桩基础课程设计(预制桩)讲解

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=164 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。（1）单桩竖向极限承载力标准值

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=4×0.4×（78×1.25+32×2+32×3.5+50

×4.0+78×0.25）=789kN

Q pk =0.4×0.4×2800=448kN

则

Q uk =789+448=1237kN （2）基桩竖向承载力特征值

本工程不考虑承台土效应，取ηc =0，则有 R= R a =

K

Q uk =21237

=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 ×2.4m ，矩形布桩，桩中心距取4d ，则s=4×400=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 =2.4×2.4×1.5×20=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

×1640.8×93）（+=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(=1.2×618.5=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2.4×2.4m ，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=0.54 λoy=0oy h a =74

.04

.0=0.54

冲切系数为 Βox=

2.0x 084.0+λ=2

.054.084

.0+=1.135

Βoy=

2.0y 084.0+λ=2

.054.084

.0+=1.135

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

=2×[1.135×（0.4+0.4）+1.135×（0.4+0.4）]×1×1270×0.74 =3413.4kN ＞F l （=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

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 =

1x h a =74.04

.0=0.54

λ1y =0

y 1h a =

74

.04

.0=0.54 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=0.54（介于0.25-3之间） 剪切系数为

α=

11.75+λ=1

54.01.75

+=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 =2×768.9=1537.8kN 则

βhs α?t b 0h 0=1×1.136×1.27×1000×2.4×0.74

=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 =2×768.9×0.6=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 =2×668.3×0.6=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：