1、1设计主要步骤一、确定桩基持力层的位置1基本要求（1）应选择压缩性低、承载力高的较硬土层作为持力层；（2）持力层应有一定的厚度，既能保证桩端进入持力层的深度要求，又能使桩端以下有一定厚度的剩余持力层；（3）桩端全断面进入持力层的深度要求为：对于粘性土、粉土不宜小于 2d（d 为桩径） ，砂土不宜小于 1.5d。碎石类土不宜小于 1d。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于 3d；当持力层较厚、施工条件许可时，桩端全断面进入持力层的深度宜达到桩端阻力的临界深度。砂与碎石类土的临界深度为(310)d。2根据实际工程地质条件选择由表 1 工程地质条件可知，如果作用于柱上的荷载较小或采用的桩
2、径较大，则可选择第层粉质黏土为持力层；反之，可选择第层中砂为持力层。现选第层中砂为持力层。桩端进入持力层的深度为 1.91m。表 1 土层参数土层编号土层名称土层底标高土层厚度hi压缩模量 kPa地基承载力 kPa极限侧阻力 极限端阻力26(承台底标高) 3标 准值 qi kPa单桩竖向总极限侧阻力标准值(kN)Qsk= D qi hi单桩竖向总极限端阻力标准值 (kN)Qpk= qpAp单 桩 竖 向极 限 承 载力 标 准 值(kN)Q= Qsk+ Qpk单 桩 竖 向承 载 力 特征 值 (kN)Ra= Q/2 黏土24.61 1.39 6.3 150 50 淤泥质土 22.91 1.7
3、 2.5 75 251 黏土 20.71 2.2 6.1 150 552 粉质黏土 19.31 1.4 9.2 160 55 粉土 18.61 0.7 32 170 501 黏土 16.91 1.7 7.2 160 50 粉质黏土 15.51 1.4 11.6 180 551 黏土 13.61 1.9 7.2 160 50 粉质黏土 8.91 4.7 11.6 180 553 黏土 7.81 1.1 10 200 50 (标准值 qp 800)1 粉质黏土 5.91 1.9 10.8 210 60 (标准值 qp 700)(标准值 qp 1300)400 1641.72 163.36 1805
4、.08 902.5500 1827.15 255.25 2082.4 1041.2550 2009.87 308.86 2318.73 1159.44(桩底标高，桩长22m)1.91 37 230 70600 2192.58 367.57 2560.15 1280.1 中砂0.91 3.09 37 230 70 (标准值 qp 1300)4 砾石 -0.89 1.8 47 280 80 (标准值 qp 1800)1 黏土 -2.59 1.7 4.9 90 35 (标准值 qp 400) 粉质黏土 -5.49 2.9 15.2 240 60 (标准值 qp 1000)1 黏土 -6.49 1 1
5、0.9 220 55 (标准值 qp 900) 中砂 -10.69 4.2 42 260 70 (标准值 qp 1500)2 基岩二、确定桩型、尺寸和构造1根据表 1 地质条件和所选择的持力层可知，本桩基为摩擦型桩基。2当持力层确定后，桩截面尺寸应根据作用于柱上的荷载大小确定。如果荷载较大，则应选择较大的截面尺寸。本例假定作用在设计地面标高处的荷载为：轴力 Fk10 4 kN，剪力 Hk=600 kN，弯矩 mk=103 kN.m。因荷载较大，故选择的桩截面为600，柱截面为 900900，采用 C40 混凝土(抗压强度 fc=21.1N/mm2，抗拉强度ft=1.8N/mm2） 。承台采用
6、C25 混凝土(抗压强度 fc=11.9N/mm2，抗拉强度 ft=1.27N/mm2） 。3因桩端进入持力层的深度为 1.91m1.5d=1.50.6=0.9m，故桩端全断面进入持力层的深度满足要求。4因现工程的场地设计地面标高为 28.5m，桩顶标高为 26m，故净桩长为 264=22m。此外，根据预制桩与承台的连接要求(桩嵌入承台内的长度：大直径桩(d800mm )不宜小于 100mm，中(800mmd250mm)、小(d250mm)直径桩不宜小于 50mm） ，选择预制桩嵌入承台内的长度为 50mm。这样整个桩的长度为22.05m。5考虑到一般预制桩的节长为 513m 及运输方便、便于
7、接桩，对一根单桩，可选择 5 节长度为 5m 的管桩。三、确定单桩承载力1单桩竖向极限承载力标准值 Quk根据 有pkiskpksuk AqluQ50710541257103960s (. )9644 kN829.N612pk ./.k582u.2单桩竖向极限承载力特征值 Ra根据 Ra=Quk/K，取安全系数 K=2，可得 Ra=1280 kN。3基桩竖向极限承载力特征值 R（1）由于基桩的承载力是在单桩承载力的基础上考虑群桩效应和承台效应得到的，而群桩效应在现规范中一般不予考虑，因此，确定基桩的承载力的关键就在于是否再考虑承台效应；（2）根据考虑承台效应的一般原则可知：因本工程为柱下独立摩
8、擦型桩基，因此，如果桩数不少于 4 根，则应考虑承台效应；（3）根据 R=Ra+cfakAc 及 Ac=(A-nAps)/n 可知：为确定 R，必须事先知道桩基的桩数 n 或者桩的平面布置，但这又与 R 有关。为此，桩数 n 大致可按下述方法预估：（A）首先不考虑承台效应，即认为 RR a；（B）因按中心受压桩基计算桩数 n=(Fk+Gk)/R 时 G= GDA( G=20kN/m3，D 为承台埋深，A 为承台底面积)时 A 也与桩数 n 或者桩的平面布置，因此，可先仅考虑 Fk，将得到的桩数扩大 510用于考虑 Gk。对本设计，因 Fk=104 kN，故 n1=Fk/R=104/1280=7
9、.81，n 2=(1.051.1)n 1=8.28.6，故可取 n29。（C）因本工程为偏心受压桩基(作用在承台底面处的弯矩 Mk=1000+6002.5=2500kN.m） ，因此，还应根据偏心情况将中心受压时的桩数扩大(1020) 。即 n=(1.11.2)n 2=9.910.8。（D）值得注意的是，因为考虑承台效应时 R 增加、桩数 n 减小，故 n 可取 9 或 10 根。（E）进行平面布置：因：（1）无论是打入或静压式预制桩，都属挤密型桩；（2）9 或 10 根桩通常按不少于 3 排布置；（3）设计任务书表 1 中无地下水，故基桩间距 Sa 取 4d。此外，因规范规定 “承台边缘至边
10、桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分不应小于 150mm”，故桩基平面布置如下图 1 示。（F）确定考虑承台效应的基桩承载力特征值 R3当 n=9 时：A=66=36m 2，A ps=d 2/4=0.6 2/4=0.282743m2，A c=(A-nAps)/n=(36-90.282743)/9=3.7173m 2Sa=4d，承台宽度 Bc=6m，桩长 l=22m，B c/l=0.2727600mm(满足要求)。2承台尺寸承台的底面尺寸可通过对桩的平面布置确定(如见图 1)，而立面尺寸确定时应通盘考虑多项因素。主要有：（1）根据基础的最小埋深原则，承台顶面距地面的距离不应小于 5
11、00mm；（2）承台厚度不应小于 300400mm、埋深不应小于 600mm；底面钢筋保护层厚度不应小于 50mm（有混凝土垫层）或 70mm（无混凝土垫层） ；桩嵌入承台长度不应小于 100mm（大直径桩）或 50mm（中等直径桩） ；（3）确定承台厚度时，一定要兼顾承台满足受弯、剪、冲等验算的要求。即众多“45 0线”的要求。对本设计而言，首先确定承台内钢筋保护层厚度 70mm（ C10 混凝土垫层） 、桩嵌入承台长度 50mm（因桩径 d=600mm 为中等直径桩） 。此外，沿 X 或 Y 方向角桩顶内缘至柱边的水平距离为(2.4-X 向柱边长之半-圆桩等效为方桩时 X 向桩边长之半(等
12、效原因见承台抗冲切验算)=2.4-0.9/2-0.80.6/2=1.71m，因此，为满足柱边抗冲切时“45 0线”的要求，承台厚度必须大于 1.71m，现取 1.8m。这样，承台顶面距地面 28.5-26-1.8=0.7m0.5m 的要求。由于承台的厚度(1.8m)较大，为降低造价，可将承台分阶。分阶的方法是，从 X 或 Y 方向角桩顶边缘做450射线，只要下阶台阶的高度位于该 450射线之上即可。另外，各台阶的高、宽不要相差太大。最终的台阶尺寸见图 2。七、桩基软弱下卧层承载力验算51前提：桩距 Sa6d且桩端以下受力范围内存在承载力低于桩端持力层承载力 1/3 的非端承型桩。2对软弱下卧层
13、承载力进行进行埋深修正以及计算软弱下卧层顶面处的自重应力时，不计承台的埋深(即承台底至软弱下卧层之间的距离)。3对本设计：桩基为摩擦型的，桩距 Sa=4d45012501300900Hk设计地面 28.50900 mk1800Fk210070900桩端以下持力层厚度 t=3.09+1.8=4.89m，持力层平均压缩模量 ,下卧层MPaEs 68.40.10937.1模量 , ，桩端群桩外缘矩形底面边长 A0= B0=4.8m，t/B 0=1.020.5，MPaEs9.422s1E/MPa1038.查表 3 并线性内插有 = 25+(30-25)*(8.3-5)/(10-5)=28.3 0。软弱
14、下卧层顶面处的自重应力为 193241972894773sz . kPa5608312913204 桩长范围内的 ，软弱下卧层顶面处的附加应力为mkNlqisk/.6)tan2)(tan2(5.100BAlqGFiskz kPa1.63).28tan9.48.)(32tan89.4.( 1)11 00 60附加应力 意味桩基在较小的荷载(F k+Gk)作用时不至于使桩相对于侧边土向下位移、进而发挥出侧0z摩阻力，因此应取 。软弱下卧层顶面以上土层的平均重度 ，承载力为3szm mkN576198032/.)/( Pa095761905dfmka .).( 软弱下卧层顶面处的合应力为 ，故软弱下
15、卧层承载力84fa456kzs 满足要求。八、桩基沉降验算1计算方法：见教材或课程设计指导书。2计算过程：因本桩基底面为矩形桩，因此桩基中点的沉降量按可下式计算：SeiSsiiiEzp104（1）确定桩基等效沉降系数 e因 Sa/d=4， =22/0.6=36.67，L c/Bc=6/6=1，利用指导书附录 3 及线性内插，有dl/当 =30 时 C0=0.055；当 =40 时 C0=0.044，由此可知，当 =36.67 时 C0=0.055+(0.044-0.055)l/ dl/ dl/(36.67-30)/(40-30)=0.047663当 =30 时 C1=1.477；当 =40 时
16、 C1=1.555，由此可知，当 =22/0.6=36.67 时 C1=1.477+(1.555-l/ l/ l/1.477)(36.67-30)/(40-30)=1.52903当 =30 时 C2=6.843，当 =40 时 C2=8.261，由此可知，当 =22/0.6=36.67 时 C2=6.843+(8.261-dl/ dl/ dl/6.843)(36.67-30)/(40-30)=7.7888由于本桩基是均匀布置，短边桩数 ，故 e 为3bn2305.78.)1(5290.10476.)1(20 nbe(2)计算 S：计算时注意：(A)作用在桩基上的荷载效应应是准永久组合条件下的。
17、准永久组合条件下的荷载与上部结构的形式、荷载类型等因素，一般不等于标准荷载。但本设计假定准永久组合条件下的荷载与标准荷载相同。(B)作用在桩端平面处的基底附加压力 p0 近似取承台底面处的平均附加压力；(C)沉降量采用基于附加应力系数的规范公式。kPaAGFdpk 53.279.3168015.2390 采用角点法。注意到 Lc=Bc=3m，0.5L c/0.5Bc=3/3=1，计算过程见下表：土层 z(m) bz/(b= Bc /2=3) iiz-i1iz（MpsiEa）iS(mm)i(mm)0 0 0.25 0中砂 3.09 1.03 0.2251 0.6956 0.6956 37 21.
18、02 4 砾石 4.89 1.702 0.189 0.9242 0.2286 47 5.35 1 粘土 6.59 2.187 0.1659 1.0933 0.1691 4.9 38.59粉质粘土 9.49 3.163 0.1321 1.2536 0.1603 15.2 11.79 1 粘土 10.49 3.497 0.1231 1.2908 0.0372 10.9 3.827中砂 14.69 4.896 0.0951 1.397 0.1062 42 2.83 83.4此外，因 ，故Szp4EAn0siis MPa73.184.839527.0)1.(52096.桩基的沉降量 Sem81.342
19、357. 九、承台抗冲切承载力验算1因承台高度不足时，承台既可能受柱荷载向下冲切而破坏，也可能在角桩处受角桩反力向上冲切而破坏，因此，应分别这两种情况各自进行验算。2鉴于现有的抗冲切验算方法都是在方形截面的桩、柱条件下得到的，因此，在进行验算之前，对于圆截面的桩、柱，必须换算成方柱或方桩(边长 b=0.8d，其中 d 为圆桩或桩的直径)。3对承台进行抗冲切、抗剪切、抗弯等承载力验算时，荷载效应应采用基本组合(等于标准组合的 1.35 倍） 。4对本设计，因柱截面是 900900mm 的方柱，故无需换算；对圆桩，其换算边长 b=0.8*600=480mm(见图 3虚线方框示)。此外承台的有效高度
20、 h0=1800-70=1730mm。相应于荷载效应基本组合时作用在柱底处的荷载设计值为:F=1.35Fk=1.3510000=13500 kN M=1.35Mk=1.352500=3375 kN.M H=1.35Hk=1.35600=810 kN扣除承台及其上填土自重后桩顶平均竖向力设计值 N=F/n=13500/9=1500 kN扣除承台及其上填土自重后桩顶最大、最小净反力： 2maxminaxiMFN Nk62.153874.391508图 3 承台抗冲切验算(柱及上阶对承台冲切)125090060084043203400480480a0x=17106006002400240060060
21、00a1x=460 h0=1730h10=83070045012501300900Hk设计地面 28.50mk1800Fk70900（1）柱对承台(向下)冲切因桩基是对称的，由图 3 知：a 0x=a0y=1710mm,h0=1730mm,0x=0y=a0x/h0=0.9884(在 0.251.0 之间,满足要求), 0x=0y =0.84/(0x+0.2) =0.70681。承台破坏锥体的有效高度 h0=1730mm。因承台高度 2000mmh=1800mm800mm，故 hp 在 0.9 与 1.0 之间线性内插。即 hp=0.8+(0.9-1.0)*(1800-800)/(2000-80
22、0)=0.81667因是方柱，故边长 bc=hc=900mm；承台为 C25 混凝土时抗拉强度 ft=1.27N/mm2。因冲切锥体底面范围内仅有 1 根桩(中心处)，故冲切力设计值 Fl=F-Q=13500-1500= 12000 kN。0000 )(2hfahatpxcycx ，故kN35.1407.12086.)71.976897681. k120lF柱对承台冲切承载力满足要求。（2）上台阶对承台(向下)冲切验算上台阶对承台冲切时，相当于将上台阶看作一个虚拟的“柱” ，只不过该“柱”的“截面尺寸”等于上台阶在水平面上的尺寸，并且承台破坏锥体的有效高度等于 h10=830mm。由 图 3
23、知 ： a1x=a1y=460mm,1x=1y=a0x/h0=0.5542(在 0.25 1.0 之 间 ,满 足 要 求 ),1x=1y =0.84/(1x+0.2) =1.11374。此外，由前“柱对承台(向下)冲切”知 hp=0.81667。9因虚拟的“柱”也是方柱，故边长 b1=h1=3400mm；承台为 C25 混凝土时抗拉强度 ft=1.27N/mm2。因冲切锥体底面范围内也仅有 1 根桩(中心处)，故冲切力设计值 Fl=F-Q=13500-1500= 12000 kN。011()(2hfahabtpxyx ，故kN3.1480.127086.0)4.37.)46.037. k10
24、lF上台阶对承台冲切承载力满足要求。（3）角桩承台(向上)冲切根据桩基的对称性，由图 4 知：c 1=c2=840mm，a 1x= a1y=460mm， 1x=1y=a1x/h0=0.2659， 1x=1y=0.84/(1x+0.2) =1.803。01121 )/()/( hfac tpxyyx kN37.1846.127086.)/4.8.(3.)2/6.84.03. kN38.174max，故角桩对承台冲切承载力满足要求。十、承台抗剪承载力验算1由于剪切破坏面通常发生在柱(墙)边与桩边连线形成的贯通承台的斜截面处，因而受剪计算斜截面取在柱边处。当柱(墙)承台悬挑边有多排基桩时，应对每个柱
25、(墙)边、变阶处与桩边连线形成的斜截面的受剪承载力进行计算。2本工程的柱下独立桩基为阶梯型，其中变阶处截面为 A1A 1 和 B1B 1；柱边处截面为 A2A 2 和 B2B 2，如图 4 所示。根据桩基几何特性的对称性以及仅在 X 向偏心可知，只要 A1A 1 截面抗剪承载力满足要求，则B1B 1 截面也一定满足要求。同理，只要 A2A 2 截面抗剪承载力满足要求，则 B2B 2 截面也一定满足要求。因此，只需验算截面 A1A 1 和 A2A 2 即可。对变阶 A1A 1 截面：截面有效高度 h10=830mm,截面计算宽度 by1=3400mm,a1x= 460mm,1x= a1x/h10
26、 =460/830 =0.55422, 1x= 1.75/(1x+1)=1.126， 。9804.3804141s，故承台变阶处满足抗kNVkNhbfts 14.52035.6.276.9.0 max剪承载力要求。对柱边 A2A 2 截面：h20=h0-h10=1730-830=900mm，截面有效高度 h0= h10+ h20=1730mm，b y1=by2=6m，截面计算宽度by0=(by1h10+by2h20)/h0 = (60.83+60.9)/1.73=6m ，a x=a1x+1.25=1.71m， x= ax/h0 =1.71/1.73 =0.98844， x= 1.75/(x+1
27、) =0.8801， 。82463.173840hs，故柱边处满足抗剪承 kNhbfts .957.62.2463.0 kNV14.5203max载力要求。10图 4 承台抗冲切验算(角桩对承台冲切)及承台抗剪验算B2 B2B11250900600c1=8403400480480a0x=1710600600240024006006000a1x=460 A1A1A2A2B1h0=1730h10=83070045012501300900Hk设计地面 28.50mk1800Fk7039251504525130十一、承台抗弯承载力验算1承台抗弯承载力验算时是将承台看作在桩反力作用下的受弯构件进行的。2
28、试验研究表明，柱下多桩独立桩基承台在配筋不足的情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏，即弯曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现，承台在两个方向交替呈梁式承担荷载，最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处。3对本桩基：Mx=N iyi=31500(2.4-0.45)=8775 kN.m若承台配置 HRB335 级钢筋(设计强度 fy=300N/mm2)，需要的配筋面积09.hfAyxs 2613.871039.0875m11选用 3925150，A s=19145mm2，平行于 y 轴方向均匀布置。My=N iyi=31734.38(2.4-0.45)=10146.12 kN.m若同样选择 HRB335 级钢筋，需要的配筋面积09.hfAyxs 265.21730.12m选用 4525130，A s=22090.5mm2，平行于 x 轴方向均匀布置。配筋情况见图 4。
