基础工程课程设计计算书
《基础工程》课程设计任务书
（一）设计题目
某宾馆，采用钢筋混凝土框架结构，基础采用柱下桩基础，首层柱网布置如附件所示，试按要求设计该基础。
（二）设计资料
1. 场地工程地质条件
场地岩土层按成因类型自上而下划分：1、人工填土层（Q ml）；2、第四系冲积层（Q al）；3、残积层（Q el）；4、白垩系上统沉积岩层(K2)。
各土（岩）层特征如下：
1）人工填土层（Q ml）
杂填土：主要成分为粘性土，含较多建筑垃圾（碎砖、碎石、余泥等）。本层重度为16kN/m3。松散为主，局部稍密，很湿。层厚1.50m。
2）第四系冲积层（Q al）
②-1淤泥质粉质粘土：灰黑，可塑，含细砂及少量碎石。该层层厚3.50m。其主要物理力学性质指标值为：ω=44.36%；ρ= 1.65 g/cm3；e= 1.30；I L= 1.27；
E s= 2.49MPa；C= 5.07kPa，φ= 6.07°。
承载力特征值取f ak=55kPa。
②-2 粉质粘土：灰、灰黑色，软塑状为主，局部呈可塑状。层厚2.45m。
其主要物理力学性质指标值为：ω= 33.45%；ρ= 1.86 g/cm3；e= 0.918;I L=0.78; Es=3.00Mpa；C=5.50kPa，Φ=6.55°。
②-3粉质粘土：褐色，硬塑。该层层厚3.4m。其主要物理力学性质指标值为：ω= 38.00%；ρ= 1.98 g/cm3；e= 0.60;I L=0.20; Es=10.2MPa。
3）第四系残积层（Q el）
③-1 粉土：褐红色、褐红色间白色斑点；密实，稍湿-湿。该层层厚2.09m。其主要物理力学性质指标值为：ω= 17.50%；ρ= 1.99 g/cm3；e= 0.604；I L=0～0.24；Es=16.5MPa;C= 41.24kPa;Φ= 22.63°。
4）基岩—白垩系上统沉积岩层(K2)
本场地揭露岩层为白垩系上统沉积岩层, 岩性以粉砂岩为主。根据岩石风化程度的不同将本区岩石划分为强风化、中风化岩、微风化岩。
④-1强风化层：
褐红色。厚度多在3.50～5.50m之间，平均为4.0m。其主要物理力学性质指标值为：ρ= 2.30 g/cm3；Es=100.0MPa。
本层取1个土样，作标准贯入试验3次，均在20cm出现标贯锤反弹现象，击数N=30～36击。
④-2中风化层：
褐红色；岩质较硬，节理、裂隙稍发育，岩芯多呈短柱状，碎块状。厚度
3.0m。Es=400.0MPa。
④-3微风化层：
褐红色；岩石新鲜、坚硬，岩芯多呈长柱状。其饱和抗压强度值30.60MPa。
2. 场地水文地质条件
拟建场地已人工填土整平，无明显地表水体存在，仅在阴雨天气可在低洼处见少量地面积水。场地地基土中无明显的含水层, 地下水主要为储存在杂填土中的上层滞水，补给来源为生活用水及大气降水。经观测，本场地地下水静止水位标高在11.30～11.89m之间。
3. 上部结构资料
上部结构为钢筋混凝土框架结构，底层柱布置及上部结构传至±0.00m的荷载条件如附件。所有底层柱截面尺寸均为600mm×600mm。柱子的混凝土强度等级为C30。
（三）设计内容
（1）确定桩型、桩长；
（2）确定单桩或基桩竖向承载力；
（3）确定桩数、承台尺寸及建筑物的桩基础平面布置；
（4）桩基础承载力验算；
（5）承台及连梁设计计算；
（6）桩沉降验算；
（7）绘制施工图（包括基础平面布置图、桩的布置及承台平面图、桩基础剖面图、承台配筋图、桩配筋图、施工说明等）。
（四）设计依据
（1）《JGJ94-2008 建筑桩基技术规范》
（2）制图标准等其它规范、规程、标准。
（五）设计要求
（1）设计符合施工图设计深度要求。
（2）计算书要求：书写工整、数字准确、图文并茂，任务书随计算书装订。
（3）制图要求：所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为长仿宋字。
（4）图纸规格：A2；计算书：A4。
（5）设计时间：1.5周。
任务书附件：
（1）上部结构底层柱网平面布置图
（2）恒载作用下底层柱底的荷载作用标准值
（3）活载作用下底层柱底的荷载作用标准值
《基础工程》课程设计计算书
1.设计资料
1.场地工程地质条件
建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表1.1
表1.1地基各土层物理，力学指标
1.2荷载组合
对28根桩荷载进行组合，根据荷载大小把柱分成2组，第一组为①和13轴，第二组为②~12轴。取各桩的最不利荷载，结果如下：
标准组合：用于进行桩的承载力计算，计算公式为：活载恒载0.10.1+=k S 。
第一组：kN F 80.2742=,m kN M ?=10.11，kN V 9.72= 第二组：kN F 1.4009=,m kN M ?=8，kN V 5.46=
基本组合：用于承台设计及桩身配筋，计算公式为：活载恒载4.17.035.1?+=S 。
第一组：kN F 3.3587=,m kN M ?=3.15，kN V 3.53=
第二组：kN F 3.5211=,m kN M ?=5.11，kN V 2.64=
准永久组合：用于桩基沉降验算，计算公式为：活载恒载7.00.1+=q S 。
第一组：kN F 4.2645=,m kN M ?=3.11，kN V 5.74= 第二组：kN F 1.3846=,m kN M ?=2.8，kN V 6.47=
2.桩型选择和持力层确定
根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，采用预制混凝土管桩。桩边长取400mm ×400mm 。
选择第④层风化层作为桩端持力层，桩端全断面进入持力层1.0m （>2d ）桩入土深度为m h 94.130.194.12=+=。取承台厚度为1.0m ，承台埋深为1.94m ，则桩长m h 0.11=。
3.确定单桩承载力
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.5：用经验参数法确定单桩极限承载力标准值：p i pk sk uk A q l q
u Q Q Q pk sik
+=+=∑
sik q 为桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值。由《规范》表5.3.5-1得各层土
的极限侧阻力标准值如表3.1
表3.1 各层土的极限侧阻力标准值
pk q 为极限端阻力标准值，由《规范》表5.3.5-2得：kpa pk
q 6000=。
桩极限承载力标准值：
kpa
A q l q u Q Q Q p
i pk sk uk pk sik 23964.06000)0.122009.27040.38845.25706.330(4.042=?+?+?+?+?+??=+=+=∑ 根据《规范》5.2.2：单桩承载力特征值uk a Q K
R 1
=
，K 为安全系数，取K=2。
得：kpa R a 119823962
1
=?=
4．确定桩数和承台底面尺寸
4.1 ①和13轴柱桩数和承台的确定
取最大轴力组合的荷载F=2742.8kN
初步估算桩数,考虑偏心受压，取调整系数为1.1，即：
5.21.11198
8.27421.1n =?=?≥
R F 取n ＝3根，桩中心距 m 2.13d 4.1＝>=m S a ，桩承台为等边三角形承台，桩位平面布置见附图。
4.2 ②~12轴柱桩数和承台的确定
取最大轴力组合的荷载F=4009.1kN
初步估算桩数,考虑偏心受压，取调整系数为1.1，即：
7.31.11198
1.40091.1n =?=?≥
R F 取n ＝4根，取桩中心距 m 2.13d 4.1＝>=m S a ，桩心距承台力缘取500mm ，承台底面尺寸为2400mm ×2400mm ，桩位平面布置见附图。
5.桩基承载力验算
5.1 ①和13轴柱桩单桩承载力
轴心竖向力作用下：
kpa R n G F Q a k k k 11984.948394
.12.24.221
208.2742=<=????+=+=，满足要求。 偏心竖向力作用下
∑++=
2
max
i yk k k x x M n G F Q kmx
=948.4+2
7.027
.0)94.1494.12(???+= 1025.2<1.2a R =1437.6kpa ，满足要求 。
5.2 ②~12轴柱桩单桩承载力 轴心竖向力作用下
kpa R n G F Q a k k k 11981.10584
94
.14.24.2201.4009=<=???+=+=
，满足要求。 偏心竖向力作用下
∑++=
2
max
i yk k k x x M n G F Q kmx
=1058.1+2
7.047
.0)94.15.461.0(???+= 1090.3<1.2a R =1437.6kpa ，满足要求。
6.承台受弯计算
6.1 ①和13轴柱桩承台受弯计算
承台厚度m 0.1，保护层为mm 50，则m h 95.00=，混凝土强度等级为C25，混凝土的抗拉强度为2/19.1mm N f t =，采用对称配筋，钢筋选用HRB335级，
2
/300mm N f y =。取荷载基本组合：
3587.30kN =F ，m 15.28kN ?=M ，
53.27kN
=V
kN n F N 8.11953
30.3587===
kN x x M n F N j
y 5.12807.027.0)94.127.5328.15(8.119522max max =???++=+=
∑m kN c s N M a ?=?-=-=
6.523)4.04
3
4.1(3
5.1280)43(3max 26
03.20419503009.0106.5239.0mm h f M
A y s =???==
选用7B20150钢筋，24.2199mm A s = 6.2 ②~12轴柱桩承台受弯计算
取荷载基本组合：kN 34.2115=F ，m kN 5.11?=M ，64.18kN =V kN n F N 8.13024
34.5211===
kN x x M n F N j y 3.13477.047.0)94.118.645.11(8.13022
2max max =???++=+=∑
m kN x N x N M i i i y ?=??===∑8.10774.03.134722max 26
042029503009.0108.10779.0mm h f M
A y s =???==
选用B20150钢筋，22.5027mm A s =
7.承台抗冲切验算
7.1 ①和13轴柱桩承台抗冲切验算 柱对承台的冲切验算：
根据《规范》5.9.7：承台受柱冲切的承载力可按以下公式计算：
00000)]()([2h f a h a b F t hp x c y y c x l βββ+++≤
柱边到最近桩边的水平距离：m a x 2.00=，m a y 3.00=。 冲垮比：x 0λ=0
0h a x =0.21，y 0λ=0
0h a
y
=0.32
冲切系数：04.22
.021.084
.02
.084.00=+=
+=x x λβ，62.12.032.084.02.084.00=+=+=
y y λβ 094.0)800950(800
200095
.011=----
=hp β
承台抗冲切承载力：
[]kN
h f a h a b t hp x c y y c x 9.708395.01190994.0)2.06.0(62.1)3.06.0(04.22)]()([20
0000=???+++=+++βββ
kN kN F l 9.708330.3587<=，满足要求。
角桩对承台的冲切验算：
根据《规范》5.9.8：三桩三角形承台受角桩冲切的承载力可按以下公式计算：底部角桩：01
111112
tan
)2(h f a c N t hp l θββ+≤，
顶部角桩：02
122122
tan
)2(h f a c N t hp l θββ+≤
从角桩内边缘至承台外边缘距离：m c 07.11=，m c 04.12=
承台变阶处相交点至角桩内边缘水平距离：m a 20.011=，m a 26.012=； 角桩冲跨比：11λ=0
11
h a =0.21，12λ=0
12h a =0.27
冲切系数：36.12
.021.056
.02
.056
.01111=+=
+=λβ，
19.12
.027.056
.02.056.01212=+=+=
λβ
承台抗冲切承载力:
kN h f a c o t hp 7.206495.0119030tan 994.0)20.007.12(36.12
tan
)2(0
1
11111=???+?=+θββ kN
h f a c o t hp 6.180695.0119030tan 994.0)26.004.12(19.12
tan
)2(0
2
12212=???+?=+θββ
kN
kN kN N N l 7.20646.18065.1280max <<==，满足要求。
7.2 ②~12轴柱桩承台抗冲切验算 柱对承台的冲切验算：
根据《规范》5.9.7：柱下矩形独立承台受柱冲切冲切承载力可按以下公式计算：00000)]()([2h f a h a b F t hp x c y y c x l βββ+++≤
柱边到最近桩边的水平距离：m a x 2.00=，m a y 2.00=。 冲垮比：x 0λ=0
0h a x =0.21，y 0λ=0
0h a
y
=0.21
冲切系数：04.22.021.084
.02
.084.00=+=
+=x x λβ，04.22.021.084.02.084.00=+=+=
y
y λβ 受冲切承载力截面高度影响系数：094.0)800950(800
200095
.011=----=hp β
承台抗冲切承载力：
[]kN
h f a h a b t hp x c y y c x 6.733595.01190994.0)2.06.0(04.2)2.06.0(04.22)]()([20
0000=???+++=+++βββ
kN kN F l 6.733534.5211<=，满足要求。
角桩对承台的冲切验算：
根据《规范》5.9.8：承台受角桩冲切的承载力可按以下公式计算：
o t hp x y y
x l h f a c a c N βββ??
?
?????? ??++???
? ?
?+≤2
2
111121 从角桩内边缘至承台外边缘距离：m c c 7.021==，
承台变阶处相交点至角桩内边缘水平距离：m a a y x 2.011==， 角桩冲跨比：x 0λ=y 0λ=0
0h a x =0.21
冲切系数：36.12
.021.056
.02
.056.011=+=
+==x y x λββ
kN h f a c a c o t hp x y y x 2.244595.01190994.022.07.036.122.07.036.122111121=????????
???? ??++??? ??+=????????? ??
++???? ?
?+βββ
kN kN N N l 2.24453.1347max <==，满足要求。
8.承台斜截面抗剪验算
8.1 ①和13轴柱桩承台斜截面抗剪验算
根据《规范》5.9.10：承台斜截面受剪承载力可按以下公式计算：
0h b f V t hs αβ≤
柱边到最近桩边的水平距离：m a x 2.0=，m a y 3.0=。 剪垮比：x λ=0
h a x
=0.21<0.3，取x λ=0.3；y λ=0
h a y
=0.32
剪切系数：35.11
3.075.11
75.1=+=+=x x λα， 32.11
32.075.11
75.1=+=+=y y λα
受剪切承载力截面高度影响系数：958.09508008004
/14
/10=??
? ??=???
? ??=h hs β
对于Ⅰ-Ⅰ截面：
m
b 212.25.0808.0404.05.00=+++=
kN
h b f t x hs 11.323495.0212.2119035.1958.000=????=αβ
对于Ⅱ-Ⅱ截面：
m
b 556.22)7.0289.0289.0(0=?++=
kN
h b f t x hs 02.365495.0556.2119032.1958.000=????=αβ
kN
kN kN kN N V 02.365411.32340.25615.128022max <<=?==,
满足要求。
8.2 ②~12轴柱桩承台斜截面抗剪验算
根据《规范》5.9.10：承台斜截面受剪承载力可按以下公式计算：
0h b f V t hs αβ≤
柱边到最近桩边的水平距离：m a x 2.0=，m a y 2.0=。 剪垮比：x λ=y λ=0
h a x
=0.21<0.3，取x λ=0.3
剪切系数：35.11
3.075.11
75.1=+=+==x y x λαα，
受剪切承载力截面高度影响系数：958.09508008004
/14
/10=??
? ??=???
? ??=h hs
β
kN
h b f t x hs 98.350895.04.2119035.1958.000=????=αβ
由于承台截面对称：kN
kN kN N V 98.35086.26943.134722max <=?==,
满足要求。
9.桩身结构设计 9.1桩身配筋计算
预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用HRB335级，桩顶轴压力应符合下列规定：
A
f N
ps
c
c
?
?≤max
kN x x M n F N j y 3.13477.047
.0)94.118.6417.0(8.13022
2max max =???++=+=∑
计算桩身轴线抗压强度时，一般不考虑压屈影响，取1=?；对于预制桩，桩基施工工艺系数 8.0=?c
；C30混凝土
f
c
=14.3N/2mm
kN kN A
f ps
c
c 3.13474.18304.04.0103.148.016
>=?????=?? 桩身轴承载力满足要求。故按构造配筋，选取8B14，21231mm A s =。 9.2桩身构造设计
箍筋选用A8的钢筋，间距200mm ，距桩顶2m 范围内箍筋加密，间距为
100m ，桩身主筋混凝土保护层厚30mm 。
10.连梁设计
根据《规范》4.2.6：连梁宽度不宜小于250mm ，其高度可取承台中心距的
1/10~1/15,且不宜小400mm 。mm 720~4807200)151
~101(=?，取连梁高度
h=500mm ，宽度b=300mm 。按构造配筋，选取8B14，21231mm A s =。箍筋选取A8200mm 。
11.桩桩沉降验算
由于桩的埋深为13.94m ，故桩沉降由13.94m 处往下计算。根据《规范》5.5.6，采用等效作用分层总和法计算其最总沉降量。 ①计算地基土的自重压力： 地下水位以上：
kPa c 1.21115.194.34.1945.22.185.33.165.1161=?+?+?+?+?=σ； 地下水位以下：
kPa c 9.220.1)105.22(09.1)105.19(2=?-+?-=σ； 总的自重应力：kPa c c c 0.23421=+=σσσ。 ②基础的自重应力：
地下水位以上：kPa p 23785.11201=?=σ；
地下水位以下：kPa p 8.41)85.1194.13(202=-?=σ； 总的应力kPa p p p 8.27821=+=σσσ。 （1）①和13轴桩：
三角形承台的面积为3.822m 把其等效为边长为m m 22?的矩形
附加应力=-+='0c
G F p σkPa 2.5201.21194
.182.3204.2645=-??+ 在Z=4.0m 处，
2.0154.00
.2847.43<==c z σσ，所以本基础取Z=4m 计算沉降量。
所以mm S 955.12526.0057.3278.4094.5=+++='
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.5.7，可得沉降计算如下： ∑
∑=---????==n
i si
i i i i o e e E z z P s s 11
1'
4αψψψψ
MPa MPa E
A A E si
i
i
s
4014.89400
526
.02.520100057.32.520100278.42.520100094.52.520)
526.0057.3278.4094.5(2.520>=?+
?+?+?+++?=
=
∑∑ 取沉降经验系数40.0=ψ。
73.12
2
3=?=?
=c c b L B n n ， 由
5.34.04.1==d S a ，5.274.011==d l ，122==c c B L ，得：
059.00=c ，499.11=c ，380.72=c ，
145.0380
.7)173.1(499.11
73.1059.0)1(1210=+--+=+--+
=c n c n c b b e ψ
所以：mm S 75.0955.12145.040.0=??=。
（2）②~12轴桩 附加应力=-+='0c A G F p σkPa 4.4951.2114
.24.294
.14.24.2201.3846=-????+
在Z=3.8m 处，
2.0198.05
.2819
.55<==c z σσ，所以本基础取Z=3.8m 计算沉降量。
所以mm S 417.12096.0829.0670.5822.5=+++='
MPa MPa E
A A E si
i
i
s 4073.81400
096
.04.495400829.04.495100670.54.495100822.54.495)
096.0829.0670.5822.5(4.495>=?+
?+?+?+++?=
=
∑∑ 取沉降经验系数40.0=ψ。
22
2
4=?=?
=c c b L B n n ， 由
5.34.04.1==d S a ，5.274
.011
==d l ，14.24.2==
c c B L ，得： 059.00=c ，499.11=c ，380.72=c ，
172.0380
.7)12(499.11
2059.0)1(1210=+--+=+--+
=c n c n c b b e ψ
所以：mm S 85.0417.12172.040.0=??=。
根据《规范》表5.5.4，最大沉降差允许值o l S 002.0max ≤?
mm S mm S 22110000002.01.075.085.0max =?=?<=-=?，满足要求。