桩基础课程设计(预制桩)

桩基础课程设计

姓 名： 学 号：

院 系：建 筑 工 程 系 专 业：土 木 工 程

班 级：

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一、 设计题目

本次课程设计题目：预制桩基设计

二、 设计荷载

(1)柱底荷载效应标准组合值如下：

A轴荷载：Fk=1632kN Mk=195 kN•m Vk=86kN ○

B轴荷载：Fk=1980kN Mk=164 kN•m Vk=93kN ○

C轴荷载：Fk=1342kN Mk=187 kN•m Vk=96kN ○

（2）柱底荷载效应基本组合值如下：

A轴荷载：F=2203.2 kN M=263.3kN•m V=116.1kN ○

B轴荷载：F=2673 kN M=221.4kN•m V=125.5kN ○

C轴荷载：F=1811.7 kN M=252.5kN•m V=129.6kN ○

设计B轴柱下桩基，A,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。

三、 设计资料、地层条件及其参数

某住宅楼，六层钢筋混凝土框架结构体系，建筑场地位于城郊建筑室内地面标高为±0.00，室外地面标高为- 0.15m地下水位位于地表以下3.3m，柱底标高-0.7m。 地基基础设计等级：乙级

工程地质条件：该建筑物地处二级阶地，土层分布、物理力学

性质指标见下表

设计规范：建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）；

混凝土结构设计规范（GB 50010--2002）； 建筑桩基技术规范（JGJ 94--2008）。

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土层编号 1 2 3 4 5 6 土层名称 层厚 /m 0.8 1.8 2.0 3.5 4.0 >20.0 γ /kN/m3 18.0 18.0 17.8 17.0 18.0 18.5 w / % 33.25 27.8 38.8 53.1 35.4 24.7 e IL 0.48 1.18 1.29 0.80 0.31 c /kPa 30 14 12 16 36 φ ES /MPa 6.4 4.5 2.1 4.8 7.8 地基承载力特征值fak /kPa 250 320 / ° 25.5 19.3 10.5 18.5 25.0 填土 褐黄色粉质黏土 灰色淤泥质粉质黏土 灰色淤泥质黏土 褐色粉质黏土 草黄色粉质黏土 0.81 1.09 1.51 1.02 0.71

四、 预制桩基设计

建筑物基础设计方案采用混凝土预制桩，具体设计方案如下：室外地坪标高为- 0.15m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属乙级建筑基桩，拟采用截面为400mm*400mm的混凝土预制方桩，以6号土层草黄色粉质黏土为持力层，桩尖深入1.2m，设计桩长11.0m，初步设计承台高0.8m，承台底面埋置深度-1.50m，桩顶伸入承台50mm。 1、单桩承载力计算

根据以上设计，桩顶标高为-1.5m，装底标高为-12.6m，桩长11m。 （1） 单桩竖向极限承载力标准值

单桩竖向极限承载力标准值按下式计算： Quk= Qsk+ Qpk = up∑qsikli+ Apqpk 由于

Qsk=4³0.4³（78³1.25+32³2+32³3.5+50

³4.0+78³0.25）=789kN

3

Qpk=0.4³0.4³2800=448kN

则

Quk=789+448=1237kN （2）基桩竖向承载力特征值

本工程不考虑承台土效应，取ηc=0，则有 R= Ra =

QukK=

12372=618.5kN

根据上部荷载初步估计粧数为 n=则设计桩数为4根。

4

FkRa =

1980618.5=3.20

2、桩基竖向承载力验算

根据建筑桩基技术规范（JGJ 94--2008），当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应的标准组合值。本工程不进行地震效应的承载力验算。

根据桩数及承台构造要求初步设计为矩形承台，取承台边长为2.4m³2.4m，矩形布桩，桩中心距取4d，则s=4³400=1600mm，取s=1600mm，桩心距承台边缘为400mm。 承台及其上填土的总重为

Gk =2.4³2.4³1.5³20=172.8kN 计算时取荷载的标准组合，则 Nk =

FkGkn=

1980172.84=538.2kN﹤R（=618.5kN）

=538.2+74.5=612.7kN

Nkmax=Nk+

Mymaxy2=538.2+

（93×0.8164）×0.84×08×0.8Nkmin= Nk-因此

Mymaxy2=538.2-74.5=463.7kN

Nkmax=612.7kN＜1.2R(=1.2³618.5=742.2kN) Nkmin=463.7kN＞0

满足设计要求,故初步设计是合理的。 3、承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.4³2.4m，预估承台厚0.8m，承台混凝土选用C25，ƒt=1.27N/mm2，ƒc=11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，ƒy=300N/mm2.

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（1） 承台内力计算

承台内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为

Nmax=+

nFMyyiy=

26734i2（125.6×0.8221.4）×0.84×0.8×0.8

=668.3+100.6=768.9kN Nmin=-nFMyyiFnyi2=668.3-100.6=567.7kN =668.3kN

N==

26734（2）承台厚度及受冲切承载力验算

为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.8m，承台底保护层厚度50mm，则h0=800-60=740mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。

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1柱对承台冲切 ○

承台受桩冲切的承载力应满足下式：

Fl≤2 [β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）]βhpƒth0 由于Fl = F-Ni=2673-0=2673kN，则冲垮比为 λox= λoy= 冲切系数为 Βox=

Βoy=

0.84aoxh0aoyh0==

0.40.740.40.74=0.54 =0.54

0x0.20.84==

0.840.540.20.840.540.2=1.135 =1.135

0y0.22[β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）]βhpƒth0

=2³[1.135³（0.4+0.4）+1.135³（0.4+0.4）]³1³1270³0.74 =3413.4kN＞Fl（=2673kN）

故厚度为0.8m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。

2角桩冲切验算 ○

承台受角桩的承载力应满足下式： Nl≤{β1x（c2+

a1y2）+β1y（c1+

a1x2）}βhpƒth0

由于Nl=Nmax=768.9kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c1=c2=0.6m a1x=0.4m a1y=0.4m λ1x=

a1xh0=

0.40.747

=0.54

λ1y=β1x=

a1yh0==

0.40.74=0.54

=0.575 =0.575 ）]βhpƒth0

0.560.560.740.20.561.00.21x0.20.56β1x=

[β1x（c2+

1y0.2=

a1y2）+β1y（c1+

a1x2 =1259.2kN＞Nmax（=768.9kN）

故厚度为0.8m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。

3承台受剪承载力验算 ○

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I-I截面

λoy=

剪切系数为

α=

1.75a0yh0=

0.40.74=0.54（介于0.25-3之间）

1=

1.750.541=1.136

受剪切承载力高度影响系数计算：由于h0<800mm,故取βha=1 I-I截面剪力为

V=2Nmax=2³768.9=1537.8kN 则

βhsαƒtb0h0=1³1.136³1.27³1000³2.4³0.74

=2562.3kN＞V=1537.8kN 故满足抗剪切要求。

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4承台受弯承载力计算 ○

承台计算截面弯矩如下：

对于I-I截面，取基桩净反力最大值Nmax=768.9kN进行计算，则 yi=800-200=600mm=0.6m

Mx=∑Niyi=2³768.9³0.6=922.7 kN•m Asl=

Mx0.9fyh0=

922.71060.9300740=4618mm2

选用15Φ20@160,平行y轴布置，实际钢筋As=4713mm2，满足要求。 对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=668.3kN进行计算，则 xi=800-200=600mm=0.6m

My=∑Nixi=2³668.3³0.6=802 kN•m As2=

My0.9fyh0=

8021060.9300740=4014 mm2

选用16Φ18@150,平行x轴布置，实际钢筋As=4072mm2，满足要求。

5承台构造设计 ○

混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.7m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共4φ12通长配筋，箍筋采用φ8@200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

五、 桩身结构设计

预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用HRB335级。 根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：

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Nmax≤ψcƒcAps

Nmax=

FGn+

Myyiy

i2 =

26731.2172.8（221.4125.60.8）0.84+

40.80.8 =720.1+100.6 =820.7kN

计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc=0.85；C30级混凝土，ƒc=14.3N/mm2，则

ΦψcƒcA=1³0.85³14.3³103³0.42 =1944.8kN＞Nmax（=820.7kN） 故桩身轴向承载力满足要求。

六、 桩身构造设计

桩身按构造要求配筋，选用8Φ14的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用φ6的HPB235级钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内间距50mm，距桩顶2-4m范围内间距100mm。采用打入法沉桩，桩顶设置三层φ6@50的钢筋网，层距为50mm，桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50mm，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。

七、 吊装验算

由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊，吊点位置如图所示。

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起吊点距桩两端距离为 a=0.207L=0.207³11=2.28m 则吊起时桩身最大弯矩为 Ml=0.0214kql2

=0.0214³1.3³（0.42³25）³112

=13.46kN²m

桩身配筋验算；混凝土采用C30级，钢筋采用HRB335级，则ƒc=14.3N/mm2，ƒy=300 N/mm2，由于b=400mm，h0=400-40=360mm，每边配3Φ 14，As=461 mm2，则 x=

fyAs1fcb=

3004611.014.3400x=24.18mm

Mu=α1ƒcbx(h0-)

2 =1.0³14.3³400³24.18³(360- =48.12³106N.mm =48.12kN.m

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24.182)

所以

Mu＞Ml

故桩身配筋满足吊装要求。

A、○C轴线柱下桩数 八、 估算○

1、桩数估算

A、○C轴线下的桩基础的方法和○B轴线下相同。单桩极限设计○

承载力标准值为1237kN，基桩竖向承载力特征值为618.5kN。

A轴柱下荷载标准组合值为Fk=1632kN Mk=195 kN•m Vk=86kN ○

A轴荷载初步估算○A轴柱下桩数， 根据○

n=

FkR=

1632618.5=2.64 取n=4

A轴下设计桩数为4根。 则○

C轴柱下荷载标准组合值为F=1811.7 kN M=252.5kN•m ○

V=129.6kN

C轴下荷载初步估算○C轴柱下桩数， 根据○

n=

FkR=

1342618.5=2.17 取n=4

C轴下设计桩数为4根。 则○

2、承台平面尺寸确定

A、C轴线承台与○B轴 根据估算的桩数和承台构造要求，设计○○

线承台相同，承台边长为2.4m，桩中心距取1600mm，桩心与承台边缘距离400mm。

A、○C轴承台布置同○B轴。 ○

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九、 桩基沉降验算

B轴验算 对○

1、计算Po

G=γGAd=20³2.4³2.4³1.5=172.8kN

FGA P==

1980172.82.4×2.4=374kPa σc =18³1.5=27kPa

Po=P-σc=374-27=347kPa

B轴承台中心下附加应力σz ，确定沉降计算深度，如下 2、计算○

表：

B轴承台中心点012345678 l/b111111111z(m)01.22.43.64.867.28.49.6z/b012345678αcIσz=4αcIPo0.250.1750.0840.0450.0270.0180.0130.0090.007347242.9116.59262.4637.47624.98418.04412.4929.716

考虑相邻承台的影响，计算如下表：

B轴相邻影响点012345678l/b666666666444444444z(m)01.22.43.64.867.28.49.6z/b012345678αc0.250.2040.1370.0970.0730.0570.0460.0380.0310.250.2040.1350.0930.0670.050.0390.0310.025σz=4(αc1-αc2)Po002.7765.5528.3289.7169.7169.7168.328 相邻A、C承台，以最不利相邻B承台代替计算，则 第8点：σz=9.716+2³8.238=26.372kPa

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σc=0.8³18+1.8³18+0.7³17.8+1.3³7.8+3.5³7+4

³8+(12.5-12.1+9.6) ³8.5 =210.9kPa

0.2σc=42.18kPa>σz=26.372kPa 计算深度满足要求。 3、计算S,如下

因E=7.8<10。查表ψ=1.2 nb=

nBc/Lc=

4×2.4/2.4=2

Sa/d=1.6/0.4=4 l/d=11/0.4=27.5 Bc/Lc=1 查表使用内插法，得

Co=0.059 C1=1.459 C2=6.4785 则 Ψe= Co+

nb-1 C1(nb-1)C2=0.059+

211.459×(2-1)6.4784=0.185

S=ψΨes=1.2³0.185³119.75=26.58mm<200mm 满足要求。

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