桩基础毕业设计

毕业设计（论文）任务书

专业班级： 一、题目：

二、起止日期 2014 年 3 月 24日 至 2014年 6 月10日

三、主要任务与要求

岩土1001

学生姓名： 朱恩育

南阳市建业森林半岛I期4号楼桩基础设计

指导教师： 职称： 院 领 导： 签字（盖章） 年 月 日

河南理工大学

毕业设计（论文）评阅人评语

题目：

南阳市建业森林半岛I期4号楼桩基础设计

评 阅 人： 职称： 工作单位： 年 月 日

河南理工大学

毕业设计（论文）评定书

题目：

南阳市建业森林半岛I期4号楼桩基础设计

指导教师： 职称： 年 月 日

河南理工大学

毕业设计（论文）答辩许可证

答辩前向毕业答辩委员会（小组）提交了如下资料： 1、设计（论文）说明 2、图纸 3、指导教师意见 4、评阅人意见

共 共 共 共

页 张 页 页

经审查， 岩土工程 专业 1001 班 朱恩育 同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。

指导教师： 签字（盖章）

年 月 日

根据审查，准予参加答辩。

答辩委员会主席（组长） 签字（盖章） 年 月 日

河南理工大学

毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议

土木工程 学院 岩土工程 专业 1001 班 朱恩育 同学的毕业设计（论文）于 2014 年 06 月 11 日进行了答辩。

根据所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。

一、毕业设计（论文）的总评语

二、毕业设计（论文）的总成绩： 三、答辩组组长签名：

答辩组成员签名：

答辩委员会主席： 签字（盖章）

年 月 日

摘 要

随着我国经济的发展和建筑设计的多样化，高层建筑的基础设计对保证工程安全和控制工程造价至关重要。在选择基础形式时与建筑物的使用性质、上部结构类型、地质情况、抗震性能、对周围建筑物的影响及施工条件等有密切的关系。为节约投资应该对地基基础多方案比较进行优化设计。

现在社会高度发达，像以前那样的建筑已经不能满足人们生活、工作的需求了。不仅如此，人们随着社会的文明化也变得越来越文明，人们现在对建筑物的安全性、适用性、耐久性的要求越来越高。而以前那样的简单的基础已经不能满足这样的需要了。因此现在人们就越来越注重对地下空间的利用，往更深的土层寻求更大的支撑力来支撑人们的高层建筑物。桩基础就是这其中最重要的一种，到目前为止，它被大量的运用，但是我们的技术还是处在起步阶段，以后还需要工程师们辛勤的工作，完善桩基础的设计，使得我们人类的生活场所更加高端、大气、上档次。

本设计是南阳市建业森林半岛I期4号楼桩基础设计，本设计的主要思路是根据地质勘察资料、施工条件和工程要求，确定桩基础的桩型、桩的断面尺寸和长度、单桩容许承载力、桩的数量和平面布置以及承台的尺寸和构造，再根据承受的荷载验算桩基承载力，估算沉降量并验算桩和桩承台的强度。通过设计桩基础要达到掌握桩基设计计算的具体原理及主要设计步骤，更深入地理解桩基工程特性。

通过本次钻孔灌注桩基础设计，使作者对桩的受力特点、制作工艺、设计过程和施工方法有一个更为深入的了解，做到了把作者大学四年所学的力学知识和基础课程与具体工程紧密结合，真正实现了理论应用于实践，增强了动手能力，对今后解决实际问题大有帮助。

关键词：基础；桩基础；钻孔灌注桩；设计；施工

Abstract

With the development of our economy and the diversification of architectural design, foundation design of high-rise building is very important to guarantee construction safety and control the project cost. In choosing base form buildings with the use of the properties, the upper structure type, geological conditions, seismic performance and influence on surrounding buildings and the construction conditions have a close relationship. To save investment should optimize the foundation scheme is designed.

The design of pile foundation of Nanyang Jianye forest Peninsula I 4 floor, the main idea of this design is according to the geological exploration data, construction conditions and engineering requirements, determine the pile foundation pile type, pile section size and length, the number of allowable bearing capacity of single pile, pile and plane arrangement and the size and structure of the cofferdam, again according to withstand the load calculation of pile foundation bearing capacity, estimating and calculating the pile settlement and the strength of the pile caps. Through the design to achieve mastery of pile foundation design and calculation of concrete pile foundation principle and main design steps, a deeper understanding of pile foundation engineering characteristics.

Through the drill hole filling pile foundation design, the author of pile bearing characteristics, production technology, design process and construction method has a more in-depth understanding, did the author at the university four years learning knowledge of mechanics and basic course and combining concrete engineering, truly achieve the theories into practice, enhance the ability to solve practical problems in the future. Keywords： Foundation；Pile foundation；Bored piles；Design；Construction

目 录

摘 要 ............................................................. I Abstract ......................................................... II 第一章 绪论 ....................................................... 1 1.1 选题的目的和意义 .................................................... 1 1.2 国内外研究综述 ...................................................... 1 1.3 本设计的内容 ......................................................... 3 第二章 工程地质概况 ............................................... 5 2.1 自然地理和水文、气候、气象 .................................... 5

2.1.1 自然地理 ........................................................... 5 2.1.2 自然水文 ........................................................... 5 2.1.3 自然气候和气象 ..................................................... 5

2.2 场地工程条件 .................................................. 6

2.2.1 场地地形 ........................................................... 6 2.2.2 地下水特征 ......................................................... 6 2.2.3 场地地层结构 ....................................................... 7 2.2.4 场地条件 ........................................................... 7

2.3 岩土设计技术参数 .............................................. 8 2.4 上部结构资料 .................................................. 8 2.5 岩土工程评价 .................................................. 8 第三章 桩基础设计原理 ............................................ 11 3.1 桩基基本设计规定 ............................................. 11 3.2 资料的收集 ................................................... 12 3.3 拟定设计方案，选择桩型和成桩工艺 ............................. 13 3.4 桩径与桩长的选择 ............................................. 14

3.4.1 桩径拟定 .......................................................... 14 3.4.2 桩长拟定 .......................................................... 14 3.4.3 有效桩长的确定 .................................................... 15

3.5 基桩竖向承载力特征值R ....................................... 15 3.6 确定基桩根数及其平面布置 ..................................... 16

3.6.1 桩间距的确定 ...................................................... 17 3.6.2 桩的平面布置 ...................................................... 17

3.7 灌注桩桩身结构设计 ........................................... 18

3.7.1 灌注桩配筋率 ...................................................... 18 3.7.2 灌注桩配筋长度 .................................................... 18 3.7.3 灌注桩配筋要求 .................................................... 18 3.7.4 灌注桩箍筋配置 .................................................... 18 3.7.5 灌注桩混凝土材料要求 .............................................. 18 3.7.6 灌注桩混凝土保护层厚度 ............................................ 18

3.8 承台的设计 ................................................... 19

3.8.1承台的尺寸和配筋要求 ............................................... 19 3.8.2 柱与承台的连接构造 ................................................ 19 3.8.3 承台与承台之间的连接构造 .......................................... 19

第四章 基础方案设计计算 .......................................... 21 4.1 上部结构作用 ................................................. 21 4.2 灌注桩设计 ................................................... 23 4.3 单桩承载力计算 ............................................... 23

4.3.1单桩竖向极限承载力标准值计算 ....................................... 23 4.3.2 基桩竖向承载力设计值计算 .......................................... 25

4.4 桩基的验算 ................................................... 26

4.4.1 六桩承台基桩竖向承载力验算 ........................................ 27 4.4.2 四桩承台基桩竖向承载力验算 ........................................ 28 4.4.3 三桩承台基桩竖向承载力验算 ........................................ 30 4.4.4 两桩承台基桩竖向承载力验算 ........................................ 31

4.5 小结 ......................................................... 32 第五章 承台设计 .................................................. 33 5.1 六桩承台设计 ................................................. 36

5.1.1 六桩承台内力计算 .................................................. 37 5.1.2 六桩承台厚度及冲切承载力验算 ...................................... 37 5.1.3 六桩承台受剪承载力计算 ............................................ 39 5.1.4 六桩承台受弯承载力计算 ............................................ 39

5.2 四桩承台设计 ................................................. 40

5.2.1 四桩承台内力计算 .................................................. 40 5.2.2 四桩承台厚度及受冲切承载力验算 .................................... 41 5.2.3 四桩承台受剪承载力计算 ............................................ 43 5.2.4 四桩承台受弯承载力计算 ............................................ 43

5.3 三桩承台设计 ................................................. 44

5.3.1 三桩承台内力计算 .................................................. 44 5.3.2 三桩承台厚度及冲切承载力验算 ...................................... 45 5.3.3 三桩承台受剪承载力计算 ............................................ 46 5.3.4 三桩承台受弯承载力计算 ............................................ 46

5.4 两桩承台设计 ................................................. 47

5.4.1 两桩承台内力计算 .................................................. 48

5.4.2 两桩承台高度估算 ........................................... 49

5.4.3 两桩承台受剪面验算 ................................................ 49 5.4.4 两桩承台斜截面受剪承载力验算 ...................................... 49 5.4.5 两桩承台正截面受弯承载力验算 ...................................... 50

5.5 承台构造 ..................................................... 51 5.6 小结 ......................................................... 51 第六章 承台沉降计算 .............................................. 53 6.1 六桩承台基础沉降验算 ......................................... 55 6.2 四桩承台基础沉降验算 ......................................... 57 6.3 三桩承台基础沉降验算 ......................................... 58 6.4 两桩承台基础沉降验算 ......................................... 59 6.5 小结 ......................................................... 61 第七章 桩身结构设计 .............................................. 63 7.1 六桩承台桩身结构设计 ......................................... 67

7.1.1 六桩承台桩身轴向承载力验算 ........................................ 67 7.1.2 六桩承台桩身水平承载力验算 ........................................ 67

7.2 四桩承台桩身结构设计 ......................................... 69

7.2.1 四桩承台桩身轴向承载力验算 ........................................ 69 7.2.2 四桩承台桩身水平承载力验算 ........................................ 69

7.3 三桩承台桩身结构设计 ......................................... 70

7.3.1 三桩承台桩身轴向承载力验算 ........................................ 70 7.3.2 三桩承台桩身水平承载力验算 ........................................ 70

7.4 两桩承台桩身结构设计 ......................................... 70

7.4.1 两桩承台桩身轴向承载力验算 ........................................ 70 7.4.2 两桩承台桩身水平承载力验算 ........................................ 71

7.5 桩配筋长度计算 ............................................... 71 7.6 桩身箍筋配置 ................................................. 71 7.7 小结 ......................................................... 71 第八章 施工要点 .................................................. 73 8.1 桩基施工前的调查与准备 ....................................... 73

8.1.1 桩基施工前的调查 .................................................. 73 8.1.2 编制桩基工程组织设计 .............................................. 74 8.1.3 桩基础施工设备 .................................................... 75

8.2 干作业成孔灌注桩施工 ......................................... 76

8.2.1 螺旋成孔施工机械设备 .............................................. 76 8.2.2 螺旋成孔桩施工流程 ................................................ 76 8.2.3 螺旋成孔桩施工要点 ................................................ 77 8.2.4 螺旋钻成孔桩灌注桩的特点及适用范围 ................................ 77 8.2.5 柱锤冲孔混凝土桩施工工艺 .......................................... 77

总 结 ............................................................ 80 参考文献 ......................................................... 79 附 录 ............................................................ 80 致 谢 ............................................................ 81

第一章 绪论

1.1 选题的目的和意义

目的：

1.通过毕业论文的完成，能够更加深入的了解桩基础设计； 2.对基坑的开挖及降水作简单的说明； 3.掌握地基承载力的验算和承台的设计计算； 4.最终可以独立完成与之相关的设计内容。 意义：

任何建筑物都建造在一定的地层上，建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基，建筑物与地基接触的部分称为基础。基础工程包括建筑物的地基与基础的设计与施工。

桩基技术极为复杂，发展空间相当广阔，成为地基基础领域中一个非常活跃的、具有很强生命力的分支领域，50 年来出现了许多新的桩型、新的工艺、新的设计理论和新的科技成果，成为我国工程建设的有力支柱。为了很好地学习桩基础这一种施工工艺，熟练地掌握桩基础的施工技术和施工方法，接触国外和国内最新的新桩型、新的工艺、新的设计理念和新的科技成果，故本次设计特选择桩基础进行设计。

1.2 国内外研究综述

（1）桩的发展历程

最早使用的是木桩：早在 7000-8000 年前的新石器时代，人类在湖泊和沼泽里，栽木桩搭台作为水上依据，汉朝已用木桩修桥。到宋朝，桩基技术已比较成熟，今上海市的龙华塔和山西太原的晋祠圣母殿，都是现存的北宋年代修建的桩基建筑。在英国也保存有一些罗马时代修建的木桩基础的桥和居民点。20 世纪 20-30 年代出现沉管灌注混凝土桩。上海在 30 年代修建的一些高层建筑的基础，就曾采用沉管灌注混凝土桩。到 50 年代，随着大型钻孔机的发展，出现了钻孔灌注混凝土或钢筋混凝土桩。后来，随着社会主义建设的发展，又根据地质条件和施工工艺，发展了钻、挖、冲孔灌注桩和爆扩桩，桩型多样化，直径向大型化发展，桥梁和高层建筑已用到直径为 3.0m 和 3.2m 的灌注桩。就打入桩来说，我国 20 世纪 30 年代建筑的钱塘江大桥，就采用过木桩和钢筋混凝土桩基础，桩型也多样化，有管桩、方桩、三角形桩、锥形桩和上部为钢筋混凝土、下部为 H 型钢桩的组合桩。就桩的长度来说，有整根预制的，也有分段预制拼接而成的。为了解决钢管桩用钢量大、易锈蚀和造价高的缺点，在“六五”和“七五”期间，又研制了直径 1.2m 和直径 1.0m 的后张法预应力大管桩，应用于码头和海洋工程，近

十多年来，在华南和华东地区，在建筑工程和高速公路建设中广泛用一种新型的先张法预应力混凝土管桩，管桩的规格多，应用极为方便。在我国，打入桩与灌注桩的应用同时并举，一般陆上的桩基工程，如工业与民用建筑和桥梁工程以灌注桩为主，海上或内河港口工程和固定式海上平台的桩基工程以打入桩为主。

近年来，灌注桩发展迅速，已研制出多种施工技术，并且技术条件已经非常成熟，在国内的应用非常广泛。因灌注桩是用桩机设备在施工现场就地成孔或采用人工挖孔，在孔内放置钢筋笼，适用于不同土层，桩长可因地改变，没有接头，仅承受轴向压力时，只需配置少量构造钢筋。需配制钢筋笼时，按工作荷载要求布置，节约了钢材，单桩承载力大，正常情况下，比预制桩经济。又因建筑场地的地层有预制桩不易穿过的土层，又本建筑位于小区密集区，所以对噪音要求比较严格，所以不能实施沉桩施工。该建筑附近也没有预制桩加工厂，所以考虑施工条件和建造成本，我们应采用钻孔灌注桩。

（2）灌注桩的工作原理

钻孔灌注桩是为了在地下水位较浅的地层中施工而采取的施工方法,主要原理是将钻渣利用泥浆带出,并保护孔壁不致坍塌,再使用水下混凝土浇筑的方法将泥浆置换出来,从而完成钻孔灌注桩的施工,要注意不要出现断状及缩径的情况。 （3）灌注桩的施工

1）泥浆护壁成孔灌注桩的施工

泥浆护壁成孔可用多种形式的钻机钻进成孔。在钻进过程中，为防止塌孔，应在孔内注入高塑性粘土或膨润土和水拌合的泥浆，同时利用钻削下来的粘性土与水混合自造泥浆保护孔壁。这种护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出孔内相对密度、稠度较小泥浆，从而排除土屑。当钻孔达到规定深度后，清除孔底泥渣，然后安放钢筋笼，在泥浆下灌注混凝土成桩。

2）干作业成孔灌注桩施工

干作业成孔灌注桩是指在不用泥浆或套管护壁情况下，用人工或机械钻具钻出桩孔，然后在桩孔中放入钢筋笼，再浇筑混凝土成桩。根据成孔方法可以分为螺旋钻成孔灌注桩、螺旋钻成孔扩底灌注桩、钻孔压浆灌注桩等。

3）人工成孔灌注桩的施工

人工挖孔灌注桩是用人工挖土成孔，然后安放钢筋笼，浇筑混凝土成为支承上部结构的桩基。挖孔扩底灌注桩是在挖孔灌注桩的基础上，扩大桩端尺寸而成。这类桩由于其受力性能可靠，不需要大型机具设备，施工操作工艺简单，在各地应用较为普遍，已成为大直径灌注桩施工的一种主要工艺方式。

4）爆扩成孔成孔灌注桩施工

爆扩灌注桩是用钻具成孔或爆扩成孔，再在孔底形成球形扩大头后，浇筑混凝土成桩。 这种桩可充分利用地基承载力，具有灌注桩基础、天然地基上独立基础的作用和良好的技术经济效果，多年来在国内得到较为广泛的应用。

1.3 本设计的内容

（1）绪论部分主要对本次设计的目的和意义、桩的国内外发展历程和本次设计的设计内容进行大致的陈述，工程地质条件部分对拟建建筑物的场地条件进行详细的说明，并对不良地质情况进行显著标明。

（2）桩基础设计计算部分主要完成选定桩长和截面尺寸，确定单桩承载力特征值，确定桩数并进行桩的布置，进行桩身和承台的计算并满足构造设计要求，绘制桩基础平面布置图，桩和承台大样图，并提出必要的技术说明，最后编写设计论文。

（3）施工技术和施工要求部分对冲孔灌注桩的施工准备，施工方案流程，主要技术要求，如果保证施工质量进行详细的论述，然后完成本次设计所得到的结论和成果，并对设计过程中所查阅的参考文献进行说明，最后对指导完成本论文的琚老师表示感谢。

第二章 工程地质概况

南阳建业森林半岛项目总占地479亩，项目总住宅面积60万平米，是集国际居住区、五星级酒店、国际教育园区、亲水湿地公园、风情商业街等为一体国际化滨水生活综合体。建业.森林半岛，是建业住宅集团继建业绿色家园、桃花岛之后在南阳开发建设的又一个城市经典产品。项目位于滨河路与信臣路交会处，背靠独山，东临白河，北依第七届全国农民运动会主场馆，白河支流纵贯地块，绿地率高达40%以上，不可复制的生态水景和独山天然氧吧，让生活品质高人一等，尽显帝王气势！建业·森林半岛项目拟分为五期开发，一期产品规划有9栋住宅建筑。在景观规划上，以“水、森林、蓝天、白云和游鱼”为天然设计元素，通过现代的施工工艺和写实的手法进行景观描绘，营造一个集水流、岛屿、林木及穿插其中的休闲漫步道等多项元素为一体的小区中心生态公园。南阳市建业森林半岛I期4号楼位于建业森林半岛住宅楼群楼的外围，与孔明北路毗邻。

2.1 自然地理和水文、气候、气象

2.1.1 自然地理

南阳市城区位于北纬32°57'～33°07'，东经112°21'～112°38'，整个南阳市在北纬32°17'～33°48'，东经110°58'～113°49'之间。 其东北西三面环山，南部是丘岭地，整个地形成为一个近马蹄形的盆地，总面积2.66万平方公里，山区、丘陵、平原约各占1/3，耕地1312万亩，辖2区10县，是河南省第三大城市，同时也是河南省面积最大的地级市。

2.1.2 自然水文

南阳市分水系三大流域：中西部大部分地区属于汉水流域（长江流域），东南部的桐柏县是淮河发源地，分属淮河流域，南召县北部有一小块地方属于黄河流域。河流分属长江、淮河两大系，长度在一百公里以上的河流有十条。南阳市主要河流有丹江、唐河、白河、淮河、灌河、湍河。丹江口水库主要分布于南阳淅川，是亚洲最大人工淡水湖。山脉：南阳西北部有伏牛山脉，东南部有桐柏山脉。南阳市区内有九座孤山，分别是丰山、隐山、蒲山、独山、羊磨山、紫山、遮山、塔子山。

2.1.3 自然气候和气象

南阳地处亚热带向温带的过渡地带，属于典型的季风大陆湿润半湿润气候，四季分明。春秋时间55-70天，夏季110-120天，冬季时间110-135 天。年平均气温14.4-15.7℃，七月平均气温26.9-28.0℃，一月平均气温0.5-2.4℃。年降雨量703.6-1173.4mm，自东南向西北递减。年日照时数1897.9-2120.9 小时，年无霜期220-245天。古人曾以\"春前有

雨花开早，秋后无霜叶落迟\"的诗句来赞扬南阳良好的气候条件。南阳市的主导风向为东北风和北风，风速的变化规律是：春、秋季多为东北风，平均风力 3-4 级，最大 5 级；五月底到六月初常有短时间的 4-5 级西南风；平均风速一般为 3.5m/s。夏季多偏北风，间有 4-5 级的西风、西北风；一般风力为 2-3 级，风速一般为 2.5m/s。盛夏期间，由于受较强冷空气影响，间有 7级以上偏南大风。冬季节多为北风、西北风，其他风向较少；风速比夏季较大，仅次于春季。一年中最多风向为东北风，年平均风力 2.8 级，平均风速 2.4m/s。南阳市的主导风向为东北风的原因是多方面的,一方面是受大

图2-1 南阳地区风玫瑰图

气环流形势和季风活动的影响,另一方面也与南阳的地形条件有着密切的关系。南阳位于河南省西南部,全区三面环山,素有“南阳盆地”之称,西北部有伏牛山,东南部有桐柏山,呈自盆地东北向西南方向倾斜的扇形地带,在盆地的东北角有一缺口,新野、邓州为盆地南部的出口。这种特殊的地形,也是造成南阳市东北风异常活跃的原因。

2.2 场地工程条件

2.2.1 场地地形

拟建建筑物场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。

2.2.2 地下水特征

（1）地下水为大气降水及河水补给，地下水主要为赋存于填土层中的上层滞水及圆砾、砾砂、细砂层中的孔隙潜水。 场地周边无大型化工厂，根据区域性水文地质资料水样水质简易分析结果知，拟建场区地下水对混凝土结构无结晶类和分解类腐蚀。

（2）地下水位深度；在勘察过程中，对所有钻孔均进行了简易水文地质观测，地下水位埋藏较浅，位于地表下3.5m。

2.2.3 场地地层结构

根据钻探揭露,在钻孔深度范围内，场区地层自上而下可分为 5 层，见图2-1，现分述如下：

图2-2 地层分布示意图

① 号土层：素填土，黄褐色,松散,稍湿，以粉质粘土为主，局部为杂填土，含建筑垃圾。该层场区普遍分布，层厚1.5m，承载力特征值fak95kPa。 ② 号土层：淤泥质土，层厚3.3m，流塑，承载力特征值fak65kPa。 ③ 号土层：粉砂，层厚6.6m，稍密，承载力特征值fak110kPa。

④ 号土层：粉质黏土，棕红色，硬塑，湿，高干强度，高韧性，切面有光泽，无摇震反应。含铁锰氧化物和铁锰结核。该层在场区普遍分布，层厚4.2m，承载力特征值fak165kPa。

⑤ 号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密—密实，承载力特征值fak280kPa。

2.2.4 场地条件

建筑物所处场地抗震设防烈度为7度，场地内无可液化沙土、粉土。

2.3 岩土设计技术参数

岩土设计参数见表2-1和表2-2

表2-1 地基岩土物理学参数

土层编号 土的名称

孔隙比 e 含水量 W（%） 液性指数

IL 标准灌入锤击数

N（次） 重度 （kNm3）

压缩模量 EsMPa

① ② ③ ④ ⑤

素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层

- 1.04 0.81 0.79 0.58

- 62.4 27.6 31.2 -

- 1.08 - 0.74 -

- - 14 - 31

19 17 18 20 18

5.0 3.8 7.5 9.2 16.8

表2-2 桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk

土层编号

① ② ③ ④ ⑤

土的名称 素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层

桩的侧阻力qsk

22 28 45 60 75

桩的端阻力qpk

- - - 900 2400

2.4 上部结构资料

拟建建筑物为 9 层钢筋混凝土框架结构，长52.2m，宽 18.3m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差为 450mm，柱截面尺寸均为 400mm400mm，横向承重。

2.5 岩土工程评价

（1）本次勘察结果表明，场地内地层结构简单，土层分布基本均匀，同层物理力学性质差异不大，基岩界面整体坡度不大，无不良工程地质现象和特殊性岩土。

（2）本地最大冻土厚度0.46米，一月份平均温度3.0C，属微冻区。 （3）南阳地区抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度 0.10g。设计地震分组为第一组，建筑设计特征周期 0.35s。依据上海岩土工程勘察设计研究院有限公司提供的《南阳建业森林半岛面波测试报告》结论，该场区场地土类型属中软场地土，场地类别属Ⅱ类，脉动卓越周期为 T=0.116～0.212。无特殊土层和不良地质现象分布，因此综合判定属建筑抗震一般地段。

（4）拟建场地地下水为大气降水及河水补给，地下水位埋藏较浅，位于地表下3.5m。

地下水主要为赋存于填土层中的上层滞水及圆砾、砾砂、细砂层中的孔隙潜水。场地周边无大型化工厂，根据区域性水文地质资料水样水质简易分析结果知，拟建场区地下水对混凝土结构无结晶类和分解类腐蚀。

第三章 桩基础设计原理

3.1 桩基基本设计规定

桩基基本设计规定如下：

（1）桩基础应按以下两类极限状态设计：

1）承载能力极限状态：桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形。

2）正常使用极限状态：桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。

根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度，将桩基设计分为表3-1所列的三个设计等级。桩基设计时，应根据表3.1确定设计等级。

表3 -1 建筑桩基设计等级

设计等级

建筑类型

甲级

1.重要的建筑。

2.30层以上或高度超过100m的高层建筑。

3.体型复杂且层数相差超过10层的高低层（含纯地下室连体的建筑）。 4.20层以上框架—核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑。 5.场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑。 6.对相邻既有工程影响较大的建筑。

除甲级、丙级以外的建筑

场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑

乙级 丙级

（2）桩基应根据具体条件分别进行以下承载能力计算和稳定性验算：

1）应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计算和水平承载力计算。

2）对于桩身和承台结构，应进行承载力计算；对于桩侧土不排水、抗剪强度小于

10kPa且长径比大于50的桩，应该进行桩身压屈计算；对于混凝土预制桩，应按吊装，运输和锤击作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩，应进行局部压屈验算。

3）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算。 4）对位于坡地，岸边的桩基，应进行整体稳定性验算。 5）对于抗浮，抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算。 6）对于抗震设防区的桩基，应进行抗震承载力验算。 （3）以下建筑桩基应进行沉降计算：

1)设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基。

2）设计等级为乙级的体型复杂，荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基。

3）软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。

（4）对受水平荷载较大或对水平位移有严格限制的建筑桩基，应计算其水平位移。 （5）应根据桩基所处的环境类别和相应的裂缝控制等级，验算桩和承台正截面的抗裂性和裂缝宽度。

（6）桩基设计时，所采用的作用效应组合与相应的抗力应符合以下规定： 1）确定桩数和布桩时，应采用传至承台地面的荷载效应标准组合值，相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。

2）计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风荷载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风荷载效应标准组合。

3）验算坡地，岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合值；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。

4）在计算桩基础结构承载力及确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合值和荷载效应永久组合。

5）桩基结构设计安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数0应按有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数0不应小于1.0.

6）当桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数RE应按现行《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）的规定采用。

3.2 资料的收集

桩基础设计之前必须充分掌握设计原始资料，具体情况如下：

（1）岩土工程勘察资料：包括工程地质报告和图件，岩土物理力学性能指标及水文地质条件资料，抗震设防烈度及场地不良地质现象资料。

（2）建筑场地环境条件资料：包括建筑场地的平面图，交通设施、地下管线和地下构筑物等的分布，相邻建筑物基础形式及埋置深度，周围建筑的防震、防噪声的要求，泥浆排泄和弃土条件。

（3）建筑物的有关资料：建筑物的总平面布置图，安全等级、结构类型、荷重和抗震设防烈度等。

（4）施工机械设备的进出场及现场运行条件。

3.3 拟定设计方案，选择桩型和成桩工艺

根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工环境和经验以及桩材供应条件等，选择经济、合理、安全、适用的桩型和成桩工艺（见表3-2）。

表3 -2 常用桩型及适用范围

成孔方式 预制钢筋混锤击 凝土桩 钢管桩 锤击、钻孔 冲抓 泥浆护壁成孔 冲击 回转钻 潜水钻 螺旋钻 500~800 300~800 ≥800 600~900 ≤80 ≤30 ≤50 ≤80 ≤50 ≤30 可进入较硬持力层 300~500 ≤12 中密以下的松散砂层、粉土层、杂填土 桩径（mm） 桩长m 适用范围 碎土石、砂土、粉土、黏性土及风化岩。当进入中等风化和微风化岩层时，冲击成孔的速度比回转的快 黏性土、淤泥、淤泥质土及砂土 地下水位以上的黏性土、粉土、砂土及人工填土 地下水位以上的坚硬、硬塑的黏性土及中密以上干作业 钻孔扩底 300~600 ≤30 砂土 机动洛阳铲 300~500 ≤20 地下水位以上黏性土、黄土及人工填土 硬塑黏性土、粉土及砂土，直径大于或等于锤击 沉管成孔 振动 爆扩成孔 人工挖孔 340~800 ≤30 600mm的可达强风化岩 400~500 ≤350 ≥100 ≤24 ≤12 ≤40 可塑性土、中细砂 地下水位以上的黏性土、黄土、碎石土及风化岩 黏性土、粉土、黄土及人工填土 一般来说，对于框架结构，当桩端持力层较坚硬且不太深时，宜选择大直径钻孔或人工挖空灌注桩设计成一柱一桩基础；对于建筑物统一结构单元，应避免采用不同类型的桩，否则应考虑基础的变形协调计算；当土中存在预制桩很难穿越的孤石、废金属或残积层中未风化的岩脉时，不易采用预制桩。当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的长度较难掌握；当持力层层面坡度较大时，预制桩沉桩时桩身易折断，宜采用灌注桩。在城市建筑密集区，预制桩和沉管灌注桩的施工可能带来噪声，沉桩挤土可能危及临近

建筑物和地下管线的安全，采用钻孔灌注桩或人工挖孔灌注桩更为合适。

3.4 桩径与桩长的选择

桩径与桩长的设计，应综合考虑荷载的大小。土层性质与桩周土阻力状况、桩基结构特点。施工设备与技术条件等因素后确定，力争做到既满足使用要求又经济，最有效的利用和发挥地基土的桩身材料的承载性能。设计时首先拟定尺寸，然后通过基桩计算和验算，视所拟定的尺寸是否经济合理再进行最后确定。

3.4.1 桩径拟定

桩的类型选定后，桩径可根据各类桩的特点与常用尺寸选择确定。通常10层以下的建筑可考虑采用直径400~500mm左右的灌注桩或边长250~300mm的预制桩；10~20层的建筑可采用直径600~1000mm的灌注桩或边长300~500的预制桩；20~30层的建筑可采用直径700~1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩或边长为400~600mm的预制桩；30~40层的建筑可采用直径800~1500mm的大直径灌注桩；楼层更高的建筑可采用直径更大的灌注桩。

3.4.2 桩长拟定

确定桩长的关键在于选择桩端持力层，设计时，可先根据地质条件选择适宜的桩端持力层初步确定桩长，并应考虑施工的可行性（如钻孔灌注桩钻机的最大深度等）。

一般应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土，不宜小于2d（d为桩身设计直径）；对于砂土，不宜小于1.5d；对于碎石土，不宜小于d。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于3d。

对于嵌岩桩，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径和桩长等诸因素确定。嵌入倾斜的完整岩和较完整岩的全断面深度，不宜小于0.4d且不小于0.5m。倾斜度大于30%的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石的完整性适当加大嵌岩深度。嵌入平整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度，不宜小于0.2d且不应小于0.2m。

在抗震设防区，桩进入液化层以下稳定土层中的全截面长度除满足上述要求外，对于碎石土、砾、粗砂、中砂、密实粉土和坚硬黏性土尚不应小于（2~3）d，对于其他非岩石土尚不宜小于（4~5）d。

如果在施工条件容许的深度内没有坚硬土层存在，应尽可能选择压缩性较低、强度较高的土层作为持力层，要避免使桩底坐落在软土层上或与软弱下卧层的距离太近，以免桩基础发生过大的沉降。

对于摩擦桩，柱底持力层可能有多种选择，此时确定桩长与桩数两者相互牵连，可通过试算比较，选择较合理的桩长。摩擦桩的桩长不应拟定太短，一般不应小于4m。

此外，为保证发挥摩擦桩桩底土层支撑力，桩端部应尽可能达到该土层的桩端阻力临界深度。

3.4.3 有效桩长的确定

初步确定承台地面标高后才能明确有效桩长，以便计算桩基承载力。当作用在桩基础上的水平力和弯矩较大时，可适当降低承台底面标高。在寒冬地区，承台底面应位于冻结线以下不少于0.25m。同时，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜不少于100mm，对于中等直径桩不宜少于50mm。

3.5 基桩竖向承载力特征值R

（1）对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基，或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值，即：

RRa （3.1）

(2)对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应来确定其复合基桩竖向承载力特征值：

1）上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物。 2）对差异沉降适应性较强的排架结构个柔性构筑物。 3）软土地基的减沉复合疏桩基础。

考虑承台效应的复合复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定。

不考虑地震作用时：

RRacfakAc （3.2） 考虑地震作用时：

RRaa1.25 cfakAc （3.3）

其中：

AcAnApsn （3.4） 式中：

c——承台效应系数，可按表3.4取值；

fak——承台下12承台宽度且不超过5m深度范围内各层土的地基承载力征值按

厚度加权的平均值；

Ac——计算基桩所对应的承台底净面积； Aps——桩身截面面积，mm2；

A——承台计算域面积（对于柱下独立基础，A为承台总面积；对于桩筏基础，

A为柱、墙筏板的1/2跨距和悬臂边2.5倍筏板厚度所围成的面积；对于桩集中布置于单片墙下的桩筏基础，取墙两边各1/2跨距围成的面积，按条形承台计算c）；

a——地基抗震承载调整系数，按表3-4取值；

表3 -4 承台效应系数c

Sad Bcl 0.4 3 4 5 6 >6 0.06~0.08 0.08~0.10 0.14~0.17 0.17~0.20 0.22~0.26 0.26~0.30 0.32~0.38 0.38~0.44 0.50~0.80 0.4~0.8 >0.8 0.10~0.12 0.20~0.22 0.30~0.34 0.44~0.50 单排桩条形承台 注：

0.15~0.18 0.25~0.30 0.38~0.45 0.50~0.60 1.表中Sad为庄中心距与桩径之比；Bcl为承台宽度与桩长之比。当计算基桩为非正方形排列时，Sa其中A为承台计算域面积，n为总桩数。

2.对于桩布置于墙下的箱、筏承台，c可按单排桩条形承台取值。 3.对于单排桩条形承台，当承台宽度小于1.5d时，c按非条形承台取值。 4.对于采用后注浆灌注桩的承台，c宜取低值。

5.对于饱和粘性土中的挤土桩基、软土地基上得桩基承台，c宜取低值的0.8倍。

An，

表3 -5 地基抗震承载力调整系数a

岩土名称和性状 岩石，密实的碎石土，密实的砾、粗砂、中砂，fak300kPa的黏性土和粉土 中密和稍密碎石土，中密和稍密的砾，粗砂、中砂，中密和稍密的细砂、1.3 粉砂，150kPafak300kPa的黏性土和粉土，坚硬的黄土 稍密的细砂、粉砂，100kPafak150kPa的黏性土和粉土，可塑黄土 淤泥，淤泥质土，松散的砂，杂填土，新近堆积黄土及流塑黄土 1.1 1.0 a 1.5 3.6 确定基桩根数及其平面布置

单桩的承载力设计值确定后，可根据建筑物上部荷载确定桩基的根数，根据建筑物

上部结构进行合理的布桩。

3.6.1 桩间距的确定

群桩中桩间距的确定应该根据土类别、成桩工艺以及排列形式来确定桩的最小中心距。

一般情况下，穿越饱和软土的挤土桩，要求桩中心距最大，部分挤土桩或穿越非饱和土的挤土桩次之，非挤土桩最小；对于大面积的桩群，桩的最小中心距宜适当加大。基桩的最小中心距应符合表3-6的规定，当施工中采取减小挤土桩效应的可靠措施时，可根据当地经验适当减小。

表3 -6 基桩最小中心距

桩排数不少于3、桩数不少于9根土类别与成桩工艺 的摩擦型桩基 非挤土灌注桩 非饱和土、饱和非黏性土 部分挤土桩 饱和黏性土 非饱和土、饱和非黏性土 挤土桩 饱和黏性土 钻、挖孔扩底桩 沉管夯扩、钻孔挤土桩 注：

1.d为圆桩设计直径或方桩设计边长，D为扩大端设计直径。

2.当纵横向桩距不相等时，其最小中心距应满足“其他情况”一栏的规定。 3.当为端成桩时，非挤土灌注桩的“其他情况”一栏可减小至2.5d.

非饱和土、饱和非黏性土 饱和黏性土 4.5d 4.0d 1.5D或D1.5m（当D2m时） 4.0d 4.0d 3.5d 3.5d 3.0d 3.5d 3.0d 3.0d 其他情况 2D或D2.0m（当D2m）时 2D且4.0d 2D且3.5d 2.5D且4.5d 2.2D且4.0d 3.6.2 桩的平面布置

桩数确定后，可根据桩基受力情况选用单排桩或多排桩桩基。多排桩的排列形式常采用正方形、三角形和梅花形，

桩基础中桩的平面布置，除应满足前述的最小中心距等构造要求外，布桩时还应尽量使桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。当作用于桩基的弯矩较大时，以尽量将桩布置在距承台形心较远处，采用外密内疏的布置方式，以增大基桩对承台形心或合力的作用点的惯性矩，提高基桩的抗弯能力。在排列基桩时，应考虑使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的截面模量。为了增强建筑物短边方向的整体稳定性，可考

虑将横墙下的承台梁在外纵墙以下布置两根探头桩。在墙体开洞下方不布桩，特殊情况下必须布桩时应先加固洞口处承台梁。在梁式承台或板式承台下布桩应本着减小弯矩的原则，尽量在柱和墙下布桩。

3.7 灌注桩桩身结构设计

灌注桩桩身可按构造配筋，具体要求如下。

3.7.1 灌注桩配筋率

当桩径为300~2000mm时，正截面配筋率取0.65%~0.02%（大直径取低值，小直径取高值）。对于受荷载特别大的桩、抗拔桩和嵌岩端成桩应根据计算确定配筋率，并不小于上述规定值。

3.7.2 灌注桩配筋长度

1.端承型桩以及位于坡地、岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋。 2.摩擦型灌注桩配筋长度不应小于2/3桩长；当受水平荷载时，配筋长度尚不宜小于0.4（为桩的水平变形系数）。

3.对于受地震作用的基桩，桩身配筋长度应穿过可液化土层和软弱土层，进入稳定土层的深度不应小于2~3d（d为桩身设计直径）。

4.抗拔桩及因地震作用、冻胀或膨胀力作用而受拔力的桩，应在等截面或变截面通常配筋

3.7.3 灌注桩配筋要求

对于受水平荷载的桩，主筋不应小于812；对于抗压桩，主筋不少于610；纵向钢筋应沿桩身周边均匀布置，其净距不应小于60mm。

3.7.4 灌注桩箍筋配置

箍筋采用螺旋式，直径不宜小于6mm，间距宜为200~300mm；受水平荷载较大的桩基和抗震桩基，以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时，桩顶以下5d范围内箍筋应适当加密，间距不应大于100mm；当钢筋笼长度超过4m时，为加强其刚度，应每隔2m左右设一道直径不小于12mm的焊接加劲箍筋。

3.7.5 灌注桩混凝土材料要求

桩身混凝土强度等级一般不低于C25，混凝土预制桩尖的混凝土强度等级不得低于C30，为保证桩头具有设计强度，施工时应超灌50cm以上，以除掉混凝土浇筑面处浮浆层。

3.7.6 灌注桩混凝土保护层厚度

灌注桩主筋的混凝土保护层厚度不小于35mm，水下灌注桩的混凝土保护层厚度不小于50mm。

3.8 承台的设计

承台的作用时将桩连成一个整体，并将建筑物的荷载传到桩上，因此承台应具有足够的强度和刚度。承台设计包括承台的尺寸和构造设计、承台的内力计算以及承台厚度及强度计算。

3.8.1承台的尺寸和配筋要求

承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形式决定，通常墙下条形基础做成承台梁，柱下桩宜采用板式承台（矩形和三角形），剖面可做成锥形、台阶形或平板形。

柱下独立桩基承台的最小宽度不应小于500mm，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梁的距离不应小于150mm。

柱下独立桩基承台钢筋应通常配置，对四桩以上（含四桩）承台宜按双向均匀布置，对三桩的三角形承台应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内。柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%。

承台混凝土强度等级不应低于C25。承台底面钢筋的混凝土保护层厚度，当有混凝土垫层时，不应小于50mm；当无混凝土垫层时，不应小于70mm。此外，混凝土保护层厚度尚不应小于桩头嵌入承台内的长度。混凝土垫层的厚度宜为100mm，混凝土强度等级宜为C10。

3.8.2 柱与承台的连接构造

桩嵌入承台内的长度，对于中等直径桩，不宜小于50mm；对于大直径桩不宜小于100mm。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于35倍纵向主筋直径。

3.8.3 承台与承台之间的连接构造

当为一柱一桩时，应在桩顶两个主轴方向上设置连系梁。当桩与柱的截面直径之比大于2时，可不设连系梁。两桩桩基的承台，应在其短边方向设置连系梁。有抗震设防要求的柱下桩基承台，宜沿两个主轴方向设置连系梁。

连系梁顶面宜与承台顶面位于同一标高。连系梁的宽度不宜小于250mm，其高度可取承台中心距的1/10~1/15，且不宜小于400mm。

连系梁配筋应按计算确定，梁上下部配筋不宜小于2根直径12mm的钢筋；位于同一轴线上的相邻跨连系梁纵筋应连通。

第四章 基础方案设计计算

拟建建筑物为9层钢筋混凝土框架结构，长52.44m，宽 14.82m，层高3.2m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差 450mm，柱截面尺寸均为 400mm400mm，横向承重，柱网布置如图 4-1 所示。

图4 -1 柱网平面图

4.1 上部结构作用

上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表4-1所示，该表中弯矩Mk、水平力Vk均为横向方向。

表4-1 柱底荷载效应值及柱下布桩数

柱号 A○1柱 ○A○2柱 ○A○3柱 ○A○6柱 ○A○9柱 ○A○10柱 ○A○11柱 ○B○1柱 ○B○2柱 ○B○3柱 ○B○9柱 ○B○10柱 ○B○11柱 ○C○1柱 ○C○2柱 ○C○3柱 ○C○4柱 ○C○5柱 ○C○6柱 ○C○7柱 ○C○8柱 ○C○9柱 ○C○10柱 ○C○11柱 ○D○1柱 ○D○2柱 ○D○3柱 ○D○9柱 ○D○10柱 ○D○11柱 ○E○3柱 ○E○4柱 ○E○5柱 ○E○7柱 ○E○8柱 ○E○9柱 ○柱底荷载效应标准组合值 Fk Mk Vk 2998 1918 2040 3225 2040 1918 3080 853 954 1030 1030 954 863 792 893 1525 1650 1050 1080 1050 1650 1525 893 855 2995 1820 1090 1090 1820 3040 1470 974 1555 1555 974 1470 244 212 242 248 242 212 247 167 182 187 187 182 67 159 173 185 191 188 189 188 191 185 173 161 243 207 190 190 207 245 190 183 191 191 183 190 157 127 145 179 145 127 168 54 57 61 61 57 55 51 56 60 132 61 62 61 132 60 56 54 152 126 62 62 126 162 127 57 127 127 57 127 柱底荷载效应基本组合值 F Ra nFkRa 5.1 3.3 3.5 5.5 3.5 3.3 5.3 1.5 1.6 1.8 1.8 1.6 1.5 1.4 1.5 2.6 2.8 1.8 1.8 1.8 2.8 2.6 1.5 1.5 5.1 3.1 1.9 1.9 3.1 5.2 2.5 1.7 2.7 2.7 1.7 2.5 M V 194 173 193 197 193 173 196 55 77 80 80 77 75 73 75 79 164 80 80 80 164 79 75 65 194 168 81 81 168 195 157 78 130 130 78 157 586.5 桩数 n 6 4 4 6 4 4 6 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 2 2 6 4 2 2 4 6 3 2 3 3 2 3 3650 2480 2650 4180 2650 2480 3980 1290 1362 1378 1378 1362 1297 1278 1298 1358 2130 1403 1410 1403 2130 1358 1298 1295 3570 2370 1418 1418 2370 3690 2040 1348 2080 2080 1348 2040 266 237 253 284 253 237 276 175 176 182 182 176 177 174 175 181 210 183 183 183 210 181 175 176 259 232 183 183 232 269 205 176 191 191 176 205 由表4-1可知共有四种桩数的类型，因此每一种都选择荷载最大的一组，因此可得出下表4-2和表4-3

上部结构作用在柱底的最大荷载效应标准组合值如表4-2所示，该表中弯矩Mk、水平力Vk均为横向方向。

表4 -2 柱底荷载效应标准组合值

A○6柱 ○B○3柱 ○C○4柱 ○D○3柱 ○

Fk(kN)

Mk(kMm)

248 242 191 190

Vk(kN) 179 145 132 62

3225 2040 1650 1090

上部结构作用在柱底的最大荷载效应基本组合值如表4-3所示，该表中弯矩M、水平力V均为横向方向。

表4 -3 柱底荷载效应基本组合值

A○6柱 ○B○3柱 ○C○4柱 ○D○3柱 ○

F(kN) 4180 2650 2130 1418

M(kMm)

284 253 210 183

V(kN) 197 193 164 81

4.2 灌注桩设计

建筑物基础设计方案采用混凝土沉管灌注桩，具体设计方案如下：室外地坪标高为-0.45m，自然地面标高同室外地坪标高。根据表4-1，该建筑桩基属丙级建筑桩基，拟采用直径为400mm的混凝土沉管灌注桩，选用○5号土层粉砂层为持力层，桩尖伸入持力层0.6m（对于砂土不小于1.5d=600mm），设计桩长15.0m，预制桩尖长0.5m，初步设计承台高0.95m，承台地面埋置深度-1.60m，桩顶伸入承台50mm。

4.3 单桩承载力计算

根据以上设计，桩顶标高为-1.6m，桩底标高为-16.6m，桩长为15m。

4.3.1单桩竖向极限承载力标准值计算

规范经验参数法是在大量经验及资料积累的基础上，针对不同桩型推荐的估算公式。规范经验参数法是初步估计桩基承载力和作为非重要工程设计依据的方法。 （1）对一般预制桩及中小直径（d<800mm）的灌注桩，有

QukQskQpkuqsikliqpkAp （4.1）

式中：

Qsk—单桩总极限侧阻力标准值，kN； Qpk—单桩总极限端阻力标准值，kN；

qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可按《建筑桩基技术规范》（JGJ94—

2008）表5.3.5—1取值，kPa；

qpk—桩端极限端阻力标准值，可按《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）表5.3.5

—2取值，kPa。

（2）对大直径桩（d≥800mm），有

QukQskQpkusiqsiklipqpkAp （4.2）式中：

qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可按《建筑桩基技术规范》（JGJ 94

—2008）表5.3.5—1取值，kPa；

qpk——桩径为800mm的极限端阻力标准值，对于干作业挖孔（清底干净）可采

用深层荷载板试验确定，当不能进行深层荷载板试验时，可按《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）表5.3.6—1取值，kPa；

si，p——大直径灌注桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，按表4-3取值。

表4 -3 大直径灌注桩侧阻力尺寸si、端阻力尺寸效应系数p

土的类别 效应系数 黏性土、粉土 1砂土、碎石土 1si p 0.8d5 0.8D4 10.8d3 0.8D3 1单桩竖向极限承载力标准值按下式计算： QukQskQpkupqsikliApqpk

由于

Qsk3.14400(0.35223.3286.6454.2600.675)872kN1Qpk3.140.422400 4301kNQukQskQpk872301 1173kN

4.3.2 基桩竖向承载力设计值计算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008），单桩竖向承载力特征值的计算公式为

Q Rauk （4.3）

K式中：

K—安全系数，K2。

基础所需桩的根数，根据承台顶面的竖向荷载和基桩竖向承载力特征值进行估算。 在轴心荷载作用下：

FGknk （4.4）

Ra在偏心作用下：

FGknk （4.5）

Ra式中：

n——桩的根数；

Fk——在荷载效应标准组合下，作用在承台顶面上的竖向力，kN；

Gk——在荷载效应标准组合下，桩基础承台和承台上土自重标准值，对地下水

位以下部分扣除水的浮力，kN；

Rk——基桩或复合桩竖向承载力特征值，kN；

——考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数，可取

1.1~1.2。

估算的桩数是否合适，在验算各桩的受力状况后才可确定。桩数的确定还需考虑满足桩基础水平承载力要求的问题。一般情况下，桩基水平承载力是由基桩的材料强度所控制，可通过对基桩的结构强度设计（如钢筋混凝土桩的配筋设计与截面强度验算）来满足。此外，桩数的确定于承台尺寸、桩长及桩的间距的确定相关联，确定时应综合考虑。

承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑承台土效应，即取

c0，则有

QRRaukK1173

2586.5kN根据上部荷载初步估计○A○6柱桩数为

nFk32255.5 Ra586.5则○A○6柱设计桩数为6根。 根据上部荷载初步估计○B○3柱桩数为

2040Fnk3.5

Ra586.5则○B○3柱设计桩数为4根。 根据上部荷载初步估计○C○4柱桩数为 F1650nk2.8

Ra586.5则○C○4柱设计桩数为3根。 根据上部荷载初步估计○D○3柱桩数为 F1090nk1.9

Ra586.5则○D○3柱设计桩数为2根。

4.4 桩基的验算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008），当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应的标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土、粉土问题，因此可不进行地震效应的竖向承载力验算。

桩基竖向承载力计算应符合以下要求。

在轴心竖向力作用下：

（4.6） NkR

在偏心竖向力作用下：

Nkmax1.2R （4.7） 式中：

Nk—在荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力，

kN；

Nkmax—在荷载效应标准组合偏心竖向力下，桩顶最大竖向力，kN；

R—基桩或复合基桩竖向承载力特征值。

桩的平面布置确定后，初步估算承台尺寸及其上腹地基土自重Gk后才能计算桩顶作用效应。

对于一般建筑物和受水平力（包括力矩与水平力）较小的高层建筑群桩基础，应按下列公式计算柱、墙中基桩或复合基桩的桩顶作用效应。

1.竖向力

轴心竖向力作用下：

FGk （4.8） Nkkn偏心竖向力作用下：

FGkMxkyiMykxi （4.9） Nikk22nyixi式中：

Fk——在荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力，kN；

Gk——桩基承台和承台上土自重标准值，kN，对稳定的地下水位以下部分应扣

除水的浮力；

Nk——在荷载效应标准组合轴心竖向力下，基桩和复合基桩的平均竖向力，kN； Nik——在荷载效应标准组合轴心竖向力下，第i基桩或复合基桩的平均竖向力，

kN；

Mxk、Myk——在荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过群桩形心的x，

y主轴的力矩，kNm；

xi、xj和yi、yj——第i、j基桩或复合基桩至y和x轴的距离，m。

2.水平力

水平力可按下式计算： H（4.10） Hikk

n式中：

Hk——在荷载效应标准组合下，作用于承台地面的水平力，kN；

Hik——在荷载效应标准组合下，作用于第i基桩或复合基桩的水平力，kN；

注意：上述桩顶作用效应的计算结果，只适用于根据基桩的承载力特征值计算桩数；如果用于验算桩身承载力，桩顶作用的形式不变，但所有的荷载均对应于荷载效应基本组合，计算得到的基桩竖向力均为设计值。

4.4.1 六桩承台基桩竖向承载力验算

根据桩数设计矩形承台，边长为2.2m3.6m，矩形布桩，桩最小中心距取1.4m，桩心距承台边缘均为400mm（见图4-2）。

承台及其上土壤的总重为

Gk2.23.61.620253.4kN

计算时取荷载的标准组合，则

NkFkGkn3225253.4 6579.74kNR(586.5kN)MymaxNikmaxNky2579.741790.952481.4

41.42579.7474.65654.4kN

图4 -2 六桩承台平面布置图

NikminNkMymaxy2579.741790.952481.4

41.42579.7474.65505.1kN因此

Nkmax654.4kN1.2R1.2586.5703.8kN Nkmin505.1kN0

满足设计要求,故初步设计是合理的。

4.4.2 四桩承台基桩竖向承载力验算

根据桩数设计矩形承台，边长为2.2m2.2m，矩形布桩，桩中心距取1.4m，桩心距

承台边缘均为400mm（见图4-3）。

承台及其上土壤的总重为

Gk2.22.21.620154.88kN

计算时取荷载的标准组合，则

FGkNkkn2040154.88 4548.72kNR(586.5kN)MymaxNikmaxNky2548.7240.721450.952420.7

548.72135.63684.35kNMymaxNikmaxNky2548.721450.952420.7

40.72579.74135.63413.09kN 图4 -3 四桩承台平面布置图

因此

Nkmax684.35kN1.2R1.2586.5703.8kN Nkmin413.09kN0

满足设计要求,故初步设计是合理的。

4.4.3 三桩承台基桩竖向承载力验算

根据桩数设计矩形承台，边长为2.2m3.6m，矩形布桩，桩中心距取1.4m，桩心距承台边缘均为400mm（见图4-4）。

承台及其上土壤的总重为

Gk3.081.62098.56kN

计算时取荷载的标准组合，则

图4 -4 三桩承台平面布置图

FkGkn165098.56 3582.85kNR586.5kNMymaxNikmaxNky2Nk582.851650.952470.605

30.6052582.85108.33Nikmin691.18kNMymaxNky2582.851320.951910.605

30.6052582.85108.33474.52kN因此

Nkmax691.18kN1.2R1.2586.5703.8kN Nkmin474.52kN0

满足设计要求，初步设计是合理的。

4.4.4 两桩承台基桩竖向承载力验算

根据桩数设计矩形承台，边长为0.8m2.2m，矩形布桩，桩中心距取1.4m，桩心距承台边缘均为400mm（见图4-5）。

承台及其上土壤的总重为

Gk0.82.21.62056.32kN

计算时取荷载的标准组合，则

FGk109056.32Nkk n2573.16kNR(586.5kN)MymaxNikmaxNky2573.1620.72573.16120.64693.8kNMymaxNikmaxNk2y573.16620.951900.7

20.72573.16120.64452.52kN620.951900.7

图4 -5 两桩承台平面布置图

因此

Nkmax693.8kN1.2R1.2586.5703.8kN Nkmin452.52kN0

满足设计要求,故初步设计是合理的。

4.5 小结

基础方案的选择和计算需要考虑到上部结构的布置形式和荷载的大小，以及工程所在地的地质资料和气象资料。这些是基础方案选择和设计的依据，也是进行下边工作的基础。

本章主要是计算基础方案是否合理，在上部荷载和平面布置的前提下确定桩数和承台的形状。计算单桩竖向极限承载力标准值和基桩竖向承载力设计值计算。确定桩数后确定承载的布置形式和形状，验算桩基的选择是否合力。根据桩基所处的场地的抗震设防烈度，场地内有无可液化砂土、粉土等问题，考虑要不要进行地震效应的竖向承载力验算。

本章是桩基础设计的初步设计，是为了给后边的设计计算打下一个基础，在计算的过程中需要查阅多方面的资料，确定承台的形状和尺寸，为下面的计算的顺利进行提供依据。

第五章 承台设计

1.承台的抗弯计算

柱下独立桩基承台（四桩及三桩承台）在配筋不足的情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏。

根据极限平衡原理，承台弯矩可进行如下计算。

（1）柱下多桩矩形承台。弯矩的计算截面应取在柱边和承台高度变化处，并按下列公式计算：

MxNiyi （5.1）

MyNixi （5.2）式中：

Mx、My——垂直x、y轴方向计算截面处的弯矩设计值，kNm； xi、yi——垂直x、y轴方向自桩轴线至相应计算截面的距离，m

Ni——在荷载效应基本组合值下，扣除承台和承台上土自重设计值后i桩竖向净

反力设计值，当不考虑承台效应时则为i桩竖向总反力设计值，kN。

（2）柱下三桩三角承台。弯矩计算截面应取在柱边，并按下列公式计算：

MxNxx （5.3）

MyNyy （5.4）

2.柱下桩基础独立承台的冲切计算

当桩基承台的有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。承台的冲切破坏主要有两种方式：一种方式是由柱边缘或承台变阶处沿大于或等于45斜面拉裂形成冲切锥体破坏；另一种方式是角桩对与承台边缘形成大于或等于45向上冲切半锥体破坏。

（1）柱对承台的冲切承载力可按下式进行计算

Fl20xbca0y0yhca0xhpfth0 （5.5） FlFNi （5.6）其中

0.84 （5.7）

0x0.20.840y （5.8）

0x0.2a0x0x （5.9）

h0a0y （5.10） 0yh00x式中：

Fl——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏锥体上的冲

切力设计值，kN；

hp——承台受冲切承载力截面高度影响系数，当h800mm时hp取1.0，当

h2000mm时0.9，其间按线性内插法取值；

ft——承台混凝土抗拉强度设计值，kPa； h0——承台冲切破坏锥体的有效高度，m；

0x、0y ——x、y方向柱的冲切系数；

0x、0y——冲垮比，其值均应满足0.25~1.0的要求；

a0x、a0y——x、y方向柱边至最近的桩边的水平距离，m；

hc、bc——x、y方向的柱截面边长，m；

F——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下柱底的竖向荷载设计

值，kN；

Ni——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下冲切破坏锥体内各基桩

或复合基桩的反力设计值之和，kN。

（2）角桩对承台的冲切承载力计算。在偏心荷载作用下，某一角桩会承受最大竖向力，而当角桩向上冲切时，抗冲切的锥面只有一半，亦即对于四棱台只有两个冲切面，因此角桩的冲切是最危险的。

1）四桩（含四桩）以上承台受角桩的冲切式计算： a1ya1xNl1xcc hpfth0 （5.11）1y1222其中

0.56 （5.12）

1x0.20.56 （5.13） 0y0.21x1ya1x （5.14） h0a1y （5.15） 1yh01x式中：

Nl——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩反力设计值，kN；

1x、1y——角桩冲切系数；

1x、1y——角桩冲垮比，其值均应满足0.25~1.0的要求；

c1、c2——从角桩内侧边缘至承台外边缘的距离；

a1x、a1y——从承台底角桩内边缘引45冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘

的水平距离，m，当柱或承台变阶处位于该线45线以内时，则取由柱边或变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线；

h0——承台外边缘的有效高度。

2）三桩三角形承台受角桩的冲切承载力计算见图5-1： 对底部角桩：

Nl112c1a11hptan12fth0 其中

56110.0.2 11a1111h 0

图5 -1 三桩承台角桩冲切计算示意图

对顶部角桩

Nl122c2a12hptan22fth0 其中

0.5612 120.2a1212h 0式中：

5.16）

5.17）

5.18） 5.19）

5.20）

5.21） （ （ （ （ （ （11、12——角桩冲垮比，其值均应满足0.25~1.0的要求；

a11、a12——从承台底角桩顶内边缘引45冲切线与承台顶面相交至角桩内边缘

的水平距离。

3.柱下桩基独立承台的受剪计算

桩基承台的剪切破坏面为一通过柱边与柱边连线形成的斜截面。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时，对每个斜截面都应进行受剪承载力验算。其计算公式如下：

Vhsftbh0 （5.22）

其中

1.75 （5.23） 1hs式中：

800 h （5.24）

014V——不计承台及其上土自重，在荷载效应基本组合下，斜截面的最大剪力设计

值，它等于斜截面以外各桩相应竖向净反力之和，kN；

b——承台计算截面处的计算宽度，m；

h0——计算宽度处的承台有效高度，m；

——剪切系数；

——计算截面的剪跨比。

4.柱下桩基独立承台的配筋计算 用下式计算

Mx （5.25）

0.9fyh0My （5.26） Ay0.9fyh0Ax式中：

Mx、My——垂直x、y轴方向计算截面处的弯矩设计值，kNm； Ax、Ay——垂直x、y轴方向的钢筋横截面积，m2。

5.1 六桩承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.2m3.6m，初步设计承台厚0.95m，承台选用选用C25，ft1.27N/mm2,fc11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，

fy300N/mm2。承台计算简图如图5-2

5.1.1 六桩承台内力计算

承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反力设计值为

FMyyi'Nmaxnyi241802841970.951.4

641.4269784.13781.13kN320×320换算方桩

图5 -2 六桩承台计算简图

Nmin'41802841970.951.4

641.4269784.13612.87kN—F4180N'697kN

n6FMyyinyi25.1.2 六桩承台厚度及冲切承载力验算

为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.95m，承台底保护层厚度50mm，则h0=950-60=890mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。

由于基桩为圆形桩，计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为

bp0.8d0.8400320mm

图所示承台计算简图中所示承台计算简图中的桩基即是换算后边长为320mm的方桩。

（1）柱对承台冲切

承台受桩冲切的承载力应满足下式：

Fl20xbca0y0yhca0xhpfth0 由于FlFNi418004180KN，则冲垮比为

a0.340x0x0.382（在0.25~1.0之间）

h00.89a1.040y0y1.1691.0

h00.89取0y1.0。

冲切系数为 0.840.840x1.44

0x0.20.3820.20.840.840y0.70

0y0.21.00.220xbca0y0yhca0xhpfth021.440.41.040.700.40.340.987512700.89 5858.6KNFl4180KN故厚度为0.95m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 （2）角桩冲切验算

承台受角桩冲切的承载力应满足下式：

a1ya1xNl1xcc221y12hpfth0

由于NlN'max781.13KN，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c1c20.56m a1x0.34m

a1y0.89m

a0.341x1x0.382

h00.891y0.891.0（在0.25~1.0之间）

h00.890.560.561x0.962

1x0.20.3820.20.560.561y0.467

1y0.21.00.2a1ya1ya1x1xc221yc12hpfth00.890.340.9620.560.4670.560.987512700.89

221478kNNl781.3kN故厚度为0.95m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。

5.1.3 六桩承台受剪承载力计算

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I—I截面，

a0y1.040y1.169（介于0.25~3之间）

h00.89剪切系数为 1.751.750.807

11.1691受剪切承载力高度影响系数为：

800hsh00.258008900.250.974

I—I截面剪力为

'V2Nmax2781.131562.26kN

则

hsftbh00.9740.8071.271032.20.891954.56kNV1562.26kN故满足抗剪切要求。

5.1.4 六桩承台受弯承载力计算

承台计算截面弯矩如下。

'781.13kN进行计算，则 对于I—I截面，取基桩净反力最大值NmaxMxNiyi2781.131.21874.7kNm

Mx1874.7106As17801.5mm2

0.9fyh00.9300890因此，承台长边方向都选用 钢筋φ22@110，钢筋数为

2200n121

110实配钢筋As21380.17982mm27801.5mm2，满足要求

— 对于II—II截面，取基桩净反力平均值N'697kN进行计算 此时

h095080870mm

则

MyNixi36970.51045.5kNm

MyAs20.9fyh01045.5106 0.93008704451mm2因此，承台短边方向选用φ16@170，钢筋根数为

3600n123

170实际钢筋As23201.14625mm24451mm2，满足要求

5.2 四桩承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.2m2.2m，初步设计承台厚0.95m，承台选用选用C25，ft1.27N/mm2,fc11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，

fy300N/mm2。承台计算简图如图5-3

5.2.1 四桩承台内力计算

承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反力设计值为

FMyyiN'maxnyi226502531930.950.7

440.72662.5155.84818.34kN

图5 -3 四桩承台计算简图

N'min26502531930.950.7

440.72662.5155.84506.66kN—F2650N'662.5kN

n4FMyyinyi25.2.2 四桩承台厚度及受冲切承载力验算

为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.95m，承台底保护层厚度50mm，则h095060890mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。

由于基桩为圆形桩，计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为

bp0.8d0.8400320mm

图所示承台计算简图中所示承台计算简图中的桩基即是换算后边长为320mm的方桩。

（1）柱对承台冲切

承台受桩冲切的承载力应满足下式：

Fl20xbca0y0yhca0xhpfth0 由于FlFNi265002650KN，则冲垮比为

0x0ya0x0.340.382（在0.25~1.0之间） h00.89a0y0.340.382 h00.89冲切系数为 0.840.840x1.44

0x0.20.3820.20.840.840y1.44

0y0.20.3820.220xbca0y0yhca0xhpfth021.440.40.341.440.40.340.987512700.89 4757.57KNFl2650KN故厚度为0.95m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 （2）角桩冲切验算

承台受角桩冲切的承载力应满足下式：

a1ya1xNl1xc221yc12hpfth0

由于NlN'max818.34KN，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c1c20.56m a1x0.34m

a1y0.34m

a0.341x1x0.382

h00.89a1y0.341y0.382（在0.25~1.0之间）

h00.890.560.561x0.962

1x0.20.3820.20.560.561y0.962

1y0.20.3820.2a1ya1xcc1x21y12hpfth020.340.340.9620.560.9620.560.987512700.89

221567.68kNNl818.34kN故厚度为0.95m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。

5.2.3 四桩承台受剪承载力计算

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I—I截面，

a0y0.340y0.382（介于0.25~3之间）

h00.89剪切系数为 1.751.751.27

10.3821受剪切承载力高度影响系数为：

800hsh00.258008900.250.974

I—I截面剪力为

'V2Nmax2818.34 1636.68kN则

hsftbh00.9741.271.271032.20.893075.95kNV1636.68kN故满足抗剪切要求。

5.2.4 四桩承台受弯承载力计算

承台计算截面弯矩如下。

'818.34kN进行计算， 对于I—I截面，取基桩净反力最大值Nmaxyi700200500mm

则

MxNiyi2818.340.5818.34kNm

Mx818.34106As13405.49mm2

0.9fyh00.9300890因此，承台长边方向都选用 钢筋φ18@180，钢筋数为

2200n114

180实配钢筋As14254.53563mm23405.49mm2，满足要求

— 对于II—II截面，取基桩净反力平均值N'662.5kN进行计算 此时

h095080870mm xi700200500mm

则

MyNixi2662.50.5662.5kNm

MyAs20.9fyh0662.5106 0.93008702820.35mm2因此，承台短边方向选用φ16@160，钢筋根数为

2200n115

160实际钢筋As15201.13016.5mm22820.35mm2，满足要求

5.3 三桩承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为边长为2.78m的正三角形去掉三个角，初步设计承台厚0.95m，承台选用选用C25，ft1.27N/mm2,fc11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，fy300N/mm2。承台计算简图如图5-4。

图5 -4 三桩承台计算简图

5.3.1 三桩承台内力计算

承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反力设计值为

FMyyiN'maxnyi221302101640.95.605 2330.605710201.54911.54kNNmin'21302101640.95.605 330.6052710201.54508.46kN—F2130N'710kN

n3FMyyinyi25.3.2 三桩承台厚度及冲切承载力验算

为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.95m，承台底保护层厚度50mm，则h0=950-60=890mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。

由于基桩为圆形桩，计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为

bp0.8d0.8400320mm

图所示承台计算简图中所示承台计算简图中的桩基即是换算后边长为320mm的方桩。

因为三桩承台破坏形态较为复杂，难点是确定角桩对承台的剪切破坏面是单向还是双向的。试验总结有以下规律：○1在承台底部，裂缝开展沿柱角开始；○2没有发生整体冲切破坏。因此，对于柱下三桩承台无需验算柱对承台的冲切承载力。 （1）角桩冲切验算 1.对底部角桩：

承台受角桩冲切的承载力应满足下式：

Nl112c1a11hptan1fth0

2其中

0.560.56110.954

110.20.3870.2a0.34411110.387

h00.89所以

112c1a11hptan12fth0600.95420.8550.3440.9875tan12700.89

21262.75kNNl911.54kN

2.对顶部角桩

Nl122c2a12hptan22fth0

其中

1212所以

0.560.560.883

120.20.4340.2a120.3860.434 h00.89112c1a11hptan12fth0600.88321.2140.3860.9875tan12700.89

21601.23kNNl911.54kN故厚度为0.95m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。

5.3.3 三桩承台受剪承载力计算

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I—I截面，

a0y0.0450y0.051（介于0.25~3之间）

h00.89剪切系数为 1.751.751.665

10.0511受剪切承载力高度影响系数为：

800hsh00.258008900.250.974

I—I截面剪力为

'V2Nmax2911.541823.08kN

则

hsftbh00.9741.6651.271031.8510.893392.92kNV1823.08kN

故满足抗剪切要求。

5.3.4 三桩承台受弯承载力计算

承台计算截面弯矩如下。

'911.54kN进行计算，则 对于I—I截面，取基桩净反力最大值NmaxMxNiyi911.540.504459.42kNm

Mx459.42106As12061.67mm2

0.9fyh00.9300890— 对于II—II截面，取基桩净反力平均值N'710kN进行计算 此时

h095060890mm

因为

y605mm

则

MyNiyi7100.605429.55kNm

My429.55106As21787.56mm2

0.9fyh00.9300890因为

As12061.67mm2As21787.56mm2

且柱中心到承台边缘的距离为793mm， 因此，承台选用φ18@100，钢筋根数为

793n19

100实际钢筋As9254.52290.5mm22013.67mm2，满足要求

5.4 两桩承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为边长为2.2m0.8m的矩形，承台选用选用C25，ft1.27N/mm2,fc11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，

fy300N/mm2。承台计算简图如图5-5所示。

图5 -5 两桩承台计算简图

不考虑承台土及其上土重，桩顶反力设计值Q709kN 计算跨度

l0minsahc,1.15lnhcmin1000,842842mm

承台斜截面上的最大剪力设计值V709kN

5.4.1 两桩承台内力计算

承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反力设计值为

FMyyiN'maxnyi21418183810.95.0.7 2220.7709185.68894.68kNFMyyinyi2N'min1418183810.95.0.7 2220.7709185.68523.32kN—

N'F1418709kN n25.4.2 两桩承台高度估算

根据经验取0.25 令

V1.75ftbh0 11V0.251709106h0498.45mm

1.75ftb1.751270800承台高h1.1h01.1498.45548.30mm 设计取h550mm l08421.532.0 h550故按深梁设计 取

h00.9h0.9550495mm

5.4.3 两桩承台受剪面验算

因为

l08421.532.0 h550取

l02.0 h计算

Vcsl0110cfcbh060h11021.011.9800495 60942.48kNV709kNVcs942.48kN

受剪截面满足要求

5.4.4 两桩承台斜截面受剪承载力验算

此承台应按深梁配置分布钢筋，其中竖向力分布钢筋

Asvsv0.2%

bsh水平分布钢筋

Ashsv0.2%

bsv因

l08421.532.0 h550取0.25 因

l02.0 h取

l02 h计算

l0l025AAsh1.75hhfsvVcsftbh0hfh0yv0yh13sh6sv1.75520.28001.27800495300495

0.2516100704.088118.8822.888kNV709kNVcs822.888kN

故承台抗剪承载力满足设计要求。

5.4.5 两桩承台正截面受弯承载力验算

因

l02.0 h故内力臂

z0.6l00.6842505.2mm

MQx7090.5354.5kNm

由

MfyAsz

得

M354.5106As2339.01mm2

fyz300505.2配筋率

As2339.010.233% bh8002200满足最小配筋率的要求

因此，承台选用φ18@90，钢筋根数为

n800110 90实际钢筋As10254.5254.5mm22339.01mm2，满足要求。实际配筋图见附图。

5.5 承台构造

混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.65m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共4φ12通长配筋，箍筋采用φ8@200。承台底做100mm厚C10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

5.6 小结

从力学角度看，承台有两个作用：荷载传递，承受上部柱（或墩）之荷载并传递给桩基础和荷载分配，向桩基础分布荷载。当承台下有多个桩基时，承台可以将荷载较均匀的分布各个桩体，使桩受力均衡。桩基承台形式应考虑地下空间的利用、上部结构形式、特殊地质因素综合分析确定。

承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形式决定，通常墙下条形基础做成承台梁，柱下桩基承台宜采用板式承台（矩形和三角形），剖面可做成锥形、台阶型或平板型。本设计中由于根据不同的力和桩数，采用了三角形的承台和矩形的承台。在承台的设计计算中，要考虑多方面的内容，有承台的尺寸和配筋构造要求。这些都需要根据计算来确定。确定后要进行承台的内力计算、承台厚度及受冲切承载力验算、角桩冲切验算、承台受剪承载力计算、承台受弯承载力计算等等。总之，承台的设计计算是一项重要的工作，它关系到上部结构和桩的联系情况，及承台把上部结构的力向桩基传递的情况，需要慎重的对待。

第六章 承台沉降计算

建筑桩基设计应符合承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。对于正常使用极限状态包含两层含义，一是桩基的沉降变形限制在建筑物允许值范围之内；二是桩基结构的抗裂及裂缝宽度应符合相应环境要求的裂缝控制等级。对于沉降变形，不仅受制于地基土性状，也受桩基与上部结构的共同作用的影响，可以说是桩基计算中最为重要、最为复杂的课题之一。对于桩基结构的抗裂和裂缝宽度的验算，主要属于混凝土结构学的问题。

说沉降计算重要，是因为所设计的桩基其最终的沉降变形能否控制在允许范围之内，能否按计算分析结果进行调整优化以实现变形控制设计，完全取决于沉降计算结果。

说沉降计算复杂，是因为有以下三方面的原因：一是线弹性连续介质理论与地基土实际性状之间存在差异；二是影响沉降计算的因素甚多，计算中不得不对制约沉降变形的诸多因素做适当简化；三是地基土变形参数的测定和地层分布的勘察等还存在诸多不真实性，等等。这使得计算结果与实际之间不可避免地存在差异。

由此可见，探讨适用于不同桩基几何特征。土性特征的桩基沉降计算方法，提高沉降计算的工程可操作性和可靠性，是一项极具工程应用价值的工作。

下面采用等效作用分层总和法计算桩基最终沉降量。 桩基的最终沉降量表达式为：

SeSep0j'j1i1mnzijijzi1ji1jEsi （6.1）

对于矩形基础，中点最终沉降量可按下式计算：

SeS'4ep0i1nziizi1i1 （6.2）

Esi式中：

； S—桩基的最终沉降量（mm）

S'—采用Boussinesiq解，按实体深基础分层总和法计算出的桩基沉降量（mm）；

当无当地可靠经验时可按《建筑桩基技术规范》JGJ —桩基沉降计算经验系数，

94—2008第5.5.11条确定；

e—桩基等效沉降系数，可按《建筑桩基技术规范》JGJ 94—2008附录E确定；

m—角点法计算点对应的矩形荷载分块数；

p0j、p0—第j块矩形底面在荷载效应准许永久组合下的附加应力和承台底平均

附加应力；

n—桩基沉降计算深度范围内所划分的土层数；

Esi—等效作用面以下第i层土的压缩模量，采用地基土在自重应力至自重应力加

附加应力作用时的压缩模量；

zij、zi1j—桩端平面第j块荷载作用面至第i层土、第i1层土底面的距离；

第i1层土底面深度范围内ij、i1j—桩端平面第j块荷载作用面至第i层土、

平均附加应力系数，可按《建筑桩基技术规范》JGJ 94—2008附录D选用；

z2zi、i1—桩端平均附加应力系数，根据矩形长宽比ab及深宽比ii，

bBczi12zi1按《建筑桩基技术规范》JGJ 94—2008附录D选用。 bBc桩基沉降计算深度zn应按应力比法确定，即计算深度处的附加应力z与土的自重应力c应符合下列公式要求：

z0.2c （6.3）

zjp0j （6.4）

j1m式中：

j—附加应力系数，可根据角点法划分的矩形长宽比及深宽比按《建筑桩基技

术规范》JGJ 94—2008附录D选用。

桩基等效沉降系数e可按下列公式简化计算：

nb1eC0 （6.5）

C1nb1C2nb式中：

nBc （6.6） Lcnb—矩形布桩时的短边布桩数，当布桩不规则时可按上式近似计算；

C0、C1、C1—根据群桩距径sad、长径比ld及基础长宽比LcBc，按《建筑

桩基技术规范》JGJ 94—2008附录E确定；

Lc、Bc、n—分别为矩形承台的长、宽及总桩数。

当布桩不规则时，等效距径比可按下列公式近似计算： 圆形桩

sad方形桩

And （6.7）

saA （6.8） 0.886dnb式中:

A—桩基承台总面积； b—方形桩截面边长。

当无当地可靠经验时，桩基沉降计算经验系数可按表6-1选用。对于采用后注浆施工工艺的灌注桩，桩基沉降计算经验系数应根据桩端持力土层类别，乘以0.7（砂、砾、卵石）~0.8（黏性土、粉土）折减系数；饱和土中采用预制桩（不含复打、复压、引孔沉桩）时，应根据桩距、土质、沉桩速率和顺序等因素，乘以1.3~1.8挤土效应系数，土的渗透性低，桩距小，桩数多，沉降速率快时取大值。

表6 -1 桩基沉降计算经验系数

Es（MPa） 10 1.2 15 0.9 20 0.65 35 0.50 50 0.40  计算各层土的自重应力：

siihi （6.9） 式中：

si—第i层土底的自重应力，kPa；

i—第i层土的重度，在地下水位以下用浮重度i'；

hi—第i层土的厚度，m。

各层地基附加应力计算：

pnp1h1 （6.10）

FG （6.11） pAzisipn （6.12） 式中:

pn—基底附加应力，kPa；

zi—第i层土底的附加应力，kPa；

si—竖直均布压力矩形基础角点下的附加应力系数，它是m，n函数，其中

azm，n，a是矩形长边，b是矩形的短边，而z是从基础底面起算

bb的深度。

6.1 六桩承台基础沉降验算

由于

Lc3.6s1.4l15.01.6 ， 3.5 37.5 ， aBc2.2d0.4d0.4查表利用插值法得：

C00.0758 C11.6028 C28.2297

21e0.07580.1775

1.6028218.2297计算各层土的自重应力：

s11h1191.528.5kPa

's2s12h212h22

28.5172.071.371.6kPas3s23'h371.686.6124.4kPa

's4s34h4124.4104.2166.4kPa

s5s4'5h5166.480.55170.8kPa 各层地基附加应力计算：

FGpA

4180253.44559.78kPa7.92p0559.7828.5531.28kPa

计算基础中点下地基中附加应力

用角点法计算，过基底中部将荷载面分为四个相等的正方形，计算边长a1.8m，

b1.1m，z4cp0，c可查表确定，具体计算见表6-2。

表6 -2 各层土的自重应力与附加应力计算结果表

深度z位置

（m）

1 2 3 4 5

0 0.35 2.35 3.65 10.25

1.6 1.6 1.6 1.6 1.6

0 0.32 2.14 3.32 9.32

ab zb

c

0.2500 0.24568 0.10197 0.05482 0.00856

c（kPa） z（kPa）531.28 522.10 216.70 116.50 18.19

21.85 28.5 62.5 71.6 166.4

zc

24.31 18.32 3.47 1.63 0.11

由计算结果可以看出5号位置细砂底的自重应力的0.2倍与附加应力相当，因此取

zn10.25m。

故沉降计算截止到粉砂

查规范《建筑桩基技术规范》JGJ 94—2008附录D得，当2,3,4,5位置上的

20.2454，30.1016，40.055，50.00836

所以

S4ep0i1nziizi1i1

Esi0.350.24542.350.10160.350.24545.03.8410.1775531.283.650.0552.350.101610.250.008363.650.055所以

3.87.511.28mm最终的沉降量为11.28mm，小于规范允许的容许值。

6.2 四桩承台基础沉降验算

由于

Lc2.2s1.4l15.01 ， 3.5 37.5 ， aBc2.2d0.4d0.4查表利用插值法得：

C00.04675 ，C11.5725 ，C28.9965

21e0.046750.14137

1.5725218.9965各层土的自重应力已由前式求出。 各层地基附加应力计算：

FGpA

2650154.88579.52kPa4.84p0579.5228.5551.02kPa

计算基础中点下地基中附加应力

用角点法计算，过基底中部将荷载面分为四个相等的正方形，计算边长a1.1m，

b1.1m，z4cp0，c可查表确定，具体计算见表6-3。

表6 -3 各层土的自重应力与附加应力计算结果表

位置 1 2 3 4

深度z（m） 0 0.35 2.35 3.65

ab 1.0 1.0 1.0 1.0

zb 0 0.318 2.136 3.318

c 0.2500 0.242847 0.076656 0.03774

c（kPa） z（kPa）551.02 535.25 168.96 83.18

21.85 28.5 62.5 71.6

zc 25.22 18.78 2.70 1.16

5 10.25 1.0 9.318 0.0054502 12.01 166.4 0.072

由计算结果可以看出5号位置细砂底的自重应力的0.2倍与附加应力相当，因此取

zn10.25m。

故沉降计算截止到粉砂

查规范《建筑桩基技术规范》JGJ 94—2008附录D得，当2,3,4,5位置上的

20.24369，30.07562，40.03764，50.005682

所以

S4ep0i1nziizi1i1

Esi0.350.243692.350.075620.350.243695.03.83.650.037642.350.07562410.14137551.02

3.810.250.0056823.650.037647.56.435mm所以最终的沉降量为6.435mm，小于规范允许的容许值。

6.3 三桩承台基础沉降验算

计算基底压力

G98.56kN

FG213098.56p723.558kPa

A3.08计算基底附加压力

p0pd723.558191.15701.708kPa

以求得持力层上附加应力p0701.708kPa,将持力层每2米分一层。

计算各层沉降量如下表6-4

表6 -4 沉降量计算表

位置 1 2 3 4 5

深度z（m） 0 2 4 6 8

zb 0 1.43 2.86 4.29 5.7

c 0.2500 0.222 0.1751 0.1244 0.0725

z（kPa） 701.708 517.438 491.476 349.170 203.495

c（kPa） 34.7 52.55 68.55 84.55

zc 14.912 9.353 5.094 2.407

6 7

10 12

7.14 8.57

0.0261 0.00721

73.258 20.237

100.55 120.05

0.729 0.169

由计算结果可以看出7号位置粉质黏土底的自重应力的0.2倍与附加应力相当，因此取zn12m。

查表得

1.1，nb2时 Lcs1.4l15.01 ，3.5 37.5 ，aBcd0.4d0.4查表利用插值法得：

C00.04675 ， C11.5725 ， C28.9965

21e0.046750.14137

1.5725218.9965S4ep0i1n410.14137701.7080.00890.01250.00554 10.690mmziizi1i1

Esi小于规范允许的容许值。

2.1，nb1时 Lcs1.4l15.01 ， 3.5 37.5 ， aBcd0.4d0.4查表利用插值法得：

C00.04675 ， C11.5725 ， C28.9965

11e0.046750.04675

1.5725118.9965S4ep0i1n410.04675701.7080.00890.01250.00554 5.535mmziizi1i1

Esi小于规范允许的容许值。

6.4 两桩承台基础沉降验算

由于

Lc2.2s1.4l15.02.75 ， 3.5 37.5 ， aBc0.8d0.4d0.4查表利用插值法得：

C00.1181875 ， C11.6738125 ， C27.1633125

e0.1181875110.1181875

1.6738125117.1633125各层土的自重应力已由前式求出。 各层地基附加应力计算：

FGpA

141856.32837.682kPa1.76p0837.68228.5809.182kPa

计算基础中点下地基中附加应力

用角点法计算，过基底中部将荷载面分为四个相等的正方形，计算边长a1.1m，

b0.4m，z4cp0，c可查表确定，具体计算见表4.4。

表6 -5 各层土的自重应力与附加应力计算结果表

深度z位置

（m）

1 2 3 4 5

0 0.35 2.35 3.65 10.25

2.75 2.75 2.75 2.75 2.75

0 0.875 5.875 9.125 25.625

ab zb

c

0.2500 0.212884 0.0316375 0.0041454

c（kPa） z（kPa）809.182 689.048 102.402 13.418

21.85 28.5 62.5 71.6

zc

25.22 18.78 2.70 0.187

由计算结果可以看出4号位置细砂底的自重应力的0.2倍与附加应力相当，因此取

zn3.65m。

故沉降计算截止到粉砂

查规范《建筑桩基技术规范》JGJ 94—2008附录D得，当2,3,4位置上的20.2130，

30.0320，40.0144

所以

S4ep0i1nziizi1i1Esi0.350.21302.350.03200.350.21305.03.8410.1181875809.1823.650.01442.350.0320 3.83.490mm所以最终的沉降量为3.490mm，小于规范允许的容许值。

6.5 小结

本章的主要任务是计算承台的沉降量。众所周知，桩基的承载力与沉降是桩基设计中最重要的内容。在过去漫长的时间里，人们为了精确计算和预测桩基的沉降，曾进行过大量的研究，提出了一系列计算沉降的方法。但由于地下桩基础的复杂性和地基土的非均匀性，桩基沉降的计算理论还有待成熟。

本章在计算沉降的方法中选用的是等效作用分层总和法计算桩基的沉降量。利用此方法在计算时需要考虑到基础的形状，矩形基础与非矩形基础所采用的方法是不相同的。在计算的过程中，会出现很多的参数，这就需要查当下最新的规范来确定这些参数的值。参数的值不一定是规范中正好有的，这时就需要用插值法进行计算，计算时一定要精确，误差应该在规范允许的范围内，这样才可以保证工程的安全。计算过程中还要考虑到地下水的位置，在计算地基压力时处于水下的部位还要减去水的浮力。总之，这章的计算虽然不算多，但是工作量很大，尤其是在确定参数的值时，需要查阅大量的表，进行很多次的插值法计算需要的值。

沉降考虑在工程上是很重要的一部分，我们在设计时，以及以后的施工和监测过程中要加倍的重视，控制沉降的范围，保证建筑物的安全性，满足使用的需求。

第七章 桩身结构设计

沉管灌注桩选用C25混凝土，预制桩尖选用C30混凝土，钢筋选用HPB300级。 桩身应进行承载力验算。钢筋混凝土轴心受压桩正截面受压承载力应符合以下规定。

（1）当桩顶以下5d范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于100mm时：

NcfcAps0.9fy'As' （7.1）（2）当桩身配筋不符合上述条款时：

NcfcAps （7.2） 式中:

N——荷载效应基本组合下的桩顶轴心压力设计值，kN；

fc——混凝土的轴心抗压强度设计值，kPa；

fy'——纵向钢筋的抗压强度设计值，kPa；

Aps——桩身的截面面积，m2； As'——纵向钢筋的横截面积，m2；

c——施工工艺系数，对于混凝土预制桩c0.85，对于干作业非挤土灌注桩

c0.90，对于泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩和挤土灌注桩c0.7~0.8，对于软土地区挤土灌注桩c0.6。

忽略桩身、承台和地下墙体侧面与土体之间的黏着力和摩擦力，对桩水平的抗力作用采用以下验算方法：

HikRh （7.3） 式中:

Hik——在荷载效应标准组合下，作用于基桩i桩顶处的水平力，kN； Rh——单桩基础或群桩中基桩的水平承载力特征值，kN，对于单桩基础可取单

桩的水平承载力特征值Rha。

单桩的水平承载力特征值Rha按以下规定确定：

（1）对于受水平荷载较大的设计等级为甲级、乙级的建筑桩基，单桩的水平承载力特征值应通过单桩水平静载试验确定。

（2）对于钢筋混凝土预制桩、刚桩和桩身全截面配筋率不小于0.65%的灌注桩，可根据静载荷试验结果取地面处为10mm（对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6mm）所对应的荷载的75%为单桩水平承载力特征值。对于桩身配筋率小于0.65%的灌注桩，可取单桩水平静载试验的临界荷载的75%作为单桩水平承载力的特征值。

（3）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

注桩的单桩水平承载力特征值：

Rha0.75mftW0M1.25221gNNk （7.4）

mftAp对圆形截面：

d2 W0d2E1gd02 （7.5）

32d2An1E1g （7.6）

4对方形截面：

b2 （7.7） W0d22E1gb06 Anb21E1g （7.8）

式中:

——桩的水平变形系数，1/m，计算方法见后；

Rha——单桩水平承载力特征值，kN，“+”、“-”根据桩顶竖向力性质确定，压力

取“+”，拉力取“-”；

m——桩横截面模量塑性系数，对于圆形截面m2，对于矩形截面m1.75；

ft——桩身混凝土抗拉强度设计值，kPa；

W0——桩身换算截面受拉边缘的截面模量；

M——桩身最大弯矩系数，当单桩基础和单排桩纵向轴线与水平力方向相垂直

时，按桩顶铰接考虑，可按表7-1取值；

g——桩身配筋率；

An——桩身换算截面积，m2；

N——桩顶竖向力影响系数，压力取0.5，拉力取1.0；

Nk——在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力，kN；

d——桩直径；

d0——扣除保护层厚度的桩直径；

b——正方形截面边长；

b0——扣除保护层厚度的桩界面宽度；

E——钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值。

当桩的水平承载力由水平位移控制，且缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列估算预制桩、刚桩和桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力特征值：

3EI Rha0.75oa （7.9）

x对钢筋混凝土桩：

EI0.85EcI0 （7.10） 对圆形截面：

I0W0d2 （7.11） 对矩形截面：

I0W0b02 （7.12） 式中:

EI——桩身抗弯刚度；

Ec——混凝土的弹性模量； I0——桩身换算截面惯性矩；

oa——桩顶容许水平位移，m；

x——桩顶水平位移系数，按表7-1取值。

表7 -1 桩顶（身）最大弯矩系数M和桩顶水平位移系数x

桩的换算埋置深度 桩顶约束情况 ah 4.0 3.5 3.0 铰接、自由 2.8 2.6 2.4 4.0 3.5 3.0 固接 2.8 2.6 2.4 注:

M x 0.768 0.750 0.703 0.675 0.639 0.601 0.926 0.934 0.967 0.990 1.018 1.045 2.441 2.502 2.727 2.905 3.163 3.526 0.940 0.970 1.028 1.055 1.079 1.095 1.铰接（自由）的M系桩身的最大弯矩系数，固接的M系桩顶的最大弯矩系数。 2.当ah4时，取ah4。

桩的水平变形系数1m可按下式计算：

5mb0 （7.13） EI对于圆形桩：

当直径d1m时，有

b00.91.5d0.5 （7.14） 当直径d1时，有

b00.9d1 （7.15） 对于方形桩：

当边宽b1m时，有

b01.5b0.5 （7.16） 当边宽b1m时，有

b0b1 （7.17） 式中:

m——桩侧土水平抗力系数的比例系数，宜通过单桩水平静载试验确定，当无静

载试验资料时，可按表3.8取值；

b0——桩身的计算宽度，m；

EI——桩身抗弯刚度。

表3.8 桩侧土水平抗力系数的比例系数m值

预制桩、刚桩 序号 地基土类别 m 灌注桩 m 相应单桩在地面处水平位移（mm） 相应单桩在地面处水平位移（mm） （MNm4） 淤泥，淤泥质土，饱和失陷性黄1

土

流塑（IL1）、软塑

2

（0.75IL1）状黏性土，

4.5~6.0 2~4.5

（MNm4） 10 2.5~6 6~12

10 6~14 4~8

e0.9的粉土，松散粉细砂，松

散稍密填土

可塑（0.25IL0.75）状黏性3

土，e0.75~0.9的粉土，失陷性黄土，中密填土，稍密细砂 硬塑（0IL0.25）、坚硬（IL6.0~10

10

14~35

3~6

4

0）状黏性土，失陷性

10~22 10 35~100 2~5

黄土，e0.75的粉土，中密的

细砂，密实老填土

5

中密、密实的沙砾、碎石类土

—

—

100~300

1.5~3

7.1 六桩承台桩身结构设计

7.1.1 六桩承台桩身轴向承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：

NmaxψcfcAps

FGMyyiNmax2nyi41801.2253.42841970.951.4 641.42747.384.13831.5kN计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于挤土灌注桩，基桩施工工艺系数c0.8；C25级混凝土，fc11.9Nmm2，则

cfcA10.811.91060.253.140.421195712N1195.712kNNmax831.5kN故桩身轴向承载力满足要求。

7.1.2 六桩承台桩身水平承载力验算

由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为179kN，每根桩基承受水平荷载为

HikHk17929.8kN n6桩身按构造要求配筋，桩身配6φ12纵向钢筋，As678.6mm2，则桩身配筋率为

As678.6100%0.54% A0.253.144002g满足0.2%~0.65%之间的要求。

对于配筋率小于0.65%的灌注桩，单桩水平承载力特征值按下式计算：

Rha0.75mftW0M1.25221gNNk mftAn桩身为圆形截面，故m2,N0.5。 由于

5mb0 EI根据灌注桩周主要土层的类别，查表，取桩侧土水平抗力系数的比例系数

m25MN/m4。

圆形桩桩身的计算宽度为

b00.9(1.5d0.5)0.9(1.50.40.5)0.99m

根据

EI0.85EcI0

W0d 2EEs

EcI0对C25级混凝土，有

Ec2.80104N/mm22.80MN/m2

对HPB300级钢筋，有

Es2.10105N/mm221MN/m2

扣除保护层后的桩直径为

d00.40.070.33m

W0dd32222E1gd02.10105π0.422 0.4210.54%0.332.80104326.583103m3W0d6.5831030.4I01.317103m4

22EI0.85EcI00.852.801041.13710331.34MNm2

则

5mb05250.990.953m EI31.34桩顶最大弯矩系数M取值：由于桩的入土深度h=15.0m，桩与承台为固接，

h0.9531514.34，取h4，由表查得M0.926。

And241E1g221 0.42110.54%42.800.13mNk取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载力

特征值最小），由前面计算得Nk505.1kN，则

0.750.95321.271066.5831030.5505.1103(1.25220.0054)160.92621.27100.13

31071N31.1kNHik(29.8kN)Rha0.75mftW0M1.25221gNNk

mftAn故桩身水平承载力满足要求。

7.2 四桩承台桩身结构设计

7.2.1 四桩承台桩身轴向承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：

NmaxψcfcAps

FGMyyiNmax2nyi26501.2154.882531930.950.7 440.72708.96155.84864.8kN计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于挤土灌注桩，基桩施工工艺系数c0.8；C25级混凝土，fc11.9Nmm2，则

cfcA10.811.91060.253.140.421195712N1195.712kNNmax864.8kN故桩身轴向承载力满足要求。

7.2.2 四桩承台桩身水平承载力验算

由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为179kN，每根桩基承受水平荷载为

HikHk14536.25kN n4Nk取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载力

特征值最小），由前面计算得Nk505.1kN，则

0.750.95321.271066.5831030.5413.09103(1.25220.0054)160.92621.27100.1338717N38.7kNHik(36.25kN)

Rha0.75mftW0M1.25221gNNk

mftAn故桩身水平承载力满足要求。

7.3 三桩承台桩身结构设计

7.3.1 三桩承台桩身轴向承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：

NmaxψcfcAps

FGMyyiNmax2nyi21301.298.562101640.950.605 330.6052749.42201.54950.96kN计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于挤土灌注桩，基桩施工工艺系数c0.8；C25级混凝土，fc11.9Nmm2，则

cfcA10.811.91060.253.140.421195712N1195.712kNNmax950.96kN故桩身轴向承载力满足要求。

7.3.2 三桩承台桩身水平承载力验算

由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为132kN，每根桩基承受水平荷载为

HikHk13244kN n3Nk取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载力

特征值最小），由前面计算得Nk505.1kN，则

0.750.95321.271066.5831030.5474.52103(1.25220.0054)160.92621.27100.1347360N47.4kNHik(44kN)

Rha0.75mftW0M1.25221gNNk

mftAn故桩身水平承载力满足要求。

7.4 两桩承台桩身结构设计

7.4.1 两桩承台桩身轴向承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：

NmaxψcfcAps

FGMyyiNmax2nyi14181.256.32183810.950.7 221.42742.80185.68928.48kN计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于挤土灌注桩，基桩施工工艺系数c0.8；C25级混凝土，fc11.9Nmm2，则

cfcA10.811.91060.253.140.421195712N1195.712kNNmax928.48kN故桩身轴向承载力满足要求。

7.4.2 两桩承台桩身水平承载力验算

由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为179kN，每根桩基承受水平荷载为

HikHk6231kN n2Nk取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载力

特征值最小），由前面计算得Nk505.1kN，则

0.750.95321.271066.5831030.5452.52103(1.25220.0054)160.92621.27100.1334771N34.7kNHik(31kN)

Rha0.75mftW0M1.25221gNNk

mftAn故桩身水平承载力满足要求。

7.5 桩配筋长度计算

基桩为端承摩擦型桩，配筋长度应不小于桩长的2/3（即2/3×15=10m）,同时不宜小于4.04.00.9534.20m，则配筋长度取10m。 钢筋锚入承台35倍主筋直径，即3512420mm。

7.6 桩身箍筋配置

采用φ6@200螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m，需每隔2m设一道φ12焊接加劲箍筋。

7.7 小结

灌注桩按作用可以分为抗压桩、抗拔桩及水平承载桩，可分别承受向下的压力、向上的上拔力及水平向的推力，并起到限制各方向的位移的作用。可以大大的提高地基的承载能力，为基础上的建筑物提供良好的支撑作用，因此，灌注桩的桩身结构设计在设

计占到了很大的因素。

桩身的结构设计包括很多的内容，但是总的来说主要就是桩身轴向承载力的验算和桩身水平承载力的验算。其次还有就是桩身箍筋的长度及箍筋间的距离。在计算桩身轴向承载力的验算时，需要考虑到上部建筑物对桩顶的轴向压力，还要考虑到偏心荷载作用下，弯矩的效应。在验算水平承载力时需要考虑到配筋率，不同的配镜率单桩水平承载力特征值的验算方法采用不同的方法进行计算。在计算配筋时，要考虑到很多的因素，选用的刚劲也要符合要求，钢筋的连接方式也要慎重的选择，当钢筋的直径过大时不宜使用绑扎连接，同一根钢筋上接头的数量也不宜超过两个，相邻钢筋的接头也要错开一定的距离。箍筋在配置时采用螺旋式箍筋，箍筋的间距也要符合要求，这样可以减少结构的斜截面破坏。

总之，这一章的计算关系到桩基础的承载力问题，关系到上部结构的稳定性和安全问题，我们再设计的工作中，要非常的认真，保证足够的安全性。

第八章 施工要点

8.1 桩基施工前的调查与准备

桩基工程施工前的调查与准备工作主要包括桩基施工前的调查、编制桩基工程施工

组织设计和桩基础施工准备。

8.1.1 桩基施工前的调查

桩基施工前的调查内容主要包括现场踏勘、施工场地和周围建筑物状况、桩基设计情况及有关监督单位和法规上的限制等。

1.现场踏勘

桩基的现场踏勘，就是结合地质报告对拟打桩的现场场地的地质情况和地下水情况及周围环境条件进行现场实地调查，了解打桩可行性和建立初步方案。

2.施工场地及周围状况调查 （1）施工场地的状况

1）施工场地表面状态和地上堆积物及地面标高的变化情况； 2）地下建筑物、管道、树木及地上障碍物等； 3）地基的稳定程度。

（2）施工场地和周围建筑物状况 1）周围建筑物的结构、构造和层数；

2）周围建筑物的地下部分深度和基础形式及地基沉降；

3）周围建筑物施工状况，包括开挖深度、开挖规模、基坑挡土方法及基坑开挖时拍降水方法等；

4）周围建筑物的用途及附属设备等。 （3）公共设施及周围道路状况

1）地下管线（自来水管、下水管、煤气管等）的位置、埋深、管径、使用年限等情况；

2）周围道路的级别、宽度、交通情况等。 3.桩基设计情况 （1）桩基形式； （2）桩位平面布置图；

（3）桩顶设计标高与现有地面标高的关系； （4）桩基尺寸；

（5）桩与承台连接，桩的配筋，强度等级以及承台构造等；

（6）桩的试打、试成孔以及桩的载荷试验资料。 4.有关监督单位及法规上的限制

(1)场地红线范围及建筑物灰线定位情况； (2)道路占用或使用许可证； (3)人行道的防护措施； (4)地下管道的暂时维护措施； (5)架空线路的暂时维护措施等。

8.1.2 编制桩基工程组织设计

桩基础工程在施工前，应根据工程规模的大小、复杂程度和施工技术的特点，编制整个分部分项工程施工组织设计或施工方案。其包括的内容与要求如下：

1.应根据工程地质条件、桩基础形式、工程规模、工期、动力与机械供应以及现场情况等条件来选择合适的桩基施工设备。

2.设备、材料供应计划

制定设备、配件、工具（包括质量检查工具）、桩体（对于预制桩、钢管桩、和埋入桩等）、灌注桩所需材料（钢筋、水泥、砂石料以及外加剂等或商品混凝土）的供应计划和保障措施。

3.成桩方式与进度要求

针对不同类型的桩基础，根据进度要求，制定有针对性的计划：对于预制桩要考虑桩的预制、起吊方案、运输方式、推放方法、沉桩方式、打桩顺序和接桩方法等；对于就地灌注桩要考虑成孔、钢筋笼的放置、混凝土的灌注、泥浆制备、使用和排放（对于泥浆护壁灌注桩成孔的情况）、孔底沉渣清理等。

4.作业和劳动力计划

制定劳动力计划及相应的管理方式。 5.桩的试打或成孔

如编制施工组织设计或施工方案前未进行桩的试沉（对于打入桩、压入桩）或试成孔（对于灌注桩），则此项工作应在桩基正式施工前进行，各方都参加并形成试打桩会议纪要作为施工依据。

6.装的载荷试验

如无试桩资料，设计单位要求试桩时，有相应资质的试桩单位应制定试桩计划。 7.制定各种技术措施

制定保证工程质量、安全生产、劳动保护、防火、防止环境污染（振动、噪声、泥

浆排放等）和适应季节性（冬期、雨期）施工的技术措施以及文物保护措施。

8.编制施工平面图

在图上标明桩位、编号、数量、施工顺序；水电线路、道路和临时设施的位置；当桩基施工需要制备泥浆时，应标明泥浆制备设施及其循环系统的位置；材料及桩（对于预制桩）的堆放位置。

8.1.3 桩基础施工设备

1.清楚施工场地内障碍物

桩基础施工前，应清除妨碍施工的地上、地下障碍物，如电杆、架空线、地下构筑物、树木、埋设管道等，这对保证顺利进行桩基础施工十分重要。

2.施工场地平整处理

(1)为了保证在施工现场预制桩的质量，防止桩身发生弯曲变形，应对预制混凝土桩的制作场地进行必要的夯实和平整处理。

(2)沉桩场地的平整处理

施工设备进场前应做好场地的平整工作，对松软场地应进行夯实处理。若施工场地的地基承载力不能满足桩基作业时的要求，应在表面铺以碎石，并予以整平，以提高地基表面承载力，保证桩架作业时正直，不发生不均匀沉降。雨期施工时，必须采取排水措施。

3.放线定位 (1)放基线

桩基轴线，不仅是桩基础施工，而且是整个上部结构施工所应遵照的，必须予以高度重视。轴线的拖放，应以国家级三角网控制点引入，并应多次复合测量。桩基轴线的定位点，应设置在不受桩基础施工影响处。

(2)设置水准基点

没跟桩入土后，均应按照设计要求做标高记录。为了控制桩基施工的标高，应在施工地区附近设置水准基点，一般要求不少于2个，为防止损坏，应设置在不受桩基施工影响处。

(3)施放桩位

根据设计图纸中的桩位图，按沉桩顺序将桩逐一编号，根据桩号所对应的轴线，按尺寸要求释放桩位，并设置样桩，以供桩基就位后定位。

(4)打桩前的准备工作

针对不同的设计桩型，选择相应的打桩机各就各位。同时对钻孔桩施工配备好泥浆

池、泥水泵等设备。

8.2 干作业成孔灌注桩施工

钻孔灌注桩是利用钻机在桩位成孔，然后在桩孔内放入钢筋骨架再灌入混凝土而成的就地灌注桩。它能在各种图纸条件下施工，具有无震动＼堆土体无挤压等优点。常用的施工方法根据地质条件的不同可分为干作业成孔桩和泥浆护壁成孔灌注桩。钻孔桩的施工顺序为成孔－第一次清渣－第二次清渣－灌注混凝土成桩。

干作业成孔灌注桩是指不用泥浆或者套管护壁的情况下，用人工或机械钻机钻出成桩，然后再光孔放入钢筋笼，在灌注混凝土成桩。她分为螺旋钻成孔灌注桩和柱锤冲击成孔灌注桩。

8.2.1 螺旋成孔施工机械设备

螺旋成孔施工机械设备包括螺旋钻机，它由主机、滑轮组、螺旋钻杆、钻头、滑动支架、出土装置等组成。施工时，电动机带动钻杆转到，使钻头上的螺旋叶片旋转来切削土层，削下的土屑靠与土壁的摩擦力沿叶片上升排出孔外

螺旋钻机成孔有长杆螺旋成孔、短螺旋成孔、环状螺旋成孔、振动螺旋成孔和根管螺旋成孔等几种，常用的是长杆螺旋成孔和短螺旋成孔。前者成孔直径较小，一般不超过一米，成孔深度收庄稼高度限制，有8米、10米、12米三种。后者效率较低，但深度较大，可达50米，桩孔直径可达3米，回转主力相对较小。

钻杆根据叶片螺旋距不同，分为密文叶片和疏纹叶片。前者应用于含水量较大的软土层中；后者主要用于在含水量较小的沙土或可塑、硬塑的粘土中成孔。

钻头形式多样，常用类型有平底钻头、耙式钻头、简史钻头和锥体钻头，施工时应根据图土层的不同分别选用。

平底钻头用于松散图层；耙式钻头用于杂填土中；遇到混凝土块、条石或大卵石等障碍物时，可用简式钻头将其钻透，被钻出的碎块挤在钻头捅中排出；对于一般的黏土层，常采用锥体钻头施工。

8.2.2 螺旋成孔桩施工流程

螺旋钻孔机成桩的施工程序是：桩机就位-取土成孔-清孔，检查成孔质量-安放钢筋笼-放置护空漏斗，灌注混凝土成桩。

有螺旋钻头切削土体，切下的图随钻头旋转并沿螺旋叶片上生而排出孔外。当螺旋钻机钻至设计标高时，在原位空转清土，停钻后提出钻杆弃土，钻出的土应及时清除，不可推在空口。钢筋笼吊放完毕，应及时灌注混凝土，灌注时应分层导实。

8.2.3 螺旋成孔桩施工要点

(1)合理选择钻头类型。

(2)钻孔时，钻杆应垂直稳固、位置正确。 (3)钻进速度应根据电流表读数变化，及时调整。

(4)开始钻进或穿过软硬土层交界处时，应缓慢进尺，注意钻杆跳动。 (5)钻进中，应及时清理孔口积土，遇到地下水、塌孔、缩孔等异常情况时，立即停钻，检查原因，采取必要措施。

(6)钻进中遇到不进尺或钻进缓慢时，应及时查明原因后再钻。

(7)短螺旋钻进，每次进尺宜控制在钻头长度的2/3左右，砂层、粉土层可控制在0.8-1.2米，粘土、粉质土应控制在0.6m以下。

(8)成孔达到设计深度后，应使钻机在孔内空转数圈清除虚土，然后起卸钻机，并保护空口，防止杂物落入。如果出现严重塌孔，应回填砂或粘土重新钻孔，或者填入少量石灰。

(9)灌注混凝土前，应先放松孔口护孔漏斗，随后放置钢筋笼并再次清空，最后灌注混凝土。钢筋骨架的主筋不宜少于612~16，长度不小于桩长的1/3~1/2，箍筋宜用6~8@200~300，混凝土保护层厚度40~50mm。骨架应一次绑好，用导向钢筋送入孔内，长度较大时应分段吊放，然后逐段焊接。灌注桩顶以下5m范围混凝土时，应随浇随振动，每次灌注高度不得大于1.5m。混凝土应分层灌注。

8.2.4 螺旋钻成孔桩灌注桩的特点及适用范围

螺旋钻成孔桩灌注桩的特点是：成孔不用泥浆或套管护壁；施工无噪声、无振动、对环境影响较小；设备简单，操作方便，施工速度快；由于干作业成孔，混凝土灌注质量易于控制。其缺点是孔底虚土不易清除干净。

因此这种成孔方法主要适用于粘性土、粉土、砂土和粒径不大的砾砂层，也可用于非均质含碎砖、混凝土块、条石的杂填土。

8.2.5 柱锤冲孔混凝土桩施工工艺

干作业锤冲孔混凝土桩就是利用柱锤冲孔钻机或冲击锤对地基土冲击成孔，然后下钢筋笼并灌注混凝土成桩。该法适用于地下水位以上的残坡积或回填土碎石土地基、黄土黏土地基短桩施工。

总 结

桩基础在工程实际中有很大的应用，桩基础质量的好坏也关系到上部建筑物的质量的好坏，只有良好的桩基础才可以为上部结构提供一个良好的基础，才可以保证人们的生活环境舒适安全。桩基础毕业设计中再过去已经有很多的学长们都做过了，大家的做法看着有很大的不同之处，但是其内容的实质其实是一样的都要经过几个过程：工程所在地的地质情况、基础方案的设计计算、承台的设计、承台的沉降验算等等几个过程。但是我也知道，在实际的工程中，这些是远远不够的，设计院在进行桩基础的设计时比我们做的要复杂的多，他们考虑的也更加的到位，因为他们才是真的在做工程，要为上部结构的安全考虑。所以，我们进行桩基础的毕业设计，就是为了加强我们在学校的理论学习的应用能力，把理论应用到实践，反过来强化我们对理论知识的掌握。

在本次毕业设计桩基础的设计中，我也遇到了很多的问题，尤其是在计算等方面的问题，不仅计算量大，还要查阅规范，很多的参数的取值不是正好有的，需要进行线性插值法进行计算，这样就增大了计算量。在计算的过程中，还遇到了很多不懂的地方，但是我的指导老师琚老师给了我很大的帮助，我非常的感谢他。我的同学也给了我很大的帮助，使我可以顺利的做完毕业设计。

通过这次毕业设计，我可以说是系统的复习了一下这四年学习的知识，把忘记的那些又给拾了起来。不仅如此，通过毕业设计，我对这些理论知识的认知得到了强化，使我更加懂得了理论知识的内在意义，解决了我以前在课堂上不懂得地方，为我以后的工作做了一个良好的铺垫。因此，这次桩基础的毕业设计，给了我很大启发，做事要认真，但是也要有良好的专业知识支撑，这样才可以在工作中顺风顺水。

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附 录

致 谢

此次的毕业设计，是一次全面复习专业理论知识的过程。通过此次的毕业实习和论文的写作，使我对所学的岩土工程知识有了一个更为全面的认识，特别是通过对桩基基础进行设计，使我对桩基基础设计所使用的方法、设计步骤及施工中可能遇到的问题有了进一步的了解，弥补了所学基础设计知识的不足；同时，在论文的写作过程中，查阅了一些相关的桩基基础设计方面的规范，为以后的工作打下了基础。

这次毕业论文的顺利完成，与老师的悉心指导是分不开的，在此我要对我的毕业设计指导老师琚晓冬老师表示真挚的感谢，我再不懂的时候，是他一直耐心的教导我，给我指出了我的错误之处，交给我学习的方法，为我的毕业设计提供饿了很大的帮助，我非常感谢琚老师，也非常荣幸琚老师是我的指导老师。此外我还要感谢顿志林教授、张敏霞老师、任连伟老师、冯文娟老师、闫芙蓉老师和秦莞臻老师等岩土系的各位老师表示真诚的感谢，是他们陪我们走过这四年，交给我们知识，在毕业中期答辩等阶段，给我们提供了大量的指导性意见。更是他们的教导，才是我们做毕业设计时也可得心应手的基础。还要感谢在毕业论文完成期间得到老师和同学的帮助，感谢老师和校友在实习中和搜集资料时给予的帮助。由于本人的能力水平不是很高，所以，我的毕业设计也不会像专业人士那样很有专业水准，不过在老师和同学们的帮助下，我已经有了很大的进步，我想，我今后还会有更大的进步的。

谢谢！