桩基础课程设计计算实例.doc

桩基础设计计算

3.1 选择桩型、桩端持力层、承台埋深

3.1.1 选择桩型
因框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大，不宜采用浅基础。又由于施工场地、地基条件以及场地周围的环境条件，故选择桩基础，为减小对周围环境的污染，并采用静压预制桩。这样可以较好的保证桩身质量，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。

3.1.2 选择桩的几何尺寸及承台埋深
依据地基土的分布，选择第④层为桩端持力层。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，桩基的有效桩长即为21m。
桩截面尺寸选用450mm×450mm，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图3.1。

3.2 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 图3.1 桩基及土层分布示意图
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ps按图1.2确定桩侧极限阻力标准值：
ps<1000kPa时，qsk=0.05ps
ps>1000kPa时，qsk =0.025 ps +25
桩端阻力的计算公式为
psk=αpsk =α（Psk1+βPsk2）
根据桩尖入土深度（H=23.1m），由表1.2取桩端阻力修正系数α=0.83；psk1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psk，psk2为桩端全断面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，故psk1=860kPa，psk2=3440kPa；β为折减系数，因为psk1/psk2<5，取β=1。
根据静力触探法求，根据图3.1和表2.1（附件）的数据（各层土的值）,有如下：
第二层：;
;
第三层：；
第四层：
依据静力触探比贯入阻力和按土层及物理指标查表法估算的极限桩侧，桩端阻力标准值列于表3.1

表3.1 极限桩侧、桩端阻力标准值
层 序
静力触探法
经验参数法

qsk（kPa）
αpsk（kPa）
qsk（kPa）
αpsk（kPa）
②
粉质粘土
15（h 6）
36

35

③
淤泥质粉质粘土
43

29

④
粉质粘土
111
1784.5
55
2200

按静力触探法确定单桩竖向极限承载力标准值

=4 ×0.45×（15×3.9+36×4.1+43×12+ 111×1）+×1784.5
=1500+361

=1861kN
估算的单桩竖向极限承载力设计值（==1.60）
=+==1663kN
按经验参数法确定单桩竖向极限承载力标准值

=4×0.45×（35×8+29×12+55×1）+×2200
=1229+446
=1675kN
估算的单桩竖向极限承载力设计值（==1.65）
=1015kN
最终按经验参数法计算单桩承载力设计值，采用R2=1015kN，初步确定桩数。

3.3 确定桩数和承台底面尺寸
由于两柱间距较小，荷载较大，故将此做成联合承台。
最大轴力组合的荷载：
B柱荷载：3354kN，18kN.m，14kN
C柱荷载：4978kN，24kN.m，49kN
合力作用点距C轴线的距离
取x=1.2m
估算桩数 （根）
取n=10，桩距，取=1.4m，承台底尺寸为，桩位平面布置如图3.2

图3.2 联合承台

3.4 确定复合基桩竖向承载力设计值

该桩基属非端承桩，并n＞3，承台底面下并非欠固结土、新填土等，故承台底不会与
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。
承台净面积： Ac=6.5×2.3-10×0.452=12.93m2
承台外区净面积： A=6.5×2.3-（6.5-0.45）（2.3-0.45）=3.76m2
承台内区净面积： A=12.93-3.76=9.17m2
= =3.1 = =0.11
查表得 ==1.65

c=0.11×+0.63×=0.26

ck==323.25kN
复合桩基竖向承载力设计值
R=0.81×+1.61×+0.26×=1088kN

3.5桩顶作用效应的验算
3.5.1 荷载取组合
B柱：FB=3354kN， MB=18kN·m， B=14kN，
C柱：FC=4978kN， MC=24kN·m， C=49kN
设承台承台厚度 H=1.0m，承台埋深d=2.4m
作用在承台底形心处的竖向力
F+G=3354+4978+20×6.5×2.3×2.4×1.2=8332+861=9193kN
作用在承台底形心处的弯矩
∑M=18+24+（14+49）×1.0=105kN·m
∑y=4×（2.82+1.42）=39.2m2
0Nmax= +=919.3+7.5=926.8kN＜1.2R
0= =919.3kN＜R=1088 kN
0Nmin=919.3-7.5=911.8kN＞0 满足要求
3.5.2 荷载取组合
B柱荷载：2733kN，159 kN.m，68kN
C柱荷载：4657kN，509 kN.m，121kN
满足要求。

3.6 桩基础沉降计算

采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础沉降计算。

因本桩基础的桩中心距小于6d，可采用等效作用分层总和法计算最终沉降量。

竖向荷载标准值：
2580kN 3829 kN
基底压力：

自重应力和附加应力计算见表3.3

表3.3 、的计算结果（联合桩基础）

(kpa)

(kpa)
0
206.9
2.8
0
0.250
440.34
4.3
246.0
2.8
3.7
0.064
112.73
5.5
257.7
2.8
4.8
0.044
77.50
7.5
277.1
2.8
6.5
0.027
47.56

取，在该处/=47.56/277.1=0.17<0.2。计算沉降量结果见表3.4

表3.4 计算沉降量（联合桩基础）

Z
(mm)
l/b
2x/b
α
αz (mm)
αz-αz (mm)
E (kPa)
Δ=4（αz-αz）
0
2.8
0
0.2500
0

4300
2.8
3.7
0.1505
647.2
647.2
11500
99.13
7500
2.8
6.5
0.1039
779.3
132.1
8600
27.06

=99.13+27.06=126.19mm
=2， /=1.4/0.45=3.1， /=46.7， LC/BC=2.8
查附录五表，得 0=0.096， 1=1.768， 2=8.745，
e=0.096+=0.191
=1.0
=1.0×0.191×126.19=23.98mm 满足要求
两桩基础的沉降差 Δ=23.98-10.2=13.78m
两桩基础的中心距离 =7800mm
变形容许值 [Δ] =0.002=15.6mm＞Δ=13.78mm 满足设计要求

3.7 桩身结构设计计算

两段桩长各11m，采用单位点吊立的强度计算进行桩身配筋设计。吊点位置在距桩顶、
桩端平面0.293L（L=11m）处，起吊时桩身最大正负弯矩Mmax=0.0429Kq L2，其中，K=1.3；
=0.452×25×1.2=6.075 kN/m，为每延长米桩的自重（1.2为恒荷载分项系数）。桩身长采用混凝土强度等级C30，Ⅱ级钢筋，故
Mmax=0.0429×1.3×6.075×112=41.0 kN.m
桩身截面有效高度=0.45-0.04=0.41m
===0.033
查表得s=0.98，桩身受拉主筋配筋量
===329.2 mm2
选用2Ф18，因此整个截面的主筋为4Ф18（=1017 mm2），其配筋率==0.55℅>min=0.4℅。其他构造钢筋见施工图。
桩身强度=1.0×（1.0×15×450×410+310×1017）=3352.8 kN＞R 满足要求

3.8承台设计计算

承台混凝土强度等级采用C20
C柱截面尺寸900×600mm2，B柱截面尺寸600×600mm2。
3.8.1 柱对承台的冲切
1）按图3.3，对每个柱分别进行冲切验算。

图3.3 两柱脚下的冲切破坏椎体

承台厚度H=1.0m，计算截面处的有效高度h0=1.0-0.08=0.92m.

对B柱：==0.6m
=1.0-0.3-0.225=0.475m
=1.8-0.3-0.225=1.275m＞ 取=0.92m
=0.7-0.3-0.225=0.175m

Fl= FB=3354kN
冲跨比 ===0.516
===1.0
===0.19＜0.2 取=0.2
冲切系数 ==1.006
==0.6
==1.8
所以[(+)+(+)+(2++)]
=[1.006×(0.175+0.6) +0.6×(0.175+0.6) + 1.8×(2×0.6+0.475+0.92)]
×1100×0.92
=5987kN＞0Fl=3354kN

对C柱：=0.6m =0.9m

=1.2-0.225-0.45=0.525m
=1.6-0.225-0.45=0.925m＞0.92 m 取=0.92m
=0.175m
Fl= Fc=4978kN
冲跨比 ==0.571 =1.0

==0.19＜0.2 取=0.2
冲切系数 ==0.934 =0.6
=1.8
所以[(+)+(+)+(2++)]
=[0.934×(0.175+0.6) +0.6×(0.175+0.6) + 1.8×(2×0.9+0.525+0.92)]
×1100×0.92
=7114kN＞0Fl=4978kN 满足要求
2）对双柱联合承台，除应考虑在每个柱脚下的冲切破坏锥体外，尚应按图3.4考虑在两个柱脚的公共周边下的冲切破坏情况。

图3.4 双柱下公共周边的冲切破坏椎体

由图3.4知，=0.3+0.45+3.0=3.75m
=0.6m
=0.475m
=0.925m＞0.92 m 取=0.92m
=0.175m
冲切力 Fl= FB+ FC=3354+4978=8332kN
冲跨比 =0.516 =1.0 =0.2
冲切系数 =1.006 =0.6 =1.8
故 [(+)+(+)+(2++)]
=[1.006×(0.6+0.175)+0.6×(0.6+0.175) + 1.8×(2×3.75+0.475+0.92)]×1100×0.92
=17463kN＞0Fl=8332kN 满足要求

3.8.2 角柱对承台的冲切（图3.5）
图3.5 双柱下的角柱冲切

冲切力 Fl==-=926.8-=840.7 kN
对桩1
=0.475m =0.175m ==0.45+×0.45=0.675m
冲跨比 ==0.516
==0.19＜0.2 取=0.2
冲切系数 ==0.670 =1.2
所以 [(+)+(+)] =[0.67×(0.675+×0.175) +1.2×(0.675+0.475)] ×1100×0.92
=1625.1kN＞0Fl =840.7kN
对桩2
=0.925m＞0.92m 取=0.92m
=0.175m
==0.675m
冲跨比 =1.0 =0.2
冲切系数 =0.4 =1.2
所以 [ (+)+(+)]
=[0.4×(0.675+×0.175) +1.2×(0.675+0.92)] ×1100×0.92
=1687.0kN＞0Fl =840.7kN 满足要求
3.8.3 斜截面抗剪验算
将承台沿长向视作一静定梁，其上作用柱荷载和桩净反力，梁的剪力值见图3.6（c）、（d），可知柱边最不利截面为Ⅰ-Ⅰ和Ⅰ/-Ⅰ/，另一方向的不利截面为Ⅱ-Ⅱ[图3.6（a）]。

( a )

( b )

( c )

( d )

( e )

( f )
图3.6 双柱承台的剪力、弯矩计算示意图
对Ⅰ-Ⅰ截面
剪力 =2=1681.4kN
Ⅰ=0.925m
剪跨比 ===1.005
剪切系数 ===0.09
所以，=0.09×10×103×2.3×0.92=1904kN＞0=1681.4kN

对Ⅰ/-Ⅰ/ 截面
剪力 =1681.4kN
Ⅰ/=1.2-0.225-0.45=0.525m
剪跨比 ==0.571
剪切系数 ==0.138
所以，=0.138×10×103×2.3×0.92=2920.1kN＞0

对Ⅱ-Ⅱ截面
剪力 =5=5(-)=5×(919.3-)=4166kN
=0.175m
剪跨比 ==0.19＜0.3 取=0.3
剪切系数==0.2
所以，=0.2×10×103×6.5×0.92=11960kN＞0＝4166kN
故抗剪强度能满足要求，不需配箍筋。

3.8.4 受弯计算：配置长向钢筋取图3.7（he）中截面Ⅰ/-Ⅰ/处的弯矩值，
=2294.8kN·m
===9238.3mm2
选用1925（=9327.1 mm2）
配置短向钢筋取用Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩。
=5×0.4=5×1666.4×0.4=3332.8kN·m
===13639.5 mm2
选用4520（=14139 mm2）

3.8.5 承台局部受压验算
对B柱 Aln =At=0.36 m2 Ab=3.24 m2
1.35Aln =14580kN＞FB=3354kN
对C柱 Aln =At =0.9×0.6=0.54 m2

Ab =3×0.9×3×0.6=4.86 m2
= =
1.35Aln =14580kN＞FC=4978kN
其他桩基础的计算从略。
连系梁LL尺寸取600mm×400mm，计算从略。
桩基础施工图见图3.8、3.9
图3.8为桩的构造及平面，图3.9为桩位平面布置图。

参考文献

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