的极限侧阻，桩

端阻力标准值列于表7-37.

表7-37极限桩侧、桩端阻力标准值

层序静力触探法经验参数法

(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)

②粉质粘土15(/?<6)35

36

③淤泥质粉质粘土4329

④粉质粘土1111784.5552200

按静力触探法确定单桩竖向极限承载力标准值

QUk=Q减+QPk

=4x0.45(15x3.9+36x4.1x43x12+111xl)+0.452x1784.5

=1500+361=1861kN

估算的单桩转向极限承载力设计值和(九=%=1.60)

与=丝+空=幽=1663kN

YsYPL60

按经验参数法确定单桩竖向极限承载力标准值

+

Quk=QskQPk

=4x0.45(35x8+29x12+55x1)+0.452x22(X)

=1229+446=1675kN

估算的单桩竖向极限承载力设计值和(九=1.65)

凡二丝+"=S^=1015kN

'AYPL65

最终取单桩承载力设计值，初步确定桩数。

4.确定桩数和承台底面尺寸

以下各计算均以轴线⑦为例。

(1)A柱

1444239,10052

,LJ4143,193,75

(3261)

最大轴力组合的荷载：，

初步估算桩数：

«>1.1x—=4.6(根)

%

取,桩距

桩位平面布置图见图7-47,承台底面尺寸为

图7Y?五桃花基础

(2)B.C柱

因两柱间距很小，荷载较大，故将此做成联合承台。

B柱荷载：，，

C柱荷载：,,

合力作用线距C轴线的距离

x=3338x3=1]5m

取x=L2m

3338+5444

工十将113338+5444_/士目、

桩数〃=1.lx----------------=9n.5(根)

1015

取，，承台底尺寸为，桩位平面布置见±7-48。

(3)D柱荷载：，,，桩位布置同A柱。

5.确定复合基桩竖向承载力设计值和

该桩基属于非端承桩，且，承台底而并非欠固结土、新填土等，故承台底不会与土

脱离，所以宜考虑桩群、十、承台的相互作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值C

5.1五桩承台

承台净面积:

承台底地基土极限承载力标准值2/,=2x125=250kPa

所以：

7M=1229kN

Qpk=Apqp=446kN

分项系数：，

因布桩不规则，所以

包=0.886延=0.886X^9X2-=2.55

dJnb<5x0.45

B29

'-38

-=一-

/21o.

杳群桩效应系数：

承台外区净面积A；=2.9x2.9-(2.9-0.45)(2.9-0.45)=2.41m2

承台内区净面积4=A-4=7.7-2.41=4.99m2

杳表:

A1Ae4QQO41

n=/+〃—=().11x—+0.63x—=0.28

cc

cAcAc7.47.4

复合基桩竖向承载力设计值：

+0.28—=1100kN

+7C&L=08X13?2+0.63X—

八YPYeL651.651.70

5.2B和C柱的联合承台

A=6.5x2.3—10x0.452=12.93m2

A；=6.5x23-(6.5-0.45)(23-0.45)=3.76m2

2

A；=At.-A；=12.93-3.76=9.17m

查表：，

J

ls=0.81,77p=1.61=0.11,〃：=0.63

iA：4：9173.76

e=0.11x—+0.63x=0.26

7.412.93

复合基桩竖向承载力设计值:

=+2^^14.^±=（）.8ixl^2+0.61x—+0.26X—=1088kN

YsYP7cL651.651.70

6.桩顶作用效应验算

6.1五桩承台

（1）荷载取A柱组合：，，

设承台高度（等厚），荷载作用于承台顶面处。

本工程安全等级为二级，建筑物重要性系数。

因该柱为边柱，故承台埋深

作用在承台底形心处的竖向力

F+G=4239+20x2.9x2.9x2.25x1.2=4693kN

作用在承台底形心处的弯矩：

=100+52x1=152kN.m

桩顶受力

F+GMy

N"------+W啜=976.6kN

Nw=-F+GLMv=900.6kN

n

-F+G

N=——-=938.6kN

n

九Mw=976.6kN<1.2R

几斤二938.6kN</?=U00kN

九乂访〉。

(2)荷载取D柱组合：，

F+G=4071+454=4525kN

ZM=324+79x1=403kN.m

/o^max=91006kN<1.2/?

/()TV=905kN</?=1100kN

Zo2Vmin=9O5>O满足要求。

6.2联合承台

1)荷载取组合

B柱荷载：，

C柱荷载：，

承台厚度，埋深