桩基础课程设计-灌注桩基础设计(含CAD图纸)

温州大学瓯江学院

课 程 设 计

题 目： 桩基础课程设计

专 业： 11土木工程 学生姓名： 张超宇 学 号： 11207023255 指导老师： 李博

完成日期：2013年 11月 20日

灌注桩基课程设计

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1.设计题目 2.设计荷载

本次课程设计的题目：灌注桩基础设计

（2）柱底荷载效应标准组合值如下。

A轴荷载：Fk=2040kN Mk=242kN.M Vk=145kN ○

B轴荷载：Fk=2280KN Mk=223 KN.M Vk=158 kN ○

C轴荷载：Fk=2460kN Mk=221kN.M Vk=148kN ○

（3）柱底荷载效应基本组合值如下。

A轴荷载：Fk=2650kN Mk=253kN.M Vk=193kN ○

B轴荷载：F=3560 kN M=228 kN.M V=175 kN ○

C轴荷载：Fk=3120kN Mk=244kN.M Vk=188kN ○

C轴柱下桩基，A、B轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。设计○○○

3.地层条件及其参数

1）. 地形

拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。

2）.工程地质条件

自上而下土层依次如下：

① 号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，松散，承载力特征值fak=95kPa。 ② 号土层：淤泥质土，厚度3.3m，流塑，承载力特征值fak=65kPa。 ③ 土层：粉砂，厚度6.6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa。 ④ 号土层：粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa

⑤ 号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa。

3）.岩土设计技术参数

表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 Il 标准灌入锤击数 N（次） ① 素填土 ② 淤泥质土 ③ 粉砂 ④ 粉质粘土 ⑤ 粉砂层

表2 桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk 土层编号 ① ② ③ ④ ⑤ 土的名称 素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层 桩的侧阻力qsk 22 28 45 60 75 桩的端阻力qpk - - - 900 0.58 - - 31 16.8 0.79 31.2 0.74 - 9.2 0.81 27.6 - 14 7.5 1.04 62.4 1.08 - 3.8 - - - - 5.0 压缩模量 Es e W（%）

4）.水文地质条件

１． 拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。 ２． 地下水位深度：位于地表下3.5m。

5）.场地条件

建筑物所处场地抗震设防烈度７度，场地内无液化砂土，粉土。

４．灌注桩基设计

建筑物基础设计方案采用混凝土灌注桩，具体设计方案如下：室外地坪标高同自然地面。该建筑上层为六层框架结构，根据规范桩基属丙级建筑桩基，拟采用直径500mm的混凝土灌注桩，以⑤号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入持层1.0m（对于砂土不小于1.5d=750mm）,设计桩长17.0m预制桩尖长0.5m，初步设计承台高1.0m，承台底面埋置深度-1.60m，桩顶伸入承台50mm。

1）.单桩承载力计算

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： uk

由于

Qsk=0.5 × π×（1.5 × 22 + 3.3 × 28 + 6.6 ×45 + 4.2× 60+1×75）

=1177.2kN

Q= Qsk+ Qpk = up∑qsikli+ Apqpk

Qpk=

则

0.2522400471.2kN

Quk=1177.2+471.2=1648.4kN

2）. 基桩竖向承载力设计值计算

承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑承台土效应取

ηc=0，则有

R= Ra =根据上部荷载初步估计粧数为

QukK=1648.4=824.2kN

2F2460 nR =824=2.9

.2ka则设计粧数为5根。

3）.桩基的验算

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，荷载应取其效应标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。

下面进行基桩竖向承载力的验算

根据桩数设计矩形承台，边长为2.2m×2.2m，矩形布桩，桩中心距取1.40m，桩心距承台边缘为400mm。(见图)

承台及其上土壤的总重为 Gk =20 × 2.2

× 2.2 × 1.5=145.2 kN

计算时取荷载的标准组合，则

Nk =FkGkn=24605145.2=521.04 kN﹤R（=824.2 kN）

Nkmax= Nk+Nkmin= Nk-因此

Mymax(2211481.5)=521.04+=747.06 KN 2

40.70.7y

Mymin=521.04-226.02=295.02 KN 2yNkmax=747.06 kN＜1.2R(=1.2*824.2=989.0kN) Nkmin=295.02 kN＞0

满足设计要求,故初步设计是合理的

4）.承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.2m×2.2m，预估承台厚0.9m，

承台选用选用C25，ƒt=1.27N/mm，ƒc=11.9N/mm；承台钢筋选用HRB335级

2

2

钢筋，ƒy=300N/mm.

2

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 =F+

/

Myyiny=

i23120（2441880.9）0.7+=624+147.6=771.6kN 2540.7N

/

min =

FMyyi3120（2441880.9）0.7-=-=624-147.6=476.4kN 25nyi240.7N＇=F=3120=624kN

n55）.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0.90m，承台底保护层厚度70mm，则h0=900-70=830mm。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。

由于基桩为圆形桩，计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边

宽为

bp =0.8d=0.8×500=400mm

上图所示承台计算简图中的桩基即是换算后边长为400mm的方桩。

6）.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=3120 - 0=3120kN，则冲垮比为

λox=

aox0.25==0.3 h00.83aoy0.25==0.3 h00.83 λoy=冲切系数为  =

ox

0.840.84==1.68 0.30.2ox0.20.840.84==1.68

oy0.20.30.2=

oy2{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0

=2×{1.68×（0.4+0.25）+1.68×（0.4+0.25）}×0.99×1270×0.83 =4558kN＞F1（=3560kN）

故厚度为0.9m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。

7）.角桩冲切验算

承台受角桩冲切的承载力应满足下式：

1y1x Nl≤{（c2+）+（c1+）}βhpƒth0

1x1y22由于Ft= N/max =771.6kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c1=c2=0.65m

a1x=0.25m a1y=0.25m

a1y0.25a1x0.25 λ1x===0.3 λ1y===0.3

h00.83h00.83 β1x=

0.560.560.560.56==1.12 β1x===1.12 1x0.20.30.21y0.20.30.2{β1x（c2+

a1y2）+β1y（c1+

a1x）}βhpƒth0 2={1.12×(0.65+

0.250.25)+1.12×(0.65+)}×0.99×1270×0.83 22=1811.6kN＞N/max（=771.6kN）

故厚度为0.9m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。

8）.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=

a0yh0=0.25=0.3（介于0.25-3之间）

0.831.751.75==1.35 10.31受剪切承载力高度影响系数计算：

I-I截面剪力为

hs800h00.258008300.250.99

V=2×N

hs/

max=2×771.6=1543.2KN

αƒtbh0=0.99×1.35×1270×2.2×0.83=3099.4kN＞V

故满足抗剪切要求。

9）.承台受剪承载力计算

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N/max=771.6KN进行计算，

Mx=∑Niyi=2×771.6×0.7=1080.24kN.m

Mx1080.24106 Asl===4820mm2

0.9fyh00.9300830因此，承台长边方向都选用 钢筋C22@160，钢筋数为 n=2200/160+1=14

实际钢筋As=14×380.1=5321.4 mm2，满足要求

对于II-II截面，取基桩净反力平均值N＇=624KN进行计算 此时

ho=900-70=870mm 则

My=∑NiXi=2×624×0.65 =811.2kN.m

811.2106 As2===3619.8mm2

0.9fyh00.9300830My因此，承台短边方向选用C20@160，钢筋根数为

n=2200/160+1=14

实际钢筋As=14×314.2=4398.8 mm2，满足要求

10）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，与承台平齐，

根据构造要求，梁宽250mm，梁高500mm，梁内主筋上下共4C14通长配筋，箍筋采用C8@200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

5.桩身结构设计

灌注桩选用C30混凝土，预制桩尖选用C30混凝土，钢筋选用HRB335级。 根据《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应符合下列规定：

Nmax≤φψcƒcAps

Nmax=FG+

nMyyiyi2

=

31201.2145.2（2441880.9）0.7+ 2540.7 =658.848+147.6 =806.4kN

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；对于灌注桩，基桩施工工艺系数ψc=0.8；C30级混凝土，ƒc=14.3N/mm2，则

ΦψcƒcA=1×0.8×14.3×10

3

12π0.5×4

=2246.2kN＞Nmax（=806.4 kN） 故桩身轴向承载力满足要求。

6.桩身水平承载力验算

由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为188KN，每根桩基承受

水平荷载为

Hik= Hk/n=188/5=37.6KN

桩身按构造要求配筋，桩身配6Φ12纵向钢筋，As=678.6 mm2，则桩身配筋率为

gAsA678.61500240.34%

满足0.2%~0.65%之间的要求。

对于配筋率小于0.65%的灌注桩，单桩水平承载力特征值按下式计算：

Rha m0.75mMNfW（1.2522t0N)

)(1fANkgmtn桩身为圆形截面，故=2,=0.5 由于

5mbEI

根据灌注桩周主要土层的类别，查表，取桩侧土水平抗力系数的比例系数m=25MN/m4

圆形桩桩身的计算宽度为

b0.9(1.5d0.5)0.9(1.50.50.5)1.125m

根据

EI0.85EcI

IWEd/2

cE/E

s对C30级混凝土，查附表1-3得

4223.0010N/mm3.00MN/m Ec对HRB335级钢筋，查附表2-6得

5222.010N/mm2.0MN/m Es扣除保护层后的桩直径为

d0.50.050.45m

w =

dd323222(1)Edg2

0.552.010220.523.010410.34%0.45

 =12.648103m3

334d/212.648100.5/23.16210m Iw

EI0.85

EIc0.853.001043.16210380.631MN.m2

则

5mbEI5251.1250.810m

80.631桩顶最大弯矩系数M取值：由于桩的入土深度h=17.0m，桩与承台为固接，

h0.8101713.774，取h4，由表4-9查得M0.926。

And2411Eg40.5132010.34%0.20m

.022Nk取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载

力特征值最小），由前面计算得 Rha=

Nk295.02kN，则

)(10.75fW（1.2522mt0MgNfANkmt)

n0.750.81021.4310612.6481030.5295.02103(1.25220.0034)(1)60.92621.43100.20

=39553N39.5kNHik(37.6kN)

故桩身水平承载力满足要求。

7.估算A.B轴线柱下桩数

1）.桩数估算

设计○A 、○B轴线下的桩基础的方法和○C轴线下相同。单桩极限承载力标准值为1648.4KN，基桩竖向承载力特征值为824.2KN. A 轴柱下荷载标准组合值为Fk=2040kN Mk=242kN Vk=145kN ○

根据○A 轴下荷载初步估算○A 轴柱下根数，

n=则A轴下设计桩数为5根。

Fk2040==2.475 取n=5 R824.2 ○B轴柱下荷载标准组合值为Fk=2280kN Mk=223kN Vk=158kN 根据○B轴下荷载初步估算○B轴柱下根数， n=

Fk2280==2.77 取n=5 R824.2则B轴下设计桩数为5根。

2）.承台平面尺寸确定

根据估算的桩数和承台构造要求，设计C轴线承台平面尺寸为2.2m×

○

2.2m，桩中心距取1.4m，桩心与承台边缘距离400mm; ○A 、○B轴桩数与○C轴相同，因此承台平面尺寸同○C轴。

8.设计图纸

根据以上计算，可绘制出桩基平面布置图和桩基大样图。

9.参考文献

（1）《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2006），中国建筑工业出版社，2007。 （2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），中国建筑工业出版社，2002。 （3）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008),中国建筑工业出版社，2008。

（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），中国建筑工业出版社，2002。

（5）赵明华，《土力学与基础工程》（第二版），武汉理工大学出版社，2003

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