基础工程课程设计名称：桩基础设计******班级：051124学号：***********指导老师：***桩基础设计题高层框架结构（二级建筑）的某柱截面尺寸为1250×850mm ，该柱传递至基础顶面的荷载为：F=9200kN ，M=410kN∙m ，H=300kN ，采用6-8根φ800的水下钻孔灌注桩组成柱下独立桩基础，设地面标高为±0.00m，承台底标高控制在-2.00m ，地面以下各土层分布及设计参数见附表，试设计该柱下独立桩基础。

设计计算内容：1.确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值Q uk；2.确定桩中心间距及承台平面尺寸；3.计算复合基桩竖向承载力特征值R a及各桩顶荷载设计值N，验算基桩竖向承载力；计算基桩水平承载力R Ha并验算；4.确定单桩配筋量；5.承台设计计算；湿重度kN/m3设计内容一．确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值uk Q1.确定桩端持力层及桩长根据设计要求可知，桩的直径d =800mm 。

根据土层分布资料，选择层厚为4.5m 的层⑧粉质粘土为桩端持力层。

根据《建筑桩基技术规范》的规定，桩端全断面进入持力层的深度，对粘性土、粉土不宜小于2d 。

因此初步确定桩端进入持力层的深度为2m 。

则桩长l 为：l =4.3+3.8+2.8+2.3+4.4+3.0+2.5+2.9+5.7+0.8+2-2=32.5m2.计算单桩极限承载力标准值因为直径800mm 的桩属于大直径桩，所以可根据《建筑桩基技术规范》中的经验公式计算单桩极限承载力标准值uk Q ：pk uk sk pk sik i p si p Q Q Q u q l q A =+=ψ+ψ∑ （1-1）其中桩的周长u =d π=2.513m ；桩端面积p A =2/4d π=0.503㎡；si ψ、pψ为别为大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，si ψ=()1/50.8/d =1，p ψ=()1/50.8/D =1。

根据所给土层及参数，计算uk Q ：uk Q =2.513×1×[23×(4.3-2)+20×3.8+28×2.8+40×2.3+28×4.4+48×3.0+66×2.5+58×2.9+60×5.7+52×0.8+60×2]+1×710×0.503=3883.6kN 确定单桩极限承载力标准值uk Q 后，再按下式计算单桩竖向承载力特征值：1a uk R Q K（1-2）其中K 为安全系数，取K =2。

则a R =3883.6/2=1941.8kN 。

二．确定桩中心间距及承台平面尺寸桩数n =F/a R =9200/1941.8=4.7，所以暂取桩数为6根。

根据《建筑桩基技术规范》的规定，非挤土灌注桩的最小中心距为3d ，边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm 。

取桩中心距a S 为2.5m ，边桩中心距承台边缘的距离取为0.8m 。

则承台长度c L =2×(2.5+0.8)=6.6m ，承台宽度c B =2×0.8+2.5=4.1m 。

承台平面示意图如下：三．计算复合基桩竖向承载力特征值R 及各桩顶荷载设计值N ，验算基桩竖向承载力；计算基桩水平承载力ha R 并验算1.确定复合基桩竖向承载力特征值根据《建筑桩基技术规范》中介绍的方法，对于此类情况，应按下式确定其复合基桩的竖向承载力特征值：a c ak c R R f A η=+（3-1）其中c η为承台效应系数，可根据a S /d 、c B /l 等参数查表得到。

当计算桩为非正方形排列时，/a S A n =，A 为承台计算域面积，n 为桩数。

6.6 4.1/6a S ⨯=2.124，/ 2.124/0.8a S d ==2.655，/ 4.1/32.5c B l ==0.126，通过查表，可取c η为0.06。

ak f 为承台下1/2承台宽度且不超过5m 深度范围内地基承载力特征值的厚度加权平均值，由资料可得，ak f 为80kPa 。

c A 为计算基桩所对应的承台底净面积，()/c ps A A nA n =-，ps A 为桩身截面面积。

则c A =(6.6×4.1-6×0.503)/6=4.007㎡。

则复合基桩的竖向承载力特征值a c ak c R R f A η=+=1941.8+0.06×80×4.007=1961.1kN2.确定各桩顶荷载设计值N ，验算基桩竖向承载力根据《建筑桩基技术规范》中介绍的方法，各桩顶荷载设计值可由下式计算：22yk ik k xk i ik j j M x F G M y N n y x +=±±∑∑（3-2）式中k F 为荷载效应标准组合下作用，作用于承台顶面的竖向力；k G 为桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力，此处承台上土的重度取为10kN/m ³；xk M 、yk M 分别为荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过桩群形心的x 、y 主轴的力矩；i x 、j x 、i y 、j y 分别为第i 、j 基桩或复合基桩至y 、x 轴的距离。

暂取承台高度为1.8m ，M 与长边方向（x 轴方向）一致。

桩按从左到右、从上到下的顺序分别记为1~6号桩。

各桩顶荷载设计值如下：14k kN N ==(9200+2×6.6×4.1×10)/6+[(410+300×1.8)×2.5]/(4×2.5×2.5)=1718.5kN2k N 5k N ==(9200+2×6.6×4.1×10)/6=1623.5kN36k k N N ==(9200+2×6.6×4.1×10)/6-[(410+300×1.8)×2.5]/(4×2.5×2.5)=1528.5kN 由计算结果可得：min k N =1528.5kN ＞0，基桩不受上拔力。

max k N =1718.5kN ＜1.2R ,基桩竖向承载力满足要求。

3.计算基桩水平承载力ha R 并验算根据《建筑桩基技术规范》规定，当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算桩身配筋率小于0.65%的灌注单桩水平承载力特征值：()00.75 1.25221m t N ha g mm t n f W N R f A αγρζνγ⎛⎫=++⎪⎝⎭ （3-3） α为桩的水平变形系数，α=m 为地基土水平抗力系数的比例系数；0b 为桩身的计算宽度，对于圆形桩，当直径d ≤1m 时，()00.91.50.5b d =+；EI 为桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩，00.85c EI E I =，c E 为混凝土弹性模量，0I 为桩身换算截面惯性矩：圆形截面000/2I W d =；0W 为桩身换算截面受拉边缘的截面模量，此处2200[2(1)]32E g dW d d παρ=+-；0d 为扣除保护层的桩直径；Eα为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；g ρ为桩身配筋率； m γ为桩截面模型塑性系数，圆形截面m γ=2；t f 为桩身混凝土抗拉强度设计值；m ν为桩身最大弯矩系数；N ζ为桩顶竖向力影响系数，竖向压力取0.5；n A 为桩身换算截面积，圆形截面2[1(1)]4n E g d A παρ=+-；N 为在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力。

m =[(4.3-2)×6+3.8×9+2.8×13+2.3×15+4.4×12+3×28+2.5×25+2.9×25+5.7×14+0.8×37+2×14]/32.5=16.25MN/4m 0b =0.9×(1.5×0.8+0.5)=1.53m若桩身采用C30的混凝土，其弹性模量c E 为4310⨯2/N mm ，混凝土保护层的厚度取为60mm ，采用HRB335规格的钢筋，其弹性模量s E 为52210/N mm ⨯。

0d =800-2×60=680mmE α=54(210)/(310)⨯⨯=6.67当桩径为300-2000mm 时，桩身正截面的配筋率可取0.65%-0.2%，暂取桩身配筋率g ρ为0.58%。

()2201W π0.80.826.6710.58%0.6832⎡⎤=⨯⨯⨯+-⨯⨯=⎣⎦0.0533m 0I =0.5×0.053×0.68=0.018024m EI =40.853100.01802⨯⨯⨯=524.595110kN m ⨯⋅α==0.5581m -C30混凝土的抗拉强度设计值t f 为1.43MPa 。

桩身最大弯矩系数m ν可根据h α的值查表获得，m ν为0.926。

()20.25π0.81 5.670.58%n A ⨯⨯+⨯==0.5192m 所以基桩水平承载力ha R 为：ha R =()0.750.5582 1.430.0530.516231.25220.58%10.9262 1.430.519⨯⨯⨯⨯⨯⎛⎫+⨯⨯+ ⎪⨯⨯⎝⎭=51.69kN群桩基础的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可按下列公式确定：h h ha R R η= （3-4）h i r l b ηηηηη=++（3-5）12cb hn R P n ημ=（3-6）20.015n 0.45i 120.150.10 1.9a S d n n η+=++ （3-7）()c c ak ps A P f nA η=-（3-8）式中h η为群桩效应综合系数；i η为桩的相互影响效应系数；r η为桩顶约束效应系数；l η为承台侧向土水平抗力效应系数（承台外围回填土为松散状态时取l η=0）；b η为承台底摩阻效应系数；/a S d 为沿水平荷载方向的距径比；1n 、2n 分别为沿水平荷载方向与垂直水平荷载方向每排桩中的桩数；μ为承台底与地基土间的摩擦系数；c P 为承台底地基土分担的竖向总荷载标准值。

沿水平荷载方向的距径比/a S d =2.5/0.8=3.125。

沿水平荷载方向每排桩中的桩数1n =3，垂直水平荷载方向每排桩中的桩数2n =2。

桩的相互影响效应系数0.01520.453.1250.1530.12 1.9i η⨯+=⨯+⨯+=0.678。