桩基础设计任务书

本科生课程设计

课程基础工程课程设计

题目：柱下钢筋混凝土预制桩基础设计

学院建筑工程学院

年级、专业2011级土木工程

学号2011450081

姓名宗振宇

指导教师张建辉

年月日

目录

一、工程地质资 (3)

二、桩基础设计资料 (3)

三、确定持力层，桩型，承台，埋深 (4)

四、确定单桩承载力（根据规范的经验公式） (4)

4.1 按桩周岩土的阻力确定单桩竖向承载力 (4)

4.2 按材料强度确定单桩竖向承载力 (4)

五、桩身结构验算 (5)

六、确定桩数和承台尺寸 (5)

七、群桩承载力计算 (6)

7.1桩顶作用效应验算 (6)

7.1桩顶作用效应验算 (6)

7.3软弱下卧土层承载力验算 (7)

八、群桩沉降计算 (7)

九、承台设计计算 (9)

9.1 柱边冲切验算 (9)

9.2.角桩向上冲切验算 (10)

9.3 承台受剪且承载力验算 (10)

9.4 承台受弯承载力验算 (10)

9.5.局部受压验算 (11)

十、参考文献 (11)

一、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4层，物理力学性质指标见表1-1，勘察期间测得地下水混合水位埋深为2.0m。地下水水质分析结果表明，本场地地下水无腐蚀性。

二、桩基础设计资料

（1）地基基础设计等级为乙（2）级；

（2）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Fk=(3200+20×81)=4820kN，弯矩Mk=(400+10×81)=1210kN m，剪力Hk=(50+2×81)=212kN。

（其中，Mk、Hk沿柱截面长边方向作用）；?

（3）柱的截面尺寸为：400mm?600mm；

（4）承台底面埋深：d=2.0m；

（5）根据地质资料，以灰黄色粉质粘土为桩尖持力层，钢筋混凝土预制桩断面尺寸

300?300mm ，桩长10.0m ；

（6）桩基沉降量容许值：[s]= 200（mm ）； （7）沉桩方式：静压；

（8）桩身材料：混凝土为C30，轴心抗压强度设计值f c =15mpa ，弯曲抗压强度设计值

f m =16.5mpa ；主筋采用4φ16，其强度设计值f y =310mpa.（起吊安装验算）

（9）承台材料：混凝土为C30，轴心抗压强度设计值f c =15mpa ，弯曲抗压强度设计值

f m =16.5mpa ；抗拉强度设计值f t =1.5mpa.

三、确定持力层，桩型，承台，埋深

通过分析以灰黄色粉质粘土为桩尖持力层，钢筋混凝土预制桩断面尺寸300?300mm ，桩长10.0m ，承台埋深确定2.0m ，考虑到桩顶要伸入承台50mm ，所以桩有效桩长为9.95m 。 ：

桩基础示意图：

四、确定单桩承载力（根据规范的经验公式）

4.1 按桩周岩土的阻力确定单桩竖向承载力

一般预制桩及中小直径灌注桩，单桩竖向极限承载力标准值uk Q 可按下式计算：

p pik i sik pk sk uk A q L q u Q Q Q +=+=∑

sik q 桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值，pk q 极限端阻力标准值。经查《建筑桩基技术规范 JGJ94-2008》可知灰色粉质粘土kPa q sik 40= 灰黄色粉质粘土k P a

q s i k 64=。 ()kN A q L q u Q Q Q p pik i sik pk sk uk 96.6393.0150095.0649403.042=?+?+??=+=+=∑

单桩竖向承载力特征值()安全系数2==

K K

Q R uk

a ，所以kN R a 320296.639==。

4.2 按材料强度确定单桩竖向承载力 ()a y p c C A f A f N 9.0+≤ψ?

其中0.1=? 85.0=c ψ MPa f c 15= 2

2

3.0m A p = MPa f y 310= 4

1642

π=a A

()kN A f A f N a y p c C 13729.0=+≤ψ?

N （竖向力设计值）=4820×1.2=5784kN 。

结论：按地基土单桩竖向承载力比按材料单桩竖向承载力小，故单桩竖向承载

力特征值kN R a 320=。

五、桩身结构验算

采用两点起吊，吊点位置距桩顶、桩尖 0.207L=0.207×10=2.07m 。起吊时桩身最大负弯矩2max 0214.0M qL k t = 其中q=0.3×0.3×25=2.25kN/m 为每延米桩的自重，所以K 1025.20214.00214.0M 22max ??==qL k t （K 为考虑在吊运过程中桩可能受到的冲击和振动而取的动力系数K=1.3）

m 6.26kN 1.31025.20214.00214.0M 22max ?=???==qL k t

m kN M M M k t ?===26.6max 21

桩身弯矩设计值M=1.21M =1.2×6.26=7.512kN.m ,桩身混凝土强度C30，桩身受拉主筋面积0

9.0A h f M

y g =

设桩身主筋混凝土保护层厚度取35mm ，所以mm h 265353000=-=

MPa f y 310= 26

0102265

3109.010512.79.0A mm h f M y g =???== 而主筋用416Φ

222

1028044

164A mm A mm g g =>==π 。故满足起吊要求。

六、确定桩数和承台尺寸

桩数估算 5.19320

4820

3.13.1=?=?=

a k R N n （1.3为考虑偏心荷载，将按轴心荷载确定桩数增加） 故取20根。

采用4×5布置，桩距（根据规范桩最小中心距a S =3.0d(d 桩直径或边长)，考虑对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距还应适当增大）所以a S =4×0.3=1.2m ，桩心距承台边缘距离不应小于桩直径或边长所以取0.3m

m

L m c c 4.533.02.142.423.02.13B =?+?==?+?=

七、群桩承载力计算

承台及上覆土重量 Ad k γ=G （γ承台与上覆土的平均重度，取3/20m kN ）

kN Ad k 2.90722.44.520G =???==

基础总重与轴心荷载 kN G k 2.57272.9074820F k =+=+ 7.1桩顶作用效应验算

① 轴心竖向力作用 kN R kN n G F a k k 32036.28620

2

.5727N k =<==+= ② 偏心竖向力作用

kN

R kN X d H M a i

k k 3842.14.354)

2.14.2(8)

22121210(36.286)

(N N 222

k kmax =<=+?++

=++

=∑桩顶效应满足要求。

7.2考虑承台效应时复合基础的承载力特征值R

不考虑地震作用时，c ak c a A f η+=R R 根据规范 a S =1.2m d=0.3m m B c 2.4= L=10m(桩长)

查《基础工程》表4-7

42.0=L B c 3=d

S

a 所以c η取0.085 c A （计算基桩所对应的承台底地基土净面积）=()04.120/)09.0202.44.5(/=?-?=-n A A ps η

ak f （承台底0.5承台宽度深度内各层土地基承载力特征值按厚度加权平均值） d 取

m c 1.22

2

.42B ==，所以ak f =1.35k f =1.35×120=162kPa 所以R=320+0.085×162×1.04=334.3kN>a R

7.3 软弱下卧土层承载力验算

由于持力层下的土层的地基承载力k f 大于持力层的k f ，所以不需要验算下卧土层承载力。

八、群桩沉降计算

沉降示意图

有规范可知计算矩形桩基中心沉降时，桩基沉降量简化公式

∑

---='=n

i

i

i i i i e e ES Z Z P S 1

104S ααψψψψ

0P （在荷载作用准永久组合承台底的平均附加应力）

kPa d A G P k k 215208.182

.44.52

.5727F 0=?-?=-+=

γ 桩端平面下压缩层厚度n Z 按应力比法确定，计算深处的附加应力Z σ与土的自重应力

C σ ，C Z σσ2.0≤ j m

j i Z P 01

∑==ασ

j P 0（基础桩底面的各角点附加应力）

i α（为从桩端面深度开始的附加应力系数）

所以Z=（4—0.95）=3.05m

45.12/2.405.3Z ==b 29.12.44.5a ==b 查规范142.0=i α 所以kPa Z 2.122215142.04=??=σ

kPa c 1.1564)106.19(9)109.18(28.18=?-+?-+?=σ（考虑地下水的影响）

当Z=7.1m ，38.32/2.41.7Z ==b 29.12

.44

.5a ==b 查规范 046.0=i α 所以kPa Z 39215046.04=??=σ

kPa c 005.1974-95.01.71.101.156=+?+=）（σ

所以 kPa C 401.392.0=σ ，所以最终深度取7.1m 。

根据规范公式 ∑---='=n i

i

i i i i e e ES Z Z P S 1

104S ααψψψψ

e ψ（桩基等效沉降系数） 2

10)1(1

C n C n C b b e +--+

=ψ

b n （矩形布桩时短边桩数） b n =4

查《建筑桩基技术规范 JGJ94-2008》得

43.02.1S ==d a 29.1L C =c

B 33.333.010

L ==

d 0C =0.073 1C =1.502 2C =6.677 341.0677

.63502.13073.0)1(1210=+?+=+--+

=C n C n C b b e ψ

桩基沉降计算表（kPa P 2150=）

ψ（桩基沉降经验系数）

kPa E

A si

i

i

73698200328.1

7000556.2328

.1556.2A E S

=?

?

?

??++=

=

∑∑ 查规范ψ取1.2

S=1.2×0.341×(0.079+0.035)=4.66cm<[S]=20cm 。所以沉降满足要求。

九、承台设计计算

9.1 柱边冲切验算

承台高h 取950mm ，0h =0.95-0.05-0.035=0.865m (混凝土保护层厚度取35mm)。

冲垮比：125.2865

1950

0>===

h a ox ox λ 所以ox λ取1

7.02

.0184

.0B =+=ox 168.1865

1450

>==

=h a oy oy λ 7.02

.0184

.0B =+=

oy

h=950mm>800mm ，所以996.0=p h c b （柱短边长）c h （柱长边长）

所以()()[]

02h f B a h B a b B t hp ox c oy oy c ox +++=2×[0.7（0.4+1.45）+0.7（0.6+1.95）] ×0.996

×1500×0.865=7961.06kN>1F =1.35(4820-4820/20×6)=4554.9kN

9.2.角桩向上冲切验算

从角桩内边缘至承台外边缘距离m 45.0C C 21==

m 95.1a a ox 1x == 1ox 1x ==λλ m 45.1a a oy 1y == 1oy 1y ==λλ

467.02

.0156

.0B 1=+=

x 467.0B 1=y ()()[]

011112/2/h f B a h B a b

B t hp x c y y c

x

+++=[0.467

（0.45+1.45/2）+0.467（0.45+1.95/2）] ×0.996×1500×0.865=1569.1kN>kN N 4.354max =

9.3 承台受剪且承载力验算（剪跨比与以上冲垮比相同，故对1—1斜截面验算）

1ox 1x ==λλ 875.00

.1175

.1=+=

? mm h 8650= 4

10800???

?

??=h B hs

1—1 981.0=hs B

kN kN h b f B t hs 76.191335.14.35447.4677865.02.41500875.0981.00=??>=????=?

2---2 2—2截面受剪切承载力更大，故验算从略。

9.4 承台受弯承载力验算（钢筋强度f y =310mpa ）

m kN y N i i x ?=???

?

????+???? ????==∑5.3253

4.02048203

5.15

6.120482035.15M

26

013.13481865

3109.0105.32539.0mm h f M A y x s =???==

选用36φ22 1A s =136782m m 间距125mm ，两端空余116.5mm ，沿平行于y 轴方向均匀布置。

()()()()

m

kN X N i i y ?=?????

???+??++?+????????+??++?==∑7.48419.035.14.22.182.1424121020482041.235.14.22.184.242412102048204M 222226022.20062865

3109.0107.48419.0mm h f M A y y

s =???==

选用33φ28 2A s =20309.52m m 沿平行于X 轴方向均匀布置。 9.5.局部受压验算

由于承台混凝土强度与桩，柱的混凝土强度一样，所以没必要验算桩或柱对承台的局部承压承载力验算。

当验算时，承台混凝土在桩下的压力最大，已知柱截面A=0.4×0.6=0.242m ，承台混凝土的轴心抗压强度c f =15Mpa ，即承台对柱子的局部抗压承载力为

k o c F kN A f γ>=???=90001024.0155.25.23=1.35×4820=6507kN 所以局部受压承载力满足要求。

十、参考文献

[1]中华人民共和国国家标准，建筑地基基础设计规范（GB50007—2011）. [2]中华人民共和国行业标准，建筑桩基技术规范（JGJ 94—2008）。 [3]中华人民共和国行业标准，岩土工程勘察规范规范（GB50021—2001）。 [4]中华人民共和国行业标准，建筑地基处理技术规范（JGJ 79—2012）。

[5]中华人民共和国行业标准，混凝土结构设计规范（GB50010—2010）。

[6]袁聚云，李镜培，陈光敬编著，土木工程专业毕业设计指南，岩土工程分册[M]，

中国水利出版社，1999，4。

[7]《基础工程》高等教育出版社。