某教学实验楼桩基础设计岩土工程课程设计计算word版

目录
一、设计资料及要求 (1)
1、设计题目 (1)
2、上部结构资料 (1)
3、建筑场地资料 (1)
4、设计要求 (1)
5、设计流程 (3)
二、选择桩型、截面及长度 (3)
1、选择桩型 (3)
2、选择桩的几何尺寸及承台埋深 (4)
三、确定单桩承载力 (5)
1、经验参数法 (5)
2、原位测试法（静力触探法） (5)
四、初步确定桩数 (7)
五、承台尺寸设计及桩位布置 (9)
1、单桩承台 (9)
2、两桩承台 (9)
3、三桩承台 (9)
4、四桩承台 (10)
5、五桩承台 (10)
6、六桩承台 (12)
7、八桩承台 (12)
六、确定基桩（复合基桩）承载力特征值 (14)
1、四桩承台 (14)
2、五桩承台 (15)
3、六桩承台 (15)
4、八桩承台 (16)
七、桩顶作用效应验算 (16)
1、四桩承台 (17)
2、五桩承台 (19)
八、沉降计算 (21)
1、○3轴 (21)
2、○10轴 (22)
3、沉降分析 (25)
九、桩身结构设计和计算 (28)
1、配筋计算 (28)
2、桩身强度验算 (31)
十、承台结构设计和计算 (31)
1、四桩承台 (32)
2、五桩承台 (36)
十一、联系梁设计 (48)
十二、参考文献 (49)
十三、附录 (49)
一、设计资料及要求
1、设计题目
某教学实验楼桩基础设计
2、上部结构资料
某教学实验楼，上部结构为十二层框架，其框架主梁、次梁及楼板均为现浇整体式，混凝土强度等级C30。

底层层高3.4米（局部10米，内有10t桥式吊车），其余层高3.3米，底层柱网平面布置图及柱底荷载见图1。

3、建筑场地资料
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区，不考虑地震影响。

场地地下水类型为潜水，地下水位距地表2.1米，根据已有分析资料，该场地地下水对混凝土无腐蚀性。

建筑地基的土层分布情况及各土层物理力学指标见表1。

表1 地基各土层物理力学指标
4、设计要求
本工程建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级，环境类别为二（a）类，重要性系数均取1.0。

5、设计流程
桩基础设计流程图见图2。

图2 桩基础设计流程图
二、选择桩型、截面及长度
1、选择桩型
因本工程中框架结构跨度大而且不均匀，柱底荷载较大，不宜采用浅基础。

根据施工场地、地基条件以及场地周围的环境条件，选择桩基础。

因钻孔灌注桩泥浆排泄不便，为了减小对周围环境的污染，采用静压预制桩。

这样可以较好地保证桩身质量，并
在较短的施工工期完成沉桩任务。

同时，当地的施工工艺、技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供了可能性。

2、选择桩的几何尺寸及承台埋深
依据地基土的分布，同时为了减小桩数，增大单桩承载力，选择第○5层土作为持力层。

因为该层土液性指数较小，处于硬可塑状态，承载力较高。

桩端全断面进入持力层1.2m（>2d），工程桩入土深度为28.6m。

承台底进入第○2层土0.3m，与地下水位线齐平，减小了地下水对承台的影响（包括腐蚀性、浮力等）。

所以承台埋深为2.1m，桩基的有效桩长为26.5m。

同时，承台厚度初步选取为1.0m。

桩截面选择方形，尺寸选用500mm×500mm。

由于施工设备要求，桩分两段，上、下段均为14m（不包括桩尖长度在内）。

实际桩长比有效桩长大1.5m，这主要是考虑持力层起伏、桩顶嵌入承台长度以及压桩完毕后需要凿去一定长度的桩顶混凝土以露出主筋锚入承台等情况，而留有余地。

桩基及土层分布情况示意图见图3。

图3 桩基及土层分布示意图
三、确定单桩承载力
本设计属二级建筑桩基，采用经验参数法和原位测试法（静力触探法）估算单桩承载力特征值。

1、经验参数法
uk sk pk sik i pk p Q Q Q u q l q A =+=∑+
其中，40.52u =⨯=m ，0.50.50.25p A =⨯=m 2
查《建筑桩基技术规范》，计算如下表2：
表2 经验参数法计算单桩承载力特征值
∴ uk sk pk sik i pk p Q Q Q u q l q A =+=∑+
2(458291264 5.380 1.2)31000.25=⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯
2286775=+
3061= kN
2、原位测试法（静力触探法）
uk sk pk sik i sk p Q Q Q u q l p A α=+=∑+
当12sk sk p p <时，121
()2
sk sk sk p p p β=
+⋅ 当12sk sk p p >时，2sk sk p p =
这里，1sk p 为桩端全截面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，取13440sk p =kPa ，
2sk p 为桩端全截面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，取22820sk p =kPa 。

∴ 22820sk sk p p == kPa
又由于桩长26.5l =m ，即15m l <<30m
∴查表可知，桩端阻力修正系数α按l 值直线内插得
0.75
0.900.75
15
3015
l α--=
--
∴ 0.87α=
下面再计算各层土的sik q 。

根据sk s q p -曲线图，如图4所示。

图4 sk s q p -曲线图
对于地表以下6m 范围内的土层，即承台底面以下3.9m 范围内的土层，选取直线（A ）计算，15sk q =kPa 。

对于其他土层，均选取折线（B ）计算，即
当1000s p <kPa 时，0.05sk s q p =
当10004000s p <<kPa 时，0.02525sk s q p =+ 当4000s p >kPa 时，0.05sk s q p = ∴ 各层土的sik q 计算如下表3所示。

表3 原位测试法（静力触探法）计算单桩承载力特征值
土层
i l （m ） s p （kPa ）
sik q （kPa ） sk p （kPa ）
∴ uk sk pk sik i sk p Q Q Q u q l p A α=+=∑+
2(15 3.936 4.14312111 5.396 1.2)0.8728200.25=⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯
2851613=+
3464= kN
综上所述，uk Q 取较小值，即3061uk Q =kN ∴ 单桩竖向承载力特征值
11
306115312
a uk R Q K =
=⨯= kN
四、初步确定桩数
在根据柱底荷载进行桩数初步确定时，本应该按照荷载效应标准组合进行计算，但资料
中所给组合值为基本组合值。

虽然可以按照《建筑结构荷载规范》中的公式进行二者的换算，但是这里只是作为初步估算，所以可以简单地直接采用最大轴力标准值。

同时，所选实际桩数中要考虑承台自重和承台上土的自重，并且这里荷载均为偏心荷载，所以在计算结果上均放大1.1~1.2倍，并取整数。

另外，B 、C 轴线上的柱距太小，而荷载很大，所以将B 、C 轴线上的基础设计成联合承台形式。

在进行桩数确定时，应将B 、C 轴线上柱的荷载合起来计算。

最后要注意的是，第九组的计算荷载值均要放大36%。

计算结果如表4所示。

从表中可以看到，本工程总桩数为161根。

桩位布置图详见附录结构施工图。

表4 初步确定桩数
五、承台尺寸设计及桩位布置
1、单桩承台
单桩承台尺寸为1.0m ×1.0m ，如图5所示。

图5 单桩承台尺寸
2、两桩承台
两桩承台尺寸为1.0m ×3.0m ，如图6所示。

其中， 2.0a S =m （4d =），满足要求。

图6 两桩承台尺寸
3、三桩承台
三桩承台为正三角形形式（只不过割掉了三个棱角），这样新的六边形尺寸为短边1.0m ，长边2.6m ，如图7所示。

其中， 2.0a S =m （4d =），满足要求。

图7 三桩承台尺寸
4、四桩承台
四桩承台尺寸为3.0m ×3.0m ，如图8所示。

其中， 2.0a S =m （4d =），满足要求。

图8 四桩承台尺寸
5、五桩承台
27—37、36—46号柱下的承台需设计成五桩联合承台。

但由于27—37、36—46号柱的尺寸不完全一样，所以需要分别进行偏心计算。

27—37承台：
B 轴柱荷载：1862×（1+36%）=2532 kN
C 轴柱荷载：2400×（1+36%）=3264 kN ∴ 合力作用点距C 轴的距离为
25323
25323264x ⨯=
+
1.31= m
取 1.3x =m
36—46承台：
B 轴柱荷载：1660×（1+36%）=2258 kN
C 轴柱荷载：2274×（1+36%）=3093 kN ∴ 合力作用点距C 轴的距离为
22583
22583093x ⨯=
+
1.27= m
也取 1.3x =m
故可见，27—37、36—46承台的荷载偏心情况差不多，桩位布置相同，即承台和群桩的中性轴距C 轴均为1.3m 。

五桩承台尺寸为3.0m ×5.0m ，如图9所示。

其中，a S 为桩间最小中心距，大小为2.0m （4d =），满足要求。

图9 五桩承台尺寸
6、六桩承台
2号柱、5号柱相距很近，且荷载很大。

由计算可知，柱下布桩桩数分别为2根和4根。

又因为承台之间需要浇筑联系梁进行连接，所以为便于施工，直接将2号柱、5号柱下的承台设计成六桩联合承台。

先进行偏心荷载计算。

2号柱荷载：1123×（1+36%）=1527 kN
5号柱荷载：3733×（1+36%）=5077 kN ∴ 合力作用点距2/C 轴的距离为
15273
15275077x ⨯=
+
0.69= m
取0.7x =m
即承台和群桩的中性轴距2/C 轴取0.7m 。

六桩承台尺寸为3.0m ×5.6m ，如图10所示。

其中， 2.0a S =m （4d =），满足要求。

图10 六桩承台尺寸
7、八桩承台
28—38、29—39、30—40、31—41、32—42、33—43、34—44、35—45号柱下的承台需设计成八桩联合承台形式。

由于每个承台的荷载偏心情况不一样，需分别进行计算，再统计取一个合理平均值，以确定承台和群桩的中性轴。

荷载偏心情况计算如下表5。

表5 八桩承台荷载偏心情况计算
柱号
B轴柱荷载
（kN）
B轴柱荷载放
大36%
（×（1+36%））
（kN）
C轴柱荷载
（kN）
C轴柱荷载放
大36%
（×（1+36%））
（kN）
合力作用点距C轴的距离
3
B
x
B C
⨯
=
+
轴柱荷载
轴柱荷载轴柱荷载
（m）28—3828293847 41615659 1.21 29—3925083411 39085315 1.17 30—4025783506 41695670 1.15 31—4124663354 40545513 1.13 32—4224623348 40535512 1.13 33—4325683492 41885696 1.14 34—4424543337 40615523 1.13 35—4524653352 40155460 1.14
故可取m
即承台和群桩的中性轴距C轴取1.2m。

八桩承台尺寸为3.0m×7.0m，如图11所示。

其中， 2.0
a
S=m（4d
=），满足要求。

图11 八桩承台尺寸
六、确定基桩（复合基桩）承载力特征值
该桩基属于非端承桩，由《建筑桩基技术规范》可知，当桩数少于4根时，不宜考虑承台效应。

所以这里，对于单桩承台、两桩承台和三桩承台均不考虑承台效应，其相应的基桩承载力特征值为1531a R R ==kN 。

而对于四桩承台、五桩承台、六桩承台和八桩承台，承台底面下并非欠固结土、新填土等，故承台底不会与土脱离，均应考虑承台效应，其相应的复合基桩承载力特征值按如下公式进行计算：
()/a c ak c c ps R R f A A A nA n
η=+=-
（这里处于非地震区，不考虑地震作用）
式中，c η——承台效应系数，按规范相应表格取值。

ak f ——承台下
1
2
承台宽度且不超过5m 深度范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值。

c A ——计算基桩所对应的承台底净面积。

ps A ——为桩身截面面积。

A ——为承台计算域面积，这里均为承台总面积。

1、四桩承台
桩间中心距 2.0a S =m ，桩径0.5d =m ，承台宽度 3.0c B =m ，桩长26.5l =m ∴
2.040.5a S d == ，
3.00.1130.426.5
c B l ==< ∴ 查表取0.14c η=
对于ak f ，取第○2层土的地基承载力特征值，即125ak f =kPa 又 3.0 3.09A =⨯=m 2
0.50.50.25ps A =⨯= m 2
4n =
∴ 940.25
()/24
c ps A A nA n -⨯=-=
= m 2
故 a c ak c R R f A η=+ 15310.141252=+⨯⨯
153135=+ 1566= kN
2、五桩承台
基桩为非正方形排列，桩间中心距 1.73a S ===m ，桩径0.5d =m ，承台宽度 3.0c B =m ，桩长26.5l =m
∴
1.73 3.50.5a S d == ， 3.0
0.1130.426.5
c B l ==< ∴ 查表取0.10c η=
对于ak f ，取第○2层土的地基承载力特征值，即125ak f =kPa 又 3.0 5.015A =⨯=m 2
0.50.50.25ps A =⨯= m 2
5n =
∴ 1550.25
()/ 2.755
c ps A A nA n -⨯=-== m 2
故 a c ak c R R f A η=+
15310.10125 2.75=+⨯⨯ 153134=+ 1565= kN
3、六桩承台
桩间中心距 2.0a S =m ，桩径0.5d =m ，承台宽度 3.0c B =m ，桩长26.5l =m ∴
2.040.5a S d == ，
3.00.1130.426.5
c B l ==< ∴ 查表取0.14c η=
对于ak f ，取第○2层土的地基承载力特征值，即125ak f =kPa 又 3.0 5.616.8A =⨯=m
2
0.50.50.25ps A =⨯= m 2
6n =
∴ 16.860.25
()/ 2.556
c ps A A nA n -⨯=-== m 2
故 a c ak c R R f A η=+
15310.14125 2.55=+⨯⨯
153145=+ 1576= kN
4、八桩承台
桩间中心距 2.0a S =m ，桩径0.5d =m ，承台宽度 3.0c B =m ，桩长26.5l =m ∴
2.040.5a S d == ，
3.00.1130.426.5
c B l ==< ∴ 查表取0.14c η=
对于ak f ，取第○2层土的地基承载力特征值，即125ak f =kPa 又 3.07.021A =⨯=m 2
0.50.50.25ps A =⨯= m 2
8n =
∴ 2180.25
()/ 2.3758
c ps A A nA n -⨯=-== m 2
故 a c ak c R R f A η=+
15310.14125 2.375=+⨯⨯ 153142=+ 1573= kN
七、桩顶作用效应验算
桩顶作用效应验算时，均应按荷载效应标准组合k S 进行计算。

但资料中所给组合值为基本组合值S ，换算时可参考《建筑结构荷载规范》中的公式 1.35k S S =进行换算。

而这里出于安全考虑，在已知S 而反算k S 的情况下，取 1.3
k S
S =。

同时注意，第九组的计算荷
载值均要放大
36%。

另外，按照小组分工情况，本人进行四桩承台和五桩承台的桩顶作用效应验算。

1、四桩承台
四桩承台共15个，即6号、9号～16号、20号～25号柱下的承台。

验算时，只需验算荷载较大的1个，即9号柱下的桩基。

（1）、最大轴力标准组合
承台埋深 2.1d =m ，平面尺寸为3.0m ×3.0m ，厚度 1.0H =m ，假设荷载作用于承台顶面处。

四桩承台桩顶作用效应验算示意图见图12。

图12 四桩承台桩顶作用效应验算示意图 4275(136%)44721.3k F ⨯+=
= kN 102(136%)1071.3
k M ⨯+== kN·m 58(136%)611.3k Q ⨯+== kN ∴ 10761 1.0168k M ∑=+⨯= kN·m
20 3.0 3.0 2.1378k G =⨯⨯⨯= kN
∴ 桩顶受力
44723781212.54
k k k F G N n ++=== kN 1566R <= kN
max max 2k k k k i F G M y N n y +∑⋅=
+∑ 24472378168 1.044 1.0
+⨯=+⨯ 1212.542=+
1254.5= kN 1.21879R <= kN max min 2k k k k i F G M y N n y +∑⋅=
-∑ 24472378168 1.044 1.0
+⨯=-⨯ 1212.542=-
1170.5= kN 0>
故满足要求。

（2）、最大弯矩标准组合
承台埋深 2.1d =m ，平面尺寸为3.0m ×3.0m ，厚度 1.0H =m ，假设荷载作用于承台顶面处。

4194(136%)43881.3
k F ⨯+=
= kN 212(136%)2221.3
k M ⨯+== kN·m 86(136%)901.3k Q ⨯+== kN ∴ 22290 1.0312k M ∑=+⨯= kN·m
20 3.0 3.0 2.1378k G =⨯⨯⨯= kN
∴ 桩顶受力
43883781191.54
k k k F G N n ++=== kN 1566R <= kN max max 2k k k k i F G M y N n y +∑⋅=
+∑ 2
4388378312 1.044 1.0+⨯=+⨯ 1191.578=+
1269.5= kN 1.21879R <= kN max min 2k k k k i F G M y N n y +∑⋅=
-∑ 24388378312 1.044 1.0
+⨯=-⨯ 1191.578
=-
1113.5= kN 0>
故满足要求。

2、五桩承台
五桩承台共2个，即27—37号、36—46号柱下的承台。

验算时，只需验算荷载较大的1个，即27—37号柱下的桩基。

（1）、最大轴力标准组合
承台埋深 2.1d =m ，平面尺寸为3.0m ×5.0m ，厚度 1.0H =m ，假设荷载作用于承台顶面处。

五桩承台桩顶作用效应验算示意图见图13。

图13 五桩承台桩顶作用效应验算示意图 (31212421)(136%)57981.3
k F +⨯+=
= kN (32104)(136%)1421.3
k M +⨯+== kN·m (2030)(136%)521.3k Q +⨯+== kN ∴ 14252 1.0194k M ∑=+⨯= kN·m
20 3.0 5.0 2.1630k G =⨯⨯⨯= kN
∴ 桩顶受力
57986301285.65
k k k F G N n ++=== kN 1565R <= kN max max 2k k k k i F G M y N n y +∑⋅=
+∑ 2
5798630194 2.054 2.0+⨯=+⨯ 1285.624.3=+
1309.9= kN 1.21878R <= kN max min 2k k k k i F G M y N n y +∑⋅=
-∑ 2
5798630194 2.054 2.0+⨯=-⨯ 1285.624.3=-
1261.3= kN 0>
故满足要求。

（2）、最大弯矩标准组合
承台埋深 2.1d =m ，平面尺寸为3.0m ×5.0m ，厚度 1.0H =m ，假设荷载作用于承台顶面处。

(30022048)(136%)52831.3
k F +⨯+=
= kN (197145)(136%)3581.3
k M +⨯+== kN·m (6263)(136%)1311.3k Q +⨯+== kN ∴ 358131 1.0489k M ∑=+⨯= kN·m
20 3.0 5.0 2.1630k G =⨯⨯⨯= kN
∴ 桩顶受力
52836301182.65
k k k F G N n ++=== kN 1565R <= kN max max 2k k k k i F G M y N n y +∑⋅=
+∑ 25283630489 2.054 2.0
+⨯=+⨯ 1182.661.1=+
1243.7= kN 1.21878R <= kN max min 2k k k k i F G M y N n y +∑⋅=
-∑
2
5283630489 2.054 2.0+⨯=-⨯ 1182.661.1=-
1121.5= kN 0>
故满足要求。

八、沉降计算
沉降计算时，应该按照荷载效应准永久组合值进行计算。

但是，所给资料中无荷载准永久组合，所以应该进行荷载换算。

但《建筑结构荷载规范》中没有准永久组合与标准组合、基本组合的换算公式，所以只能凭经验换算。

一般来说，标准组合值比准永久组合值大20%，故这里我们可以简单地假定荷载准永久组合值等于0.8倍最大轴力标准值。

由于本设计中，所有桩的中心间距均小于6d ，故可以采用等效作用分层总和法计算最终沉降量。

并且，这里假定采用引孔沉桩技术，不考虑挤土效应，即桩基沉降计算结果不用乘以1.3~1.8的挤土效应系数。

另外，由于沉降问题必须考虑基础的整体性，所以对于荷载相近、承台形式相同的柱，其基础沉降量可以看作近似相等，只要选择其中一个验算就可以了，而对于荷载相差较大或承台形式发生显著变化的柱，就必须分别进行验算。

同时，整栋建筑呈矩形，竖向刚度较大，并且荷载分布情况是四周较小而中间较大，所以可以判断整个基础是中间部分（即B 、C 轴）沉降较大，而两边（即A 、D 轴）沉降较小。

因而验算时，应选取横向轴上的桩基进行计算，因为这样可以很直观地反映出整栋建筑的变形情况。

综上所述，选择○1轴、○2轴、○3轴、○4轴、○10轴进行计算，而对于○5轴、○6轴、○
7轴、○8轴、○9轴上的桩基，其沉降量可以看作与○4轴相等。

按照小组分工情况，本人进行○3轴、○10轴的沉降计算。

1、○3轴
○
3轴上有5个承台，应分别进行计算。

（1）、10号柱
10号柱下承台为四桩承台，其承台形式与9号柱下承台完全相同。

又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故10号柱下桩基的最终沉降量与9号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知18.0s =mm []200s <=mm ， 故满足要求。

（2）、29—39号柱
29—39号柱下为八桩联合承台，其承台形式与28—38号柱下承台完全相同。

又二者土层分布情况也相同，故29—39号柱下桩基的沉降可参考28—38号柱下桩基的沉降，只不过
相关比值则取决于二者承台底部附加压力的比值。

竖向荷载准永久组合值
(39082508)(136%)0.86981F =+⨯+⨯= kN
∴ 基底附加压力
01122F G p d d A
γγ+=-- 698120 3.07.0 2.117.5 1.818.40.33.07.0
+⨯⨯⨯=-⨯-⨯⨯ 337.4= kPa
其值为28—38号柱下承台底面附加压力（即367.1 kPa ）的0.919倍。

∴ 29—39号柱下桩基的最终沉降量也是28—38号柱下桩基的最终沉降量的0.919倍，而由同组成员计算结果可知，28—38号柱下桩基的最终沉降量为34.2mm ，所以29—39号柱下桩基的最终沉降量
0.91934.231.4s =⨯= mm []200s <=mm
故满足要求。

（3）、3号柱
3号柱下为单桩承台，其承台形式与1号柱下承台完全相同。

又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故3号柱下桩基的最终沉降量与1号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知 5.3s =mm []200s <=mm ， 故满足要求。

（4）、6号柱
6号柱下承台为四桩承台，其承台形式与9号柱下承台完全相同。

又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故6号柱下桩基的最终沉降量与9号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知18.0s =mm []200s <=mm ， 故满足要求。

（5）、19号柱
19号柱下承台为三桩承台，其承台形式与4号柱下承台完全相同。

又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故19号柱下桩基的最终沉降量与4号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知9.4s =mm []200s <=mm ， 故满足要求。

2、○
10轴
○10轴上有4个承台，应分别进行计算。

（1）、17号柱
17号柱下承台为三桩承台，其承台形式与8号柱下承台完全相同。

又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故17号柱下桩基的最终沉降量与8号柱下桩基的最终沉降量相同，由同组成员计算结果可知8.2s =mm []200s <=mm ， 故满足要求。

（2）、36—46号柱
36—46号柱下为五桩联合承台，其承台形式与27—37号柱下承台完全相同。

又二者土
层分布情况也相同，故36—46号柱下桩基的沉降可参考27—37号柱下桩基的沉降，只不过相关比值则取决于二者承台底部附加压力的比值。

竖向荷载准永久组合值
(22741660)(136%)0.84280F =+⨯+⨯= kN
∴ 基底附加压力
01122F G p d d A
γγ+=-- 428020 3.0 5.0 2.117.5 1.818.40.33.0 5.0
+⨯⨯⨯=-⨯-⨯⨯ 290.3= kPa
其值为27—37号柱下承台底面附加压力（即314.1kPa ）的0.924倍。

∴ 36—46号柱下桩基的最终沉降量也是27—37号柱下桩基的最终沉降量的0.924倍，而由同组成员计算结果可知，27—37号柱下桩基的最终沉降量为16.0mm ，所以36—46号柱下桩基的最终沉降量
0.92416.014.8s =⨯= mm []200s <=mm
故满足要求。

（3）、7号柱
7号柱下为两桩承台，属于单排桩形式，本应该按照明德林解进行沉降计算，但按照明德林解计算竖向附加应力，再计算桩基沉降，过程相当繁琐。

同时，这里两桩承台的荷载并不很大，所以仍近似地采用等效作用分层总和法进行计算。

承台尺寸为1.0m ×3.0m 。

竖向荷载准永久组合值
1626(136%)0.81769F =⨯+⨯= kN
∴ 基底附加压力
01122F G p d d A
γγ+=-- 176920 1.0 3.0 2.117.5 1.818.40.31.0 3.0
+⨯⨯⨯=-⨯-⨯⨯ 594.6= kPa
再确定计算深度n Z ，n Z 按应力比法确定。

这里，桩端平面的自重应力
17.5 1.818.40.3(18.49.8)8.0(17.89.8)12.0(19.19.8) 5.3(19.79.8) 1.2c σ=⨯+⨯+-⨯+-⨯+-⨯+-⨯ 263.0= kPa
另外，在进行土层划分时，由于引入应力面积的概念，本可以按照天然土层面划分，但在本设计中，桩端平面以下为土层厚度较大的第○5层土，不宜按照天然土层面划分。

所以这里取1倍承台面宽度，即约3m ，作为每层土的厚度。

因此，桩端平面下土的自重应力c σ和附加应力z σ（04z p σα=）的计算结果如表6所示。

表6 7号柱下桩基的c σ、z σ计算
在 6.0Z =m 处，
21.40.070.2322.4
z c σσ==<，故可取 6.0n Z =m 。

沉降量's 的计算结果如表7所示。

表7 7号柱下桩基的沉降计算
∴ mm
又由于计算深度范围内压缩模量当量值8.6s si E E ==MPa < 10 MPa ∴ 取桩基沉降计算经验系数为 1.2ψ=。

然后再确定桩基等效沉降系数e ψ。

∵ 3.0c L = m ， 1.0c B = m ∴ 0.821b n ===<，取1b n = 在计算
a
S d 时，由于两桩承台下为规则布桩，且 2.0a S =m ，0.5d =m ∴ 2.040.5
a S d ==
又长径比
26.5
530.5
l d ==， 3.031.0c c L B =
= ∴ 查表得00.105C =，1 1.760C =，27.540C = ∴ 0121110.1050.105
(1) 1.760(11)7.540
b e b n C C n C ψ--=+
=+=-+⨯-+
∴ 7号柱下桩基的最终沉降量
'e s s ψψ=⋅⋅ 1.20.105107.0=⨯⨯
13.5=mm []200s <=mm
故满足要求。

（4）、26号柱
26号柱下承台为两桩承台，其承台形式与7号柱下承台完全相同。

又二者土层分布情况也相同，且荷载也近似相等，故26号柱下桩基的最终沉降量与7号柱下桩基的最终沉降量相同，即13.5s =mm []200s <=mm ， 故满足要求。

3、沉降分析
整理并综合小组其他成员的计算结果，可以绘制如图14所示的沉降分布图。

从沉降分布图中可以看到，整个地基基础的沉降分布比较符合一般的沉降等值线规律，即四周较小，而中间较大。

但局部地区，如1~6号柱地区，其沉降有较大的起伏，不符合实际情况。

因为在实际过程中，必须考虑基础的整体刚度和上部结构刚度对差异沉降的调整。

所以，这里可以忽略该局部的计算误差，从而可以得到如图15所示的沉降等值线图。

通过分析可以看到，最大沉降约为31.4mm ，小于规范允许值200mm ，横向最大差异沉降为
131.418.013.4s ∆=-=mm 0[]0.0020.002780015.6l <∆==⨯=mm
（这里，0l 为相邻柱下桩基的距离，即B 、C 轴柱下联合承台中性轴至A 轴柱下承台中性轴的距离，其值为7800mm ）
对于纵向最大差异沉降，主要考虑○1轴与○2轴、○10轴与○9轴的差异沉降，同时考虑纵向整体刚度较大，差异沉降值计算偏大，可以假定乘以0.7的折减系数，所以纵向最大差异沉降为
20.7(31.414.8)11.6s ∆=⨯-=mm 0[]0.0020.002600012.0l <∆==⨯=mm
（这里，0l 为相邻柱下桩基的距离，即横向各轴的间距，其值为6000mm ） 故综上所述，本设计中桩基的沉降变形满足要求。

九、桩身结构设计和计算
本设计中，桩身采用混凝土强度等级C30（14.3c f =N/mm 2
， 1.43t f =N/mm 2
），主筋强
度等级Ⅱ级（即HRB335，'300y y f f ==N/mm 2
），箍筋强度等级Ⅰ级（即HPB300，
'270y y f f ==N/mm 2）。

注意进行计算时，荷载值均取基本组合值。

1、配筋计算
本设计中，两段桩长均为14m 。

采用两点起吊运输、单点吊立竖起的方式进行计算，吊点位置如图16所示。

图16 吊点位置示意图
此时，桩身弯矩为：
两点起吊：2
120.0214M M KqL == 单点吊立：2
120.0429M M KqL ==
其中，K 为动力系数，取1.5。

q 为桩单位长度自重，即2
0.525 1.358.438q =⨯⨯= kN/m 。

（这里1.35为恒荷载分项系数，主要是考虑桩身结构设计时，荷载效应取基本
组合值，故需乘以1.35的分项系数。

） L 取14m 。

则 2
max 0.0429M KqL =
2
0.0429 1.58.43814=⨯⨯⨯
106.4= kN ·m
取纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度为40mm ，则桩身截面的有效高度为
050040460h =-= mm
进行配筋计算时，偏于安全考虑，仍采用单筋矩形截面受弯的计算公式。

同时，为避免求解一元二次方程，将受弯承载力公式简化为
2100
s c y s s M f bh M f A h ααγ==
∴ 2
10s c M
f bh αα=
6
2
106.4101.014.3500460
⨯=⨯⨯⨯ 0.07033=
查表得，0.9633s γ=，0.0733ξ= ∴ 桩身受拉主筋配筋量
6
0106.410800.40.9633300460
s s y M A f h γ⨯===⨯⨯ mm 2
∴ 单侧钢筋选用3B25（1473s A =mm 2
），而整个截面的主筋则为8B25（3927s A =mm 2
）。

其配筋率为min 03927
1.71%0.6%500460
s A bh ρρ=
==>=⨯，满足要求。

桩身截面示意图如图17
所示。

对于箍筋，按构造要求选取，选择直径8mm，中间段间距取200mm（即A8@200），加密
段间距取100mm（即A8@100），加密范围为两端各4d，即2000mm。

并且对于上段桩顶，考虑其与承台的连接时需要凿去部分混凝土以露出主筋使其锚入承台，其加密范围设计成3000mm。

桩尖部分箍筋也应该加密，并且由于桩尖在沉桩过程中受力较大，易破坏，加密程度应更大，所以箍筋间距取50mm（即A8@50）。

这里，桩尖设计成楔形，长度取1.5d，即750mm。

由于保护层原因，箍筋加密范围小于750mm，取650mm。

在桩尖还要设置一根800mm长的B25钢筋，超出桩尖长度为50mm。

图17 桩身截面示意图图18 网片示意图其次，每段箍筋加密范围内，设置5层钢筋网片，以提高局部承压能力。

网片钢筋选取A8，布置间距取50mm，钢筋网片应与桩端箍筋相连。

网片布置位置详见结构施工图。

网片示意图如图18所示。

图19 桩身配筋示意图
同时，上、下段桩的连接采用焊接方式。

为便于焊接，上、下两段需分别预埋钢板（或称钢帽），钢帽应该与桩身主筋焊接相连。

钢帽截面与桩截面相同，即500mm ×500mm ，高度为250mm 。

另外，为便于起吊、吊立，在两桩端0.293L （即4100mm ）处，应该预埋吊环。

吊环的埋置应该满足一定的构造要求，详见结构施工图。

图19为桩身配筋示意图。

2、桩身强度验算
由于桩顶以下5d （即2500mm ）范围内的桩身箍筋间距为200mm ，大于100mm ，所以桩的强度计算公式为
1.00.8514.3500500c c p f A ϕψ=⨯⨯⨯⨯
33038.810=⨯ N
3038.8= kN 1531R >= kN
这里，ϕ为稳定系数，取1.0。

c ψ为基桩成桩工艺系数。

由于是混凝土预制桩，故取0.85。

c f 为混凝土抗压强度。

p A 为桩身截面面积。

显然，桩身强度满足要求。

十、承台结构设计和计算
本设计中，承台采用混凝土强度等级C30（14.3c f =N/mm 2
， 1.43t f =N/mm 2
），主筋强
度等级Ⅱ级（即HRB335，'300y y f f ==N/mm 2
），箍筋强度等级Ⅰ级（即HPB300，
'270y y f f ==N/mm 2）。

注意进行计算时，荷载值均取基本组合值。

同时，第九组荷载应该放大36%。

另外，承台设计时，承台底面布置C10素混凝土垫层，厚度取100mm ，四周宽出承台边缘100mm 。

承台底面钢筋的混凝土保护层厚度取60mm ，即承台的有效高度为
010*******h =-= mm （这里，均初步取承台厚度为1000mm 。

）
对于桩与承台的连接，桩嵌入承台内的长度取60mm ，混凝土桩的桩顶纵向主筋锚入承
台长度取900mm （大于35d ）。

施工时，待压桩完毕后可凿去桩顶混凝土以露出主筋使其锚入承台。

对于柱与承台的连接，柱的纵向主筋锚入承台长度也取900mm （大于35d ）。

施工时，承台可与底层框架柱同时现浇，以提高建筑的整体稳定性。

由于柱、承台、桩的混凝土强度等级相同，均为C30，所以无需进行局部受压计算，只需进行受弯、受冲切、受剪计算。

按照小组分工，本人进行四桩承台、五桩承台的结构设计和计算。

1、四桩承台
四桩承台共15个，即6号、9号～16号、20号～25号柱下的承台。

计算时，只需计算荷载较大的1个，即9号柱下的承台。

虽然6号、9号～16号、20号～25号柱的尺寸不一样，6号柱为700mm ×600mm ，9号～16号柱为600mm ×600mm ，20号～25号柱为800mm ×600mm ，计算时，结果可能有所差异，但它们相差甚微，仍只需计算9号柱下的承台。

（1）、受弯计算
图20 四桩承台受弯计算示意图
图20为四桩承台受弯计算示意图，其中700i i x y ==mm 。

由单桩反力可知，桩顶最大反力max 1269.5k N =kN ，扣除承台及其上土重，并换算成基本组合值（换算时，标准组合值乘以1.35的分项系数即为基本组合值），则
max max 378
() 1.35(1269.5) 1.351586.34
k j k G N N n =-
⨯=-⨯=kN 这里，20 3.0 3.0 2.1378k G =⨯⨯⨯=kN 。

∴ 21586.30.72220.8x y i i i i M M N y N x ==∑=∑=⨯⨯=kN ·m ∴ 横、纵向配筋
6
002220.81087500.90.90.9300940
y x s y y M M A f h f h ⨯====⨯⨯ mm 2
采用20B25@150（9817s A =mm 2
）。

∴ min 09817
0.35%0.15%3000940
s A bh ρρ=
==>=⨯，满足要求。

（2）、受冲切计算
○
1、柱对承台的冲切 图21为四桩承台柱对承台的冲切计算示意图。

图21 四桩承台柱对承台的冲切计算示意图
00450x y a a ==mm ，
600c c b h ==mm ，0940h =mm
∴ 000000450
0.4790.25940
y x x y a a h h λλ==
===>，且00 1.0x y λλ=< ∴ 00000.840.840.84
1.2370.20.20.4790.2
x y x y ββλλ=====+++
又 1000h =mm
∴ 插值得0.983hp β=
∴ 000002[()()]x c y y c x hp t b a h a f h βββ+++
=⨯⨯++⨯+⨯⨯⨯
2[1.237(600450) 1.237(600450)]0.983 1.43940
36864.910=⨯ N
6864.9= kN
再计算l i F F Q =-∑。

这里，i Q ∑为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下冲切破坏锥体内各基桩的反力设计值之和。

由于冲切破坏锥体内无任何基桩，故为0。

而F 为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下柱底的竖向荷载设计值。

在桩顶作用效应验算时可知，4472k F =kN 。

换算成基本组合值，则4472 1.356037.2F =⨯= kN 。

∴ 6037.206037.2l i F F Q =-∑=-= kN
000002[()()]6864.9x c y y c x hp t b a h a f h βββ<+++= kN ，满足要求。

○
2、角桩对承台的冲切 图22为四桩承台角桩对承台的冲切计算示意图。

图22 四桩承台角桩对承台的冲切计算示意图
11450x y a a ==mm ，
12750c c ==mm ，600c c b h ==mm ，0940h =mm ∴ 1
111004500.4790.25940
y x x y a a h h λλ=====>，且11 1.0x y λλ=<
∴ 11110.560.560.56
0.8250.20.20.4790.2
x y x y ββλλ==
===+++ 又 1000h =mm ∴ 插值得0.983hp β=
∴ 1211110[(/2)(/2)]x y y x hp t c a c a f h βββ+++
[0.825(750450/2)0.825(750450/2)]0.983 1.43940=⨯++⨯+⨯⨯⨯
32125.710=⨯ N
2125.7= kN
再计算l N 。

这里，l N 为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩的反力设计值。

∴ max 1586.3l j N N == kN
1211110[(/2)(/2)]2125.7x y y x hp t c a c a f h βββ<+++= kN ，满足要求。

（3）、受剪计算
图23为四桩承台受剪计算示意图。

图23 四桩承台受剪计算示意图
450x y a a ==mm ，003000x y b b ==mm ， 0940h =mm。