1、基础工程桩基础设计计算书一 .设计任务1.1 工程设计概况某城市新区拟建一栋 15 层框架结构的办公楼，其场地位于临街地块居中部位，无其它邻近建筑物，地层层位稳定，场地地质剖面及桩基计算指标见工程地质资料。试设计柱下独立承台桩基础。（1）地基基础设计等级为乙级；（3）柱的截面尺寸为：450mm600mm；（4）承台底面埋深：d=2.0m（也可自行按规范要求选定） ；（5）根据地质资料以及上部荷载情况，自行选择桩型、桩径和桩长；（6）桩基沉降量容许值：s = 200mm 或查相关规范确定；（7）桩的类型：预制桩或者灌注桩（自行斟酌设定） ；（8）沉桩方式：静压或者打入（自行斟酌设定） 。（9）方
2、案要求尽量先选择以粉质粘土为持力层，若不满足要求，再行选择卵石或岩石层作为持力层，并作简要对比说明。1.2 荷载情况已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：轴力 F=7900kN，弯矩Mx=160kNm， My=710kN。 （其中，M x、M y分别为沿柱截面短边和长边方向作用）1.3 工程地质资料建筑场地土层按其成因、土性特征和物理力学性质的不同，自上而下划分为 5 层，地质剖面与桩基计算指标见表 1，勘察期间测得地下水水位埋深为 2.2m。地下水水质分析结果表明，本场地地下水无腐蚀性。1.4 设计内容及要求（1）确定单桩竖向承载力特征值；（2）确定桩数，桩的平面布置，承台平
3、面尺寸，单桩承载力验算；（3）若必要，进行软弱下卧层承载力验算；（4）桩基沉降验算；（5）桩身结构设计及验算；（6）承台结构设计及验算；（7）桩及承台施工图设计：包括桩平面布置图、桩身配筋图、承台配筋图、节点详图、钢筋图、钢筋表和必要的施工说明；表 1 地质剖面与桩基计算指标桩基计算指标预制桩 沉管桩冲、钻孔桩土层种类层厚/m地下水位/m单桩布置/mqpk qsik qpk qsik qpk qsik粘土 3.0 50 40 44淤泥 9.5 14 40 12粉质粘土4.5 3000 50 2000 40 1000 44淤泥质土9.2 20 14 16卵石 3.0 10000 120 7000
4、 100 2800 120强风化岩未见底粘土淤泥粉质粘土淤泥质粘土卵石0.520018009500100020045009200强风化岩30007000 100 5000 72 2000 1001.5 建议的设计步骤及涵盖内容（1）列出设计资料（包括上部结构资料、建筑场地资料） ；（2）选择桩型、桩端持力层和承台埋深；（3）确定单桩机选承载力标准值；（4）确定桩数和承载底面尺寸；（5）确定群桩竖向承载力设计值；（6）桩基中单桩荷载验算；（7）桩基软弱下卧层和沉降验算（若不须验算桩基软弱下卧层沉降，建议另行设定条件自行练习） ；（8）承台设计（包括柱对承台以及角桩对承台的冲切计算、承台斜截面抗剪
5、验算及承台配筋等） 。二桩基持力层，桩型，桩长的确定根据勘察资料，确定第三层粉质粘土作为持力层，采用钢筋混凝土预制桩，桩截面为吊桩，为 450mm450mm。桩长为 25.7m，承台埋深 2.0m。桩顶嵌入承台 0.5 米，则桩进入持力层 1m。三 .确定单桩竖向承载力标准值 Q根据公式，按静力触探法确定单桩竖向承载力标准值：pksukQApqlkisk=40.45（503+149.5+150）+30000.450.45=599.4+607.5=1206.9KN四 .确定桩基础竖向承载力设计值 R 并确定桩数 n 及布置经验参数法： 8.6139.20.365.1480.321 pksrQR静
6、力触探法： 2pks所以，R=min( )=613.8KN21R，87613408对比： =40.45（350+9.514+4.550+9.2pksukQApqlkisk20+3.0120）+10000.450.45=893.6+2025=3918.6= 1147.6+1227.3=2374.8pksrR1 65.120.893= =1183.5+1265.6=2449.1pksrQR2 6.1205.893R=min( )=2374.821，所以，n= 根 由于没有考虑 M 影响故取 n=4 根RF32.87490桩布置如下桩距 =（34）d=（34）0.45=1.351.8mQS取边桩中心
7、距承台边缘距离为 1d=0.45m桩截面尺寸为 4500.45=1.8m由于 n3 所以应该考虑群桩效应和承台效应确定单桩承载力 RR= =pksk sckQ/l= =0.11 =1.1 =1.18c （ 伸 入 土 中 长 度 ）承 台 宽 度2.5)(7 4dSas p及 =0.14 （以上数据通过建筑桩基础技术规范）c 5.0ec所以， = =0.14 =0.19+0.26=0.35c ceciA 6.48275.048.625= -4* =7.29-0.81=6.48cA27.245.0-4* =5.0625-0.81=4.252525.icA24.0=0.225*2.7*2+0.22
8、5+2.25+2=1.215+1.0125=2.2275e=125* =202.5nqQckc48.6= =1.65 =1.7（规范）s p c所以 R= =1262.4+1448.2+41.69=2752.3KN7.1520*365.120*865.193*五 .桩基承载力验算按偏心荷载计算= =2047.9+197.2=2245.11.521 =1.0*7900- =7900-1753.1-2196.9=3950KNlF0 iN故满足2.角桩冲切 ( + x1 2cya1)2(1xachptf00lN= = =1.129x1 .056 .09= = =1.01x1 2.y 2.3角柱内边缘
9、到承台外边缘)675.01c=1.129*(0.675+ )+1.014*(0.675+ )*1.0*1100*1.26524. 2375.0=2626.1KN =2245.1 满足maxN承台受剪承载力计算：-截面 V 0hbfts2 1.245*maxkN=0.296 = = =1.350 0.7 .12965=1.265= = =50hhs 410)8(所以 ，5*1.35*1100*2.7*1.265=25434.8 =4490.2KNmax2KN- 截面：V 0hbfts=0.356 = =1.29y 0ha.175y 0.136所以 =5*1.29*1100*2.7*1.265=2
10、4233Vbfts所以-截面 ， - 截面都满足七 .桩身结构计算及配筋：桩截面为 450mm*450mm, 桩长 25.7m，箍筋为 HRB335， =210，钢筋保护yvf层厚度为 40mm。 = = = =0.038s 201bfMc 2410*53. 26410*53.=1- =1- =1-0.96=0.04min=0.4%10*457桩身强度验算：( )=1.0*(1.0*14.6*450*410+300*1017)sycAf=2943.45KNR 满足要求桩的箍筋计算： V0bhft故可按照构造配筋 B8120 As=50.3 2m=0.24*1.43/210=0.16%min,s
11、v= = =0.19% 故满足sv bAs120*453.min,sv八 .沉降验算：（1）基底接触应力：P= = =1118KNAGN7.2*10790（2）基底附加应力：（2.2*21.7+0.8*11.7+7.8*9.5+9*4.5+6*9.2+15）=1118-180drPm241.9=876.1Kpa（3）确定地基受压层深度：Zn=b（2.5-0.4lnb）=2.7*（2.5-0.4ln2.7）=5.7故分两层 第一层：4.3m r1=17.8KN/ =11.5Mpa3m1sE第二层：1.4m r2=19.1 KN/ =8.6Mpa2s8.2 计算基础中心下地基中的附加应力：地层深度
12、(m)l/b z/b ,c ,c c c P（kpa）0 1 0 0.25 0.75 - - 876.14.3 1 4.3/(2.9/2)=2.97 0.0447 0.1341 0.1369 0.4107 30.695.7 1 5.71/(2.9/2)=3.93 0.0253 0.0759 0.1090 0.327 19.838.3 计算压缩模量：Es= = =EsiA4.1*6.92075134.*5.123407.=11.24Mpa017.65.49软土地区且桩端无良好持力层时，取 =1.7则 Sa/d=3.0 l/b=21/0.45=46.67 Lc/Bc=2.7/2.7=1.0查规范有
13、：C0=0.0387 C1=1.695 C2=11.707所以 nb= =2.247.2*5/LcnB桩基等效沉降系数：=c 10.7.*)124.(695.1038.)1(20 Cnb(5)计算桩的沉降量：S=4 21)1(0i iicESazZp1.7*0.101*876.1*( )=14.88mm6.84107.*3270.5.407*3九 .构造要求及施工要求9.1 预制桩的施工(1)预制桩的制作程序 现场布置场地整平与处理场地地坪混凝土浇筑支模绑轧钢机，安装吊环浇筑混凝土养护至 30%强度拆模，再支上层模，涂刷隔离层重叠生产浇筑第二层桩混凝土养护至 100%起吊、运输、堆放沉桩(2)
14、桩的制作 钢筋混凝土可在工厂或施工现场预制。工厂预制利用成组拉模生产，用不小于桩截面高度的槽钢安装在一起组成。现场预制桩宜采用木模或钢模板，支在坚实、平整的混凝土地坪上，用间隔的重叠方法产生，重叠层数不宜超过四层。混凝土空心管壮采用成套钢管胎模在工厂用离心法产生。(3)钢筋的设置 桩内设纵向钢筋或预应力钢筋（丝）和横向钢筋，一承受刚在运输、起吊和成桩过程中产生的弯曲应力和冲击应力。钢筋骨架的主筋连接宜用对焊或电弧焊，对于受拉钢筋，同一截面内的主筋接头数量不得超过 50%；相邻两跟主筋接头截面的距离不应大于 35 倍主直径，并不小于 50mm。预制桩钢筋骨架的施工偏差应付和表 42 的规定：表
15、42 预制桩钢筋骨架的允许偏差项次 项目 允许偏差（mm）1 主筋间距 52 桩尖中心线 103 箍筋间距或螺旋筋的螺距 204 吊环沿纵轴线方向 205 吊环垂直于纵线方向 206 吊环露出桩表面的高度 107 主筋距桩顶距离 108 桩顶箍筋网片位置 109 多节桩锚固箍筋长度（胶泥接桩用） 1010 多节桩锚固箍筋位置（胶泥接桩用） 511 多节桩预埋铁件位置 109.2 混凝土预制桩的接桩桩的接桩方法有焊接、法兰接及硫磺胶泥锚接三种。前面两种可用于各种土类，硫磺鸟你锚接适用于软土层，且对一级建筑桩或承受力的桩宜慎重。焊接接桩时，钢板宜用低碳钢，焊条宜用 E43；法兰接桩时，钢板和螺栓宜
16、用低碳钢；硫磺胶泥锚接时，硫磺胶泥配合比应通过试验确定，其屋里力学性能应符合表 7-11 的规定。表 43 硫磺胶泥的主要屋里力学性能指标为保证硫磺胶泥锚接桩质量，施工时应做到：（1）锚筋应刷清并调直；（2）锚筋孔内应有完好螺纹。无积水、杂物和油污；（3）接桩时，接点的平面和锚筋孔内应灌满胶泥；（4）灌注时间不得超过两分钟；9.3 凝土预制桩的沉桩1） 、锤击沉桩桩锤的选用应考虑地质条件，桩型，布桩的密集程度，单桩竖向承载力及施工条件等因素桩打入时应符合下列规定（1）桩帽与送桩帽与桩周围的间隙应为 510mm；（2）锤与桩帽，桩帽与桩之间应加设弹性衬垫，如硬木，麻袋，草垫等；（3）桩锤，桩帽或
17、送桩应和桩身在同一中心线上；（4）桩插入时的垂直度偏差不得超过 0.5%；（5）按标高控制的桩，桩顶标高的允许偏差为50+50mm（6）斜桩倾斜度的偏差，不得大于倾斜角（指桩纵向中心线与铅垂线的夹角）正切值的 15%钢筋混凝土预制桩锤击沉桩期的安全问题钢筋混凝土预制桩在沉期间应满足强度和抗裂度要求，特别对于高承台的预制桩，由于桩的自由度较大，还应考虑桩的压曲稳定性问题。在实际工作中，沉桩时的桩的断裂问题时有发生，有时还特别严重产生断裂现象的主要原因是热变形：60内强度无明显变化；120变液态；140145密度最大且和易性最好；170开始沸腾；超过 180开始焦化，且遇明火即燃烧密度：2.282
18、.32g/cm 3吸水率：0.120.24弹性没两：5*10 5kPa物理性能耐酸性：常温下能耐烟酸、硫酸、硝酸、40一下的铬算、中等浓度乳酸和醋酸抗拉强度：4*10 3kPa抗压强度：4*10 4kPa握裹强度：与螺纹钢筋为 1.1*104kPa；与螺纹孔混凝土为4*103 kPa力学性能疲劳强度：对照混凝土的试验方法，但疲劳应力比之 P 为 0.38时，疲劳修正系数 0.8下沉过程中进入密实砂层时，锤击次数过多，锤击能量过大所致。为了防止沉桩时的断裂， ，需要研究锤击沉桩时桩身的锤击应力，桩身配筋时，应使桩身强度足以抵抗锤击时的锤击应力。2） 、静力压桩法沉桩静力压桩法是以设备本身自重（包
19、括配重）作用力，液压驱动，用静压力将桩压入地基土中的一种沉重工艺。这种施工工艺具有无震动、无噪音、无污染、无冲力和施工应力小的特点。有利于沉桩振动对邻近建筑物和精密设备的影响，避免对桩头的冲击损失，降低用钢量。在沉桩过程中还可以测定沉桩阻力，为设计和施工提供参数，预估和验证单桩极限承载力，检验桩的工程质量。近年来，由于大吨位压桩机的出现，提高了静力压桩法施工的适用范围，能将长桩压入砂层，可适用于对单桩极限承载力设计要求超过 5000kN 的超高层建筑。例如在上海地区，曾使用 800t 压桩机，将 0.50m0.50m38.5m 的预制方桩压进中密砂层（此曾的静力触探比贯入阻力为 12.5Mpa
20、）2.4m，至设计标高时的压桩阻力为 4778kN5868kN，静荷载试验测定的单桩极限承载力为6750kN。9.4 预制桩沉桩对环境的影响分析及防治措施预制桩属于挤图桩，沉桩时土体中产生很高的空隙水压力，土体发生侧向挤出和向上隆起，使周围建筑物和市政管线产生变形，严重时发生开裂、倾斜等事故，在预制桩事故时应采取合理的施工方式和必要的防治措施，同时必须进行周围建筑物和市政管线的变形监测，以控制施工速度和改进施工方法。1) 、沉桩对环境的影响预制桩对环境产生不利的影响，这种不利影响主要是指：（1）沉桩的挤土效用使土体产生隆起和水平向的挤压，引起相邻建筑物和市政设施的不均匀变形以致损坏；挤土效应所
21、引起的环境影响以混凝土预制方桩和闭口钢桩和混凝土管桩次之；锤击沉桩和静压沉桩都有挤土的不良效应；（2）锤击沉桩时的震动波对环境也有不良影响，使邻近建筑物产生剧烈的振动，门窗晃动，给居民以不安全的恐惧感；对精密设备和精密仪器会影响工作精度，甚至损坏设备；振动主要是由锤击沉桩引起的，静压沉桩就没有剧烈的振动影响；（3）锤击沉桩时的噪音对环境的污染相当严重，波及范围相当广，对居民生活造成不良的影响。2） 、环境影响的分析与评价（1）群桩施工的影响访问 根据实测资料，单桩沉桩时，引起地面隆起和邻近桩上抬的影响范围如表 7-21 所示。（2）桩顶上抬量因相邻桩的沉桩而引起桩的上抬量是施工质量控制的一个装
22、要指标，但目前尚无理论计算的方法。根据实测资料，可以用叠加的方法进行近似估算，其步骤如下：a施工时观察沉桩引起相邻桩的上抬量，得到邻桩上抬量与施工桩距离的关系b按桩长和桩直径确定单桩的影响半径c由桩位图确定对计算桩影响区内的桩数及其与计算桩的距离d根据步骤 a 得到的上抬量与距离的关系确定计算桩引起各桩的上抬量e影响区内尚未施工的各桩上抬量之和极为计算桩在施工结束时可能的上抬量。（3）地面上抬量 沉桩时，周围土体上抬，从而引起相邻建筑物和施政管线的不静压变形，研究地面上抬量与施工速度的关系，有助于控制施工。避免发生工程事故。施工速度即一天的沉桩数量，沉桩的数量愈多，土体的体积变化愈大，地面上抬
23、量也愈大；施工桩位距控制点的距离愈近，地面上抬量也愈大；3） 、防治与控制措施（1）制定合理的沉桩施工组织计划 合理安排沉桩顺序，控制沉桩速度是降低挤土效应、防止出现事故的主要措施。沉桩顺序应背离保护对象由近向远处沉桩，在场地空旷的条件下，宜采取先中央后四周、由里及外的顺序沉桩。每天的沉桩数量不宜过多，使挤土引起的空隙水压力能有足够的时间消散，可以有效地减少挤土效应。（2）布置监测系统 在沉桩影响范围内，应布置对被影响建筑物的监测。上海市地基设计规范规定了表 7-23 所示的沉桩影响范围。（3）采取防护措施 为了防止沉桩时不利影响，可采取下列防护措施。a 设置竖向排水通道b 在桩位或沉桩区外取
24、土，在桩外取土是预钻孔措施，以减少排土量，减少挤土效应；在钻孔区外的目的是消除从沉桩区传向被保护建筑物的挤土压力；c 地下管道附近设置防挤沟或隔振沟。十 .参考文献（1）GB50007-2002. 建筑地基基础设计规范S（2）JGJ 94-94. 建筑桩基技术规范S（3）刘昌辉, 时红莲编著. 基础工程学M. 武汉: 中国地质大学出版社, 2005（4）刘大鹏, 尤晓暐主编. 基础工程M. 北京: 清华大学出版社, 2005（5）周景星, 李广信, 虞石民等编著. 基础工程 M. 北京: 清华大学出版社, 2007（6）朱炳寅, 娄宇, 杨琦编著 . 建筑地基基础设计方法及实例分析M. 北京:
25、 中国建筑工业出版社, 2007（7）王成华. 基础工程学M. 天津: 天津大学出版社, 2002（8）陈希哲. 土力学地基基础M. 北京: 清华大学出版社, 2004（9）李克钏. 基础工程M. 北京: 中国铁道出版社, 2004（10）王广月, 王盛桂, 付志前编著. 地基基础工程M. 北京: 水利水电出版社, 2006（11）曾巧玲, 崔余江, 陈文化等主编. 基础工程M. 北京: 清华大学出版社, 2007（12）顾晓鲁, 钱鸿缙, 刘惠珊等主编. 地基与基础 M. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003（13）赵明华. 基础工程M. 北京: 高等教育出版社, 2003（14）金喜平, 邓庆阳主编. 基础工程M. 北京: 机械工业出版社, 2006
