地基基础课程设计
学生姓名：卢小虎
学号：20084023260
指导教师：郭巍
所在学院：工程学院
专业：土木工程
中国2大庆
2011年 10 月
地基基础课程设计任务书
（预制桩基础）
一、工程概况
哈尔滨某机械厂车间，为单层单跨排架结构，跨度米，柱距6米（纵向总长度60m），室内外地面高差0.15米。柱截面60031200mm。建筑场地地质条件见表A，作用于基础顶面的荷载见表B。
表A 建筑场地地质条件
编号土层名称层底深度(m)
γ
kN/m3 w
(%)
еωLωp
Es
kPa
C
kPa
φ°
Ⅰ亚粘土 1.5 17.7 34.1 0.94 36.9 21.1 4600 17 15
Ⅱ淤泥质粘土14.3 17.5 50.8 1.42 43.4 22.8 3200 7 10 Ⅲ亚粘土19.5 18.0 30.0 0.90 36.6 20.0 5800 36 12
Ⅳ粘土38.0 18.2 43.0 1.10 47.8 24.9 5200 40 11 注：地下水在天然地面下2.5米处
表B 上部结构传来荷载
柱号柱底荷载设计值（F，M，H）（kN，
kN.m，kN）
柱
号
柱底荷载设计值（F，M，H）（kN，
kN.m，kN）
柱
号
柱底荷载设计值（F，M，H）（kN，
kN.m，kN）
1 2547，187，58 16 3276，112，86 31 2832，120，62
2 2977，279，109 17 3852，225，62 32 3368，123，72
3 3975，238，82 18 3943，203，81 33 3405，85，50
4 3121，197，62 19 3678，118，88 34 3982，89，60
5 4176，231，80 20 3956，281，80 35 3835，128，78
6 4276，112，86 21 3847，187，78 36 2862，217，62
7 3352，125，62 22 3577，279，89 37 3354，226，72
8 4043，203，81 23 4075，248，62 38 3433，155，50
9 3678，138，70 24 3321，197，72 39 3948，159，60
10 2956，231，80 25 4076，231，90 40 3825，214，78
11 2421，104，30 26 3276，212，96 41 4438，85，50
12 3678，98，70 27 4152，125，102 42 4950，82，68
13 3261，134，68 28 3643，203，98 43 5417，85，60
14 3352，134，68 29 2678，138，80 44 4430，155，50
15 3206，127，66 30 3956，231，110
注：1、荷载作用于基础顶面，弯矩作用于跨度方向；
2、表中给出的是荷载设计值，如需用到荷载标准值，直接把设计值除以1.3即可。
二、题目分配
按学号选择表B中相应的荷载，全班地质条件均相同（表A）。
三、设计要求
1、设计桩基础（包括桩、承台设计、群桩地基验算等）；
2、绘制施工图（单个基础施工详图、桩施工图）及编写施工说明（A1图纸594mm
3841mm）。
3、计算书内容应详尽，数据准确，排版规范（按附件的排版规范执行）；图纸应符合制图规范相关要求，表达完整。
参考设计步骤：1、确定桩的类型、长度（包括确定桩端持力层），截面尺寸，初步选择承台底面标高（要考虑预制桩的要求）；2、按经验公式确定单桩承载力；3、确定桩数及布置；4、验算群桩地基强度（包括软弱下卧层验算）及沉降；5、计算桩基中各桩的荷载；6、进行单桩设计；7、承台设计；8、绘制施工图。
目录
1 设计资料............................................................................................................................- 1 -
2 选择桩型、桩端持力层、承台埋深................................................................................- 1 -2.1 选择桩型.....................................................................................................................- 1 -
2.2 选择桩的几何尺寸及承台埋深.................................................................................- 1 -
3 确定单桩极限承载力标准值............................................................................................- 2 -
4 确定桩数和承台尺寸........................................................................................................- 2 -
5 桩顶作用效用验算............................................................................................................- 3 -
6 桩基础沉降验算................................................................................................................- 4 -6.1 求基底压力和基底附加压力.....................................................................................- 4 -6.2 确定沉降计算深度.....................................................................................................- 4 -6.3 沉降计算.....................................................................................................................- 4 -6.4 确定沉降经验系数.....................................................................................................- 5 -
6.5持力层验算..................................................................................................................- 5 -
7 桩身结构设计计算............................................................................................................- 6 -
8 承台设计计算....................................................................................................................- 8 -8.1 承台受冲切承载力验算.............................................................................................- 8 -8.2 承台受剪切承载力验算.............................................................................................- 9 -8.3 承台受弯承载力验.....................................................................................................- 9 -参考文献..............................................................................................................................- 11 -
1 设计资料
哈尔滨某机械厂车间，为单层单跨排架结构，跨度18米，柱距6米（纵向总长度72m ），室内外地面高差0.30米。柱截面50031000mm 。建筑场地地质条件见表A ，作用于基础顶面的荷载见表B ，选择60号方案，3520,139,56F kN M kN m H kN ==?=。
2 选择桩型、桩端持力层、承台埋深
2.1 选择桩型
因框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大，不宜采用浅基础，为了减小对周围环境的污染，采用静压预制桩，这样便于较好地保护桩身质量，并在较短施工工期完成沉桩任务。
2.2 选择桩的几何尺寸及承台埋深
①依据地基土的分布，第Ⅳ层土是较合适的桩端持力层； ②桩端全断面进入持力层1.8m （2d
>），工程桩入
土深度为19m ；
③由于哈尔滨的最大冻深为0Z =2.0m ，综合考虑所提 供材料的数据.由于建筑底面以下允许有一定厚度冻土层， 因此,最小埋深为：d min = z d -h max . h max --基础底面下允
许残留冻土层的最大厚度.设计冻深：
d
z —设计冻深（m ）, 0z
—标准冻深（m ）；
zs ψ—土的类别对冻深的影响系数； zw
ψ
—土的冻胀性对冻深的影响系数； 图1-桩基及土层分布示意图 ze ψ—环境对冻深的影响系数。
所以承台埋深可取d=2.0m 。
④桩截面尺寸选用400400m m m m ? ⑤桩基及土层分布示意图见图1。
-0.150±0.000
1.5m
12.8m 5.2m
1.6m
2.2m
1.2m
3 确定单桩极限承载力标准值
本设计属乙级建筑桩基，采用经验参数法估算单桩极限承载力标准值，见表1。 根据设计资料表A 和公式P L L P
W I -ω=
ω-ω,查《建筑桩基技术规范》。
第Ⅱ层：为淤泥质土，查规范得25sk q kPa =； 第Ⅲ层：38.218.4119.8P L L P W I -ω-==
=ω-ω，查规范得35sk q kPa
=
第Ⅳ层：30200.60316.6
P L L P
W I -ω-=
=
=ω-ω，查规范得60sk q kPa =，2500pk q kPa =
表1.极限桩侧、桩端阻力标准值
经 验 参 数
层 序
()sik q kPa
()pk q kP a
Ⅰ 杂填土 Ⅱ 淤泥质粘土
Ⅲ 灰色粘土 35 Ⅳ
亚粘土 60
2500
Ⅴ 粉质黏土
①按经验参数法确定单桩竖向极限承载力标准值
2
40.4(11.525 3.7 3.5 1.860)25000.41240uk sk pk
p sik i pk p
Q Q Q u q l q A K N
=+=+=???+?+?+?=∑
②估算单桩竖向承载力设计值（2K =）
12406202
uk Q R kN K
=
==
4 确定桩数和承台尺寸（以轴线⑦为例）
A 柱与
B 柱布置均相同，上部结构传来的荷载设计值：
3520,139,56F kN M kN m H kN ==?=
①初步估算桩数：35202707.6921.3
k F kN =
=
2707.692 4.367620
F n R
≥
=
=，暂取5n =
②桩距：
31.2a S d m ≥=，取 2.0a S m =
③桩的计算尺寸见图2。（承台底面尺寸2.8 2.8m m ?）
图2 六桩基础计算简图
5 桩顶作用效用验算
荷载取A 柱max N 组合：3520,139F kN M kN m
==?56H kN
=，设承台高度 1.0H
m
=（等厚），荷载作用于承台顶面处本工程安全等级为乙级，建筑物重要性系数
0 1.0γ=，作用在承台底形心处的竖向力为：
2707.692 2.8 2.8 1.120
2880.172k k F G kN
+=+???=
作用在承台底形心处的弯矩： 139106.92371.3
k M kN m =
=?∑
桩顶受力：
-0.150
±0.000
1.2m
1200600
450
600
600
450
450
600600450
()m a x
,
m
a x
22
43.081106.923 2.0
288.172
598.749540.3
k
k k
k i
M y F G N kN n
y
?+?+=+
=
+
=?∑∑
288.172
576.03415
k k
k F G N kN n
+==
= 0,m a x
598.794
1.2
1.2
744
k
N R R k N γ=<== 0576.0341620k N R k N
γ=<=
6 桩基础沉降验算
因本桩基础地基土层均质，压缩模量s E 不随深度变化，故可采用《建筑地基规范》方法计算最终沉降量，A 柱：3520F
kN
=。
6.1 求基底压力和基底附加压力
基 底 压 力：352020 2.8 2.819
828.982.8 2.8
k k
F G P kPa A
++???==
=?
基底附加压力：
()()()00828.98(18.7 1.017.1 1.517.11010.118.910 3.718.710 2.7)683.11k P P d kPa
γ=-=-?+?+-?+
-?+-?=
6.2 确定沉降计算深度
因不存在相邻荷载影响，故：
(2.50.4ln ) 2.8(2.50.4ln 2.8) 5.8n Z b b m
=-=?-?=
取n Z =
6.0m
6.3 沉降计算
用“角点法”计算基础中点下沉降量，将基础分为4块相同的小面积，查表时按
2
2l l b b
=，2
b z
查，查得的平均附加应力系数应乘以4查规范得：0.6z
m
?=，计算结
果见表2。
点号
()
i z m
l b
2.1()
2
z b b =
i α
()i i z mm α
11()
i i i i z z mm αα---
0.379si
si
P E E =
()
i s m m ?
0 0
1.41.41.0
=
0.25004
1.000
?=
—— —— ——
1
5.4 3.86
0.11584?
2501.28
2501.28 0.098 245.13
2 6.0 4.29
0.10534
?
252.72 25.92 0.098 2.54
计算出 2.54n s m m ?=，并除以247.67i s mm ?=∑，得n
i
s s
?=?∑0.010260.025<，表明所
取 6.0n z m =符合要求。
6.4 确定沉降经验系数
取沉降经验系数 1.2ψ=,短边方向桩数42b c c n nB L ===，等效距径比
1.20.4 3.0a S d ==，长径比13.20.433l d ==，承台长宽比 1.0c c L B =，查表得：00.0517C =，1 1.6784
C =，213.1934C =，所以桩基础等效沉降系数为：
012
1
21
0.05170.119
(1) 1.6784(21)13.1934
b e b n C C n C ψ--=+
=+
=-+?-+
()
()
011
0112501.282527.272501.28/72527.2/7
/i i i i s a i i i i si
p z a z a E M P p z a z a E -----+=
=
=+-∑∑
假设0ak p f = 1.0s ?= 基础沉降量 ' 1.0247.67247.67s si s m m ?=?=?=∑ 所以：该四桩基础最终沉降量为
1.20.119247.6735.38120e S S mm mm
ψψ'==??=<，满足要求。
6.5持力层验算
2707.69k F K N
= 106.92k M K N = 基础底面面积22.8 2.87.84l b m ?=?=
()()()118.7 1.017.1 1.517.11010.118.910 3.718.710 2.7
19
m r ?+?+-?+-?+-?=
3
9.07
9/K N m =
粉质黏土 0.78e = 26.7
17.7
0.6
15
P L L P
W I -ω-===ω-ω
查表7.10
0.3
b η= 1.6
d η= 0683ak p f K Pa
== (3)(0.5)
a ak
b d m f f b d ηγηγ=+-+-
6830.319.6(33) 1.69.079(190.5)
=+??-+??-
694.74K P a
=
(201020 1.510(10.1 3.7 2.7)7.84=1685.6
k G =?+?+?++?｛｝
k m ax m in 106.920.0242707.691658.62707.691658.6
560.377.84660.024(1)560.37(1)589.2 1.2(833.672.8
531.230k k a
k k a k e m
p K pa f e p p f l
p ==++=
=
=?+
=<=>满足）
满足
基础以下无软土层，无需进行软弱下卧层验算
7 桩身结构设计计算
采用双点吊立的强度计算进行桩身配筋设计。吊点位置在
距桩顶、桩端平面0.207L 处，起吊时桩身最大正负弯矩2m ax 0.0214M kqL =，其1.3
k
=(考
虑在吊远过程中桩可能受到的冲击和振动而取的动力系数) 20.4254q kN m =?=，为每延米桩的自重，桩身长采用强度等级为30C 的混凝土，Ⅱ级钢筋。故：
2
120.0214 1.341732.16M M kN m
==???=?
桩身截面有效高度040040360h m =-=
6
2
2
32.1610
0.0434
14.3400s c M f bh
α?=
=
=??360
1121120.0434
0.9782
2
s s αγ+
-+-?=
=
=
6
2
32.1610
304.48s s y M
A m m f h γ?=
=
=0.978?300?360
桩身配筋验算： 30
C 的混凝土，HRB335，14.3f c =N ／mm 2，300y f =N ／mm 2，
b=400mm 。
为便于配筋，上下两段桩都采用相同的配筋，每边选用3φ14（2461mm ）， 1300461138300
24.19
14.3
1.04005720y s
f A c x mm a f b
?=
=
==??
02u c x M af b h ?
?=?- ??
?
=1.0314.33400324.193（360-24.19／2） =48.093106N.mm
=48.09KN m >M=32.16KN m
桩顶轴向压应力应符合下列要求：
m ax 2
2
3520 1.3172.48
13956 1.02
727.296
42
y i
i
M y F G N K N
n
y ++?+??=
+=
+
=?∑
桩身强度：()32m ax 1.00.8514.3100.41945727.29c c f A kN N ?ψ=????=>
桩的吊装图如图3所示。
4000
图3 桩的吊装图
上段桩吊点位置：距桩端0.2070.20717 3.519l m =?=处 下段桩吊点位置：距桩端0.2070.20717 3.519l
m
=?=处
箍筋采用φ8@200,在桩顶和桩尖应适当加密，具体见桩身结构施工图。桩尖长
1.4 1.40.40.56b m
=?=，取0.6m ，桩顶设置三层φ6@50钢筋网，层距50m m 。
承台设计计算
承台计算简图见图4，采用30C 混凝土，21.43/t f N m m =，214.3/c f N m m =,HRB335级钢筋，2300y f N mm =，取承台高度为1h
m
=，有效高度为：0940h m m =。
()13956 1.02
35203'726.975m ax
2
5
42
2M y
F y N
K N
n
y
i +??=+
=+
=?∑
'm in
70424.375679.625N
K N
=-=
35207045
F N K N
n
-
=
=
=
图4 承台计算简图
8.1 承台受冲切承载力验算
初步承台厚度1000mm ，承台底部保护层厚度60mm ，010*******h m m =-=
383503835l F kN
=-= 1.0
hp β=
()()000002l x c y y c x hp t F b a h a f h βββ??≤+++??
0000.550.5810.94x x a h λ=
=
=
000.84
0.841.075
0.2
0.581
0.2x x βλ=
=
=++ 000
0.3
0.319
0.94
y y a h λ=
=
=
000.84
0.841.6180.2
0.319
0.2
y y βλ=
=
=++
()()()()000002`2 1.0750.5`0.3 1.61810.55114300.946903.463520x c y y c x t hp b a h a f h K N K N
βββ??+++??
=+++???????=> 角桩冲切
120.60C C m == 100.55x x a a m == 100.3y y a a m == 100.550.5810.94
x x λλ=== 100.30.319
0.94
y y λλ==
=
10.560.7190.581
0.2y β=
=+
10.56
1.0790.3190.2x β==+ 1112110m ax 220.30.550.7170.6 1.0790.60.98314300.94
221958.404726.975y x x y
t hp
a a C C f h kN N kN
βββ???
??
?+++ ? ????????
?
?????
?=?++?+??? ? ????????
?=>=满足要求
8.2 承台受剪切承载力验算
剪跨比与以上冲垮比相同。 对Ⅰ-Ⅰ斜截面：000
0.30.319
0.94
y y a h λ===
故剪切系数： 1.75
1.75 1.331
0.3191
αλ=
=
=++
11
4
4
08008000.9444940hs
h β????=== ? ?????
000.9444 1.331430 2..80.944727.4783hs t f b h kN
βα=????=0max 22726.9751453.95V N kN
γ>==?=（安全）
故满足要求。
8.3 承台受弯承载力验
对Ⅰ-Ⅰ截面基桩净反力最大值
m a x
m
a
x
22
3520172.48 1.3
13956 1.02
727.295
42
i
M y
F G N kN
n
y
++?+??=+
=
+
=?∑∑
10005000.5i y m
=-=
m a x
m
i
n
2621.16106.128
515.032
i
M y
F G N kN n
y
+=-
=-=∑∑ 726.975x i
i M N
y kN m =
=?∑
6
2
726.97510
2864.360.90.9300940
x s y M A m m f h ?=
=
=??
选用822φ@350，22864.36s A m m =，沿平行y 轴方向均匀布置。 对Ⅱ-Ⅱ截面010*******h m m =-=，1000250750i x m m =-= 27040.751056x i i M N x k N m
==??=?∑
6
2
105610
4160.750.90.9
300940
x s y M A m m
f h ?=
=
=??
选取1420φ@200，24160.75s A m m =
参考文献
[1]《土木工程施工》应惠清主编，同济大学出版社，2007年第二版。
[2]《建筑施工手册》第三版1~5册，中国建筑工业出版社。
[3]《土力学与基础工程》赵明华主编，中国计划出版社，2009年第三版。
[4]《建筑结构桩基规范》GB50009-2001。
[5]《混凝土结构设计》沈蒲生主编，2007年第三版。
[6]《混凝土结构设计原理》沈蒲生主编，2007年第三版。