桩基础课程设计（预制桩）

桩基础课程设计（预制桩）

设计题目

本次课程设计题目：预制桩基设计

一、设计荷载

(1)柱底荷载效应标准组合值如下：

○A轴荷载：F k=1632kN M k=195 kN?m V k=86kN

○B轴荷载：F k=1980kN M k=1 kN?m V k=93kN

○C轴荷载：F k=1342kN M k=187 kN?m V k=96kN

（2）柱底荷载效应基本组合值如下：

○A轴荷载：F=2203.2 kN M=263.3kN?m V=116.1kN

○B轴荷载：F=2673 kN M=221.4kN?m V=125.5kN

○C轴荷载：F=1811.7 kN M=252.5kN?m V=129.6kN

设计B轴柱下桩基，A,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。

二、设计资料、地层条件及其参数

某住宅楼，六层钢筋混凝土框架结构体系，建筑场地位于城郊建筑室内地面标高为±0.00，室外地面标高为- 0.15m地下水位位于地表以下3.3m，柱底标高-0.7m。

地基基础设计等级：乙级

工程地质条件：该建筑物地处二级阶地，土层分布、物理力学

性质指标见下表

设计规范：建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）；

混凝土结构设计规范（GB 50010--2002）；

建筑桩基技术规范（JGJ 94--2008）。

三、预制桩基设计

建筑物基础设计方案采用混凝土预制桩，具体设计方案如下：室外地坪标高为- 0.15m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属乙级建筑基桩，拟采用截面为400mm*400mm的混凝土预制方桩，以6号土层草黄色粉质黏土为持力层，桩尖深入1.2m，设计桩长11.0m，初步设计承台高0.8m，承台底面埋置深度-1.50m，桩顶伸入承台50mm。

1、单桩承载力计算

根据以上设计，桩顶标高为-1.5m，装底标高为-12.6m，桩长11m。（极限承载力标准值

单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：

Q uk= Q sk+ Q pk = u p∑q sik l i+ A p q pk

由于

Q sk=430.43（7831.25+3232+3233.5+50

34.0+7830.25）=7kN

Q pk =0.430.432800=448kN

则

Q uk =7+448=1237kN （2）基桩竖向承载力特征值

1）单桩竖向

本工程不考虑承台土效应，取ηc =0，则有 R= R a =

K Q uk =2

1237

=618.5kN 根据上部荷载初步估计粧数为 n=a k R F =5

.6181980

=3.20 则设计桩数为4根。

2、桩基竖向承载力验算

根据建筑桩基技术规范（JGJ 94--2008），当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应的标准组合值。本工程不进行地震效应的承载力验算。

根据桩数及承台构造要求初步设计为矩形承台，取承台边长为2.4m 32.4m ，矩形布桩，桩中心距取4d ，则s=43400=1600mm ，取s=1600mm ，桩心距承台边缘为400mm 。 承台及其上填土的总重为

G k =2.432.431.5320=172.8kN 计算时取荷载的标准组合，则 N k =

n G F k k +=4

8

.1721980+=538.2kN ﹤R （=618.5kN ） N kmax =N k +

∑

2

y My max =538.2+0.8×08×40.8

×10.8×93）（+=538.2+74.5=612.7kN N kmin = N k -∑2

y

My max

=538.2-74.5=463.7kN 因此

N kmax =612.7kN ＜1.2R(=1.23618.5=742.2kN) N kmin =463.7kN ＞0

满足设计要求,故初步设计是合理的。 3、承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.432.4m ，预估承台厚0.8m ，承台混凝土选用C25，?t =1.27N/mm 2，?c =11.9N/mm 2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，?y =300N/mm 2.

（1） 承台内力计算

承台内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为

N max =n

F

+

∑2

i i

y y

y M =

+426730.8×0.8×40.8

×221.40.8×6.125）（+

=668.3+100.6=768.9kN

N min =n F -∑2

i i

y y y M =668.3-100.6=567.7kN

N =n F =

4

2673

=668.3kN （2）承台厚度及受冲切承载力验算

为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.8m ，承台底保护层厚度50mm ，则h 0=800-60=740mm 。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。

○

1柱对承台冲切 承台受桩冲切的承载力应满足下式：

F l ≤2 [β0x （b c +a oy ）+βoy （b c +a ox ）]βhp ?t h 0 由于F l = F-∑i N =2673-0=2673kN ，则冲垮比为

λox =

0ox h a =74.04

.0=0. λoy=0oy h a =74

.04

.0=0.

冲切系数为 Βox=

2.0x 084.0+λ=2

.0.084

.0+=1.135

Βoy=

2.0y 084.0+λ=2

.0.084

.0+=1.135

2[β0x （b c +a oy ）+βoy （b c +a ox ）]βhp ?t h 0

=23[1.1353（0.4+0.4）+1.1353（0.4+0.4）]313127030.74 =3413.4kN =2673kN ）

故厚度为0.8m 的承台能够满足柱对承台的冲切要求。

○

2角桩冲切验算 承台受角桩的承载力应满足下式： N l ≤{β1x （c 2+

2

a 1y ）+β1y （c 1+

2

F l ＞（

a 1x

）}βhp

t h 0

由于N l =N max =768.9kN ，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c 1=c 2=0.6m a 1x =0.4m a 1y =0.4m λ1x =

01x h a =74

.04

.0=0.

λ1y =0

y 1h a =

74

.04

.0=0. β1x =

2.056.0x 1+λ=2

.074.056

.0+=0.575

β1x =

2.056.0y 1+λ=2

.00.156

.0+=0.575

[β1x （c 2+

2

a 1y ）+β1y （c 1+

2

a 1x

）]βhp

t h 0

=1259.2kN ＞N max （=768.9kN ）

故厚度为0.8m 的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。

○

3承台受剪承载力验算 承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I-I 截面

λoy=

0y h a =

74

.04

.0=0.（介于0.25-3之间） 剪切系数为

α=

11.75

+λ=1

.01.75+=1.136 受剪切承载力高度影响系数计算：由于h 0<800mm,故取βha =1 I-I 截面剪力为

V=2N max =23768.9=1537.8kN 则

βhs α?t b 0h 0=131.13631.273100032.430.74

=2562.3kN ＞V=1537.8kN 故满足抗剪切要求。

○

4承台受弯承载力计算 承台计算截面弯矩如下：

对于I-I 截面，取基桩净反力最大值N max =768.9kN 进行计算，则 y i =800-200=600mm=0.6m

M x =∑N i y i =23768.930.6=922.7 kN ?m

A sl =0y x h f 9.0M =740

3009.0107.9226=4618mm 2

选用15Φ20@160,平行y 轴布置，实际钢筋A s =4713mm 2，满足要求。 对于II-II 截面，取基桩净反力平均值N =668.3kN 进行计算，则 x i =800-200=600mm=0.6m

M y =∑N i x i =23668.330.6=802 kN ?m

A s2=0y y

h f 9.0M =740

3009.0108026

=4014 mm 2

选用16Φ18@150,平行x 轴布置，实际钢筋A s =4072mm 2，满足要求。

○

5承台构造设计 混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm ，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.7m ，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm ，梁高400mm ，梁内主筋上下共4φ12通长配筋，箍筋采用φ8@200.承台底做100mm 厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm 。

四、 桩身结构设计

预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用HRB335级。 根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：

N max ≤?ψc ?c A ps

N max =

n G F ++∑2

i i

y y y M =

48.1722.12673?++8

.08.048.08.06.12.221+）（

=720.1+100.6 =820.7kN

计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc =0.85；C30级混凝土，?c =14.3N/mm 2，则

Φψc ?c A=130.85314.3310330.42 =1944.8kN ＞N max （=820.7kN ） 故桩身轴向承载力满足要求。

五、 桩身构造设计

桩身按构造要求配筋，选用8Φ14的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用φ6的HPB235级钢筋，间距200mm ，距桩顶2m 范围内间距50mm ，距桩顶2-4m 范围内间距100mm 。采用打入法沉桩，桩顶设置三层φ6@50的钢筋网，层距为50mm ，桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m 范围内箍筋加密，间距50mm ，桩身主筋混凝土保护层厚30mm 。

六、 吊装验算

由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊，吊点位置如图所示。

起吊点距桩两端距离为 a=0.207L=0.207311=2.28m 则吊起时桩身最大弯矩为 M l =0.0214kql 2

=0.021431.33（0.42325）3112

=13.46kN 2m

桩身配筋验算；混凝土采用C30级，钢筋采用HRB335级，则?c =14.3N/mm 2，?y =300 N/mm 2，由于b=400mm ，h 0=400-40=360mm ，每边配3Φ 14，A s =461 mm 2，则 x=

b

f A f c 1s y ?=

400

3.140.1461

300=24.18mm

M u =α1?c bx(h 0-2

x )

=1.0314.33400324.183(360-2

18

.24) =48.123106N.mm =48.12kN.m

所以

M u ＞M l

故桩身配筋满足吊装要求。

七、 估算○

A 、○C 轴线柱下桩数 1、桩数估算

设计○

A 、○C 轴线下的桩基础的方法和○

B 轴线下相同。单桩极限承载力标准值为1237kN ，基桩竖向承载力特征值为618.5kN 。

○

A 轴柱下荷载标准组合值为F k =1632kN M k =195 kN ?m V k =86kN 根据○

A 轴荷载初步估算○A 轴柱下桩数， n=

R F k =618.5

1632

=2. 取n=4 则○

A 轴下设计桩数为4根。 ○

C 轴柱下荷载标准组合值为F=1811.7 kN M=252.5kN ?m V=129.6kN

根据○

C 轴下荷载初步估算○C 轴柱下桩数， n=

R F k =618.5

1342

=2.17 取n=4 则○

C 轴下设计桩数为4根。 2、承台平面尺寸确定

根据估算的桩数和承台构造要求，设计○A 、○

C 轴线承台与○B 轴线承台相同，承台边长为2.4m 承台边缘距离400mm 。

○

A 、○C 轴承台布置同○

B 轴。

八、桩基沉降验算

对○B轴验算

1、计算P o

1600mm ，桩中心距取，桩心与

G=γG Ad=2032.432.431.5=172.8kN

P=

A G

F+=

2.4

×

4.28.

172

1980+=374kPa σ

c =18

31.5=27kPa

P o=P-σc=374-27=347kPa

2、计算○B轴承台中心下附加应力σz ，确定沉降计算深度，如下

表：

考虑相邻承台的影响，计算如下表：

相邻A、C承台，以最不利相邻B承台代替计算，则

第8点：σz=9.716+238.238=26.372kPa

σc =0.8318+1.8318+0.7317.8+1.337.8+3.537+4

38+(12.5-12.1+9.6) 38.5 =210.9kPa

0.2σc =42.18kPa>σz =26.372kPa 计算深度满足要求。 3、计算S,如下

因E =7.8<10。查表ψ=1.2 n b =Lc nBc /=4.2/4.2×4=2

Sa/d=1.6/0.4=4 l/d=11/0.4=27.5 Bc/Lc=1 查表使用内插法，得

C o =0.059 C 1=1.459 C 2=6.4785 则 Ψe = C o +

C21)-nb (C1 1-nb +=0.059+ 6.4784

1)-(2×459.11

2+-=0.185

S=ψΨe s=1.230.1853119.75=26.58mm<200mm 满足要求。