桩基础设计实例计算书

桩基础设计实例
某城市中心区旧城改造工程中，拟建一幢18层框剪结构住宅楼。

场地地层稳定，典型地质剖面图及桩基计算指标见表8-5。

柱的矩形截面边长为400mm ×500mm ，相应于荷载效应标准组合时作用于柱底的荷载为：5840=k F kN ，180=xk M kN ·m ，
550=yk M kN ·m ，120=xk H kN 。

承台混凝土强度等级取C30，配置HRB400级钢筋，
试设计柱下独立承台桩基础。

表8-5 地质剖面与桩基计算指标
解：（1）桩型的选择与桩长的确定
人工挖孔桩：卵石以上无合适的持力层。

以卵石为持力层时，开挖深度达26m 以上，当地缺少施工经验，且地下水丰富，故不予采用。

沉管灌注桩：卵石层埋深超过26m ，现有施工机械难以沉管。

以粉质粘土作为持力层，单桩承载力仅240~340 kN ，对16层建筑物而言，必然布桩密度过大，无法采用。

对钻（冲）孔灌注桩，按当地经验，单位承载力的造价必然很高，且质量控制困难，场地污染严重，故不予采用。

经论证，决定采用PHC400-95-A （直径400mm 、壁厚95mm 、A 型预应力高强混凝土管桩），十字型桩尖。

由于该工程位于城市中心区，故采用静力法压桩。

初选承台埋深d =2m 。

桩顶嵌入承台0.05m ，桩底进入卵石层≥1.0m ，则总桩长
L=0.05+1.0+10.4+3.5+9.3+1.0≈25.3m 。

（2）确定单桩竖向承载力 ①按地质报告参数预估
∑+=i sia P p pa a L q u A q R
()4596910.1803.9105.3304.1061254.044.055002+=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯+⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯=ππ =1150kN
②按当地相同条件静载试验成果
u Q 的范围值为2600 ~3000kN 之间，则 1500~13002/==u a Q R kN ，
经分析比较，确定采用13502/==u a Q R kN 。

（2）估算桩数与平面布桩 ①初选桩的根数 3.41350
5840
==a k R F n ＞
根，暂取5根。

②初选承台尺寸
桩距2.14.00.30.3=⨯==d s m ，并考虑到xk yk ＞M M ，故布桩如图8-29所示：
(a) 平面 (b) 立面
图8-29 承台尺寸及荷载图
初选承台埋深d =2m ，承台高度h 为1.2m ，桩顶伸入承台50mm ，钢筋保护层取70mm ，则承台有效高度为：13.107.02.10=-=h m=1130mm
采用平板式承台，取承台及其上土的平均重度20=Gk γkN/m 3。

则有2400.20.30.220=⨯⨯⨯==bld G Gk k γkN （4）桩基受力验算 ①单桩竖向承载力验算
135012165
240
5840==+=+=
a k k k ＜R n G F Q kN ∑∑±±+=2
max
2max min max i
yk i xk k k k k x x M y y M n G F Q ()2
21.141
.12.11205506.046.018052405840⨯⨯⨯+±
⨯⨯±+=
7.157751216±±=
= 1448.7＜16202.1=a R kN 1016＞0 ②单桩水平承载力验算
按式（8-13）估算的单桩水平承载力特征值28=ha H kN
在承台的抗弯刚度远大于基桩的条件下，柱底水平力均分至承台下各桩，则有 241201===n H H k k k N ≤28=ha H kN 可以满足要求。

③桩基沉降 本工程为乙级建筑桩基，对沉降要求一般，且为体型简单、桩端下无软弱下卧层的端承型桩，故不必验算沉降。

（5）桩身结构承载力验算
按《预应力混凝土管桩》（03SG409）标准图，选用PHC400-95-A ，单节长度≤12m ，混
凝土强度等级C80的管桩。

这一规格的管桩桩身结构对应的单桩竖向承载力特征值
1650=a R k N ＞16202.1=a R kN ，故桩身结构承载能力满足要求。

（6）承台设计 ①桩顶反力计算
相应于荷载效应基本组合时，作用于柱底的荷载设计值为：
7884584035.135.1=⨯==k F F kN 24318035.135.1=⨯==xk x M M kN ·m
()9.936)2.1120550(35.12.135.1=⨯+⨯=+=xk yk y H M M kN ·m
桩顶反力计算
②承台受冲切承载力验算（图8-30） (a)柱边冲切
冲切力 2.63078.15767884=-=-=∑i l N F F kN 受冲切承载力截面高度影响系数hp β计算
()967
.08001200800
200090
.00.11=-⨯---
=hp β
图8-30 承台计算平面尺寸详图 图8-31 管桩顶与承台连接详图 冲跨比λ与系数α的计算
()0.1611.013
.169.0000＜h a x x ===λ
036.12
.0611.084
.02.084.000=+=+=
x x λβ
()25.025.0212.013
.124
.000
00===
=
y y y ，＜h a λλ取 867.12
.025.084
.02.084.000=+=+=
y y λβ
()()[]
000002h f a h a b t hp x c y y c x βββ+++ ()()[]13.11430967.069.05.0867.124.04.0036.12⨯⨯⨯+⨯++⨯⨯=
9016=kN ＞2.6307=l F kN （满足要求）
(b)角桩向上冲切
56.021==c c m ，x x a a 01=，x x 01λλ=，y y a a 01=，y y 01λλ=
691.02
.0611.056
.02.056.011=+=+=x x λβ
244.12
.025.056.02.056.011=+=+=y y
λβ ()()[]
011112
12/2/h f a c a c
t hp x y y x βββ+++ ()()[]13
.11430967.02/69.056.0244.12/24.056.0691.0⨯⨯⨯+⨯++⨯=2493=kN ＞1891max =N kN （满足要求）
③承台受剪切承载力计算
按式（8-35）及（8-36）计算，剪跨比与以上冲跨比相同。

受剪切承载力截面高度影响系数hs β计算：917.0113080080014
/10=⎪⎭
⎫ ⎝⎛=⎪
⎪⎭⎫
⎝⎛=h hs β
对Ⅰ-Ⅰ斜截面
611.001==x x λλ（介于0.25~3之间）
剪切系数 086.11
611.075
.1=+=
α
13.121430086.1917.000⨯⨯⨯⨯=h b f t hs αβ
3218=kN ＜4.35794.1688189141=+=+N N kN （不满足要求）
对Ⅱ-Ⅱ斜截面
212.001==y y λλ()25.025.00=y ，＜λ取
剪切系数 4.11
25.075
.1=+=
α 13.12.314304.1917.000⨯⨯⨯⨯=h b f t hs αβ
6638=kN ＞2.33562.1465189121=+=+N N kN （满足要求）
由于Ⅰ-Ⅰ斜截面的受剪切承载力不满足要求，故应增加承台高度，重新计算。

经试算，承台厚度1400=h mm 时满足要求。

④承台受弯承载力计算 按式（8-20）计算
5.304285.0)4.16881891(=⨯+==∑i i x y N M kN ·m 70601330
3609.0105.30429.06
0=⨯⨯⨯==h f M A y x sx mm 2
选用15 25，7350=s A mm 2，沿平行x 轴方向均匀布置。

5.134240.0)2.14651891(=⨯+==∑i i y x N M kN ·m
31151330
3609.0105.13429.06
0=⨯⨯⨯==h f M A y y
sy mm 2
选用16 16，3216=s A mm 2，沿平行y 轴方向均匀布置。

⑤局部受压计算
承台混凝土强度等级低于柱和桩的混凝土强度等级，应按《混凝土结构设计规范》验算柱下和桩上承台的局部受压承载力，此略。

（7）绘制施工详图（见图8-29、8-31）。