基础工程课程设计完美范例.docx

一、选择桩端持力层，采用预制桩进行中柱与角、边柱下桩基础及承台设计计算
（一）、桩型选择与桩长确定以及承台埋深
根据工程工程地质勘探、资料、选择粉砂层作为桩基础持力层。
初选承台埋深，采用得预制桩，打入持力层的长度，取0.6m，并控制最后灌入度满足要求。如图1所示。取桩顶 嵌入承台0.05m，锥形桩尖0.5m。则全部桩长为

考虑到施工方便，从室外地坪取至桩尖。
则，取17m。
设计取为两节预制，每节8.5m。

（二）、初定单桩竖向承载力
根据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：

在此处键入公式。
估算单桩承载力为
（其中取）。>
（三）、确定桩数以及桩平面布置
1、对边柱
（1）考虑最大轴力，按中心受荷初估：
，取为4根。
（2）采用平板式承台，桩的中心至承台边缘取1d=350mm，承台平面尺寸初选为：

2、对中柱
（1）、由于桩数未知，故承台尺寸不好确定，可以先取不利组合形式按中心受荷初估：
，取为5根
（2）、采用平板式承台，桩的中心至承台边缘取1d=350mm，承台平面尺寸初选为：
.

3、对角柱
（1）、由于桩数未知，故承台尺寸不好确定，可以先取不利组合形式按中心受荷初估：
，取为2根
（2）、采用平板式承台，桩的中心至承台边缘取1d=350mm，承台平面尺寸初选为：
.

（四）、确定基桩竖向承载力及基桩竖向承载力验算
1、对边柱下桩
（1）、因为n=4>3.故需要考虑群桩效应 Sa/d=1.05/0.35=3
查表得：ηs=1.20 ηp=1.26 Υs=Υp=1.60
则R=ηsQskγs+ηpQpkγp=1.2×388.081.60+1.26×306.251.60=532.23kN
(2)由于班建筑安全等级为二级，故取γ0=1.0 。承台及其上回填土的设计值为
γG=20kN/m
G=1.2γGbld=1.2×20×1.75×1.75×1.4=102.9kN
则γ0N=γ0Fmax+Gη=1400+102.94=375.73kN<R=532.23kN ，满足要求。
2.对中柱下柱
(1)因为n=5>3，故需考虑群桩效应；由于承台底为厚层杂填土，故不计承台效应。
长向、短向：sa/d=1.5/0.35=4.3，查表得ηs=1.085，ηp=1.159，γs=γp=1.60，则 R=ηsQskγs+ηpQpkγp=1.085×388.081.60+1.159×306.251.60=485kN
(2)由于本建筑安全等级属二级，故γ0=1.0。承台及其上回填土重设计值为
G=1.2γGbld=1.2×20×2.22×1.4=162.62kN
γ0N=γ0Fmax+Gn=1.0×1800×162.625=392.52kN<R=485kN
满足要求。

（五）、桩基沉降验算
对于一般二级建筑桩基，持力层为非软弱土时，可不必验算沉降，因此本桩基不进行沉降验算。

（六）、桩身结构设计
按标准图选用，分两节预制，用钢板焊接接桩。两段各长8.5m，采用两点吊立的强度进行桩身配筋设计。吊点位置在距桩顶、桩端全截面0.207L(L=8.5m)处，起吊时桩身最大正弯矩Mmax=0.0214Kql2，其中K=1.5，q=0.352×25×1.2=3.675kN/m，桩身混凝土强度等级为C30，I级普通钢筋，桩身有效高度h0=0.35－0.04=0.31m，则
Mmax=0.0214×1.5×3.675×8.52=8.52kN•m
∴ξ=1-1-2Mα1fcbh02=1-2×8.52×1061.0×14.3×350×3102=0.0179<ξb=0.614
∴As=Mfyh0(1-0.5ξ)=8.52×106210×310×(1-0.5×0.0179)=132.1mm2
取2A10，因此整个截面主筋为4A10，As=314mm，其配筋率ρ＝314350×310＝0.29%<ρmin=0.8%，故按构造配筋有As=0.008×350×310=868mm2，选用8A12，As=905mm2，其它构造详见施工图。

七、承台设计
1.边柱下四桩承台
由上述可知，承台平面尺寸初选为1.75m×1.75m，承台混凝土用C20，保护层厚度取50mm，承台底板钢筋为I级，取γ0＝1.0。
(1)不考虑承台效应，各桩顶反力设计值均为420.58kN。
(2)抗冲切计算
初选承台高度为0.65m。
1)柱对承台板冲切验算(如图5)
图5
Fl=1400kN，ft=1100kPa，h0=0.65－0.05=0.6m，a0x= a0y=0.15m，λ0x=λ0y=a0xh0=0.150.6=0.25ϵ0.2,1.0，α0x=α0y=0.720.25+0.2＝1.6，代入公式得
2α0xbc+a0y+α0yhc+a0xfth0
=2[1.6×0.35+0.15+1.6×(0.35+0.15)]×1100×0.6
=2112kN>Fl=1400kN
故不会发生柱对板的冲切破坏。
2)角桩对板角冲切计算
由于受柱限制，则a0x= a0y=0.15m，λ0x=λ0y=a0xh0=0.150.6=0.25，α1x=α1y=0.480.25+0.2＝1.07，Nl=420.58kN，代入公式得
α1xc2+a1y2+α1yc1+a1x2fth0
=[1.07×0.525+0.15÷2+1.07×(0.525+0.15÷2)]×1100×0.6
=847.44kN>Nl=420.58kN
故不会发生角桩对板的冲切破坏。
(3)抗剪切计算
参数a及λ同上。
λ0x=λ0y=a0xh0=0.150.6=0.25<0.3，故取λ0x=λ0y=3，则
βx=βy=0.120.3+0.3=0.2
由于对称，因而仅验算一个截面。
Vmax=2Nmax=2×420.58=841.16kN
βfcb0h0=0.2×9600×1.75×0.6=2016kN>V=841.16kN
故不会发生剪切破坏。
(4)局部受压验算
σ＝MmaxAp=420.580.352=3433.3kPa<9600kPa
故局部受压承载力满足要求。
(5)抗弯计算
Mx=My=Ni∙xi=420.58+420.58×0.325=273.38kN•m
由于对称，两方向配筋相同，为
Asx=Asy=Mx0.9fyh0=244.23×1060.9×210×600=2154mm2
取14A14@200，As=2154mm2。
2.中柱下五桩承台
由上述可知，承台平面尺寸初选为2.2m×2.2m，承台混凝土用C20，保护层厚度取50mm，承台底板钢筋为I级，取γ0＝1.0。
(1)不考虑承台效应，各桩顶反力设计值均为392.52kN。
(2)抗冲切计算
1)柱对承台板冲切验算(如图6)
图6
Fl=1800-392.52=1407.48kN，ft=1100kPa，h0=0.65-0.05=0.6m，a0x= a0y=0.375m，λ0x=λ0y=a0xh0=0.3750.6=0.625ϵ0.2,1.0，α0x=α0y=0.720.625+0.2＝0.87，代入公式得
2α0xbc+a0y+α0yhc+a0xfth0
=2[0.87×0.35+0.375+0.87×(0.35+0.375)]×1100×0.6
=1665.18kN>Fl=1407.48kN
故不会发生柱对板的冲切破坏。
2)角桩对板角冲切计算
由于受柱限制，则a0x= a0y=0.375m，λ0x=λ0y=a0xh0=0.3750.6=0.625，α1x=α1y=0.480.625+0.2＝0.58，Nl=392.52kN，代入公式得
α1xc2+a1y2+α1yc1+a1x2fth0
=[0.58×0.525+0.375÷2+0.58×(0.525+0.375÷2)]×1100×0.6
=545.49kN>Nl=392.52kN
故不会发生角桩对板的冲切破坏。
(3)抗剪切计算
参数a及λ同上。
λ0x=λ0y=0.625∈[0.3，1.4），则βx=βy=0.120.625+0.3=0.13，由于对称，因而仅验算一个截面
Vmax=2Nmax=2×392.52=785.04kN
βfcb0h0=0.13×9600×2.2×0.6=1647.36kN>V=785.04kN
故不会发生剪切破坏。
(4)局部受压验算
σ＝NmaxAp=392.520.352=3204.2kPa<9600kPa
故局部受压承载力满足要求。
(5)抗弯计算
Mx=My=Ni∙xi=392.52+392.52×0.55=431.77kN•m
由于对称，两方向配筋相同，为
Asx=Asy=Mx0.9fyh0=431.77×1060.9×210×600=3808mm2
取A@，As=mm2。
3.角柱下两桩承台
由上述可知，承台平面尺寸初选为1.75m×0.7m，承台混凝土用C20，保护层厚度取50mm，承台底板钢筋为I级，取γ0＝1.0。
(1)不考虑承台效应，各桩顶反力设计值均为420.58kN。
(2)抗冲切计算
对于柱下两桩承台，可不需进行受冲切承载力计算。
(3)抗剪切计算
ay=0.15m
λy=0.150.6=0.25<0.3，取λy=0.3，则βy=0.120.3+0.3=0.2，得
Vmax=Nmax=420.58kN
βfcb0h0=0.2×9600×0.7×0.6=806.4kN>V=420.58kN
故不会发生剪切破坏。
(4)局部受压验算
σ＝NmaxAp=420.580.352=3433.3kPa<9600kPa
故局部受压承载力满足要求。
(5)抗弯计算
Mx=My=Ni∙xi=420.58×0.325=136.69N•m
所需钢筋截面积为
As=Mx0.9fyh0=136.69×1060.9×210×600=1205mm2
取A@，As=mm2。

二、由于一般三级建筑桩基，持力层为非软弱土，不必验算沉降。故地基处理也不必验算复合与非复合桩基的沉降，（由一可知，承台可在途中产生足够使其发生规范允许的位移）。
第一吻相当于非复合桩基，而在复合桩基中，假定单桩与第一问中相同，当地基处理后复合桩基应考虑承台效应。
（一）、假定单桩承载力不变
边柱承台可分担的力为F1=fMA1=150×1.752=459kN
中柱承台可分担的力为F2=fMA2=150×2.202=726kN
角柱承台可分担的力为F3=fMA3=150×1.75×0.7=184kN
故边柱重新估算：n=Fmax-F1R=1400-459434=2.17,取为3根
中柱重新估算：n=Fmax-2R=1800-726434=2.47,考虑到承台会相应的减小尺寸，桩数取为4根
角柱重新估算：n=Fmax-F3R=800-184434=1.42,取为2根
(二)、确定基桩竖向承载力及基桩竖向承载力验算
1、对边柱
∵n=3 ，故可不考虑群桩效应
取 ηc=0 ，ηs=ηp=ηsp=1.0 ,γs=γp=1.6
即 R=ηsQskγs+ηpQpkγp=434kN
土承台的力有 F1=fMA1=150×3/4×2.452=390k
G=1.2γGAl=1.2×20×34×2.452×1.4=87.3kN
∴ Y0N=Y0Fmax+G-F1n=1400+87.3-3903=366kN<R=434kN ,满足要求。

2、对中柱
∵n=4>3 ，故需要考虑群桩效应
Saa=1.050.35=3
查表得 取 ηs=1.20 ，ηp=1.26 ,γs=γp=1.6
即 R=ηsQskγs+ηpQpkγp=1.2×388.11.6+1.26×306.31.6=532kN
土承台的力有 F2=fMA2=150×1.752=459k
G=1.2γGAl=1.2×20×1.752×1.4=102.9kN
∴ Y0N=Y0Fmax+G-F2n=1800+102.9-4594=361kN<R=532kN ,满足要求。

3、对角柱
∵n=2<3 ，故不需要考虑群桩效应，无需修正
R=434kN
土承台的力有 F2=fM3=150×1.75×0.7=184k
G=1.2γGAl=1.2×20×1.75×0.7×1.4=41.16kN
∴ Y0N=Y0Fmax+G-F2n=800+41.16-1842=329kN<R=434kN ,满足要求。

(三)、比较
采用地基处理后的预制桩复合来计算比非复合桩的用桩量要节约。
其中，非复合桩用桩量为2×4+4×10+5×4=68 根
复合桩的用桩量为2×4+3×10+4×4=54 根
节约桩数位68-54=14 根
且相应的承台尺寸有所减少，这有效的减少了工程造价，减小了整体沉降，但是非复合桩的沉降也是满足要求的，所以换算经济效应不大，而且考虑到地基处理的成本，复合桩的造价不一定比较低，实际中应择优处理。

问题三
（3）人工挖孔灌注桩设计
1.选择桩径为0.8m（未考虑护壁厚度），护壁的保护层厚度为0.1m，则考虑护壁后桩径为1.0m，由前面土层知选择第五层作为桩基的持力层，采用柱下单桩，桩顶埋深1.4m。
扩底桩尖直径1.2m，则全部桩长：

上桩的直径是考虑护壁后的。
故有单桩竖向极限承载力标准值：（大直径桩）

又由于承台底面存在新填土，故不考虑承台效应
故算单桩承载力为

满足要求。
所以上人工挖孔灌注桩可用于角柱下。
而对于边柱下以N=1400KN为控制承载力，取扩大头直径为1.7m，
有

故算单桩承载力为

满足要求。
而对于中柱下以N=1800KN为控制承载力，取扩大头直径为2.0m，
有

故算单桩承载力为

满足要求。
取人工挖孔灌注桩的混凝土等级为C20，fc=9.6Mpa
在柱传下荷载作用下对中柱有：

故其它柱下桩也都满足上式
所以仅需按照规范构造配筋，具体参见人工挖孔灌注桩施工图。
又对于一般二级建筑桩基，持力层为非软弱土时，可不必验算沉降，因此本桩基不进行沉降验算。
2.护壁设计
因为第一层护壁后一般较下面大100—150厚，故取其护壁厚度为200mm，其它护壁厚度为100mm。
第一次护壁到扩大头每一米护壁一次，在开挖，共16次，扩大头另行处理。
（1）第一次护壁：
护壁体积V＝π/2 x h xδx（D+d-2δ）
＝1.5708 x h xδx（D+d-2δ）
＝1.5708 x 1x0.2x（1.6+1.2-2x0.2）
＝0.754(立方米)
（2）一层下护壁体积（每断）V＝π/2x h xδx（D+d-2δ）
＝1.5708 x h xδx（D+d-2δ）
＝1.5708 x1 x0.1x（1.2+1.0-2x0.1）
＝0.301(立方米)
（3）底段护壁体积

对角柱下桩：有

对边柱下桩：有

对中柱下桩：有

以上各式中：
D、D1 —— 锥体下口外径、内径；
δ—— 护壁厚度。
除此之外，护壁还应按照规范进行构造配筋。