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桩基础课程设计

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2020年4月19日
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目录
1 .设计资料 1
1.1 上部结构资料 1
1.2 建筑物场地资料 1
2 .选择桩型、桩端持力层 、承台埋深 1
2.1 选择桩型 1
2.2 选择桩的几何尺寸以及承台埋深 2
3 .确定单桩极限承载力标准值 3
3.1 确定单桩极限承载力标准值 3
4 .确定桩数和承台底面尺寸 4
4.1 ①—C柱的桩和承台的确定 4
5 .确定复合基桩竖向承载力设计值 5
5.1 四桩承台承载力计算（①—C承台） 5
6 .桩顶作用验算 6
6.1 四桩承台验算（①—C承台） 6
7 .桩基础沉降验算 7
7.1 C柱沉降验算 7
8 .桩身结构设计计算 9
8.1 桩身结构设计计算 9
9 .承台设计 10
9.1 四桩承台设计（C柱） 10
10.参考文献 13

1． 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。柱截面尺寸均为，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
含水量

液性指数

标准贯入
锤击数N
压缩
模量

承载力
特征值
①
素填土

5.0

②
淤泥质土
1.04
62.4
1.08

3.8
69
③
粉砂
0.81
27.6

14
7.5
115
④
粉质黏土
0.79
31.2
0.74

9.2
170
续表

⑤
粉砂层
0.58

31
16.8
285

表3.2 桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值 单位：
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
23

④
粉质黏土
61
920
②
淤泥质土
28

⑤
粉砂层
73
2450
③
粉砂
46

2. 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，这样能够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，因此第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：
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，因此选择承台底进入第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350mm×350mm，由施工设备要求，桩分为两节，上段长11m，下段长11m（不包括桩尖长度在内），实际桩长比有效桩长长1.3m，这是考虑持力层可能有一定的起伏以及桩需要嵌入承台一定长度而留有的余地。桩基以及土层分布示意如图2.2.1。

图2.2.1土层分布示意
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 --- 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 94-94
中表5.2.8-1（桩的极限侧阻力标准值）取值。
---― 极限端阻力标准值如无当地经验值时可按表《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94中表GE5.2.8-2（桩的极限端阻力标准值）取值。
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。
根据表1.1地基各土层物理、力学指标，按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94查表得极限桩侧、桩端阻力标准值（表2.3.1）。
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

②
粉质粘土
0.867
42.552

③
淤泥的粉质粘土
0.608
56.912

④
粉质粘土
0.800
38.800
1391.428
按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值：

＝
＝
＝
估算的单桩竖向承载力设计值（）

因此最终按经验参数法计算单桩承载力设计值，即采用，初步确定桩数。
4 .确定桩数和承台底面尺寸
下面以①—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， 最大弯矩197 kNm， 剪力62kN
最大轴力标准值：2400 kN
4.1 ①—C柱桩数和承台的确定
最大轴力组合的荷载：F=3121 kN ，M= 32kNm，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，
现在取1.1的系数， 即：
取n＝4根，桩距 ,桩位平面布置如图4.1.1，承台底面尺寸为
图4.1.1四桩桩基础
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，故承台底面不会于土脱离，因此宜考虑桩群、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。
当前，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—C承台）
承台净面积：。
承台底地基土极限阻力标准值：

分项系数
因为桩分布不规则，因此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:
承台外区净面积
承台内区净面积m2
查表

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—C承台）
（1）荷载取C柱的组合：F=3121 kN ，M= 32kNm，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=1.0.
由于柱处于①轴线，它是建筑物的边柱，因此室内填土比室外高，设为0.3m，即室内高至承台底2.4m，因此承台的平均埋深。
作用在承台底形心处的竖向力有F,G,可是G的分项系数取为1.2.

作用在承台底形心处的弯矩
桩顶受力计算如下：

满足要求
（2）荷载取组合：F=3002 kN ，M= 197kNm，Q=62 kN

桩顶受力计算如下：

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，因此能够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
基底处压力
基底自重压力
基底处的附加应力
桩端平面下的土的自重应力和附加应力（）计算如下：
①．在z=0时：

=172.54

②．在时：

③．在时

④．在时

将以上计算资料整理于表7.1.1
表7.1.1的计算结果（C柱）
Z(m)

0
172.54
1
0
0.25
676.19
2
189.14
1
2.1
0.0785
212.324
4.3
208.23
1
4.5
0.0218
58.96
5.7
220．69
1
6．0
0.013
35.162
在z=5.7m处，，因此本基础取计算沉降量。
计算如表7.1.2
表7.1.2计算沉降量（C柱）

Z(mm)

平均附加应力系

0
1
0
0.25
0

1
2.1
0.17025
340.5
340.5
11000
83.72
4300
1
4.5
0.10175
437.525
96.025
11000
23.61
5700
1
6.0
0.0805
458.85
21.325
8200
7.03
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。
短边方向桩数，等效距径比，长径比，承台的长宽比，查表得：

因此，四桩桩基础最终沉降量= 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，其中K=1.3; 。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，因此：

桩身截面有效高度

桩身受拉主筋
选用，因此整个截面的主筋胃，配筋率为％>％。其它构造要求配筋见施工图。
桩身强度 =913.025 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，平均反力,桩顶净反力：

（1） 柱对承台的冲切
由图9.1.1，，承台厚度H=1.0m,计算截面处的有效高度，承台底保护层厚度取80mm.
冲垮比
当，满足0.2—1.0
=125mm < 0.20= 0.20mm 故取＝184mm。
即：冲垮比
冲切系数
C柱截面取，混凝土的抗拉强度设计值
冲切力设计值

(2) 角桩对承台的冲切
由图9.1.1，
角桩冲垮比，满足0.2—1.0，故取＝0.2。
角桩的冲切系数

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，截面的计算宽度，混凝土的抗压强度，该计算截面的最大剪力设计值：

剪跨比 当时，取＝0.3；当时，取
由于，故取
剪切系数
满足要求
（4）受弯计算
承台I-I截面处最大弯矩
级钢筋,.

选用
整个承台宽度范围内用钢筋取15根，即（双向布置）
（5）承台局部受压验算
C柱截面面积，
局部受压净面积，
局部受压计算面积
混凝土的局部受压强度提高系数
满足条件

图9.1.1四桩承台结构计算图

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（JGJ94—94） 》·北京，中国建筑工业出版社，
【2】 中华人民共和国国家标准·《建筑地基基础设计规范（GB50007— ）》·北京，中国建筑工业出版社，
【3】 中华人民共和国国家标准·《 混凝土结构设计规范（GB 0— ）》·北京，中国建筑工业出版社，
【4】 丁 星 编著·《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，
【5】 王 广 月，王 盛 桂，付 志 前 编著·《地基基础工程》·北京：中国水利水电出版社，
【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，
【7】 陈 希 哲 编著·《土力学地基基础》·北京：清华大学出版社，
【8】 熊 峰，李 章 政，李 碧 雄，贾 正 甫 编著·《结构设计原理》·北京：科学出版社，

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）因此采用摩擦桩，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Quk
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
因此qsik的修正系数为0.8，
因此qsik=
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：

=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，，
得
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，μ=1.1，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
（1）桩在平面上采用行列式布置，由于预制桩根数<9，因此S≥3d=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=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
，其中
（1）求系数和
，
以和，按桩为粘性土、从表5-20得，
（2）求系数，按5-70计算，首先求出承台内区、外区的净面积、和承台底地基土净面积

查表5-21得，
得
（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,因此不需进行宽度修正。

=200+1.6*18.25*(2.65-0.15-0.5)=258.4kPa
， n=4

从表5-19查得，，且
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=116.28kN
根
说明取n=4根能够满足要求
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）
则桩顶平均竖向力设计值为
，

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，
故能够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y方向 取

故取，
， 承台混凝土选用C20，

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

因此取
而

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
，取
故剪切系数，截面处的计算宽度为

因此满足要求。
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，
Ⅰ-Ⅰ载面，
（2）配筋计算（采用HPB235钢筋， ）
a :沿x方向配筋：
按混规进行配筋，
得

选用10φ12@160，沿平行于x轴方向均匀布置。
b :沿y方向配筋：由于沿短边方向的钢筋一般置于长边钢筋之上，并假设采用直径为10mm的钢筋，故
得

选用11φ10@160，沿平行于y轴方向均匀布置。

致谢
在经历两个多星期的课程设计过程后，首先,我要非常感谢杨保存老师在这学期里对我们的谆谆教诲,她工作勤恳踏实,讲课认真严谨.在她身上我不但学到了很多专业知识还学到了很多人生道理.在她孜孜不倦的讲解下我掌握了许多有关知识,如:桩基础的选泽,桩基础设计,柱基础设计,确定地基承载力等等,这些知识都将使我终身受益.在她的教导下,我认真学习了有关基础工程设计的许多知识,我感觉到自己的专业知识提高了很多,这不得不使我感激杨保存老师,是她给与我了这一生宝贵的财富.
在这次课程设计当中,杨保存老师对我的帮助和指导是极大的,她的每次指导都让我感到耳目一新,能够说没有杨老师就不会有我这次完美的设计,虽然我的设计当中还存在着一些弊端,但我相信,在杨老师的帮助和自己的努力下我会不断的进步.
最后,让我在此再一次由衷地感谢杨保存老师。

参考文献
[1]岩土工程勘察规范（GB50021- ）．北京：中国建筑工业出版社，
[2]建筑地基基础设计规范（GB50007- ）．北京：中国建筑工业出版社，
[3]建筑桩基技术规范（JGJ94-94）．北京：中国建筑工业出版社，1995
[4]建筑抗震设计规范（GB50011- ）．北京：中国建筑工业出版社，
[5]建筑地基处理技术规范（JGJ79- ）．北京：中国建筑工业出版社，
[6]《基础工程》，华南理工大学、浙江大学、湖南大学等编，中国建筑工业出版社， 9月第二版
[7]《基础工程》，周景星等编，清华大学出版社，1996年9月
[8]《地基及基础工程》，顾晓鲁编，中国建筑工业出版社，
[9]《基础工程学》，陈仲颐、叶书麟，中国建筑工业出版社，1990