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桩基础设计计算书

基础工程桩基础设计资料

（1）上部结构资料某教学实验楼，上部结构为十层框架，其框架主梁、次梁、楼板均为现浇整体式，混凝土强度等级为C30,上部结构传至柱底的相应于荷载效应标准组合的荷载如下：

竖向力：

4800kN,弯距:

70kNm,水平力:

40kN

拟采用预制桩基础，预制桩截面尺寸为350mm*350mmo

（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地区，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，力学指标见下表:

表2地基各土层物理、力学指标

土

层

编

号

土层名称

层底埋

深

（m）

层厚

（m）

天然

重度

（kN/

m）

含

水量

（%）

孔

隙

比

液

限

（%）

塑

限

（%）

内聚

力

内摩

擦角

压缩

模量

（MPa）

地基

承载力

（kPa）

1

杂填土

1.5

1.5

15.5

2

粉质粘土

9.8

8.3

17.3

32.0

0.90

34.0

19.0

15.0

20.0

5.4

110

3

粘土

21.8

12.0

16.2

33.8

1.06

44.0

18.0

13.8

17.5

3.2

100

4

粉土夹粉

质粘土

27.1

5.3

18.3

30.0

0.88

33.0

18.0

16.9

22.1

11.0

148

5

淤泥质粘

土

>27.1

16.9

45.3

1.2

6.0

4.7

1.2

60

基础工程桩基础设计计算

1.选择桩端持力层、承台埋深

（"选择桩型

由资料给出，拟采用预制桩基础。

还根据资料知，建筑物拟建场地位于市区内，为避免对周围产生噪声污染和扰动地层,宜采用静压法沉桩，这样不仅可以不影响周围环境.还能较好地保证桩身质量和沉桩精度。

（刃确定桩的长度、埋深以及承台埋深

依据地基土的分布，第3层是粘土，压缩性较高，q

£1

承载力中等，且比较厚，而第4层是粉土夹粉质粘土，-「

不仅压缩性低，承载力也高，所以第4层是比较适合的丄£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,h=1.5+8.3+12+l=22.8m0

由于第1层厚1.5m,地下水位离地表2.1m,为使

地下水对承台没有影响，所以选择承台底进入第2层土

0.3m,即承台埋深为1.8mo

桩基的有效桩长即为22.8J.8二21m。

桩截面尺寸由资料已给岀，取350mmx350mm,预制桩在工厂制作，桩分两节，每节长11m,（不包括桩尖长度在内），实际桩长比有效桩长长lm,是考虑持力层可能有一定起伏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图如图4

2.确定单桩竖向承载力标准值

按经验参数法确定单桩竖向极限承载力特征值公式为:

Q,k=Qsk叫=论皿+%列，

按照土层物理指标，查桩基规范JGJ94-2008表5.3.5-1和表5.3.5-2估算的极限桩侧,

桩端阻力特征值列于下表：

极限桩侧、桩端阻力特征值

层序

经验参数法

q^kPci）

QPk伙％）

2

粉质粘土

47

3

粘土

61

4

粉土夹粉质黏土

43

1320

单桩竖向承载力极限承载力特征值为：

估算的单桩竖向承载力设计值（安全系数32）

3•确定桩数和承台底面尺寸

（1）.初步估算桩数、考虑柱子可能偏心受压，取一定的系数，数值为则有

4.单桩承载力验算

桩顶荷载计算（取承台及其上土平均重度rG=20kN/m3）

轴心竖向力作用下:

N==F+加“=48（）（）+2（）x3・（）x2axl・8=&45kN<巴=886・5kN

kxn

偏心竖向力作用下:

N沁_以+q±Me±M、m_射5±（70+40x1）x1.05皿77_4X1052

=845±26.2^

871.2W<1.2/?

n=I063.8W

818.8W>0

单桩水平力承载力计算：

Hik=^=—=6.7W;厅=吃=^22=800比"n6n6

因为

==；即水平荷载和竖向荷载的合力与竖直线的夹角小于5。

。

oOu53o012

所以单桩水平承载力满足要求，不需要进一步的验算。

5.软弱下卧层承载力验算

（1）.软弱下卧层经深度z修正后的地基承载力特征值公式:

faz=fak+〃』（b—3）+〃必（d—0・5）,

由资料查地基基础设计规范GB5007-2002,表524,得%=°；%=1,则

faZ

=60+0+lx

1.5x15.5+0.6x17.3+7.7x7.3+12x6.2+5.3x8.3

27.1

（27.1-0.5）

=25S.2kPa

（2）.桩群外围桩边包络线内矩形长、宽分别为：

人）=2・45加;垃=1・4加,

持力层厚度r=5.3-1=4.3/?

7,

查桩基规范JGJ94-2008表541,用内插法求得，桩端持力层压力扩散角0=29.2o作用于软弱下卧层顶面的附加应力为：

（件+Gj-|（A+B"）DM

（4）+2/km&）（3（）+2ftan&）

[4800+3x2.5x（2」xl9+25x9）]-1.5（2.45+1.4）（47x8+61x12+43x1）

（2.45+2x4.3x0.559）（1.4+2x4.3x0.559）

=3・\kPa

软弱下卧层顶面土的自重应力为

1.5xl5.Z）.6x"+7.7x7.3+12x&.2+5.5.3%?

?

t

27.1

=201・9好么

所以有

6=3.1+201.9=205kPa

满足要求。

6.桩基础沉隆验算

由于桩基础的桩中心距小于6d,所以可以采用分层总和法计算最终沉隆量。

竖向荷载为

Fk=4800W

基底处压力

卩_人7_4800+20x3x2.5x1.8_676倔

A3x2.5

基底自重应力

15.5x1.5+17.3x0.3.

yd=xl.8=28.4kPa

1.8

基底处的附加应力

R）=P_*[=676-28.4=647.6kPa

桩端平面下的土的自重应力6和附加应力空（空=仏比）计算结果如下：

1在2=0时，

叮％

=15.51.5+17.3x0.6+（17.3-10）x7.7+（16.2-10）x12+（18.3-10）x1

=172.54"。

alb=\2、2z」b=0、a=0.25,cr.=4x0.25x647.6=647.6kPa

2在2=2m时，

q=》久勺=172.54+2x8.3=189.14"“

d/b=122z/Z?

=4/2.5=1.6,c?

=0.124,cr.=4x0.124x647.6=321.2kPa

3在z=3加时,

q=丫久4=172.54+3x8.3=197・44好么

//b=122z/Z?

=6/2.5=24a=0.073,6=4x0.073x647.6=189.1kPa

4L在z=4.3/n时,

q=》尤4=172.54+4.3x8.3=208.2""

//Z?

=1・2,2z"=8.6/2.5=3.44.a=0.04Lcr:

=4x0.041x647.6=\06.7kPa

⑤:

在Z=5m时，

q=工了人=172.54+4.3x8.3+0.7x6.9=213kP“

//b=1・2,2z/〃=10/2.5=4,a=0.032,q=4x0.032x647.6=82・9kPa

6-在2=7in时，

6=工yfy=172.54+43x8.3+2.7x6.9=226.9kPa

I/b=1.2,2z/Z?

=14/2.5=5.6,a=0.017。

=4x0.017x647.6=45・lkPa将以上计算结果整理于下表

"6的计算结果

Z（m）

（rc（kPd）

%

呀

a

b二（kPu）

0

172.54

1.2

0

0.25

647.6

2

189.14

12

1.6

0.124

321.2

3

197.44

12

24

0.073

189.1

4.3

208.2

12

3.44

0.041

106.7

5

213

12

4

0.032

82.9

7

226.9

12

5.6

0.017

45.1

在z=7m处,空/碍=45.1/226.9=0.198<0.2,所以本基础取Zn=7m计算沉降量。

计算如下表

计算沉降量

Z（mm）

%

呀

a^nun）

Esi（kPa）

側・=4生

Ei

0

1.2

0

0.25

0

2000

1.2

1.6

0.2006

401.2

401.2

11000

94.5

3000

1.2

2.4

0.1657

497.1

95.9

11000

22.6

4300

1.2

3.44

0.1324

569.1

72

11000

16.9

5000

1.2

4

0.1189

594.5

25.4

1200

54.8

7000

1.2

5.6

0.0916

641.2

46.7

1200

100.8

L=94.5+22.6+16.9+54.8+100.8=289.6mm桩基础持力层性能良好，取沉降经验系数肖=1・0。

%=2%35=60,承台长宽比%=1・2,查查桩基规范JGJ94-2008,附录E得：

C°=0.037,q=1・9£=14.64。

所以,桩基础最终沉降量s=y/y/eS1=1.0X0.097X289.6=28.2mwt<200mm,

满足要求。

7•桩身结构设计

两段桩长各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0.293/7（/?

=11/7/）=3.22/77,起吊时桩身最大正负弯矩"叭=°・°429切胪，其中吊桩动力系数为：

K=1.3；每延米桩的自重（1.2为恒载分项系数）为：

q=0.352x25x1.2=3.675W/ino

桩身材料采用C30混凝土，取fc=\430kPa,HRB335级钢筋，取fy=300N/mnf,桩身尺寸已给出：

350〃〃”x350〃曲，钢筋保护层厚度取40〃"“，所以：

Mmax=0・0429Kq/r=0.0429x1.3x3.675xll2=24.8KMM,

桩身截面有效高度儿=0.35-0.04=0.3\m

24.8X106

f阴14.3x350x3102

=0.05156

乙=_L（1+J1_2a）=1（1+71-2x0.05156）=0.9735

22

24.8xlO6

桩身受拉主筋4=且亠=——=——=214mm1

0.9735x300x310

max

选用2^14（4=308/n/n2>274/n/H2）,采用对称配筋，因此整个截面的主筋为

4虫14,人=616加〃匚配筋率Q=cf、=。

・6%=几曲=。

・6%。

因桩为受压构件，350x310

对箍筋配置无严格要求，故取同级钢筋在桩身中点处，最大正负弯矩处配置。

桩身强度验算

0（%£A+/；4）=l・O（l・Oxl4・3x35Ox31O+31Ox616）=1742.20>&=886.53

满足要求。

桩身截面配筋图，桩身弯矩图如图5、图6。

@6桩荻磅彌

阳册哦面配翩

8承台设计

承台混凝土强度等级取C25,取ft=\270kPa,配置HRB335级钢筋，取

fy=3OON/mm2t

在3.⑵中已假定，承台底面尺寸为3.0x2.5/w/n2,高为1…其埋深为d=l・8加,钢筋

保护层取70mm,有效高度为儿=930mm°

假定柱子尺寸为（仪）500x（/）500〃肿。

（0相应于荷载效应基本组合时作用于桩底的荷载设计值为：

F=1・35坊=1.35x4800=6480W

M=1.35M&=1.35x70=94.5KN•加

H=135Hk=1.35x40=54kN

（135为由永久荷载效应组合控制的分项系数）

F6480

单桩净反力平均值为：

N=—=——=1080Wn6

单桩净反力最大值，最小值为：

（2）.承台受冲切承载力验算

2[九（2+%）+Av仇+仏）]0如加）

=2x[0.963X（0.5+0.1）+2」x（0.5+0.625）]x0.983xl270x0.93满足要求。

=6827册>F{=6480W

2角桩向上冲切；

C]=0・625〃?

疋2=0・9加x=a0x^x=心=°0尸入y=A）yo

0.56_0.56

人y+0・2一0・2+0・2

\_P\x（。

2+知/2）+P\y（C]+alx/2）]Phpft^h

=[0.642x（0.9+0.1/2）+1.4x（0.625+0.625/2）]x0.983xl270x0.93

=2231.9W>/Vnux=1115.3W

满足要求。

⑶•承台受剪切承载力计算

剪跨比与

（2）中剪跨比相同。

受剪切承载力截面高度影响系数0加计算

入=A>x=°・672（介于033之间）

0加0〃（九=0.963xl.047xl270x2.5x0.93

=2977AkN>2N尺=2x1115.3=2230.6册illaA

满足要求。

对II-II斜截面

4=^,=0.2（<0.3）,取A，=0.3

1.75

1.75

男切系数

=-1.346

0.3+1

Ph.PfM\>=0.963xl.346xl270x3x0.93

=4592.8W>3^=3x1080=3240曲

满足要求。

（4）.承台受弯承载力计算

沿兀方向：

Mv=工“內=2x1115.3x0.8=1784.5kN・m

My=工N»：

•=3x1080x0.275=89•加

0・9£九

891X106

"0.9x300x930

选用18虫16,人=3619.1〃劲1沿平行歹轴方向均匀布置。

承台配筋如图4。

（5）.承台局部受压验算

45011050|105。

1450

3000

豁融璇凰

因承台混凝土强度等级低于柱的混凝土强度等级，所以还需验算柱下承台的局部受压承

=3548・4〃7〃『

载力。

查混凝土结果设计规范7.8.1和7.8.2得；

柱子截面面积人=0.5x0.5=0.25//Z2

局部受压净面积九=人=0・25〃『

局部受压计算面积4,4,=（3x0.5）x（3x0.5）=2.25m2

混凝土的局部受压强度提高系数0,0=再=jn孑=3

则

1.350£九=1.35x3x11900x0.25=12048RN>F=6480RN

满足要求。

9施工说明

（D.混凝土预制桩的制作

1•混凝土预制桩可在施工现场预制，预制场地必须平整、坚实。

2•制桩模板宜采用钢模板，模板应具有足够刚度，并应平整，尺寸应准确。

3.灌注混凝土预制桩时，宜从桩顶开始灌筑，并应防止另一端的砂浆积聚过多。

（2）.混凝土预制桩的起吊、运输和堆放

1.混凝土设计强度达到70W及以上方可起吊，达到100%方可运输。

2.桩起吊时应采取相应措施，保证安全平稳，保护桩身质量。

3.水平运输时，应做到桩身平稳放置，严禁在场地上直接拖拉桩体。

4•当桩叠层堆放超过2层时，应采用吊机取桩，严禁拖拉取桩。

5•三点支撑自行式打桩机不应拖拉取桩。

（3）.混凝土预制桩的接桩

1.桩的连接可采用焊接、法兰连接或机械快速连接（螺纹式、啮合式）。

2.焊接接桩时，下节桩段的桩头宜高出地面0.5mo

3.焊接接桩时，下节桩的桩头处宜设导向箍。

接桩时上下节桩段应保持顺直，错位偏差不宜大于2mmo接桩就位纠偏时，不得采用大锤横向敲打。

4.桩对接前，上下端板表面应采用铁刷子清刷干净，坡口处应刷至露出金属光泽。

5•焊接宜在桩四周对称地进行，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊；焊接层数不得少于2层，第一层焊完后必须把焊渣清理干净，方可进行第二层（的）施焊，焊缝应连续、饱满。

（⑥•焊好后的桩接头应自然冷却后方可继续锤击，自然冷却时间不宜少于8min；严禁采用水冷却或焊好即施打。

7•雨天焊接时，应采取可靠的防雨措施。

8•焊接接头的质量检查，对于同一工程探伤抽样检验不得少于3个接头。

（4）.静压沉桩

①.采用静压沉桩时，场地地基承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍，且场地应平整：

静力压桩宜选择液压式和绳索式压桩工艺；宜根据单节桩的长度选用顶压式液压压桩机和抱压式液压压桩机。

3.压桩机的每件配重必须用量具核实，并将其质量标记在该件配重的外露表面；液压式压桩机的最大压桩力应取压桩机的机架重量和配重之和乘以0.9。

4.当边桩空位不能满足中置式压桩机施压条件时，宜利用压边桩机构或选用前置式液压压桩机进行压桩，但此时应估计最大压桩能力减少造成的影响。

5.压桩过程中应测量桩身的垂直度。

当桩身垂直度偏差大于1%的时，应找出原因并设法纠正；当桩尖进入较硬土层后，严禁用移动机架等方法强行纠偏。

（5）.若施工中出现技术问题，请施工单位及时与建设单位或设计单位联系。

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（JGJ94-2008）》•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（GB50007-2002）》•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（GB20010-2002）》•北京，中国建筑工业出版社

【4】莫海鸿杨小平主编•《基础工程》•北京，中国建筑工业出版社

[5]四校合编•《土力学》北京，中国建筑工业岀版社