福建工程学院基础工程课程设计参考

一、设计资料 1.1 建筑物资料

某高校学生公寓楼，上部结构为钢筋混凝土框架结构。抗震设防烈度为7度，抗震等级为3级。室内外高差为400mm，柱底受竖向荷载为6340KN，受弯矩为475.5KNm。

1.2 岩土工程勘察资料

场地地下水类型为潜水，各钻孔混合地下水稳定水位埋深为1.2m，根据已有资料，该场地地下水对混凝土结构和钢结构具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋不具有腐蚀性。

建筑地基的土层分布情况及各土层物理-力学指标见下表

压缩重度r 模量 序号 土层名称 KN/m3 地基承载力特 预应力管桩极限承 征值fakkpa 载力标准值kpa 冲钻孔桩极限 承载力标准值（kpa） Es12MPa 推荐值 qsik qpk qsik qpk (1) 粉质粘土 18.1 4.80 120 46 34 (2) 淤泥质土 15.1 1.93 45 22 18 (3) 粉质粘土 18.9 5.73 150 52 36 (4) 淤泥质土 16.7 2.91 50 24 18 (5) 中细砂 18.5 7.50 150 52 38 (6) 粉质粘土 18.3 6.56 170 56 38 (7) 淤泥质土 15.5 3.53 55 26 20 精选文档

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(8) 圆砺 残积砂质粘性土 全分化花岗岩 20.0 12.00 4.43 13.00 15.00 280 86 8000 68 2400 (9) 17.5 200 70 8500 58 2600 (10) 20.0 310 90 9000 78 3000 (11) 强风化岩 21.0 500 120 10000 100 3500

二、选择桩型、桩长和截面尺寸 2.1 选择桩型

因柱底荷载大，不宜采用浅基础，本设计用桩基础。在对以上收集资料

进行分析研究的基础上，针对土层分布情况，考虑施工条件、设备和技术等因素，决定采用摩擦桩以及挤土桩。

2.2 选择承台埋深及桩的几何尺寸

本设计选择强风化花岗岩（9）作为桩端持力层。

桩型选用PHC管桩，桩身混凝土强度为C80，截面尺寸为直径400mm。 由于地下水埋深为1.2m,选择承台埋深为1.40m。桩端全断面进入持力层本设计取1m。则工程桩入土深度为h32.475.53.3453134.2m

桩基的有效桩长即为34.2-2.0=32.2m。

三、 确定单桩竖向承载力特征值，确定桩数并进行桩的布置 3.1确定单桩竖向承载力特征值

QUKupqsikliqpkAp=3.14×0.4×（46×1.6+22×2.4+52×7+24×5.5 +52×3.3+56×4+26×5+86×3+70×1）+8500×3.14×0.22=2910 KN

Ra2910/21455KN

3.2确定水平承载力特征值

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RHamftwoVmNN1.2522g1fA

mtn13.140.440.0125m4，Ec3104g0.4%，bo0.9（1.50.40.5）0.99，Im2,m4.0MN/m4,采用C30混凝土3mb4100.990550.4134EI0.853100.01253.140.4Wo0.4226.67-10.40.7210-20.0520323.140.82An16.67-10.410-20.51432N0.5，h0.41325.210.414.0，故Vm0.9260.41321.431030.05200.52092RHa1.25220.4%130.92621.43100.514148.5KN50KN满足要求

3.3确定桩数并进行桩的布置

柱底受竖向荷载：F=6340KN，M=475.5KNm

初步估算桩数,由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规范中建议取

1.1～1.2，本设计取1.2 即： n≥1.2暂取n＝6根。

按查表：桩距 s=3bp=3×0.4=1.2m 承台长边：a20.41.23.2m 承台短边：b20.40.62.0m 桩布置入下：

F63401.25.23根 Ra1455

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四、 桩身结构设计 4.1 吊装点

桩的截面尺寸为直径400㎜，桩长32.2m，采用2根10m和一根10.2m的桩进行相接。因各根桩的长度不大，桩的吊装及吊立时的吊立布置，采用同一个位置。

4.2桩身结构设计计算

桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。

KN 桩轴心受压时 Q1.2Ra1.26340/41902

由于采用的是高强PHC管桩，混凝土强度C80，fc35.9MPa

Apfcc3.14200235.90.753381.78KN精选文档

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因为QApfcc，则符合要求。

这里的Q是扣除承台和其上土自重后，相应于荷载效应基本组合的单桩竖向力设计值。

打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8％。则

AS≥0.8%×3.14×2002=1004.8mm2

配置6根HRB400级直径为16mm的钢筋，采用通长配筋；AS1206mm2 (符合要求)

A.桩身强度验算：

(cfcAfyAs)1.0(1.035.93.1420023601206)4943.2kNR1280kN 故满足要求

＝

B.桩的箍筋计算：

可以按构造配筋Φ8@300 As＝100.6mm2，ft2.22N/mm2

fyfyv2.10N/mm2

sv,minsv

ftfyv＝0.24×2.22/210＝0.2％

nAsv1＝（2×50.3）/（3.14×2002）＝0.32％>sv,min 满足要求 23.14r五、桩基承载力验算

5.1桩顶荷载

荷载取柱的Nmax组合：F＝6340kN ，M＝475.5 kN*m 承台高度为0.9m厚，荷载作用于承台顶面。

桩基设计安全等级为乙级，建筑物的重要性系数0＝1.0.

QkFkGk6340203.22.01.41086.5KN n6FkGk(MykHk)xmax(475.5500.9)1.2Qik1086.51086.5KN108.4KN22n41.2x∑i精选文档

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5.2单桩承载力验算

Qk1086.5KN≤Ra1455KN(满足要求) γoQkmax1.01195KN≤1.2Ra1746KN Qkmin978.1KN≥0 HikRHa

不论桩周土的类别如何，单桩的竖向受震承载力均可提高25%。对于抗震设防区必须进行抗震验算的桩基，可按下列公式验算单桩的竖向承载力：

Qk1086.5KN≤1.25Ra1818.75KN(符合)

Qkmax1195KN≤1.5Ra2182.5KN(符合)

5.3群桩沉降计算

对摩擦桩应进行桩基沉降计算。

soS

采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算,采用应力面积法计算最终沉降量。

竖向荷载标准值F6340kN 基底处压力pFG6340202.03.21.41018.625kpa A2.03.2基底自重压力γd18.11.28.10.223.34kpa

基底处的附加应力P0P-γd1018.62523.34995.285kPa 根据b=2.0查表得z0.3m

基础沉降量计算如下表： —_lz__Z(m) z ib bizii1Esi s'i/mm zz1(kPa)si/mm 精选文档

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0 1.6 4.0 11.0 16.5 19.8

1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 0.00 1.6 3.4 10.4 15.9 16.5 1 0.8316 0.5176 0.2290 0.1585 0.1334 0 1.3306 2.0704 2.5190 2.6125 2.13 1.3306 0.7398 0.4468 0.0935 0.0288 4800 1930 5730 2910 7500 275.90 381.51 77.61 31.98 3.82 275.90 657.41 736.02 767.00 770.82 计算沉降量 S'＝770.82

因为z厚度范围的土层计算沉降量为：3.82mm<0.025×770.82mm=19.27mm，满足要求，沉降深度可取19.8进行计算。

Es=

∑Ai=1nii=1ni=

si∑A/E995.2852.13=3.41Mpa

770.82由于po995.285kpa≥fak500kpa，查表得：

ψs1.167。

所以，桩基础最终沉降量S=ψsS'=1.167770.829.55mm

5.4桩基软弱下卧层承载力验算

因为在持力层下有不存在软弱下卧层，无需进行下卧层承载力验算。

六、 桩承台设计

6.1承台设计

承台底钢筋混泥土保护层成厚度取70mm，混凝土强度等级为C45，受力钢筋采用HRB335级钢筋，非受力钢筋取HPB235。Nmax6340kN，

Mmax475.5kNm，fy=300N/mm2 fc=21.1N/mm2ft=18.0N/mm2，

初步拟定承台厚1100mm。

F1.35FK1.3563408559KN M1.35MK1.35475.51.9KN.M 扣除承台和其上填土自重后的桩顶竖向力设计值：

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NF8559/61426.5KN nMx1.91.2maxNmin=N±max1426.51426.5133.73 =2241.2x∑i

6.2承台受弯承载力计算

Mx∑Niyi31426.50.3751604.8KN.MMX1604.8106As7161.1mm20.9fyh00.9300830

选用1628(AS9844.8mm20.15%×320020009600mm2)沿平行y轴方向均匀布置

My∑Nixi2×1560.230.92808.4KN.M

2808.4106As12531.97mm20.9fyh00.9300830

My选用2128(AS12921.3mm20.15%×320020009600mm2)沿平行x轴方向均匀布置

6.3承台受冲切计算： 6.3.1柱对承台受冲切承载力计算

承台厚度H＝0.9m, 桩顶嵌入承台50mm，承台底保护层厚度取70mm，计算截面处的有效高度h0900-70830m。

冲切力FlFNi855908559KN 冲垮比 λoxaox0.7＝＝＝0.843（<1.0） h00.830aoy0.175λoy＝ ＝＝0.211 (>0.2)

h00.830精选文档

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冲切系数 βox=0.840.84＝=0.805

λox+0.20.8430.2βoy=0.840.84＝＝2.044

λoy+0.20.2110.2

承台高度 h=900mm

βhp110.9(900-800)0.9922000800

ft1.80 N/㎜

2[ox(bcaoy)oy(hcaox)]hpfth0

＝2×[0.805×(0.450+0.175)+2.044×(0.6+0.7)] ×0.992×1100×0.830 ＝10263 KN >Fl＝8559kN （可以）

6.3.2角桩对承台的冲切

m a1x0.7m a1y0.175m c1c20.6

λ1xa1x0.7/0.8300.8431.0 h0λ1ya1yh00.175/0.8300.211

β1x、0.560.560.573λ1x0.20.8430.2a1y2)1y(c1a1x)]fth0 2β1y0.560.561.363λ1x0.20.2110.2

[1x(c2＝[0.573×(0.6+0.175/2)+ 1.363×(0.6+0.7/2)]0.992 ×1100×0.830 ＝1570KN>Nmax=1560.23KN（可以）

6.3.3承台受剪切承载力验算

受剪切承载力截面高度影响系数hs计算：

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80048004βhs=()=()=0.939

h01030I－I截面：

λxλox0.834(介于0.3~3之间） 剪切系数：β1.751.750.950

λox10.843111hsftb0h0＝0.991×0.950×1100×2.0×0.830＝3250kN >2Nmax ＝3120KN

满足要求

II－II截面： λyλoy0.210.3β= 取0.3

1.751.75==1.346 λy+10.3+1hsftb0h0＝0.991×1.346×1100×3.2×0.830＝5155 kN >3Nmax ＝4680.69KN

满足要求

6.3.4承台局部受压验算

由于承台的混凝土强度等级为C45，桩的混凝土强度等级为C80，因此按《混凝土结构设计规范》对承台的局部受压承载力进行验算：

N0.9fcAl

0.9fcAl0.921.13.1420022385.1kNN1426.5KN 满足要求

八、 参 考 文 献

【1】 中华人民共和国国家标准·《 建筑桩基础技术规范（JGJ94—94） 》·北京，中国建筑工业出版社，2002

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【2】 中华人民共和国国家标准·《 建筑地基基础设计规范（GB50007—2002） 》·北京，中国建筑工业出版社，2002

【3】 中华人民共和国国家标准·《 混凝土结构设计规范（GB20010—2002） 》·北京，中国建筑工业出版社，2002

【4】 丁 星 编著·《桩基础课程设计指导与设计实例》·成都：四川大学建筑与环境学院，2006

【5】 王 广 月，王 盛 桂，付 志 前 编著·《地基基础工程》·北京：中国水利水电出版社，2001

【6】 赵 明 华 主编，徐 学 燕 副主编·《基础工程》·北京：高等教育出版社，2003

【7】 陈 希 哲 编著·《土力学地基基础》·北京：清华大学出版社，2004

【8】 熊 峰，李 章 政，李 碧 雄，贾 正 甫 编著·《结构设计原理》·北京：科学出版社，2002

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