预制桩基础课程设计

1.设计题目

本次课程实际题目：框架结构桩基础设计

2.设计荷载

15号 B轴

（1） 柱底荷载效应标准组合值如下。

B轴荷载：Fk=2280kN Mk=223kN.M Vk=158kN ○

(3) 柱底荷载效应基本组合值如下。

B轴荷载：F=3560kN M=228kN.M V=175kN ○

3.地层条件及其参数

1）.地形

拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。

2）.工程地质条件

自上而下土层依次如下：

① 号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，松散，承载力特征值fak=95kPa。 ② 号土层：淤泥质土，厚度3.3m，流塑，承载力特征值fak=65kPa。 ③号土层：粉砂，厚度6.6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa。 ④号土层：粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，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。 3）.岩土设计技术参数

表1 地基岩土物理力学参数

标准灌入孔隙比 土层编号 土的名称 E W（%） Il N（次） 素填土 ① 淤泥质土 ② 粉砂 ③ 粉质粘土 ④ 粉砂层 ⑤

表2 桩的极限侧阻力标准值qsk 土层编号 ① ② 土的名称 素填土 淤泥质土 桩的侧阻力qsk 22 28 桩的端阻力qpk - - 0.58 - - 31 16.8 0.79 31.2 0.74 - 9.2 0.81 27.6 - 14 7.5 1.04 62.4 1.08 - 3.8 - - - - 5.0 含水量 液性指数 锤击数 Es 压缩模量 1

③ ④ ⑤

4）.水文地质条件

粉砂 粉质粘土 粉砂层 45 60 75 - 900 2700 １． 拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。 ２． 地下水位深度：位于地表下3.5m 5）.场地条件

建筑物所处场地抗震设防烈度７度，场地内无液化砂土，粉土。



6).上部结构资料

拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m，宽9.6m。室外地坪标高 同 自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400×400，横向承重，柱网布置如图A所示。

４．预制桩基设计

根据荷载和地质条件，以第四号粉质粘土为桩端持力层。采用截面为400mmX400mm的预制钢筋混凝土方桩。桩端进入持力层为2.1m，桩长12m承台埋深为1.5m。

2

1）.单桩承载力计

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=4×0.4×（1.5×22+3.3×28+6.6×45+2.1×60）=824.kN Qpk=0.4×0.4×900=144kN

则 Quk=791.04+144=968.kN 2）.桩基竖向承载力特征值

承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑成太土效应取ηc=0，则有

R= Ra=

Quk=968./2=484.32kN KFk=2280/484.32=4.7 Ra根据上部荷载初步估计粧数为 n=

3

取设计桩数为6根。 3）.桩基竖向承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。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，因此不进行地震效应的承载力验算。

根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.0m×2.0m，矩形布桩，桩中心距取3.0d，则s=3×400=1200mm，取s=1200mm，桩心距承台边缘为400mm。如图2所示:

承台及其上土壤的总重为 Gk =3.0×3.0×1.5×20=270kN 计算时取荷载的标准组合，则

Qk=

FkGk=(2280+270)/6=425﹤R（=484.32KN） n符合要求 Qkmax= Qk+

Mymax=425+(223+153×1.5) ×1.1/(6×1.1×2y1.1)=425+70=495KN

4

因此

Qkmax=499.67＜1.2R(=1.2*484.32=581.184)

满足设计要求,故初步设计是合理的。



4）.承台设计

F=3560KN M=228KN.m V=175KN

对承台进一步设计，取承台厚0.9m下设厚度100mm，强度等级C25的混凝土垫层，保护层为50mm，则h=0。85m，混凝土强度等级为C30混凝土的抗拉强度为ft=1.43N/mm2，钢筋延用HRB335，fy=300N/mm2。如图所示：

3

承台内力计算：

承台的内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为

Qmax=+

FnMyyiy=3560/6+(371+233×1.6) ×0.6/4×0.6×0.6=

i2 5

Qmin=-

FMyyi=3560/6-182.5=395-182.5=212.5kN

nyi2Fn N==1580/4=395kN



5）.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0.6m，承

台底保护层厚度80mm，则h0=600-80=520mm。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。 （1）.柱的向下冲切验算

承台受桩冲切的承载力应满足下式：

Fl≤2{β0x（bc+aoy）+βoy（ac+aox）}βhpƒth0

式中：aox=0.2 λoy= aoy/ h0=0.38 β0x=0.84/(0.2+λox)=1.45 aoy=0.2 λox= aox/ h0=0.38 β0y=0.84/(0.2+λox)=1.45 bc=ac=0.4m βhp=1.0 2{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0

=2×{1.45×（0.4+0.2）+1.45×（0.4+0.2）}×1×1270×0.52 =2298.19kN＞Fl（=1580kN）

故厚度为0.6m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 （2）.角桩的冲切验算

承台受角桩的承载力应满足下式：

N≤{β1x（c2+

/

a1y2）+β1y（c1+

a1x）}βhpƒth0 2由于Nl=Nmax=577.5kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c1=c2=0.6m a1x=0.2m a1y=0.2m λ1x=

a1x=0.2/0.52=0.38 h0 6

λ1y=

a1yh0=0.38 β1x=

0.560.56=0.56/(0.38+0.2)=0.97 β1y==0.97

1x0.21y0.2a1y2抗冲切力={β1x（c2+（=577.5kN）

）+β1y（c1+

a1x）}βhpƒth0=6.82kN＞N,max2故厚度为0.6m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。 6）.承台受剪承载力验算

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，剪切力V必须不大于抗剪切力，即满足: V≤βhsβƒtbh0 ,对于I-I截面： A1x=0.2m λx=

a1x=0.2/0.52=0.38 β=1.75/λ+1=1.27 h0βhs=(800/ h0)1/4=1.11 b=2.0m V=2×577.5=1155kN 抗剪切力=1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>1155kN 故满足抗剪切要求。 对于II-II截面：

a1y=0.2m λy=0.2/0.52=0.38 β=1.75/λ+1=1.27 βhs=(800/ h0)1/4=1.11 b=2.0m V=2×395=790kN 抗剪切力=1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>790kN 故满足抗剪切要求。



7）.承台受弯承载力计算

承台计算截面弯矩如下:

对于I-I截面，取基桩净反力最大值N/max=577.5进行计算，则

7

xi=600-200=400mm=0.4m My=∑Nixi=2×577.5×0.4=462kN.m Asl=

My0.9yh0=462×106/(0.9×300×520)=3291mm2

因此，承台x轴方向选用 二级钢筋18145，钢筋数为 n=2000/145+1=14 取，14Φ18145实际钢筋As=3562mm2，满足要求。 对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=395进行计算，此时 xi=600-200=400mm=0.4m

则 Mx=∑Niyi=2×395×0.4=316kN.m

As=

Mx=316 ×106/(0.9×300×520)=2251mm2

0.9yh0因此，承台y轴方向选用12二级直径16180，钢筋根数为 n=2000/180+1=12， 取12根二级直径16180，实际钢筋As=2412mm2，满足要求。



8）.承台构造设计

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

-0.8m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采用一级钢筋直径为8间距为200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。



9).桩身结构设计

预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用HRB335级。 根据《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应符合下列规定：

Nmax≤φψcƒcaps Nmax=

FGMyyi+=(1580+128)/4+(198+150×1.6) ×0.2/4×nyi20.22=427+7.5=974.5KN

8

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；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc=0.85；C30级混凝土，ƒc=14.3N/mm2，则

ΦψcƒcA=1×0.85×14.3×106×0.42

=1944.8kN＞Nmax（=974.5kN）

故桩身轴向承载力满足要求。

10).桩身构造设计

了桩身按构造要求配筋，选用8根直径为14的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用直径为6的HPB300级钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内间距50mm，距桩顶2-4m范围内间距100mm。采用打入法沉桩，桩顶设置三层直径为6，间距为50mm的钢筋网，桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50mm，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。

11).吊装验算

由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊，吊点位置如图4所示。

9

起吊点距桩两端距离为

a=0.207L=0.207×11=2.277m

则吊起时桩身最大弯矩为

Ml=0.0214kql2=0.0214×1.2×（0.42×25）×112=12.43kN.m

桩身配筋验算；混凝土采用C30级，钢筋采用HRB335级，则ƒ

c=14.3N/mm2，ƒy=300N/mm2，由于b=400mm，h0=400-40=360mm，每边配3根直径为14的二级钢筋,As=461N/mm2，则

X=fyAS/α1ƒcb=(300×461)/(1.0×14.3×400)=24.18mm Mu=α1ƒcbx（h0-） =1.0×14.3×400×24.18×(360- =48.12×106N.mm =48.12kN.m

所以Mu＞Ml

故桩身配筋满足吊装要求。

24.18) 2x25.估算B.C轴线柱下粧数

1).桩数估算

设计BC 轴线下的桩基础的方法和A轴线下相同。单桩极限承载力标准值为935.04KN，基桩竖向承载力特征值为467.52KN.

○B轴柱下荷载标准组合值为Fk=1765kN Mk=169kN Vk=130kN 根据○B轴下荷载初步估算○B轴柱下根数，

10

n=

Fk=1765/467.52=3.8 取n=4 R则○B轴下设计桩数为4根。

C轴柱下荷载标准组合值为Fk=15kN Mk=197kN Vk=112kN ○

根据○C轴下荷载初步估算○C轴柱下根数，

n=

Fk=15/467.52=3.3 取n=4 R则轴○C下设计桩数为4根。 2).承台平面尺寸确定

根据估算的桩数和承台构造要求，设计○B轴线承台平面尺寸为2.8m×

2.8m，庄中心距取2000mm，桩心与承台边缘距离400mm。

根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，设计○C轴线承台变长为3.2m×3.2m，矩形布桩，桩中心距取2400，桩心距承台边缘为400mm。如图5所示：

11

6.设计图纸

根据以上计算，可绘制出承台平面图与剖面图、桩基平面布置图和桩基大样图，见附录1所示。

7.参考文献

(1)《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)，中国建筑工业出版社，2002. (2)《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002),中国建筑工业出版社，2002. (3)《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008),中国建筑工业出版社，2008. (4)《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002),中国建筑工业出版社，2002. (5) 周景星 李广信 虞石民 王洪瑾编著.基础工程.第2版【M】.：清华大学出版社，2007.

(6)张忠苗主编.桩基工程.第一版【M】.:中国建筑工业出版社，2007.

发出任务书日期： 年 月 日 指导教师签名：

计划完成日期： 年 月 日 基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

12

附录1:

13

14

15