一、设计资料
1. 场地工程地质资料：见图1和表1
图表 1场地土层分布
表1 各层土的物理性质及力学指标
2. 柱端传至承台顶面处的荷载（设计值）为：轴力F =6000+50×13=6650（kN ），弯矩M =600+50×13=1250（kN·m ），剪力V =200-50×13=450（kN ）（其中，M 、V 沿柱截面长边方向作用。
3. 柱底面标高：－0.5m
4. 柱截面：600×540mm 2
5. 桩基安全等级：二级
6.序号：13
二、设计步骤
1. 持力层选择
因桩基荷载较大，选择坚硬的粘土层作为持力层。
2. 桩型选择
选用400mm ×400mm 预制桩（静压沉桩），施工方便，质量易得到保证。承台顶标高为－0.50m ，先初步确定承台厚度为1500mm ，即承台埋深为－2.00m 。承台分两阶。初步确定桩全长11.00m ，打入坚硬土层2.0m ，桩的有效长度为10.9m 。桩身先按构造配筋，主筋为
土层名称
含水量 w (%) 重度 γ (kN/m 3
)
比重 d s
液限 w L (%)
塑限 w P (%)
内聚力 c (kPa)
内摩擦
角
φ
（度）
压缩模量E S1-2
(MPa) 承载力
f ak (kPa)
杂填土 16.0 灰色淤泥质土 38.2 18.5 2.73 38.2 18.4 10 5 3.54 60 灰黄色粘性土 6.7 19.6 2.71 32.7 17.7 18 20 7.0 220 黑色淤泥质土
30.1
18.9
2.73
42.0
18.9
12
14
4.65
100
HRB335级，箍筋：中段为200@8φ，两端为50@8φ，其他部分为100@8φ，预制桩混凝土强度等级为C30，桩顶布置3层钢筋网片。
3. 选确定单桩承载力
由于10
1
6650/450<，故无需计算水平承载力。
按经验参数法确定单桩承载力，灰色淤泥质土层q sik =25kPa ；灰色粘性土层q sik =1000kPa ，q pk =5000kPa 。
单桩竖向极限承载力标准值：
kN
A q l q u Q Q Q p
pk i sik pk sk uk 14764.05000)21009.825(445.02=?+?+???=+=+=∑ 单桩竖向极限承载力特征值：kN R a 7382/1210==。
4. 初步确定桩数
因桩基承受弯矩和剪力作用，属偏心受压状态，不考虑承台效应，暂按a
k
k R G F n +?
=μ估算桩数，取系数1.1=μ。需考虑承台及承台上填土重，设承台平面尺寸为2
40004000mm ?填土及承台的平均重度取20kN/m 3。
承台及承台上填土重为：G k =4×4×2.0×20=640kN
92.8605
640
49261.1=+?=+?
=a k k R G F n μ，取9=n 根。
5. 桩平面布置
由于采用挤土桩，其间距不宜过密，桩的最小中心间距不小于3.5d ，先暂按已假设的承台
尺寸布置3排，每排3根桩，即桩的纵向中心间距为1500mm ，横向中心间距为1500mm ，桩外缘承台挑出部分纵向为300mm ，横向为300mm 。以上假设均符合构造要求。
6. 桩顶作用效应验算
先将承台先将承台顶面荷载换算成作用于承台底面的荷载，由于承台厚度h=1500mm 及桩顶需嵌入承台0.10m ，故承台有效厚度h 0=1400mm 。
承台底面总弯矩m kN h H M M k k yk ?=?-=?+=4275.13339261
按偏心竖向力作用下的公式计算各桩竖向力： kN x x M n G F N i
i yk k k k 4.6475.165
.1427947449262
21=??++=++=∑ kN x x M n G F N i
i yk k k k 6.5525.165.1427947449262
21=??-+=++=∑ kN n G F N
k k k
6009
474
49263=+=+=
各桩顶竖向力：最大值kN N k 4.6471=，最小值kN N k 6.5522=。
7. 桩基承载力验算
（1）单桩承载力验算 平均竖向力：kN R kN G F N a k k k 7386009
474
49269=<=+=+= 最大竖向力：7382.12.14.6471?=<=a k
R kN N
竖向承载力满足要求。
（2）桩尖持力层的承载力验算 3/4.99
.101
.10106.1925.189.8m kN G f =?-?+?=
kPa
b a q l b a G G F p c
c sia
i c c f 6.1494
45
.422)44(24.99.104435.16406650)(2=??+?-???+?+=
+-++=
∑
kPa W M p p y y 6.185444
35.14276.1492
max =???+=+=
kPa
d b f f m d b ak a 4.4404.129.106.17.06.193.0220)
5.0()3(=??+??+=-+-+=γηγη
因kPa f kPa p a 4.4406.149=<=，5.5282.16.185max =<=a f kPa p ，故桩尖承载力
满足要求。
（3）软弱下卧层承载力验算
50.165.4/7/21==s s E E ，5.032.3/6.9/0>==b t ，（其中
mm b a 34003002400000=?-==），查表得?=75.14θ
kPa t b t a q l b a G F sia
i k k z 3.15)
75.14tan 6.924.3(5
.4228.62/34744926)tan 2)(tan 2()(2/32
0000=??+??-+=
?+?++-+=
∑ θθσ kPa z d f f m d ak az 2.333)5.05.22(6.100.1100)5.0(=-??+=-++=γη
因kPa f kPa z az m z 2.3336.2325.206.103.15=<=?+=+γσ，故软弱下卧层承载力
满足要求。
（4）桩基沉降验算 基底附加应力
kPa b a q l b a G F p sia
i k k 304
.34.35
.422)4.34.3(24744926)(20
0000=??+?-+=
+-+=
∑
取桩尖以下8m 为计算深度，由矩形长宽比、深宽比查表得018.0=c α则： kPa p c z 2.230018.0440=??==ασ
kPa l m c 4.233106.115.81.85.185.1163.1=?+?+?+?==γσ 由于kPa kPa z c 3.27.462.0=>=σσ，所以计算深度8m 满足要求。
z
/l b
/z b
α
z α
11i i i i z z αα---
s i
E
s '?
i s '?∑
0 1.0 0 1 0
7.0 2 1.0 1.25 0.8492 1.6948 1.6984 7.0 7.8 7.8 4 1.0 2.50 0.6164 2.4656 0.7672 7.0 3.5 11.3 6 1.0 3.75 0.4679 2.8074 0.3418 7.0 1.6 12.9 8 1.0
5.00
0.3740
2.992
0.1846
7.0
0.8
13.7
计算沉降范围内的压缩模量当量值：
0.71846
.03418.07672.06984.17
992.2/=+++?=??=∑
∑si i i s E A A E ，查表知2.1=ψ。 e ψ可按下列公式简化计算： 2
10)1(1
C n C n C b b e +--+
=ψ 其中3=b n （b n 为短边布桩数）
根据群桩距径比s a /d=3.5长径比l/d=27.25及基础长宽比c c B L /=1查表得C 0=0.059，
C 1=1.488，C 2=7.399。可得253.0=e ψ。
最终沉降量[]s mm s s e <=??='??=2.47.13253.02.1ψψ，桩基沉降量满足要求。 ，桩基沉降量满足要求。
8. 桩基承载力
（1）求基桩竖向反力设计值（净反力）
kN x x M n F N i i y 89575.0675
.0701966502
21
=??+=+='∑ kN x x M n F N i i y 58375.0675.0701********=??-=+='∑
kN n F N 7399
66503
===' 最大净反力kN N 8951
='，最小净反力kN N 5832='，平均净反力kN N 739='。
（2）承台验算
○1柱对承台冲切验算
冲切力：kN N F F i l 59119
6650
6650=-=-=∑， 拄边至桩边水平距离为：
mm a x 100010040015000=--= mm a y 10307040015000=--= 冲跨比：
714.01400/1000/000===h a x x λ 736.01400/1030/000===h a y y λ 冲切系数： 919.02
.0714.084.00=+=
x β 897.02.0736.084
.00=+=y β，
截面高度1500=h ，截面高度影响系数942.0=hp β 混凝土强度C30，f t =1.43N/mm 2。
kN
F kN h f a h a b l t hp x c y y c x 591110855140043.1942.0)]16.0(897.0)03.154.0(919.0[2)]()([20
0000=>=???+?++??=+++βββ
满足要求。
○
2变阶处抗冲切验算 冲切力：kN N F F i l 59119
6650
6650=-=-=∑ 变阶处至桩边水平距离为： mm a a y x 30011== 冲跨比：
429.0700/300/01111====h a x y x λλ 冲切系数： 335.12
.0429.084
.011=+=
=
y x ββ
截面高度800=h ，截面高度影响系数0.1=hp β
kN
F kN h f a h a b l t hp x c y y c x 59111229470043.10.1]2)3.02(335.1[2)]()([20
1111=>=????+??=+++βββ
满足要求。
○
3角桩冲切验算 角桩冲切力kN N l 667=
mm a x 3251= mm a y 2251= mm h 7001=
冲跨比：
667.0600/400/111===h a x x λ 5.0600/300/111===h a y y λ 冲切系数：
646.02.0667.056.01=+=
x β 8.02
.05.056
.01=+=y β
截面高度800=h ，截面高度影响系数0.1=hp β，mm C 6751=，mm C 7751=
kN
N kN h f a C a C l t hp x y y x 667178670043.10.1)]2/4.0625.0(8.0)2/3.0775.0(646.0[)]2/()2/([0
111121=>=???+?++?=+++βββ
满足要求。
○
4承台抗剪验算 如图所示，分别验算1-1， 2-2，3-3, 4-4截面。
应满足下式： 00h b f V t hs ββ≤ 4
/10)800(
h hs =β， 1
75.1+=λβ
对变阶处：截面有效高度mm h 7000=， 截 面宽m b x 21=，m b y 21=
1-1截面： 429.0700300==
λ， 225.11
429.075
.1=+=β， 1=hs β
kN
h b f kN V t hs 53897.041430346.112685895300=????=<=?=ββ
满足要求。
3-3截面验算同1-1截面，同样满足要求
对柱截面：截面有效高度mm h 14000=，截面宽8.25
.17
.027.0400=?+?==y x b b 。
2-2截面：
643.01400
900==λ， 065.11643.075
.1=+=β， 869.0=hs β
kN
h b f kN V t hs 53897.041430346.108692685895300=????=<=?=ββ
满足要求。 4-4截面：
664.01400930==λ， 052.11664.075
.1=+=β， 869.0=hs β kN
h b f kN V t hs 55895.185.21430052.1869.0221773958389500=????=<=++=ββ，
满足要求。
综上，承台抗冲切、抗剪承载力均满足要求。 （3）承台受弯及配筋计算 对柱边截面： 对柱边截面：
X 方向：mm x 5002003001=+=，mm x 5002003002=+=
m kN x N M i i y ??=??+??=?'=∑22175.058335.08393
Y 方向：mm y 5002003001=+=，
m kN y N M i i x ??=?++=?'=∑22171)739583895(
选用HRB400级钢筋，2/360mm N f y =，承台侧面保护层厚度35mm 。 平行于长边配筋，弯矩较大，钢筋放于底层，h 0=1400mm
26
04888360
14009.01022179.0mm f h M A y y
sy =???==
选用20
18，则2
5089mm A sy =，间距满足构造要求。
平行于短边配筋，钢筋放于底层，h 0=(1400-25)mm
20min 26
08400%15.04976360
)251400(9.01022179.0mm bh mm f h M A y y
sy ==<=?-??==ρ
选用20
18，则2
5089mm A sy =，间距满足构造要求。
（4）单桩结构设计
预制桩采用C30混凝土，HRB335级纵筋。初步确定纵筋配筋率为0.8%，则
22720300%8.0mm A s =?=，选用4，则2
804mm A s ==，满足最小配筋率的要求。
采用HPB235级钢筋，间距为：50@8φ、50@8φ、50@8φ。桩顶三层钢筋网，桩尖
设置钢板、钢筋，并采用螺旋箍筋。根据弯矩平衡确定起吊点位置。详见施工图。
单桩竖向力设计值：kN N N k 77235.1max ,=?=
承载力：kN N kN f A c p c 7729653.1430075.02=>=??=??ψ，满足竖向承载力要求。
采用两点起吊方式，则起吊阶段
m kN l q k M ?=?????=?=9.8)11207.0()3.025(5.05.1)207.0(5.02
2
2
，
187.03
.141300
3008042
1=??=
=
c y
f f αρ
ξ M m kN h A f M s y u >?=?--??=-=55)187.05.01)(45300(804300)5.01(0ξ
起吊阶段承载力满足要求。
三、施工图绘制
见附图。