土木工程专业基础工程课程设计任务书————桩基础设计一、设计资料1、某建筑场地在钻孔揭示深度共有6个土层，各层土的物理力学指标参数见表1。

土层稳定混合水位深为地面下1.0m ，地下水水质分析结果表明，本场地下水无腐蚀性。

建筑桩基设计等级为乙级，已知上部框架结构由柱子传来的荷载（作用在柱底即承台顶面）：kN V k 3200=,kNm M k 400=，H = 50kN ；柱的截面尺寸为：400×400mm ；承台底面埋深：d=1.5m 。

2、根据地质资料，以第4层粉质粘土为桩尖持力层，采用钢筋混凝土预制桩3、承台设计资料：混凝土强度等级为C20，轴心抗压强度设计值为kPa f c 9600=，轴心抗拉强度设计值为kPa f t 1100=，钢筋采用HRB335级钢筋，钢筋强度设计值2/300mm N f y =4、《建筑桩基技术规》(GJG94-2008) 二、设计容及要求：1、按照持力层埋深确定桩长，按照长径比40-60确定桩截面尺寸；2、计算单桩竖向承载力极限标准值和特征值；3、确定桩数和桩的平面布置图；4、群桩中基桩的受力验算；5、软弱下卧层强度验算；6、承台结构计算；7、承台施工图设计：包括桩的平面布置图，承台配筋图和必要的图纸说明； 8、需要提交的报告：任务书、计算书和桩基础施工图。

注：1、计算书打印，按照A4页面，上下左右页边距设置为2.0cm ，字体采用宋小四号2、图纸采用3号图幅，图纸说明即为图中的说明3、任务书、计算书和桩基础施工图装订成一册4、将电子稿按班打包交上来，每人的电子稿名称按照学号+命名表1 地基土物理力学指标设计参数表桩基础设计计算书一、 按照持力层埋深确定桩长，按照长径比40-60确定桩截面尺寸；由地基土物理力学指标设计参数表，桩插入承台的深度50mm 。

选第四层粉质粘土为持力层，设桩进入持力层深度为1.95m 。

则桩的长度L=0.05+3.0+15.0+1.95=2.0m 。

根据长径比40-60选定桩的截面边长b=450mm ，显然40<2000450=44.4<60。

二、计算单桩竖向承载力极限标准值和特征值；Q u = u ∑q isk l i +A P q pk=4×0.45×(24×3+14×15+1.95×32)+1600×0.452=943.92KNRa=Qu K =943.922=472KN三、确定桩数和桩的平面布置图；初选桩的根数N=VkRa =3200472=6.72根，暂取7根。

易知4.5d=450×4.5=2025mm ，取桩心距s=2050mm 。

采用梅花桩，平面布置如下：承台的宽度和长度分别为: b c =2050×2+450+450=5000mmh c =2050×2+450+450=5000mm取承台埋深为1.5m 。

承台及其上填土重，地下水位以下土的重度取浮重度。

Gk =γAd =（20×1.0+0.5×(20−10)）×5.0×5.0= 625KN 单桩的竖向作用力Nk=Fk +Gk n=3200+6257=546kN 〉Ra=472KN （不可行）当n=8根时，平面布置如下：Nk=Fk +Gk n=3200+6258=478kN 〉Ra=472KN （不可行）当n=9根时，平面布置图如下：Nk=Fk +Gk n=3200+6259=425kN <Ra=472KN （可以）综上，应取9根桩。

四、群桩中基桩的受力验算；1、复合桩基竖向承载力特征值R 的计算。

根据Sa/d=2050/450=4.56，Bc/l=5000/20000=0.25，查表得ηc=0.20 计算基桩所对应的承台底净面积：A c =A −nAps n=25−9×0.45×0.459=2.575mm 2承台下1/2承台宽度且不超过5m 的深度围土的地基承载力特征值为 f ak =75Kpa ，得桩基的竖向承载力特征值R=Ra+ηc f ak Ac=472+0.19×75×2.575=508.7KN2、桩基顶的竖向荷载。

轴心力作用 Nk=Fk +Gk n=3200+3659=425kN偏心竖向力作用 My=Mk+Hk ×1.2=400+50×1.2=460kN ∙mN ik =Fk +Gk n±M xyi ∑yi2±M yxi ∑xi2作用在桩顶的最大、最小竖向力：N min max =472±460×1.856×1.85^2={513.44KN <1.2R =610.4RR 430.56KN >0满足竖向承载力要求。

3、 桩基顶的水平荷载。

单桩水平承载力特征值计算公式R Ha =0.75×α3EI ｖXx 0ax 0a =10mm ，m=4.4MN/mm ，C30混凝土的弹性模量为E C =3×104N/mm 2，HPB335级钢筋的弹性模量E s =2.0×105N/mm 2。

b <1R ，b 0=1.5b+0.5=1.5×0.45+0.5=1.175m 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值：αE =E s E c =2.0×1053×104=6.67，ρg =0.7% 方形截面：W 0=b6[b 2+2(αE −1)ρg b 02] =0.456×[0.452+2×(6.67−1)×0.7%×1.1752]=2.341×107mm 3桩的抗弯刚度EI=0.85E C I 0 ,换算截面惯性矩I 0=12W 0b 0 EI =0.85×3×104×12×2.341×107×1175=3.51×108N/m 2 水平变形系数α=√mb 0EI 5=√4.4×106N /m 4×1.1753.51×1085=0.4302（1/m ）换算深度αh =0.4302×20=8.6m 查表得v x =2.441，所以，R Ha =0.75×0.430243×3.51×1082.441×10=85.86KN单桩水平承载力H k =Hn =509=5.56kN ≪R Ha =85.86KN（可以）五、软弱下卧层强度验算；桩心距〈6d ，可以将桩基础是为实体基础，软弱下卧层的计算公式为：σz +γm z ≤f az淤泥质粉质粘土的孔隙比<0.85，液性质数I L =0.529<0.85，故深度修正系数ηd =1.6，地下水以下的土的浮重度，根据公式γsat =G s +e 1+wγw 及γ‘=γsat −γw则浮重度γ‘=γsat −γw =（G s +e1+w −1）γw γ2‘=（2.73+1.072%1+0.378−1）×10=9.76kN /m 3 γ3‘=（2.74+1.634%1+0.585−1）×10=7.39kN /m 3γ4‘=（2.73+0.788%1+0.273−1）×10=11.43kN /m 3基础底面以上土的厚度加权平均重度γm1=（20×1.0+10×0.5+9.76×3+7.39×15+11.43×1.95）/21.45 =8.74 kN /m 3①按扩散作用基础底面处的附加应力p 0k ：p 0k=p k −σC =F K +G K′A−σc实体深基础底面积A =(a 0+2R tan φ4)(b 0+2R tan φ4)，查表的φ=23°A =(4.55+2×19.5×tan23°4)(4.55+2×19.5×tan23°4)=71.86m 2p 0k =3200+(19−10)×71.86×21.4571.86−8.74×21.45=50.11Kpa②不考虑扩散作用时基础底面处的附加应力p 0k ：p 0k=p k −σC =F K +G k +G K ′−2(a 0+b 0)∑q sia R Ra 0b 0−γm1(l +d )p 0k =3200+625+20×4.55×4.55×19.5−2×9.1×344.44.55×4.55−8.74×21.45<0（不可行）软弱层顶面以上土的厚度加权平均重度γm2=（20×1.0+10×0.5+9.76×3+7.39×15+11.43×4）/23.5 =8.8.97 kN /m 3两层土的弹性模量之比为E S1E s2=5.22.4=2.17，查表得桩端持力层的扩散角θ=18.4°。

实体基础的计算宽度和长度A0=a0+2R tanφ4，B0=b0+2R tanφ4。

即有A0=B0=4.943m软弱层顶面的附加应力σz=p0k×(A0+B0)(A0+2t tanθ)(B0+2t tanθ)=(50.11×(4.943×4.943)(4.943+2×2.05×tan18.4)×(4.943+2×2.05×tan18.4)=30.78Kpa经深度修正后的地基承载力f az=f ak+ηdγm2（d−0.5）=75+1.6×8.97×（23.5−0.5）=405.10kpa 易知，σz+γm z=30.78+8.94×23.5=236.4kpa<f az=405.10kpa下卧层满足承载力要求。

六、承台结构计算；相应于荷载标效应组合时作用于柱底的荷载设计值为：F=1.35V k=1.35×3200=4320kNM=1.35M k=1.35×400=540KN∙mH=1.35Hk=1.35×50=67.5kN扣除承台和其上填土自重后的柱顶竖向设计值：N=Fn =43209=480kN在偏心荷载作用下 N ik =Fk +Gk n±M xyi ∑yi2±M yxi ∑xi2N min max =N ±（M +Hh）x max ∑x i2=480±（540+67.5×1.2）×1.856×1.852={535.9kN424.0KN 1、承台受冲切承载力验算①柱对承台冲切的承载力计算。