广东工业大学桩基础课程设计基础工程

设计主要步骤一、确定桩基持力层的位置1．基本要求（1）应选择压缩性低、承载力高的较硬土层作为持力层；（2）持力层应有一定的厚度，既能保证桩端进入持力层的深度要求，又能使桩端以下有一定厚度的剩余持力层；（3）桩端全断面进入持力层的深度要求为：对于粘性土、粉土不宜小于2d（d为桩径），砂土不宜小于1.5d。

碎石类土不宜小于1d。

当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于3d；当持力层较厚、施工条件许可时，桩端全断面进入持力层的深度宜达到桩端阻力的临界深度。

砂与碎石类土的临界深度为(3~10)d。

2．根据实际工程地质条件选择由表1工程地质条件可知，如果作用于柱上的荷载较小或采用的桩径较大，则可选择第④层粉质黏土为持力层；反之，可选择第⑤层中砂为持力层。

现选第⑤层中砂为持力层。

桩端进入持力层的深度为1.91m。

表1 土层参数1．根据表1地质条件和所选择的持力层可知，本桩基为摩擦型桩基。

2．当持力层确定后，桩截面尺寸应根据作用于柱上的荷载大小确定。

如果荷载较大，则应选择较大的截面尺寸。

本例假定作用在设计地面标高处的荷载为：轴力F k ＝104 kN ，剪力H k =600 kN ，弯矩m k =103 kN.m 。

因荷载较大，故选择的桩截面为Φ600，柱截面为900╳900，采用C40混凝土(抗压强度f c =21.1N/mm 2，抗拉强度f t =1.8N/mm 2）。

承台采用C25混凝土(抗压强度f c =11.9N/mm 2，抗拉强度f t =1.27N/mm 2）。

3．因桩端进入持力层的深度为1.91m>1.5d=1.5╳0.6=0.9m ，故桩端全断面进入持力层的深度满足要求。

4．因现工程的场地设计地面标高为28.5m ，桩顶标高为26m ，故净桩长为26－4=22m 。

此外，根据预制桩与承台的连接要求(桩嵌入承台内的长度：大直径桩(d ≥800mm )不宜小于100mm ，中(800mm ≥d>250mm )、小(d ≤250mm )直径桩不宜小于50mm ），选择预制桩嵌入承台内的长度为50mm 。

这样整个桩的长度为22.05m 。

5．考虑到一般预制桩的节长为5～13m 及运输方便、便于接桩，对一根单桩，可选择5节长度为5m 的管桩。

三、确定单桩承载力1．单桩竖向极限承载力标准值Q uk根据p pk i sik p pk sk uk A q l q u Q Q Q +=+=∑有 2．单桩竖向极限承载力特征值R a根据R a =Q uk /K ，取安全系数K=2，可得R a =1280 kN 。

3．基桩竖向极限承载力特征值R（1）由于基桩的承载力是在单桩承载力的基础上考虑群桩效应和承台效应得到的，而群桩效应在现规范中一般不予考虑，因此，确定基桩的承载力的关键就在于是否再考虑承台效应；（2）根据考虑承台效应的一般原则可知：因本工程为柱下独立摩擦型桩基，因此，如果桩数不少于4根，则应考虑承台效应；（3）根据R=R a +ηc f ak A c 及A c =(A-nA ps )/n 可知：为确定R ，必须事先知道桩基的桩数n 或者桩的平面布置，但这又与R 有关。

为此，桩数n 大致可按下述方法预估： （A ）首先不考虑承台效应，即认为R ≈R a ；（B ）因按中心受压桩基计算桩数n=(F k +G k )/R 时G=γG DA (γG =20kN/m 3，D 为承台埋深，A 为承台底面积)时A 也与桩数n 或者桩的平面布置，因此，可先仅考虑F k ，将得到的桩数扩大5～10％用于考虑G k 。

对本设计，因F k =104 kN ，故n 1=F k /R=104/1280=7.81，n 2=(1.05～1.1)n 1=8.2～8.6，故可取n 2＝9。

（C ）因本工程为偏心受压桩基(作用在承台底面处的弯矩M k =1000+600╳2.5=2500kN.m ），因此，还应根据偏心情况将中心受压时的桩数扩大(10～20％)。

即n=(1.1～1.2)n 2=9.9～10.8。

（D ）值得注意的是，因为考虑承台效应时R 增加、桩数n 减小，故n 可取9或10根。

（E ）进行平面布置：因：（1）无论是打入或静压式预制桩，都属挤密型桩；（2）9或10根桩通常按不少于3排布置；（3）设计任务书表1中无地下水，故基桩间距S a 取4d 。

此外，因规范规定“承台边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分不应小于150mm ”，故桩基平面布置如下图1示。

（F ）确定考虑承台效应的基桩承载力特征值R当n=9时：A=6╳6=36m 2，A ps =πd 2/4=π╳0.62/4=0.282743m 2，A c =(A-nA ps )/n=(36-9╳0.282743)/9=3.7173m 2 S a =4d ，承台宽度B c =6m ，桩长l=22m ，B c /l=0.2727<0.4，故查表1有ηc =0.14。

承台下1/2承台宽度为B c /2=6/2=3m<5m ，该深度内土层地基承载力特征值为 f ak =[(1.39╳150+(3-1.39) ╳75)/3=109.75 kPa 这样，R=R a +ηc f ak A c =1280+0.14╳109.75╳3.7173=1337.1 kN当n=10时：A=8.4╳6=50.4m 2，A ps = 0.282743m 2，A c =(A-nA ps )/n=(50.4-10╳0.282743)/10=4.7573m 2 S a =4d ，承台宽度(取短边)B c =6m ，桩长l=22m ，B c /l=0.2727<0.4，故查表1有ηc =0.14。

承台下1/2承台宽度为B c /2=6/2=3m<5m ，该深度内土层地基承载力特征值为f ak =109.75 kPa这样，R=R a +ηc f ak A c =1280+0.14╳109.75╳4.7573=1353.1 kN四、确定桩数和布置1．确定桩数n前面已初步确定了桩数n （9或10根）并进行了布置。

先再考虑承台及其上方填土自重G k 及弯矩M 作用条件下的桩数。

当n=9时：G k =γG L k B k D=20╳6╳6╳2.5=1800 kN ，中心受压时n ≥(F k +G k )/R=(10000+1800)/1337.1≈8.8，考虑弯矩作用时应再增大(10～20％)，即n=9.7~10.6，因此可取n=10根。

当n=10时：G k =γG L k B k D=20╳8.4╳6╳2.5=2520 kN ，中心受压时n ≥(F k +G k )/R=(10000+2520)/1353.1≈9.3，考虑弯矩作用时应再增大(10～20％)，即n=10.2~11.2，因此可取n=10根。

综上可见，本桩基理应取n=10根。

但为减少造价并便于布桩，现暂按n=9试算。

若验算不满足要求，可调整为n=10根。

2．进行平面布置:见图1(a)。

五、基桩竖向承载力验算1．验算时，荷载效应应采用标准组合。

2．验算：G k =γG L k B k D=20╳6╳6╳2.5=1800 kN ，F k =10000 kN ，轴心受压：N k =(F k +G k )/n=(10000+1800)/9=1311.1 kN< R=1353.1 kN 满足要求偏心受压：因M yk =m k +H k D=1000+600╳2.5=2500kN.m ，x max =2.4m ，Σx 2i =2╳3╳2.42=34.56m 2，则由∑++=2maxmax i k y k k k x x M n G F N 可得kN 721623R 21kN 721484563442250011311N k ......max =<=⨯+=， 满足要求。

单桩水平力：H 1k =H k /n=600/9=66.67kN ，此值很小，可不考虑桩的水平承载力问题。

由此可见，本桩基目前采用9根还是可行的(但是否满足其它验算还未知)。

六、拟定承台尺寸及埋深1．承台埋深D承台底面标高在26m 处，故承台埋深D=28.5-26=2.5m>600mm (满足要求)。

2．承台尺寸承台的底面尺寸可通过对桩的平面布置确定(如见图1)，而立面尺寸确定时应通盘考虑多项因素。

主要有： （1）根据基础的最小埋深原则，承台顶面距地面的距离不应小于500mm ；（2）承台厚度不应小于300～400mm 、埋深不应小于600mm ；底面钢筋保护层厚度不应小于50mm （有混凝土垫层）或70mm （无混凝土垫层）；桩嵌入承台长度不应小于100mm （大直径桩）或50mm （中等直径桩）； （3）确定承台厚度时，一定要兼顾承台满足受弯、剪、冲等验算的要求。

即众多“≥450线”的要求。

对本设计而言，首先确定承台内钢筋保护层厚度70mm （C10混凝土垫层）、桩嵌入承台长度50mm （因桩径d=600mm 为中等直径桩）。

此外，沿X 或Y 方向角桩顶内缘至柱边的水平距离为(2.4-X 向柱边长之半-圆桩等效为方桩时X 向桩边长之半(等效原因见承台抗冲切验算))=2.4-0.9/2-0.8╳0.6/2=1.71m ，因此，为满足柱边抗冲切时“≥450线”的要求，承台厚度必须大于1.71m ，现取1.8m 。

这样，承台顶面距地面28.5-26-1.8=0.7m>0.5m 的要求。

由于承台的厚度(1.8m )较大，为降低造价，可将承台分阶。

分阶的方法是，从X 或Y 方向角桩顶边缘做45射线，只要下阶台阶的高度位于该450射线之上即可。

另外，各台阶的高、宽不要相差太大。

最终的台阶尺寸见图2。

七、桩基软弱下卧层承载力验算1．前提：桩距S a ≤6d 且桩端以下受力范围内存在承载力低于桩端持力层承载力1/3的非端承型桩。

2．对软弱下卧层承载力进行进行埋深修正以及计算软弱下卧层顶面处的自重应力时，不计承台的埋深(即承台底至软弱下卧层之间的距离)。

3．对本设计：桩基为摩擦型的，桩距S a =4d<6d ，持力层为厚3.09m 、天然承载力230kPa 的中砂层⑤以及厚5.06m 、天然承载力280kPa 的砾石层⑤4，其下有厚1.7m 、天然承载力90kPa<280/3=93.33kPa 的粘土层⑥1，因此，应进行软弱下卧层⑥1的承载力验算。

桩端以下持力层厚度t=3.09+1.8=4.89m ，持力层平均压缩模量MPa E s 68.408.109.3478.13709.31=+⨯+⨯=,下卧层模量MPa E s 9.42=,2s 1s E E /MPa 10MPa 38<=.，桩端群桩外缘矩形底面边长A 0= B 0=4.8m ，t/B 0=1.02>0.5，查表3并线性内插有θ= 25+(30-25)*(8.3-5)/(10-5)=28.30。