桩基础设计计算书

桩基础设计计算书

设计资料:

拟建建筑物18层，地下室一层，设地下室层高3.2m，上部结构为框架剪力墙结构，层高3.2m，七度抗震设防，±0.00相当于黄海高程+6.60m，室内外高差0.6m。地下室水位±0.00。场地上部土层承载礼教低，不具备天然地基的条件，采用桩基。根据场地土的工程特征和当地的施工条件，拟采用PHC管桩或钻（冲）孔灌注桩基础方案。桩、承台、柱的混凝土强度取为C30。

PHC管桩可选择残积土或全风化花岗岩作为持力层；钻孔灌注桩可选择全风化岩或者中风化岩作为持力层。

地下水为地表滞水，对混凝土结构不具备腐蚀性。

建筑标准层平面示意图如下：

承台计算类型选择说明：

1、角桩作为一个类型；

2、中桩的中间两个承台受的力单独较大，应单独计算；边桩和其他中桩作为一个类别计算，

共三个类别。

一：建筑桩基方案的选择

1、PHC预应力圆桩

确定全风化花岗岩作为持力层，桩截面尺寸选择直径400的圆桩，桩长18m，桩顶嵌入承台0.1m，则桩端进入持力层最小值为1.15m,满足嵌入最小深度要求。根据工程地质剖面图，选择ZK6钻孔下土层分布情况作为单桩强度计算依据。估计需要四根，桩根据经验表，承台高度为1350mm，承台底至地面的高度为3.95m。

Q uk =Q sk +Q pk =u ∑q sik l i +q pk +A p =0.4п×（12×2.8+60×3.3+90×4.5×2/3+5.7×120+1.85×165）+0.04п×10000=3130kN

Ra= Q

uk /2=1565kN

确定桩数：

先不考虑承台质量，承台弯矩不大，按修改桩数考虑。

n=Fk/R=5262/1565=3.36

取桩数为4根。

此时桩造价125×18×4=9000元。

2、灌注桩选择锤击沉管（C25）：

选择残积土为持力层，桩长19.4m ，桩直径为800mm ，桩径入持力层的最小深度为2.7m,满足最小深度要求选择，选择ZK6钻孔下土层分布情况作为单桩强度计算依据。同样估计需要四根桩根据经验表，承台高度为1350mm ，承台底至地面的高度为3.95m 。桩顶嵌入承台深度为0.1m 。

Q uk =Q sk +Q pk =u ∑q sik l i +q pk +A p =0.8п×（10×2.5+50

×3.3+75×4.5×2/3+5.7×100+3.3×135）+0.16п

×13500=10381.1kN

Ra= Q uk /2=5190.6kN>桩身强度设计值=2950kN ，Ra 取

为2950kN 。

确定桩数：

先不考虑承台质量，承台弯矩不大，按修改桩数考虑。

n=Fk/R=5262/2950=1.78 取桩数为2根。

此时桩造价为350×2×19.3=13510元

综合评价：预制桩的造价比灌注桩低，由于预制桩是

在工厂预制的，施工工期短。且灌注桩的桩身质量不易控制，轻易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象，可靠度低。加之需要降排水，造价又相应增加。综上，采用PHC预制桩，但需要有相应的措施较少挤土效应的不良影响。

二、角边承台及桩计算：

根据课本表6-33，桩的中心距离取为4d=4×0.4=1.6m，桩外边至承台边的距离取为200mm，则承台长、宽为1600+200×2+400=2400mm。

1、桩基及群桩承载力计算：

M

x =19kN?m，M

y

=-76kN?m，V

x

=-76kN，V

y

=-14kN

G

k =r

G

×d×A=10×1.35×2.42=77.8kN?m

N

k =(F

k

+G

k

)/n=(5262+77.8)/4=1335kN

N

k,max =（F

k

+G

k

）/n+(M

x

+V

y

h)x

max

/∑x

j

2+(M

y

+V

x

h)/ ∑y

j

2=1398.4kN<1.2Ra，满足要

求。

由于桩距小于6d，群桩整体承载力按整体破坏模式计算。

P

u =P

su

+P

pu

=2(A+B) ∑q

sui

l

i

+ABq

pu

=2(2.4+2.4)×（12×2.8+60×3.3+90×4.5×

2/3+5.7×120+1.85×165）+2.42×10000=71912kN>F=6487kN,满足承载力要求。

1、承台计算：

①承台受弯承载力计算：

1号桩：N

1=F/n+M

y

?x

i

/∑x

i

2+M

x

?y

i

/∑y

i

2+V

y

?h?y

i

/∑y

i

2-V

x

?h?x

i

/∑

y

i

2=1694.5kN

2号桩：N

2= F/n-M

y

?x

i

/∑x

i

2+M

x

?y

i

/∑y

i

2-V

y

?h?y

i

/∑y

i

2-V

x

?h?x

i

/∑

y

i

2=1549kN

3号桩：N

3= F/n+M

y

?x

i

/∑x

i

2-M

x

?y

i

/∑y

i

2+V

y

?h?y

i

/∑y

i

2+V

x

?h?x

i

/∑

y

i

2=1693kN

4号桩：N

4= F/n-M

y

?x

i

/∑x

i

2-M

x

?y

i

/∑y

i

2+V

y

?h?y

i

/∑y

i

2-V

x

?h?x

i

/∑

2=1622kN

y

i

My=∑Nixi=1694×0.5+1693×0.5=1693.5kN?m

My=∑Niyi=1693×0.5+1622×0.5=1657kN?m

承台底部双向配筋可相同。承台钢筋采用HRB335。

As=My/0.9h0fy=1693×106/（0.9×1150×300）=5452mm2

选用Φ22@150，实配钢筋面积As=6081.6mm2。

ρ=As/bho=6081.6/(2400×1150)=0.22%>0.15%，满足最小配筋率要求。

边桩内侧至承台边缘的距离为0.8×0.4+0.2=0.52m<35dg=35×0.022=0.77m，应将纵向钢筋向上弯折，弯折段长度为10dg=0.22m，水平段长度为25dg=0.55m。

②承台冲切承载力验算：

λox =λoy =a ox /h o =300/1150=0.261>0.25 βo x =βoy =0.84/(λox +0.2)=1.822 βh p =1.0-0.1×550/1200=0.954 h c =b c =0.6

根据课本公式6-155，有：

2[βo x (b c +a oy )+ βo y (h c +a ox )] βh p f t h o =2×2×1.822×（0.6+0.3）×0.954×1430×1.15=10290>F l =F-∑Q i =6487-0=6487kN ，满足要求。

③ 承台受剪计算：

承台柱的两边长相等，只需要验算一边受剪面。

b x o =b y o =[1-0.5h 20(1-b y 2/b y 1)/h 0]b y 1=[1-0.5×0.85（1-0.6/2.4）/1.15]×2.4=1.73

βh s =(800/h 0)1/4=0.913

a x =300,h 0=1150, λ=a x /h 0=0.261,α=1.75/(λ+1)=1.388

βh s αf t b 0h 0=0.913×1.388×1430×2.4×1.73=7524.1kN>V=1602+1659=3279kN ，满

足要求。

④ 沉降验算：

桩中心距小于6倍桩径，sa=1.6m ，sa/d=1.6/0.4=4 L c =2.4m ，B c =2.4m ，A=5.76m 2，荷载取准永久值组合。

承台底面应力：P=F/A+r G d=3680/5.76+10×1.35=652.4kPa

承台底面附加应力：P 0=P-r d =652.4-6.9×1.35=643.1kPa 自中心把承台分为四个部分，b=B c /2=1.2m ，a=L c /2=1.2m ，a/b=1.0 桩端平面处土的自重应力：

σc 1=∑r i h i =2.05×6.9+2.9×9+3.9×8.5+6×8.6+3.05×10=155.5kPa

桩端平面下7m 处土的自重应力为：

σc =155.5+（24.9-21.85）×10+（26.7-24.9）×11+（29.2-28.85）

×13=210.35kPa

z/b=5.83，l/b=1.0，查得a=0.018，σz =4ap 0=4×0.018×643.1=46.3≈0.2p0

计算深度可取为7m ，计算深度内土层分为3层，每层深度分别为：3.05m ，1.8m ，2.15m

z i =0,3.05，4.85，7（i=0,1,2,3） z i /b=0,2.54,4.04,5.83 a i =0.25,0.06,0.027,0.014

s ’=4p 0∑[(z i a i -z i -1a i -1)/E s i ]=4×643.1×[3.05×0.06/30+(4.85×0.027-3.05×0.06)/50+（0.014×7-4.85×0.027）/70]=11.8mm

s a /d=√A/（√n ?d ）=3,l/d=18/0.4=45,L c /B c =1,查得回归系数C 0，C 1，C 2分别

为：0.058，1.679，11.414，短边布置桩数为2。桩基等效沉降系数为：

фe =C 0+(n b -1)/(C 1(n b -1)+C 2)=0.134

s=ф?фe ?s ’=0.7×0.134×11.8=1.11mm ，满足规范要求。

可知，由于桩底下为深厚的花岗岩，沉降很小，可不验算桩基的沉降。

三、边处承台及桩计算：

确定全风化花岗岩作为持力层，桩截面尺寸选择直径400的圆桩，桩长18m ，桩顶嵌入承台0.1m ，则桩端进入持力层最小值为1.15m,满足嵌入最小深度要求。根据工程地质剖面图，选择ZK4钻孔下土层分布情况作为单桩强度计算依据。估计需要五根桩，根据经验表，承台高度为1400mm ，承台底至地面的高度为4.0m 。

Q

uk =Q sk +Q pk =u ∑q sik l i +q pk +A p =0.4п×（12×1.7+60×3.3+90×4.5×2/3+5.7×120+1.90×165）+0.04п×10000=3120.8kN

Ra= Q uk /2=1560.4kN <桩身强度设计值，Ra 取为1560.4kN

确定桩数：

先不考虑承台质量，承台弯矩不大，按修改桩数考虑。

n=F k /R=6624/1560.4=4.2

取桩数为5根。根据课本表6-33，桩的中心最小距离为3.5d=3.5×0.4=1.4m ，取中桩与其他边桩的距离√2m,则边桩之间的距离为2m 。取桩外边至承台边的距离取为200mm ，则承台长、宽为2000+200×2+400=2800mm 。

1、桩基及群桩承载力计算：

M

x =2kN?m，M

y

=1kN?m，V

x

=1kN，V

y

=-9kN，承台所受的弯矩和剪力很小，可不考虑。

Gk=rG×d×A=10×1.40×2.82=125.4kN?m

Nk=（Fk+Gk）/n=(6624+125.4)/5=1355.5kN

Nk,max=（F

k +G

k

）/n+(M

x

+V

y

h)xm

ax

/∑x

j

2+(M

y

+V

x

h ∑y

j

2=1369.7kN<1.2Ra，满足要

求。

由于桩距小于6d，群桩整体承载力按整体破坏模式计算。

Pu=Psu+Ppu=2(A+B) ∑qsuili+ABqpu=2(2.8+2.8)×（12×1.7+60×3.3+90×4.5×2/3+5.7×120+1.9×165）+2.82×10000=95015kN>F=8596kN,满足承载力要求。

2、承台计算：

①承台受弯承载力计算：

由于承台顶的弯矩和剪力很小，桩反力设计值简化为：

Ni=F/n=8596/5=1719.2kN

My= My=∑Nixi=2×1719.2×0.7=2406.9kN?m

承台底部双向配筋相同。承台钢筋采用HRB335。

As=My/0.9h0fy=2406.9×106/（0.9×1200×300）=7428.7mm2

选用Φ22@140，实配钢筋面积As=7602mm2。

ρ=As/bho=7602/(2400×1200)=0.264%>0.15%，满足最小配筋率要求。

边桩内侧至承台边缘的距离为0.8×0.4+0.2=0.52m<35dg=35×0.022=0.77m，应将纵向钢筋向上弯折，弯折段长度为10dg=0.22m，水平段长度为25dg=0.55m。

②承台冲切承载力验算：

受柱冲切承载力验算：

λ

ox =λ

oy

=a

ox

/h

o

=500/1200=0.42>0.25

β

ox

=βoy =0.84/(λox+0.2)=1.355

βhp =1.0-0.1×800/1200=0.993 h c =b c =0.6m

根据课本公式6-155，有： 2[β

ox

(b c +a oy )+ βoy (h c +a ox )] βhp f t h o =2×2×1.355×（0.6+0.5）×

0.993×1430×1.2=10159>Fl=F-∑Q i =8596-1719=6876.8k N ，满足要求。

③ 承台受剪计算：

承台柱的两边长相等，只需要验算一边受剪面。

b x o =b y o =[1-0.5h 20(1-b y 2/b y 1)/h 0]b y 1=[1-0.5×0.80（1-0.6/2.8）/1.20]×2.8=2.1

βh s =(800/h 0)1/4=0.90

a x =500,h 0=1200, λ=a x /h 0=0.417,α=1.75/(λ+1)=1.24<3

βh s αf t b 0h 0=0.90×1.24×1430×2.1×1.2=4021.6kN>V=2N max =2739.4kN ，满

足要求。

四、中间处承台及桩计算：

确定全风化花岗岩作为持力层，桩截面尺寸选择直径400的圆桩，桩长18m ，桩顶嵌入承台0.1m ，则桩端进入持力层最小估计值为2.6m,满足嵌入最小深度要求。根据工程地质剖面图，选择ZK6钻孔下土层分布情况作为单桩强度计算依据（偏安全取）。估计需要6根桩，根据经验表，承台高度为1600mm ，承台底至地面的高度为4.2m 。

Q uk 可偏安全取为3120.7kN ，R a = Q uk /2=1560.4kN <桩身强度设计值，R a 取为1560.4kN 。

确定桩数：

先不考虑承台质量，承台弯矩不大，按修改桩数考虑。

n=F

k

/R=7946/1560.4=5.1

取桩数为6根。根据课本表6-33，桩的中心最小距离为3.5d=3.5×0.4=1.4m，取桩外边至承台边的距离取为200mm，则承台长为2800+200×2+400=3600m m，承台宽为1400+400+400=2200mm。

1、桩基及群桩承载力计算：

M x =20kN?m，M

y

=-19kN?m，V

x

=15kN，V

y

=-27kN

Gk=r

G

×d×A=10×1.60×3.6×2.2=126.7kN?m

N k =（F

k

+G

k

）/n=(7946+126.7)/6=1345.5kN

N

k,max =（F

k

+G

k

）/n+(Mx+V

y

h)xmax/∑x

j

2+(M

y

+V

x

h)/ ∑y

j

2=1370.5kN<1.2Ra，满足

要求。

由于桩距小于6d，群桩整体承载力按整体破坏模式计算。

P u =P

su

+P

pu

=2(A+B) ∑q

sui

l

i

+ABq

pu

=2(2.2+3.6)×（12×1.7+60×3.3+90×4.5×

2/3+5.7×120+1.9×165）+3.6×2.2×10000=96436.44kN>F=10268kN,满足承载力要求。

2、承台计算：

①承台受弯承载力计算：

由于承台顶的弯矩和剪力很小，桩反力设计值简化为：

Ni=F/n=10268/6=1711.3kN

承台钢筋采用HRB335。

M

y =∑N

i

x

i

=2×1711.3×1.1=3764.9kN?m

A s =M

y

/0.9h

f

y

=3764.9×106/（0.9×1400×300）=9960mm2

选用Φ25@100，实配钢筋面积A s=10309mm2

ρ=A s/bh o=10309/(2200×1400)=0.33%>0.15%，满足最小配筋率要求。

M x =∑N

i

y

i

=3×1711.3×0.4=2053.6 kN?m

A s =M

x

/0.9h

f

y

=2053.6×106/（0.9×1200×300）=5432.8mm2

选用Φ20@140，实配钢筋面积A s=8169mm2。

ρ=A s/bh o=8169/(2200×1400)=0.162%>0.15%，满足最小配筋率要求。

X向边桩内侧至承台边缘的距离为0.8×0.4+0.2=0.52m<35d g=35×0.025=0.875m，应将纵向钢筋向上弯折，弯折段长度为10dg=0.25m，水平段长度为25dg=0.625m。

Y向边桩内侧至承台边缘的距离为0.8×0.4+0.2=0.52m<35dg=35×0.02=0.70m，应将纵向钢筋向上弯折，弯折段长度为10dg=0.2m，水平段长度为25dg=0.50m

②承台冲切承载力验算：

a ox =0.9,a ox =0.2,

λox = a ox /h o =0.9/1.4=0.643>0.25 λoy =a oy /h o =0.2/1.4=0.143，取为0.25 βo x = 0.84/(λox +0.2)=1.0 βoy =0.84/(λox +0.2)=1.87

βh p =1.0-0.1×800/1200=0.933 h c =b c =0.6m

根据课本公式6-155，有：

2[βo x (b c +a oy )+ βo y (h c +a ox )] βh p f t h o =2×[1.0×（0.6+0.2）+1.87(0.6+0.9)]×0.933×1430×1.4=13467.3>F l =F-∑Q i =10268kN ，满足要求。

③ 承台受剪计算：

h 0=1400mm,h 20=1400-400=1000mm b y2=0.6,b y1=2200

b y o =[1-0.5h 20(1-b y 2/b y 1)/h 0]b y 1=[1-0.5×1.0（1-0.6/2.2）/1.40]×2.2=1.63 b x1=3600,b x2=600

b x o =[1-0.5h 20(1-b x 2/b x 1)/h 0]b x 1=[1-0.5×1.0（1-0.6/3.6）/1.40]×3.6=2.53

a x =0.9m ，a y =0.2m

λx = a x /h 0=0.643，λy =a y /h 0=0.143<0.25取为0.25 αx =1.75/(λx +1)=1.07，αy =1.75/(λy +1)=1.4

βh s =(800/h 0)1/4=0.87

A —A ：

βh s αy f t b 0y h 0=0.87×1.4×1430×1.63×1.4=3974.7kN>V=2N max =2741kN ，满足

要求。

B-B:

βh sαx f t b0y h0=0.87×1.07×1430×2.53×1.4=4715.1kN>V=3N ma x=4110kN，满足要求。

五、承台联系梁

建筑物有抗震要求，承台双向之间需要用联系梁连接。根据规范要求，承台连高取600mm，宽取300mm，梁高与承台顶平齐，梁顶相对地面标高为2.6m。

六、桩基础

六、参考文献：

【1】：《基础工程》，闫富有，中国电力出版社

【2】：《建筑桩基基础技术规范》，中国建筑工业出版社

【3】：《地基基础规范》，中国建筑工业出版社

【4】：《土力学》，建筑工业出版社