桩基础设计实例

桩基设计实例

某城市中心区旧城改造工程中，拟建一幢18层框剪结构住宅楼。场地地层稳定，典型地质剖面图及桩基计算指标见表8-5。柱的矩形截面边长为400mm×500mm，相应于荷载效应标准组合时作用于柱底的荷载为：Fk?5840kN，Mxk?180kN·m，

Myk?550kN·m，Hxk?120kN。承台混凝土强度等级取C30，配置HRB400级钢筋，试设计柱下独立承台桩基础。

表8-5 地质剖面与桩基计算指标

桩基计算指标(kPa) 土层 种类 粘 土 淤 泥 粉质粘土 淤泥质土 卵 石 层厚(m) 3.0 10.4 3.5 9.3 3.0 未见强风化岩 底 4000 50 2200 36 1000 50 单桩布置 (m) 预制桩 沉管桩 冲、钻孔桩 qpa 1300 5500 qsia 25 6 30 10 80 qpa 1000 2800 qsia 20 5 20 7 50 qpa 600 1200 qsia 22 5 22 7 60

解：（1）桩型选择与桩长确定

人工挖孔桩：卵石以上无合适的持力层。以卵石为持力层时，开挖深度达26m以上，当地缺少施工经验，且地下水丰富，故不予采用。

沉管灌注桩：卵石层埋深超过26m，现有施工机械难以沉管。以粉质粘土作为持力层，单桩承载力仅240~340 kN，对16层建筑物而言，必然布桩密度过大，无法采用。 对钻（冲）孔灌注桩，按当地经验，单位承载力的造价必然很高，且质量控制困难，场地污染严重，故不予采用。

经论证，决定采用PHC400-95-A（直径400mm、壁厚95mm、A型预应力高强混凝土管桩），十字型桩尖。由于该工程位于城市中心区，故采用静力法压桩。

初选承台埋深d=2m。桩顶嵌入承台0.05m，桩底进入卵石层≥1.0m，则总桩长

1

L=0.05+1.0+10.4+3.5+9.3+1.0≈25.3m。 （2）确定单桩竖向承载力 ①按地质报告参数预估

Ra?qpaAp?uP?qsiaLi

?5500??????0.42???4?????0.4??25?1?6?10.4?30?3.5?10?9.3?80?1.0? ?69?1459 =1150kN

②按当地相同条件静载试验成果

Qu的范围值为2600 ~3000kN之间，则 Ra?Qu/2?1300~1500kN，

经分析比较，确定采用Ra?Qu/2?1350kN。 （2）估算桩数与平面布桩 ①初选桩的根数 n＞FkR?5840?4.3根，暂取5根。 a1350②初选承台尺寸

桩距s?3.0d?3.0?0.4?1.2m，并考虑到Myk＞Mxk，故布桩如图8-29所示：

(a) 平面 (b) 立面

图8-29 承台尺寸及荷载图

2

初选承台埋深d=2m，承台高度h为1.2m，桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层取70mm，则承台有效高度为：h0?1.2?0.07?1.13m=1130mm

采用平板式承台，取承台及其上土的平均重度?Gk?20kN/m3。 则有Gk??Gkbld?20?2.0?3.0?2.0?240kN （4）桩基受力验算 ①单桩竖向承载力验算

Qk?Fk?Gk5840?240??1216＜Ra?1350kN n5QkmaxkminFk?GkMxkymaxMykxmax ???22nyx?i?i?5840?240180?0.6?550?120?1.2??1.1?? 54?0.624?1.12.7 ?1216?75?157 = 1448.7＜1.2Ra?1620kN 1016＞0 ②单桩水平承载力验算

按式（8-13）估算的单桩水平承载力特征值Hha?28 kN

在承台的抗弯刚度远大于基桩的条件下，柱底水平力均分至承台下各桩，则有 H1k?Hkn?1205?24kN ≤Hha?28 kN 可以满足要求。

③桩基沉降 本工程为乙级建筑桩基，对沉降要求一般，且为体型简单、桩端下无软弱下卧层的端承型桩，故不必验算沉降。 （5）桩身结构承载力验算

按《预应力混凝土管桩》（03SG409）标准图，选用PHC400-95-A，单节长度≤12m，混

凝土强度等级C80的管桩。这一规格的管桩桩身结构对应的单桩竖向承载力特征值

Ra?1650kN＞1.2Ra?1620kN，故桩身结构承载能力满足要求。 （6）承台设计 ①桩顶反力计算

相应于荷载效应基本组合时，作用于柱底的荷载设计值为：

3

F?1.35Fk?1.35?5840?7884kN Mx?1.35Mxk?1.35?180?243kN·m

My?1.35?Myk?1.2Hxk??1.35?(550?120?1.2)?936.9kN·m

桩顶反力计算

桩号 1 2 3 4 5 F nMxymax 2y?i101.3 101.3 -101.3 -101.3 0 Myxmax?x2i Ni 1891.0 1465.2 1262.6 1688.4 1576.8 1576.8 1576.8 1576.8 1576.8 1576.8 212.9 -212.9 -212.9 212.9 0 ②承台受冲切承载力验算（图8-30） (a)柱边冲切

冲切力 Fl?F??Ni?7884?1576.8?6307.2kN 受冲切承载力截面高度影响系数?hp计算

?hp?1?1.0?0.90??1200?800??0.9672000?800

图8-30 承台计算平面尺寸详图 图8-31 管桩顶与承台连接详图

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冲跨比?与系数?的计算

?a0x0.690x?h?1.13?0.611?＜1.0? 0?.840x?0?.2?0.840.611?0.2?1.036

0x?0?a0y.240y?h?01.13?0.212?＜0.25?，取?0y?0.25 0?0.840y???0.2?0.840.25?0.2?1.867

0y2??0x?bc?a0y???0y?hc?a0x???hpfth0

?2??1.036??0.4?0.24??1.867??0.5?0.69???0.967?1430?1.13

?9016kN＞Fl?6307.2kN （满足要求） (b)角桩向上冲切

c1?c2?0.56m，a1x?a0x，?1x??0x，a1y?a0y，?1y??0y

?0.561x??2?0.560.611?0.2?0.691

1x?0.?0.560.561y????1.244

1y?0.20.25?0.2??1x?c2?a1y/2???1y?c1?a1x/2???hpfth0 ??0.691??0.56?0.24/2??1.244??0.56?0.69/2???0.967?1430?1.13?2493kN＞Nmax?1891kN （满足要求） ③承台受剪切承载力计算

按式（8-35）及（8-36）计算，剪跨比与以上冲跨比相同。

1/414受剪切承载力截面高度影响系数?计算：????800?hshs????h??800?0???1130???0.917

对Ⅰ-Ⅰ斜截面

?1x??0x?0.61（介于10.25~3之间）

5

剪切系数 ??1.75?1.086

0.611?1?hs?ftb0h0?0.917?1.086?1430?2?1.13

?3218kN＜N1?N4?1891?1688.4?3579.4kN （不满足要求）

对Ⅱ-Ⅱ斜截面

?1y??0y?0.212?＜0.25?，取?0y?0.25

1.75?1.4 剪切系数 ??0.25?1?hs?ftb0h0?0.917?1.4?1430?3.2?1.13

?6638kN＞N1?N2?1891?1465.2?3356.2kN （满足要求）

由于Ⅰ-Ⅰ斜截面的受剪切承载力不满足要求，故应增加承台高度，重新计算。经试算，承台厚度h?1400mm时满足要求。 ④承台受弯承载力计算 按式（8-20）计算

Mx??Niyi?(1891?1688.4)?0.85?3042.5kN·m Mx3042.5?106Asx???7060mm2

0.9fyh00.9?360?1330选用15 25，As?7350mm2，沿平行x轴方向均匀布置。

My??Nixi?(1891?1465.2)?0.40?1342.5kN·m

1342.5?106Asy???3115mm2

0.9fyh00.9?360?1330选用16 16，As?3216mm2，沿平行y轴方向均匀布置。 ⑤局部受压计算

承台混凝土强度等级低于柱和桩的混凝土强度等级，应按《混凝土结构设计规范》验算柱下和桩上承台的局部受压承载力，此略。 （7）绘制施工详图（见图8-29、8-31）。

My

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剪切系数 ??1.75?1.086

0.611?1?hs?ftb0h0?0.917?1.086?1430?2?1.13

?3218kN＜N1?N4?1891?1688.4?3579.4kN （不满足要求）

对Ⅱ-Ⅱ斜截面

?1y??0y?0.212?＜0.25?，取?0y?0.25

1.75?1.4 剪切系数 ??0.25?1?hs?ftb0h0?0.917?1.4?1430?3.2?1.13

?6638kN＞N1?N2?1891?1465.2?3356.2kN （满足要求）

由于Ⅰ-Ⅰ斜截面的受剪切承载力不满足要求，故应增加承台高度，重新计算。经试算，承台厚度h?1400mm时满足要求。 ④承台受弯承载力计算 按式（8-20）计算

Mx??Niyi?(1891?1688.4)?0.85?3042.5kN·m Mx3042.5?106Asx???7060mm2

0.9fyh00.9?360?1330选用15 25，As?7350mm2，沿平行x轴方向均匀布置。

My??Nixi?(1891?1465.2)?0.40?1342.5kN·m

1342.5?106Asy???3115mm2

0.9fyh00.9?360?1330选用16 16，As?3216mm2，沿平行y轴方向均匀布置。 ⑤局部受压计算

承台混凝土强度等级低于柱和桩的混凝土强度等级，应按《混凝土结构设计规范》验算柱下和桩上承台的局部受压承载力，此略。 （7）绘制施工详图（见图8-29、8-31）。

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