基础工程灌注桩设计说明

基础工程课程设计
题目灌注桩基础设计
学部城建学部
专业土木工程
班级
学号
学生
指导教师
日期 2014-12-05
第一章桩基础地质条件概述
1.1地形
拟建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾
1.2工程地质条件
第一层土：素填土，层厚1.5m，稍湿，松散，承载力特征值f=95kPa 第二层土：淤泥质土，层厚3.3m，流塑，承载力特征值f ak=65kPa
第三层土：粉砂，层厚6.6m，稍密，承载力特征值f ak=110kPa
第四层土：粉质黏土，层厚4.2m，湿，可塑，承载力特征值f ak=165kPa 第五层土：粉砂层，钻孔未穿孔，中密-密实，承载力特征值f ak=280kPa 1.3岩土设计参数
表1-1 地基岩土物理参数
表1-2 桩的极限侧阻力标准值q sk和极限端阻力标准值q pk单位：kPa
1.4水文地质条件
拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性
地下水位深度：位于地表下3.5m
1.5场地条件
建筑物所处场地抗震设防烈度为7度，场地无可液化砂土、粉土
1.6上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m，宽9.6m。

室外地坪标高同自然地面，室外差450mm。

柱截面尺寸为400mm×400mm，横向承重，柱网布置如图1-1
图1-1网布置图
1.7上部结构荷载
上部荷载（柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值）如表
1-3、1-4
表1-3 柱底荷载效应标准组合值
题号
F K（kN）M K(kN×m) V K（kN）
A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴
9 2310 2690 2970 275 231 238 165 162 153
表1-4 柱底荷载效应基本组合值
题号
F（kN）M（N*m）V（kN）
A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴
9 2910 3790 3430 286 251 266 204 188 196 1.8材料
混凝土材料强度等级为C25-C30，钢筋采用HPB235、HRB335级。

第二章 灌注桩设计
1）灌注桩基设计设计方案
初步选择持力层，确定桩型和尺寸
室外地坪标高为-0.45m ，自然地坪标高同室外地坪标高。

不再进行沉降计算，拟采用直径为500mm 的混凝土沉管灌注桩。

选用第五层土粉砂层为持力层，由《建筑桩基设计规》可知，桩尖深入持力层的长度不宜小于1.5（1.5d =0.675m ），这里取0.75m ，设计桩长15.0m ，承台高0.95m ，承台底面埋置深度-1.5m ，桩顶伸入承台50mm ，桩顶标高-1.55m ，桩底标高为-16.55m ，桩长为15.0m 。

2）单桩承载力计算
查《建筑桩基设计规》得表2-1:
表2-1 土侧（端）阻标准值及其深度
（1）单桩竖向极限承载力标准值计算
单桩竖向极限承载力标准值计算：
∑+=+=pk
p i sik p pk sk uk q A l q u Q Q Q （3-1）
()3.140.500.1522 3.328 6.645 4.2600.75751100.5kN
sk Q =⨯⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯= （3-2）
kN 6.17690050.014.34
1
2=⨯⨯⨯=
pk Q （3-3） 1100.5176.61277.1kN uk sk pk Q Q Q =+=+=
（2）基桩竖向荷载承载力设计值计算
承台底部地基土较为松软的填土，压缩性大，因此不需考虑承台土效应，即0=c η，则
1277.1
638.6kN 2uk a Q R R K ==== （3-4）
根据上部荷载初步估计桩数为：
2310 3.62638.6
k a F n R =
== （3-5） 初步设计桩数为4根。

桩基验算
根据《建筑桩基设计规》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取效应的标准组合值
由于装机所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地无可液化砂土、粉土问题，因此可不进行地震效应的竖向承载力验算。

根据初步设计桩数采用正方形承台，由《建筑桩基设计规》桩间距为设计为3d ，桩中心距承台边缘为d ，则承台初步设计为2500mm ×2500mm ，如图2-1
图2-1 承台平面布置
2.50 2.50 1.520187.5kN k G =⨯⨯⨯= （3-6） 计算时取荷载标准组合，则
2310187.5624.38638.64k k k F G Q kN Ra n ++===<= 故而如此设计是合理的
承台最终验算
计算时取荷载标准组合，则
max max 2
(2751650.75)0.75)
624.38624.38132.9240.750.75757.30 1.2R 766.32kN Y k k M N N y kN +⨯⨯=+
=+=+⨯⨯=<=∑ （3-8） max
min (2231580.75)0.75
N 624.38624.38-113.83
2
40.750.75
491.460
y k k M N y kN +⨯⨯=-
=-
=⨯⨯=>∑ （3-9） 满足设计要求，故此次设计是合理的。

3）承台设计
根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.5m ×2.5m 如图2-2，初步设计承台厚0.95m ，承台混凝土选用C25，f t =1.27N/mm 2,f c =11.9N/mm 2；承台钢筋选用HRB335级，f y =300N/mm 2。

图2-2 承台平面布置
4）抗弯计算与配筋设计
承台力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反设计值为：
各桩平均竖向力 1.35779.6k F
N kN n
==
最大竖向max max
1.35 1.35(779.613
2.92)1231.90y k j M x F N kN n x ⎡⎤=+=⨯+=⎢⎥⎢⎥⎣⎦
∑
对于I-I 断面：
max 221231.900.501355.09y i i i M N x N X kN ==⨯=⨯⨯=∑ 钢筋面积
6
21355.091055970.90.9300900
Y s y o M A mm f h ⨯===⨯⨯
采用20根直径为22mm 钢筋，27600S A mm =，平行于X 轴布置。

对于∏-∏断面：
max 22779.60.55857.56y i i i M N y N y kN ==⨯=⨯⨯=∑ 钢筋面积
6
2857.561035310.90.9300900
x s y o M A mm f h ⨯===⨯⨯
采用15根直径为20mm 钢筋，24467mm A S =，平行于Y 轴布置。

5）承台厚度及受冲切承载力验算
承台保护层厚度50mm ，则h 0=950-50=900mm
由于基桩为圆形桩。

计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为：
mm d b p 4005008.08.0=⨯==
1、柱对承台冲切
由《建筑桩基设计规》承台受桩冲切的承载力应满足：
0)]()([2h f a a a b F t hp ox c oy oy c ox l βββ+++≤
柱边至最近桩边水平距离：
mm a a oy ox 350==
冲垮比：
39.0900
350
===
=o ox oy ox h a λλ 冲切系数：
4.12
.039.084
.02.084.0=+=+=
=ox oy ox λββ
承台受冲切承载力截面高度影响系数：
9875.0=hp β
则有
[]
[]kN
h f a a a b o
t hp ox c oy oy c ox 6.474090.01270987.0)35.04.0(4.1)35.04.0(4.12)()(2=⨯⨯⨯+⨯++⨯⨯=+++βββ
kN kN N
F F i
6.47403680036801<=-=-
=∑
故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求 2、角桩冲切的验算
承台受角桩冲切的承载力应满足：
11112122h f a c a c N t hp x y y x l βββ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛
++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+≤
角桩侧边缘至承台外边缘距离：
mm c c 70021== 柱边至最近桩边水平距离： mm a a oy ox 350==
角桩冲垮比：
39.09
.035
.0111===
=o x y x h a λλ （在0.25-1.0之间） 角桩冲切系数：
95.02
.039.056
.02.056.0=+=+=
=ox oy ox λββ
则有
kN
h f a c a c o t hp x y y x 48.187690.012709875.0)235.07.0(95.0)235.07.0(95.0)21()2(111121=⨯⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣
⎡
+⨯++⨯=⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+++βββ kN kN N N 48.187602.1532max 1<==
故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求
6 )承台受剪承载力计算
承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处
0bh f V t hs ββ≤ 受剪面承载力截面高度影响系数：
9875
.08004
1
0=⎪⎪⎭⎫
⎝⎛=h hs β
计算截面剪跨比：
39.0900
350===
=o ox y x h a λλ (在0.25-3.0之间)
剪切系数：
259.11
75
.1=+=λβ
kN
bh f o
t hs 62.355290.05.21270259.19875.0=⨯⨯⨯⨯=ββ
kN kN N V 62.355204.306402.153222max <=⨯=⨯=
故满足抗剪切要求
取基桩净反力最大值： 2
6
21max 06.6935900
3009.01022.16859.022.168555.002.1532202.1532mm h f M A A kN
y
N M kN
N o y S S i
i x =⨯⨯⨯====⨯⨯==
=∑
由《建筑桩基设计规》“承台纵向受力钢筋的直径不应小于12mm ，间距不应大于200mm ，柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%”
承台纵横方向选用直径为18mm 的HRB 钢筋间距为140mm ，则钢筋根数为
n =2500/140+1=19,实际钢筋A s =19⨯254.5=4835.5mm 2
最小配筋率:
%15.0%215.090025005
.4835min >=⨯=ρ
故配筋满足要求
7）承台构造设计
混凝土桩桩顶伸入承台长度50mm ，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.65m ，与承台顶齐平，梁宽250mm ，梁高400mm 。

承台底做100mm 厚C10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm 。

8）桩身结构设计
沉管灌注桩选用C25混凝土，钢筋选用HPB235级
9）桩身水平承载力验算
由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为V k =149kN
则每根基桩承受水平荷载为
kN n H H k ik 484
192=== 桩身按构造要求配筋，由于受水平荷载影响，则桩身配8Φ12纵向钢筋，A s -=904mm 2
桩身配筋率为： %57.0445014.39042=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯==
A A s g ρ
满足0.2%-0.65%之间的要求
由于0.57%<0.65%,则单桩水平承载力特征值计算公式：
()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=n t m k N g M t m ha A f N v W f γζραγ12225.175.0R 0
桩身为圆形截面，故
5.0,2==N a ζγ
50
EI mb =α
根据灌注桩桩周主要土层的类别，取桩侧土水平抗力系数的比例系数m=25MN/m 4
圆形桩桩身的计算宽度为:
()m d b 0575.15.05.19.00=+⨯=
c s E c E E
d W I I E EI /2
/8.0000
===α
对于C25级混凝土:
224/8.2/108.2m MN mm N E c =⨯=
对于HPB235级钢筋:
224/1.2/101.2m MN mm N E s =⨯=
扣除保护层后的桩直径为
m d 43.007.05.00=-= 33-222020m 1064.11]43.0%75.015.725.0[32
45.014.3]
)1(2[32
⨯=⨯⨯-+⨯=-+=）（d d d
W g E ραπ 45-3-00m 1091.22/5.01064.112/⨯=⨯⨯==d W I
6.521091.2108.285.085.05-40=⨯⨯⨯⨯==I E EI c MN ·m ² m EI mb 709.06
.520575.125550=⨯==α 桩顶最大弯矩系数v M 取值：由于桩的入土深度h =15.2m ，桩与承台为固接，
αh =0.709⨯15.2=10.7768m>4m 故而αh =4
则v M =0.926
222
204.0%]57.01-75.01[5.04
14.3])1(1[4m d A g E n =⨯+⨯⨯=-+=）（ραπ N k 取荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载力特征值最小），则N k =391.3kN
kN
N A f N v W f R n
t m k N g M t m ha 48k 8.49542.49795165.010*******.121000976.4075.01)%57.02225.1(926.01000/64.11100000027.12709.075.0)1)(2225.1(75.00＞）（==⨯⨯⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯++=γζραγ 故桩身水平承载力满足要求
10）配筋长度计算
由于侧阻力起主要作用，基桩为端承摩擦型桩，配筋长度应不小于桩长的2/3（即2/3×15.2=10.1m ），同时不宜小于4.0/α=4.55m ，则配筋长度取10.1m 钢筋锚入承台35倍主筋直径，即35×12=420mm
3.8.4箍筋配置
采用Φ6200螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m ，需要每隔2m 设一道Φ12焊接加劲箍筋
四、课程设计参考资料
(1)《建筑结构荷载规》(GB 50009-2010)，中国建筑工业
(2)《建筑地基基础设计规》(GB 50007-2011),中国建筑工业
(3)《建筑桩基技术规》(JGJ 94-2008),中国建筑工业
(4)《混凝土结构设计规》(GB 50010-2010),中国建筑工业
(5)《基础工程》（第2版）周景星广信虞石民王洪瑾编著清华大学。