福建工程学院 基础工程课程设计 参考

一、设计资料
1.1 建筑物资料
某高校学生公寓楼，上部结构为钢筋混凝土框架结构。

抗震设防烈度为7度，抗震等级为3级。

室内外高差为400mm，柱底受竖向荷载为6340KN，受弯矩为475.5m
KN⋅。

1.2 岩土工程勘察资料
场地地下水类型为潜水，各钻孔混合地下水稳定水位埋深为1.2m，根据已有资料，该场地地下水对混凝土结构和钢结构具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋不具有腐蚀性。

建筑地基的土层分布情况及各土层物理-力学指标见下表
序号土层名称重度r
3
/m
KN
压缩
模量
地基承载力特
征值()
kpa
f
ak
预应力管桩极限承
载力标准值()
kpa
冲钻孔桩极限
承载力标准值
（kpa）2
1-
s
E
MPa
推荐值
sik
q
pk
q
sik
q
pk
q
(1) 粉质粘土18.1 4.80 120 46 34
(2) 淤泥质土15.1 1.93 45 22 18
(3) 粉质粘土18.9 5.73 150 52 36
(4) 淤泥质土16.7 2.91 50 24 18
(5) 中细砂18.5 7.50 150 52 38
(6) 粉质粘土18.3 6.56 170 56 38
(7) 淤泥质土15.5 3.53 55 26 20
(8) 圆砺 20.0
12.00 280 86 8000 68 2400
(9) 残积砂质粘性土 17.5 4.43 200 70 8500 58 2600
(10) 全分化花岗岩
20.0 13.00 310 90 9000 78 3000
(11)
强风化岩 21.0 15.00
500 120 10000 100 3500
二、选择桩型、桩长和截面尺寸 2.1 选择桩型
因柱底荷载大，不宜采用浅基础，本设计用桩基础。

在对以上收集资料
进行分析研究的基础上，针对土层分布情况，考虑施工条件、设备和技术等因素，决定采用摩擦桩以及挤土桩。

2.2 选择承台埋深及桩的几何尺寸
本设计选择强风化花岗岩（9）作为桩端持力层。

桩型选用PHC 管桩，桩身混凝土强度为C80，截面尺寸为直径400mm 。

由于地下水埋深为1.2m,选择承台埋深为1.40m 。

桩端全断面进入持力层本设计取1m 。

则工程桩入土深度为m h 2.3413543.35.574.23=++++++++=
桩基的有效桩长即为34.2-2.0=32.2m 。

三、 确定单桩竖向承载力特征值，确定桩数并进行桩的布置 3.1确定单桩竖向承载力特征值
p pk i sik p UK A q l q u Q +=∑=3.14×0.4×（46×1.6+22×2.4+52×7+24×5.5
+52×3.3+56×4+26×5+86×3+70×1）+8500×3.14×22.0=2910 KN
KN
R a 14552/2910==
3.2确定水平承载力特征值
()⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯±+=
n
t m N g m
o
t m
Ha A f N
V w f R γξραγ
12225.1 ()[]()[]()KN
KN R V A W EI C m MN m E I Ha N m g 50.51480.514101.4322092.501.4%0225.2126
.90520
.00103.41213.4026
.900.41.4102.2513.40.5014
.5010.401-7.66132
.8
04.13520
.0010
.70.401-7.662.4
032
.404.13413
.0125
.001035.8099.0104b m 30,/0.4,210
3m 125.00.4
04.1364
199.0.50.40.51.90b %4.03
3
m h 2
-2
n 2
-2
2
o 5
4
3
5
4
4
c 44
o ≥=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=
=>=⨯===⨯⨯+⨯=
=⨯⨯⨯+⨯==⨯⨯⨯⨯⨯=
⨯=
==⨯==⨯⨯==+⨯==，故，混凝土采用，，）（，αξαγρ满足要求
3.3确定桩数并进行桩的布置 柱底受竖向荷载：F=6340KN ，M=475.5m
KN
⋅
初步估算桩数,由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规范中建议取
1.1～1.2，本设计取1.2 即： ()根23.51455
63402.12.1≥n =⨯
=⨯a
R F
暂取n ＝6根。

按查表：桩距 m b s p 2.14.033=×== 承台长边：()m a 2.32.14.02=+⨯= 承台短边：()m b 0.26.04.02=+⨯= 桩布置入下：
四、 桩身结构设计 4.1 吊装点
桩的截面尺寸为直径400㎜，桩长32.2m ，采用2根10m 和一根10.2m 的桩进行相接。

因各根桩的长度不大，桩的吊装及吊立时的吊立布置，采用同一个位置。

4.2桩身结构设计计算
桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。

桩轴心受压时 KN Ra Q 19024/63402.12.1=⨯=⨯=
由于采用的是高强PHC 管桩，混凝土强度C80，MPa f c 9.35= KN f A c c p 78.338175.09.35200
14.32
=⨯⨯⨯=ϕ
因为c c p f A Q ϕ≤，则符合要求。

这里的Q 是扣除承台和其上土自重后，相应于荷载效应基本组合的单桩竖向力设计值。

打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8％。

则
2
2
8.1004200
14.3%8.0≥mm
A S =××
配置6根HRB400级直径为16mm 的钢筋，采用通长配筋；21206mm A S = (符合要求)
A.桩身强度验算：
R
kN A f A f s y c c >=⨯+⨯⨯⨯⨯=+2.4943)1206360200
14.39.350.1(0.1)(2
ψϕ＝
1280kN 故满足要求
B.桩的箍筋计算：
可以按构造配筋Φ8@300 As ＝100.62mm ，2/22.2mm N f t =
2
/10.2mm N f f yv y ==
yv
sv f t
f =
min ,ρ＝0.24×2.22/210＝0.254％ 2
1r
14.3sv sv nA =
ρ＝（2×50.3）/（3.14×2002）＝0.32％>min ,sv ρ 满足要求
五、桩基承载力验算 5.1桩顶荷载
荷载取柱的max N 组合：F ＝6340kN ，M ＝475.5 kN*m 承台高度为0.9m 厚，荷载作用于承台顶面。

桩基设计安全等级为乙级，建筑物的重要性系数0λ＝1.0.
KN n
G F Q k
k k 5.10866
4
.10.22.3206340=⨯⨯⨯+=
+=
KN
KN x
x H M
n
G F Q i
k yk
k
k ik 4.1085.10862
.142
.1)9.0505.475(5.1086)(2
2max
∑±=⨯⨯⨯+±=+±
+=
5.2单桩承载力验算
)(1455≤5.1086满足要求KN R KN Q a k == KN R KN Q a k 17462.1≤11950.1γmax o =⨯=
0≥1.978min KN Q k = Ha
ik R H ≤
不论桩周土的类别如何，单桩的竖向受震承载力均可提高25%。

对于抗震设防区必须进行抗震验算的桩基，可按下列公式验算单桩的竖向承载力：
)(75.181825.1≤5.1086符合KN R KN Q a k ==
)(5.21825.1≤1195max 符合KN R KN Q a k ==
5.3群桩沉降计算
对摩擦桩应进行桩基沉降计算。

[]∆≤'=S s o ψ
采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算,采用应力面积法计算最终沉降量。

竖向荷载标准值kN
F 6340=
基底处压力kpa A
G F p 625.10182
.30.24
.12.30.2206340=⨯⨯⨯⨯+=
+=
基底自重压力kpa
d
34.232.01.82.11.18γ=⨯+⨯=
基底处的附加应力kPa
d P P 285.99534.23625.1018γ-0
=-==
根据b=2.0查表得m 3.0z =∆
基础沉降量计算如下表： Z(m)
α—z
/mm s i '
∆
mm i
s /∑'
∆
b l b
z i _α11
__---z i i i z z α
α)
(kPa E si
0 1.6 0.00 1 0 1.6 1.6 1.6 0.8316 1.3306 1.3306 4800 275.90 275.90 4.0 1.6 3.4 0.5176 2.0704 0.7398 1930 381.51 657.41 11.0 1.6 10.4 0.2290 2.5190 0.4468 5730 77.61 736.02 16.5 1.6 15.9 0.1585 2.6125 0.0935 2910 31.98 767.00 19.8
1.6
16.5
0.1334
2.6413
0.0288
7500
3.82
770.82
计算沉降量 'S ＝770.82
因为z ∆厚度范围的土层计算沉降量为：3.82mm<0.025×770.82mm=19.27mm ，满足要求，沉降深度可取19.8进行计算。

s
E -
=
si
1
i
1/∑∑E A
A
n
i n
i i
===
82
.7706413
.2285.995⨯=3.41Mpa
由于a ak pa o kp k 500f ≥285.995p ==，查表得：
167
.1ψ=s 。

所以，桩基础最终沉降量's ψS S ==mm
55.89982.770167
.1=⨯
5.4桩基软弱下卧层承载力验算
因为在持力层下有不存在软弱下卧层，无需进行下卧层承载力验算。

六、 桩承台设计
6.1承台设计
承台底钢筋混泥土保护层成厚度取70mm ，混凝土强度等级为C45，受力钢筋采用HRB335级钢筋，非受力钢筋取HPB235。

kN N 6340max =，
m
kN M
5.475max
=，2/300f mm N y = 2/1.21f mm N c =2/0.18f mm N t =，
初步拟定承台厚1100mm 。

KN F F K 8559634035.135.1=⨯== M KN M
M K
.9.6415.47535.135.1=⨯==
扣除承台和其上填土自重后的桩顶竖向力设计值：
KN
n
F N 5.14266/8559===
∑2
max
max
min i
x Mx N N ±
==73
.1335.14262
.142.19.6415.14262
±=⨯⨯±
6.2承台受弯承载力计算
M KN y N M
i i x
.8.1604375.05.14263∑=⨯⨯==
2
6
1.7161830
3009.010
8.16049.0mm
h f M
A y X
s =⨯⨯⨯=
=
选用1628)mm 960000023200×%15.08.9844(2
2
=⨯>=mm A S 沿平行
y 轴方向
均匀布置
M KN x N M
i i y
.4.28089.01560.23×2∑=⨯==
2
6
y
97.12531830
3009.010
4.28089.0mm
h f M
A y s =⨯⨯⨯=
=
选用2128)
960020003200×%15.03.12921(2
2
mm mm A S =⨯>=沿平行x 轴方向
均匀布置
6.3承台受冲切计算： 6.3.1柱对承台受冲切承载力计算
承台厚度H ＝0.9m, 桩顶嵌入承台50mm ，承台底保护层厚度取70mm ，计算截面处的有效高度m h 83070-9000==。

冲切力855908559=-=-=∑i l N F F KN 冲垮比 o x λ＝
h a ox ＝
830
.07.0＝0.843（<1.0）
oy λ＝
h a oy ＝
830
.0175.0＝0.211 (>0.2)
冲切系数 2
.0λ84.0β+=
ox ox ＝
2
.0843.084.0+=0.805
2
.0λ84.0β+=
oy oy
＝
2
.0211.084
.0+＝2.044
承台高度 h=900mm
0.992
800)-(900800
20009.011β=⨯---
=hp
=t f 1.80 N/㎜
hp )]()([2h f a h a b t ox c oy oy c ox βββ+++
＝2×[0.805×(0.450+0.175)+2.044×(0.6+0.7)] ×0.992×1100×0.830 ＝10263 KN >l F ＝kN 8559 （可以）
6.3.2角桩对承台的冲切
==21c c 0.6
m =x a 10.7m =y a 10.175m 0.1843.0830.0/7.0λ0
11<===
h a x x
211.0830.0/175.0λ0
1y 1===
h a y
573
.02
.0843.056.02
.0λ56.0β11=+=
+=
x x 、363.12
.0211.056.02
.0λ56.0β11=+=
+=
x y
0111121)]2
()2
([h f a c a c t x y y x +++ββ
＝[0.573×(0.6+0.175/2)+ 1.363×(0.6+0.7/2)]0.992 ×1100×0.830 ＝1570KN>max N =1560.23KN （可以）
6.3.3承台受剪切承载力验算
受剪切承载力截面高度影响系数hs β计算：
939.0)1030
800(
)800(
β41
41
===h hs
I －I 截面：
之间）介于3~3.0(834.0λλ==ox x
剪切系数：950
.01
843.075.11
λ75.1βo =+=
+=
x
00h b f t hs ββ＝0.991×0.950×1100×2.0×0.830＝3250kN >2max N ＝3120KN
满足要求
II －II 截面：
3
.021.0λλ<==oy y 取0.3
346
.11
3.075.11
λ75.1β=+=+=y
＝00h b f t hs ββ0.991×1.346×1100×3.2×0.830＝5155 kN >3max N ＝4680.69KN
满足要求
6.3.4承台局部受压验算
由于承台的混凝土强度等级为C45，桩的混凝土强度等级为C80，因此按《混凝土结构设计规范》对承台的局部受压承载力进行验算：
l c A f N 9.0≤
KN
N kN A f l c 5.14261.2385200
14.31.219.09.02
=>=⨯⨯⨯=
满足要求
八、 参 考 文 献
【1】 中华人民共和国国家标准·《 建筑桩基础技术规范（JGJ94—94） 》·北京，中国建筑工业出版社，2002
《基础工程》课程设计——福建工程学院土木工程专业
【2】中华人民共和国国家标准·《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】中华人民共和国国家标准·《混凝土结构设计规范（GB20010—2002）》·北京，中国建筑工业出版社，2002
【4】丁星编著·《桩基础课程设计指导与设计实例》·成都：四川大学建筑与环境学院，2006
【5】王广月，王盛桂，付志前编著·《地基基础工程》·北京：中国水利水电出版社，2001
【6】赵明华主编，徐学燕副主编·《基础工程》·北京：高等教育出版社，2003
【7】陈希哲编著·《土力学地基基础》·北京：清华大学出版社，2004
【8】熊峰，李章政，李碧雄，贾正甫编著·《结构设计原理》·北京：科学出版社，2002
第11页共12页。