桩基础课程设计251592

1工程概况
1.1工程特点
拟建场地位于某市市区，地势平坦，建筑场地为非震区拟建建筑物包括办公楼，现浇整体式框架结构。

1.2工程地质条件
场地内岩土层分布依次为：杂填土，粉质粘土，粉土，粉质粘土，中砂，卵石。

就
勘察资料表明，本桩基工程施工的岩土层地质条件较为复杂，从而给施工带来了较大困
难。

1.3设计资料
1.3.1场地工程地质资料：图1和表1。

某办公楼为现浇整体式框架结构，室内外高差0.3m，已知柱底荷载值（相应于荷载效应标准组合）：轴力F k=3480kN，x向弯矩M yk= 175kN·m（x向弯矩为平行于x轴、绕y 轴的弯矩，记为M yk）；柱截面尺寸为600mm×600mm。

试进行桩基础设计。

该建筑位于某城市市区，地势平坦，建筑场地为非震区。

场地地下水距离地表3.0m，地下水对混凝土无腐蚀性。

地基土层的分布情况及各土层物理力学指标见表1。

表1 地基土物理力学指标
土层编号名称
状
态
层
底
埋
深
/m
天
然
重
度
r
kN/m3
压缩
模量
E s
（kPa）
桩侧
阻力特征
值
q si
/kPa a
桩端
阻力特征
值q pa/kPa
承载
力特征值
f
k
(kPa)
1 杂填土 1.5 17.5
2 粉质粘土稍密9.0 18.0 4.4 24 130
3 粉土中密19.0 18.2 10.2 20 160
4 粉质粘土中密25.0 18.
5 13.2 28 1200 180
5 中砂密实30.0 19.0 32.9 40 2400 250
6
卵石密实19.5 80 4000 320
根据上述地质资料描述可知，该地基土在沉积过程中分布不均，每层土的物理-力学性能指标有较大差异，容易产生不均匀沉降。

因此，需要在结构上采取必要的加强措施，以及在基础选型上选用比较合理的基础型式。

从地质剖面上来看，本工程场地上部土层较软，承载力较低，而且中部有软弱下卧层，故不宜作为天然地基，而下部有可作为持力层的坚实土层，故宜采用桩基础。

若采用筏型基础或交叉梁式基础，因本工程柱网尺寸较大，筏板及基础梁断面会很大，从经济角度考虑，不宜采用此种基础形式。

若采用箱型基础，虽然其整体性较好，能够减少差异沉降量，但本工程土层压缩性较高，其基础总沉降量不易满足。

采用桩基础就可以解决上述问题的困扰，而且，一旦发生罕遇地震时，建筑物不至于因为地基土液化而倒塌或损坏，因为桩基础可以跨过软弱土层将上部荷载传给下部较好土层。

综上所述。

本工程基础形式最终定为桩基础，桩型采用预制桩。

2设计正文
2.1选择基础的类型、埋深、形式及材料
对20C 混凝土取 2
/1100mm N f t = ；对 335HRB 级钢筋取2300/y f N mm = 混凝土预制桩、 桩的圆形截面半径为mm d 400=，桩身长为m 24；
2.2确定单桩竖向承载力特征值
根据土的物理指标与与承载力参数之间的经验关系，混凝土预制桩单桩竖向承载力标准值为：
uk pk p sik i Q q A q l μ∑=+
式中：sik q ——桩侧第i 层土极限侧阻力标准值； pk q ——极限端阻力标准值； p A ——桩底横截面面积；
p
u ——桩身周边长度；
i l ——第i 层岩土的厚度
其中：粉质粘土kpa q sik 24=，
粉土k p a q s i k 20=，粉质粘土k p a q s i k 28=，kpa q pk 1200
=，中砂kpa q sik 40=，kpa q pk 2400=，卵石kpa q sik 80=，kpa q pk 4000=
最终结果为KN Q uk 9.1240=； KN KN
K Q R uk a 5.6202
9.1240===
（2k =，安全系数） 2.3确定桩的根数
2.65.6203480==≥
KN
KN
R F n a k 根， 暂取7=n 根；
2.4初选承台尺寸
桩距:m mm d s 2.1120040033==⨯== 承台长边：m a 2.3)2.14.0(2=+⨯=
承台短边：m b 0.2)6.04.0(2=+⨯=
暂取承台埋深为m 0.2 ，承台高度m h 0.1=，钢筋保护层取70mm ，则承台有效高度为：mm h 9300=
2.5计算桩顶荷载
图2 承台剖面图
图3 桩的布置
2.5.1确定桩顶竖向力
a k k k R KN KN n G F Q =<=⨯⨯⨯+=+=
45.6205347
2
2.32203480 {}
KN R KN KN i k k k k a X X M Q Q 7452.15700
49822
max max
min 365342.142.1175534=<>=±=⨯⨯±=⨯±=∑
可符合要求。

2.5.2荷载的设计值为
m KN M M KN
F F k k ⋅=⨯===⨯==23617535.135.14698348035.135.1
式中：k
F ——荷载标准值；
k M ——弯矩标准值；
扣除承台和其上填土自重后的桩顶竖向力设计值
{
}KN
KN
i
X X M N N KN
n F N 1.7209.6212
2max max
min 1.496712.142.1366716717/4698/=±=⨯⨯±=⨯±====∑
式中：k F ——相应于荷载效应标准组合时，作用于桩基础承台顶面的竖向力标准值
k G ——桩基础承台自重及承台上土自重标准值
K Q ——相应于荷载效应标准组合轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力标准值 n ——桩基础中的桩数
ik Q ——相应于荷载效应标准组合偏心竖向力作用下第i 根桩的竖向力标准值 i x 、i y ——桩i 至通过桩群形心的y 、x 轴线的距离
xk M 、yk M ——相应于荷载效应标准组合作用于承台底面的外力对通过桩群形心的
x,y 轴的力矩标准值
2.6承台受冲切承载力验算
2.6.1柱边冲切 冲切力 ∑=-=-
=KN KN N
F F i
l 469804698
受冲切承载力截面高度影响系数hp β计算
1)8001000(800
20001
11=-⨯---
=hp β
式中：l F ——扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏椎体上相应于荷载效应基本组合
的冲切力设计值
hp b ——受冲切承载力截面高度影响系数，当h 不大于800mm 时，hp b 取1.0
t f ——承台混凝土轴心抗拉强度设计值 0h ——冲切破坏椎体的有效高度
ox b 、oy b ——冲切系数 ox l 、oy l ——冲垮比
F ——柱根部轴力设计值
i N ——冲切破坏椎体范围内各桩的净反力设计值之和
冲垮比 λ 与系数 α 的计算
0.186.093
.08
.00<===
h a ox ox λ 792.0)2.086.0/(84.0=+=ox β
108.093.01
.00==
=
h a oy
oy λ
731.22
.0108.084.02.084.0=+=+=oy oy λβ
[]
[]KN
F KN h f a h a b l t hp ox c oy oy c ox 4698895793.011001)8.06.0(731.2)1.06.0(792.02)()(20
=>=⨯⨯⨯+⨯++⨯⨯=+++βββ 2.6.2角桩向上冲切
6.021==C C ox x a a =1 ox x λλ=1 oy y a a =1 oy y λλ=1
528.02
.086.056
.02.056.011=+=+=
x x λβ
82.12
.0108.056
.02.056.011=+=+=
y y λβ
[]
[]KN
N KN h f a C a C t hp x oy y x
1.7202213930.011001)2/8.06.0(8
2.1)2/1.06.0(528.0)2/()(max 0
11121=>=⨯⨯⨯+⨯++⨯=+++βββ
式中：l N ——扣除承台和其他上填土自重后角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值
1x b 、1y b ——角桩冲切系数 1x l 、1y l ——角桩冲垮比
1c 、2c ——从角桩内边缘至承台外边缘的距离
1x a 、1y a ——从承台底角桩边缘引线 0h ——承台外边缘的有效高度
2.7承台受剪切承载力计算
受剪切承载力截面高度影响系数 hs β 计算
963.0)930
800()800(
4
/14/10===h hs β 对 1-1 斜截面
86.0==ox x λλ
剪切系数 941.00
.186.075
.1=+=
β
max
0022.14401.72021854930.00.21100941.0963.0N KN KN KN h b f t hs ==⨯>=⨯⨯⨯⨯=ββ
对 2-2 斜截面
3.0108.0<==oy y λλ 取3.0=oy λ
剪切系数346.10
.13.075
.1=+=
β
KN KN KN h b f t hs 201367134243930.02.31100346.1963.000=⨯>=⨯⨯⨯⨯=ββ
(可以)
从以上计算可见，该承台高度首先取决于斜截面的受剪切承载力，其次取决于沿柱边的冲切承载力。

2.8承台受弯承载力计算及配筋
m
KN y N M i i x ⋅=⨯⨯==∑755375.06713 2
6
284993030095.0/10755mm
A s =⨯⨯⨯=
选用256φ,2
2945
mm A s =。

沿平行y 轴方向均匀布置。

1296
9.07202=⨯⨯==∑i i y X N M
2
6
488993030095.0/101296mm
A s =⨯⨯⨯=
选用2510φ,2
4909
mm A s =。

沿平行x 轴方向均匀布置。

截面配筋见图4
图4 桩基础截面配筋图
致谢
在经历两个多星期的课程设计过程后，首先,我要非常感谢张勤玲老师在这学期里对我们的谆谆教诲,她为人淳朴,工作勤恳踏实,讲课认真严谨.在她身上我不仅学到了很多专业知识还学到了很多人生道理.在她孜孜不倦的讲解下我掌握了许多有关知识,如:桩基础的选泽,桩基础设计,柱基础设计,确定地基承载力等等,这些知识都将使我终身受益.在她的教导下,我认真学习了有关基础工程设计的许多知识,我感觉到自己的专业知识提高了很多,这不得不使我感激张勤玲老师,是她给与我了这一生宝贵的财富.
在这次课程设计当中,张勤玲老师对我的帮助和指导是极大的,她的每次指导都让我感到耳目一新,可以说没有张老师就不会有我这次完美的设计,虽然我的设计当中还存在着一些弊端,但我相信,在张老师的帮助和自己的努力下我会不断的进步.
最后,让我在此再一次由衷地感谢张勤玲老师。

参考文献
[1]岩土工程勘察规范（GB50021-2001）．北京：中国建筑工业出版社，2002
[2]建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）．北京：中国建筑工业出版社，2002
[3]建筑桩基技术规范（JGJ94-94）．北京：中国建筑工业出版社，1995
[4]建筑抗震设计规范（GB50011-2001）．北京：中国建筑工业出版社，2001
[5]建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）．北京：中国建筑工业出版社，2002
[6]《基础工程》，华南理工大学、浙江大学、湖南大学等编，中国建筑工业出版
社，2008年9月第二版
[7]《基础工程》，周景星等编，清华大学出版社，1996年9月
[8]《地基及基础工程》，顾晓鲁编，中国建筑工业出版社，2003年
[9]《基础工程学》，陈仲颐、叶书麟，中国建筑工业出版社，1990。