桩基础课程设计指导

五、设计指导
（一）设计和计算的内容、步骤和方法 1. 桩长和桩径的选择
确定桩长关键在于选择桩端持力层，设计时，先根据地质条件选择适宜的桩端持力层初步确定桩长。

一般应选择较硬土层作为桩端持力层。

桩端嵌入持力层的深度，对于粘性土、粉土，不宜小于2d ；对于砂土，不宜小于1.5d ；对于碎石土，不宜小于d 。

当存在软弱下卧层时，桩基一下持力层厚度不宜小于3d 。

钢筋混凝土预制桩截面边长不应小于200mm ，一般为300～500mm 。

2. 选定承台的埋深
承台最小埋深为0.5m ，一般为1~2m 。

3. 单桩承载力计算
（1）单桩竖向极限承载力标准值
根据已知地质资料，按规范经验公式法计算确定：
∑+=+=pk
p i sik p pk sk uk q A l q u Q Q Q
式中：q sik ——桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值，按附表1取值，kPa ；
q pk ——桩端极限端阻力标准值，按附表2取值，kPa 。

（2）单桩竖向承载力特征值
2
uk
a Q R =
4. 确定桩数和布置桩位
基础所需桩的根数，根据承台顶面的竖向荷载和单桩竖向承载力特征值进行估算。

在轴心荷载作用下：
a
k
R F n ≥
在偏心荷载作用下： ()
a
k R F n 2.1~1.1≥ 布桩时，可按梅花式或行列式布置，桩距的选择应满足最小中心距的要求（参考教材表）。

5. 承台平面形状及尺寸设计
承台的平面形状可由桩的平面布置而定，平面尺寸设计时，应考虑桩边至承台边的最小距离的构造要求。

柱下独立桩基础承台最小宽度不应小于500mm ，边桩中心至承台边缘距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm 。

承台混凝土强度等级不应低于C25。

承台底面 钢筋的混凝土保护层厚度，当有混凝土垫层时，不应小于50mm ；当无混凝土垫层时，不应小于70mm 。

混凝土垫层的厚度宜为100mm ，混凝土强度等级宜为C10。

6. 桩基验算
（1）基桩竖向承载力验算
a ．桩顶荷载计算
在轴心竖向力作用下： n
G F N k k k +=
在偏心竖向力作用下： 2
2i
i yk i
i xk k k ik x x M y y M n
G F N ±±+=
b ．竖向承载力验算
在轴心竖向力作用下：
a k R N ≤
在偏心竖向力作用下： a k R N 2.1m a x ≤
（2）桩基沉降验算
采用实体深基础法（见图2）计算桩基沉降。

a . 计算基底附加压力
考虑扩散作用： cd k
k cd k k A
G F p p σσ-+=
-='0 b ．估算沉降计算深度：
()Inb b z n 4.05.2-=
c ．计算s ’：
)(111
1
--==-='∆='∑
∑i i i i n
i si
n i i z z E p s s αα d . 校核z n
验算应满足： s s n '≤'∆025.0 e ．最终沉降量计算：
's s p ϕ= 图2 实体深基础
7. 桩身结构设计
（1）桩身混凝土强度验算 桩身强度应符合下式规定：
c c p f A N ϕ≤
4
tan
2ϕl b +20l a +l
式中：N ——荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值，kN ； 22m a x
i i y i i x x x M y y M n G F N +++=
A p ——桩身截面积；
f c ——混凝土轴心受压强度设计值，kPa ； φc ——施工工艺系数，对于混凝土预制桩取0.85。

（2）混凝土预制桩构造要求
预制桩最小配筋率不宜小于0.8%，一般可为1%左右。

当采用静压法沉桩时，最小配筋率不小于0.6%。

主筋直径不宜小于14mm ，箍筋直径可取6～8mm ，间距不大于200mm 。

在打入桩顶（4～5）d 长度范围内和桩尖处箍筋应适当加密，并设置钢筋网片。

当采用打入法沉桩时，直接受到锤击的桩顶应放置三层钢筋网。

桩尖在沉入图层以及使用期中要克服土的阻力，因此应将所用主筋焊在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。

图3为混凝土预制桩构造示意图。

预制桩的混凝土强度等级不宜低于C30，预制桩纵向钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于30mm 。

图3 混凝土预应力桩构造示意图
（3）预制桩桩身结构强度验算
预制桩除了考虑上述构造要求外，还要考虑起吊、运输和锤击过程中的强度验算。

桩在起吊和运输过程中的受力状态与梁相同，一般按两支点（桩长L<18m ）或三支点（桩长L>18m ）起吊和运输；在打桩架下竖起时，按一支点吊起。

图4为预制桩吊装验算简图。

图4 预制桩吊装验算简图
桩身配筋验算按下列公式计算： 0
1h b
f A f x c s y ξα≤=
⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=201x h bx f M c u α
要求： u M M M ≤=21 式中：x ——混凝土受压区高度，m ；
A s ——桩身受弯一侧纵向钢筋界面面积，m 2；
α1 ——等效矩形应力图的系数，混凝土强度等级不超过C50时，取1.0； b ——桩边宽，m ；
h 0 ——桩截面有效高度，m ；
ξ——界限相对受压区高度，对Ⅰ级钢取0.614，对Ⅱ级钢取0.55； M u ——桩身界面极限承载力，kN.m ； f y ——钢筋抗拉强度设计值，kPa ；
f c ——混凝土轴心受压强度设计值，kPa 。

8. 承台设计
（1）基桩净反力设计值
计算荷载采用荷载效应基本组合设计值，扣除承台自重及其上回填土。

∑∑±±=
2
2i i y i i x i x x M y y M n F N （2）承台厚度验算：承台抗冲切验算和抗剪验算。

（二）施工图内容
1. 桩基础平面布置图：应标注柱、承台、桩的平面尺寸以及各部分相对位置和尺寸。

2. 桩及承台剖面图：包括纵向、横向剖面图。

应标注承台顶面、承台底面、桩顶面、和桩尖处的标高；绘出土层的分布、标注各层面处的标高；标注柱、承台和桩的剖面尺寸以及相对位置尺寸。

3. 承台配筋平面图。

4. 桩身配筋图：应详细表示出纵筋、箍筋（及加密区）、桩顶和桩尖的特殊保护、起吊吊钩等。