基础工程课程设计

1 设计资料 (1)

1.1 上部结构资料 (1)

1.2 场地工程地质条件 (1)

2 选择桩型、桩端持力层、承台埋深 (2)

2.1 桩型 (2)

2.2 桩长 (2)

3 确定单桩极限承载力标准值 (3)

3.1 计算单桩竖向承载力 (3)

4 桩数和平面布置的确定 (4)

4.1 荷载组合 (4)

4.2 初步估算桩数 (4)

4.2 初选承台尺寸 (4)

5 桩顶作用验算 (5)

6 软弱下卧层验算 (6)

7 桩基础沉降验算 (7)

7.1计算沉降量 (7)

7.2 确定沉降经验系数 (9)

8 桩身结构设计计算 (10)

8.1单点起吊 (10)

8.2桩身强度验算 (11)

9 承台设计 (12)

9.1柱对承台的冲切（冲切锥内无桩体） (12)

9.2 角桩对承台的冲切 (12)

9.3 斜截面抗剪验算 (13)

10 参考文献 (15)

柱下独立承台钢筋混凝土预制桩基础设计

1 设计资料

1.1 上部结构资料

某教学实验楼，上部结构为十层框架，其框架主梁、次梁、楼板均为现浇整体式，混凝土强度等级为C30。上部结构传至柱底的相应于荷载效应标准组合的荷载如下：

竖向力：4500kN，弯矩：50 kN m，水平力：30kN

拟采用预制桩基础，预制桩截面直径为500mm。

1.2 场地工程地质条件

拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦,建筑物场地位于非地震区，不考虑地震影响；不考虑承台效应。场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1米，根据已有资料，该场地地下水对混凝土没有腐蚀性。建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见下表：

地基各土层物理、力学指标表

2 选择桩型、桩端持力层、承台埋深

2.1 桩型

根据任务书的说明，拟采用混凝土预制桩基础，桩截面形式采用圆形，半径为R=500mm。

2.2桩长

依据地基土的分布：

第二层为厚8.3M的粉质粘土，地基承载力为110kpa。

第三层为12M厚的黏土，地基承载力为100kpa。

第四层为厚5.3M的粉土，地基承载力为160kpa。

宜选择第第四层为桩基础持力层，桩端全断面进入持力层2m。

桩长确定有以下考虑因素：

①尖全截面进入持力层的厚度不小于2R,此处取2000mm>2R=1000mm

②桩顶伸入承台长度不小于50mm，取60mm;

③尖的锥尖长度（1.3~1.5）R,取1.4R=1.4×500=700mm

④设计承台埋深为1.5m

⑤桩的计算长度：8300+12000+2000=22300mm

⑥桩身总长度:22300+60+700=23060mm，近似取为23m

3 确定单桩极限承载力标准值

3.1 计算单桩竖向承载力

● 根据地基基础规范经验公式

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

桩侧土的极限侧阻力标准值（KPa ）查《建筑桩基技术规范》JGJ 94- 2008 5.3.5 内插法如下表

● 由地基基础规范经验公式：

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

2468.45kN

14.325.02593.3)26312618.347(14.35.02=??+?+?+???=

则单桩竖向承载力特征值：

K Q R uk 1234.23k 2/468.452/a ===

4 桩数和平面布置的确定

4.1 荷载组合

荷载组合：

0,50a,4500===K K K V kN M KP F

4.2 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，现在取1.1的系数，即：

()根01.41.11234.23

4500

1.1n a =?=?≥

R F 初步曲取n ＝4根

4.3 初选承台尺寸

承台的最小宽度不应小于500㎜。为满足桩顶嵌固及抗冲切的需要，边桩中

心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150㎜，所以桩的外边缘至承台边缘的距离取200mm 桩距: 1.5m 0.53.03R 1.5m =?=>=S

，满足构造要求。

承台长边 2.4m ）0.22

1.5

0.25（2a =++

?= 承台短边 2.4m ）0.22

1.50.25（2b =++?=

为满足承台的基本刚度、桩与承台的连接等构造需要，柱下独立桩基础承台的最小厚度为300㎜，其最小埋深为500㎜。

暂取承台埋深为1.5m ，承台高度h 为1m ，桩顶伸入承台50mm ，钢筋保护层取70mm,则承台有效高度为：

930mm 0.93m 0.07-1.0h 0===

承台底面尺寸为：

m m 4.22.4b a ?=?。

确定桩数：

4.2

1234.23

1.5

2.42.445001.1n =???+?=+=a k k R G F ξ,

所以取4根桩。

5 桩顶作用验算

（1）荷载取组合：

30kN ,50a,4500===H kN M KP F K K .

承台高度设为1.2m 等厚，荷载作用于承台底面。（2）基桩平均竖向力：

kN n G F N k k k 1168.24

1.5

204.22.44500=???+=+=

（3）桩顶受力计算

作用在承台底形心处的弯矩

m kN M

?=∑30

桩顶受力计算如下：

H M n G F N k k k 1181.184

1.5 1.5

）0.933005（1168.2)h (22

i max

0k max =???++

=?+++=

χχ

（4）验算

KN R kN N a k 1234.231168.20=<=，

kN kN R kN N a k 1481.081234.232.11181.180max =?=<=γ,

故满足要求。

（5）单桩水平承载力计算

N H 1125k 44500

F ， 7.5kN 4

n H i ik ==

===

121

1501 11257.5F i

<<==

∴单桩水平承载力满足要求，不需要进一步的验算。

6 桩基软弱下卧层承载力验算

① 软弱下卧层经深度z 修正后的地基承载力特征值公式:

()()

30.5az ak b d m f f b d ηγηγ=+-+-

该软弱下卧层为淤泥质土，查地基基础设计规范GB5007-2002,表5.2.4

0;1b d ηη==

则

1.515.50.617.37.77.312 6.2 5.38.3

7.68/27.1m kN m

γ?+?+?+?+?=

（） ② 桩群外围桩边包络线内矩形长,宽分别为: 1m B ，1m A 00==,

硬持力层厚度 3.3m 2-5.3t ==, 持力层与软弱下卧层s E 之比为,

9.21.2

E E 5s 4s == 查桩基规范JCJ94-2008表5.4.1,内插法求得 29.2=θ。

对于桩距不超过6d 的群桩基础,桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力3

的软弱下卧层时,可按照下列公式验算软弱下卧层的承载力:

）

2ttan （）2ttan （l q ）（23

-）（00

i sik 00k k z θθσ+++++=

∑B A B A G F

172.8kN 1.52.42.420d G K =???==A γ

-235.06kpa

）

0.5593.322（）0.5593.322（）

26312618.747）（2.42.4（23

-）172.84500（z =??++??+?+?+?++=

σ 取0z σ=,

软弱下卧层顶面土的自重应力为:

15.5 1.517.30.67.37.712 6.2 5.38.3

27.1

27.1c m z σγ?+?+?+?+?==

201.9kPa =