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桩基础课程设计(1)一、概述桩基础是现代建筑中广泛应用的一种地基处理方式。
桩基础不仅具有承受建筑荷载的能力，而且可有效地降低地基沉降，防止地基侧移，提高建筑的抗震能力。
本课程旨在通过教授桩基础的原理、设计方法和施工技术，培养学生对桩基础的深刻理解。
二、课程大纲2.1 桩基础原理•桩基础的定义•桩基础的分类•桩基础的荷载传递机理•桩基础的作用2.2 桩基础设计•桩基础设计的基本原理和方法•桩基础的荷载-位移特性分析•桩基础的设计参数选择•不同种类桩基础应用场合与设计方法2.3 桩基础施工技术•桩基础施工前的准备工作•桩基础施工过程•桩基础施工质量控制•桩基础施工常见问题解决方法三、教学方法3.1 理论讲授本课程通过理论讲授，传授桩基础的原理、设计方法和施工技术，使学生对桩基础有系统、全面的了解，为后续的实践操作打下坚实的基础。
3.2 实践操作为了提高学生的实操能力和解决实际问题的能力，本课程安排了大量的实践操作环节，包括桩基础的施工现场观摩、桩基础施工质量检查和实操演练等。
四、考核方法考核方法主要包括两种方式：理论考试和实践操作。
4.1 理论考试理论考试采用笔试方式进行，考察学生对桩基础原理、设计方法和施工技术的掌握程度以及理论基础的扎实程度。
4.2 实践操作实践操作主要考察学生的实操能力和解决实际问题的能力，通过桩基础施工现场观摩和实操演练等方式进行。
五、教学资源为了保证教学质量，本课程所需要的教学资源包括：•一份通俗易懂的桩基础设计教材•一份桩基础设计软件——STAAD.Pro•一份桩基础施工操作手册六、教学成果通过本课程的学习，学生应掌握以下知识与技能：•理解桩基础的定义、分类和作用•掌握桩基础设计的基本原理和方法•能够分析和计算桩基础的荷载-位移特性•熟练掌握桩基础施工过程和质量控制方法•具备解决桩基础施工常见问题的能力七、桩基础是建筑结构中不可或缺的组成部分，学习桩基础课程对建筑专业学生具有重要意义。
桩基础课程设计目录（一）、计算部分1.确定桩型、桩长、截面尺寸及承台埋深2.估算单桩竖向承载力3.确定桩数及桩的平面布置4.确定桩基竖向承载力设计值并验算5.基变形验算6.桩身结构设计7.承台设计8.绘制桩身及承台施工图（二）、施工部分一、选择施工方法和施工设备、确定桩型二、组织方案一、计算部分1.确定桩型、桩长、截面尺寸及承台埋深根据荷载和地质条件，以第④层粘土为端持力层，采用截面尺寸为300mm ×300mm 的预制钢筋混凝土方桩，桩端进入持力层1.5m ，桩长为8.0m ，承台埋深1.7m 。
2.估算单桩竖向承载力根据下列公式估算单桩竖向承载力∑+=+=P pk i sik p pk sk uk A q l q u Q Q Q2m 09.03.03.0=⨯=P A 2m 2.13.04=⨯=P u∑+=+=P pk i sik p pk sk uk A q l q u Q Q QkN 88.7162.1)45.1825.4380.260(09.02500=⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯=单桩竖向承载力标准值 k R =kN Q uk 3582/8.7162/== 单桩竖向承载力设计值 R =kN R k 4302.1= 3.确定桩数及桩的平面布置1）桩数：先不计承台和承台上覆土重，因偏心荷载（M ）桩数，根据规范：标准值=设计值/1.35初定3.543035.1/28201.135.1/=⨯==R F n k μ取桩数n=6根 2）桩的中心距挤土预制桩（3~4）d=0.9~1.2 取s=1.0m3）采用行列式方式布置，如下图：4）桩承台设计A.桩承台尺寸，根据桩的排列，桩的外缘每边向外延伸净距d/2=150mm ，则承台长度a=1000×2+150×2×2=2600mm ，承台宽度b=1000+150×2×2=1600mm ，承台埋深1.7m 。
课程设计桩基础设计总结一、教学目标本课程旨在让学生掌握桩基础设计的基本原理和方法，能够运用所学知识分析和解决实际工程问题。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解桩基础的分类、适用范围、工作原理和设计流程；掌握单桩承载力计算、群桩承载力计算和桩身强度计算的方法。
2.技能目标：学生能够运用所学知识进行桩基础设计，包括选择合适的桩型、确定桩的布置方式、计算桩的承载力和沉降等；能够使用相关软件进行桩基础设计的模拟和计算。
3.情感态度价值观目标：培养学生对工程安全的重视，使其能够遵循工程规范和标准进行设计；培养学生团队协作和沟通能力，使其能够在工程项目中发挥积极作用。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.桩基础概述：介绍桩基础的分类、适用范围、工作原理和设计流程。
2.单桩承载力计算：讲解单桩承载力计算的方法，包括摩尔-库仑理论、美国API规范等。
3.群桩承载力计算：介绍群桩承载力计算的方法，包括等效单桩法、系数法等。
4.桩身强度计算：讲解桩身强度计算的方法，包括混凝土抗压强度计算、钢筋抗拉强度计算等。
5.桩基础设计实例：分析实际工程案例，让学生掌握桩基础设计的方法和技巧。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下几种教学方法：1.讲授法：讲解基本概念、原理和方法，使学生掌握桩基础设计的基础知识。
2.案例分析法：分析实际工程案例，让学生学会将理论知识应用于实际问题。
3.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队协作和沟通能力。
4.实验法：安排实验课程，让学生亲手操作，加深对桩基础设计方法的理解。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：提供相关的参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、动画等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：配置齐全的实验设备，确保学生能够进行实地操作。
2.1 设计资料2.1.1 上部结构资料某教学实验楼，上部结构为七层框架，其框架主梁、次梁、楼板均为现浇整体式，混凝土强度等级为C30。
底层层高3.4m（局部10m，内有10 t桥式吊车），其余层高3.3m，底层柱网平面布置及柱底荷载见附图。
2.1.2 建筑物场地资料拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦，建筑物平面位置见图2-1。
图2-1 建筑物平面位置示意图建筑物场地位于非地震区，不考虑地震影响。
场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1米，根据已有资料，该场地地下水对混凝土没有腐蚀性。
建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表2.1.表2.1地基各土层物理，力学指标土层编号土层名称层底埋深（m）层厚（m）3(kN/m)γe(%)ωLI(kPa)c()ϕ︒(MPa)sE(kPa)kfMPasP（）1 杂填土 1.8 1.8 17.52灰褐色粉质粘土10.1 8.3 18.4 0.90 33 0.95 16.7 21.1 5.4 125 0.723灰褐色泥质粘土 22.1 12.0 17.8 1.06 34 1.10 14.2 18.6 3.8 95 0.864 黄褐色粉土夹粉质粘土 27.4 5.3 19.1 0.88 30 0.70 18.4 23.3 11.5 140 3.445 灰-绿色粉质粘土>27.4 19.7 0.72 26 0.46 36.5 26.8 8.6 210 2.822.2 选择桩型、桩端持力层 、承台埋深2.2.1 选择桩型因为框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大 ，不宜采用浅基础。
根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，选择桩基础。
因转孔灌注桩泥水排泄不便，为减少对周围环境污染，采用静压预制桩，这样可以较好的保证桩身质量，并在较短的施工工期完成沉桩任务，同时，当地的施工技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供可能性。
2.2.2 选择桩的几何尺寸以及承台埋深依据地基土的分布，第③层是灰色淤泥质的粉质粘土，且比较后，而第④层是粉土夹粉质粘土，所以第④层是比较适合的桩端持力层。
《地基基础工程》课程设计-----土木工程专业2.1 设计资料2.1.1 上部结构资料某教学实验楼，上部结构为七层框架，其框架主梁、次梁、楼板均为现浇整体式，混凝土强度等级为C30。
底层层高3.4m（局部10m，内有10 t桥式吊车），其余层高3.3m，底层柱网平面布置及柱底荷载见附图。
2.1.2 建筑物场地资料拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦，建筑物平面位置见图2-1。
图2-1 建筑物平面位置示意图建筑物场地位于非地震区，不考虑地震影响。
场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1米，根据已有资料，该场地地下水对混凝土没有腐蚀性。
建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表2.1.表2.1地基各土层物理，力学指标土层编号土层名称层底埋深（m）层厚（m）3(kN/m)γe(%)ωLI(kPa)c()ϕ︒(MPa)sE(kPa)kfMPasP（）1 杂填土 1.8 1.8 17.52 灰褐色粉质粘土10.1 8.3 18.4 0.90 33 0.95 16.7 21.1 5.4 125 0.723 灰褐色泥质粘土22.1 12.0 17.8 1.06 34 1.10 14.2 18.6 3.8 95 0.864 黄褐色粉土夹粉质粘土27.4 5.3 19.1 0.88 30 0.70 18.4 23.3 11.5 140 3.445 灰-绿色粉质粘土>27.4 19.7 0.72 26 0.46 36.5 26.8 8.6 210 2.82《地基基础工程》课程设计-----土木工程专业2.2 选择桩型、桩端持力层 、承台埋深2.2.1 选择桩型因为框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大 ，不宜采用浅基础。
根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，选择桩基础。
因转孔灌注桩泥水排泄不便，为减少对周围环境污染，采用静压预制桩，这样可以较好的保证桩身质量，并在较短的施工工期完成沉桩任务，同时，当地的施工技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供可能性。
2.2.2 选择桩的几何尺寸以及承台埋深依据地基土的分布，第③层是灰色淤泥质的粉质粘土，且比较后，而第④层是粉土夹粉质粘土，所以第④层是比较适合的桩端持力层。
桩端全断面进入持力层1.0m （>2d ），工程桩入土深度为m h h 1.231123.88.1,=+++=由于第①层后1.8m ，地下水位为离地表2.1m,为了使地下水对承台没有影响，所以选择承台底进入第②层土0.3m ，即承台埋深为2.1m ，桩基得有效桩长即为23.1-2.1=21m 。
桩截面尺寸选用：由于经验关系建议：楼层<10时,桩边长取300～400,350mm ×350mm ，由施工设备要求，桩分为两节，上段长11m ，下段长 11m （不包括桩尖长度在内），实际桩长比有效桩长长1m ， 图2-2桩基及土层分布示意图 这是考虑持力层可能有一定的起伏以及桩需要嵌入承台一定长度而留有的余地。
桩基以及土层分布示意如图2-2。
2.3 确定单桩极限承载力标准值本设计属于二级建筑桩基，采用经验参数法和静力触探法估算单桩极限承载力标准值。
根据单桥探头静力触探资料P s 按图2-3确定桩侧极限阻力标准50p +40c801007000g15a h d1000200030004000500060000.0psp s (kPa)fe.025s251251000.016p s +20.450.02p s q s k (k P a )1401206020b600 图2-3 s sk p q -曲线图2-4由于除去杂土外,第②,③,④,⑤层土都是粘土,则采取图2.3中的折线oabc 来确定桩侧极限阻力的标准值： 即：kPa P s 1000<时，s sk P q 05.0= kPa P s 1000>时，25025.0+=s sk P q桩端的竖向极限承载力标准值的计算公式 p sk i ski pk sk ukA P l q u Q Q Q α+=+=∑其中：)(2121sk sk sk P P P β+=u ――桩身截面周长，m 。
i l ――桩穿过第i 层土的厚度。
p A ――桩身横截面积，扩底桩为桩底水平投影面积，2m ，α――桩端阻力修正系数，查表2.2。
由于桩尖入土深度H=23.1m(15<H<30),查表2.2，由线性插值法求得修正系数α=0.83 桩入土深度（m ）H<15 15<H ≤30 30<H ≤60 α0.750.75-0.90.91sk P 为桩端全断面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，计算时，由于桩尖进入持力层深度较浅，仅1m,并考虑持力层的可能起伏，所以这里不计持力层土的sk P ，2sk P 为桩端全断面以下4倍桩径范围以内的比贯入阻力平均值，故KPa P sk 8601=，KPa P sk 34402=，β为折减系数，因为5/21<sk sk P P ，取β＝1。
根据静力触探法求sk q ，根据图2-3和表2.1的数据（各层土的Ps 值）,有如下： 第二层：kPa q m h sk 15,6=≤;kPa Ps q m h sk 3672005.005.0,1.106=⨯==≤≤; 第三层：kPa ps q m h sk 4386005.005.0,1.221.10=⨯==≤≤；第四层：kPa p q m h s sk 111253440025.025025.0,6.273.22=+⨯=+=<≤依据静力触探比贯入阻力值和按照土层及其物理指标查表法估算的极限桩侧，桩端阻力标准值列于下表：层 序静力触探法经验参数法)(kPa q sk)(kPa q sk α)(kPa q sk)(kPa q pk○2 粉质粘土 15(h ≤6) 36 35 ○3 淤泥质粉质黏土4329○4 粉质黏土1111784.5 552200按静力触探法确定单桩竖向极限承载力标准值：2 40.35156-2.136 4.1431211110.351784.5 1166.34+218.6 1385kNuk sk pk ski i sk pQ Q Q u q l P A α=+=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯∑＝〔（）＋＋＋〕＋＝＝估算的单桩竖向承载力设计值（60.1==p s γγ） kN Q ppks6.8656.11385Q R sk1==+=γγ 按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值：2 40.35358+29125510.352200956.2269.51226kNuk sk pk Q Q Q =+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝（＋）＋＝＋＝估算的单桩竖向承载力设计值（65.1==p s γγ）kN Q ppks74365.11226Q R sk2==+=γγ 由于R 1>R 2,所以最终按经验参数法计算单桩承载力设计值，即采用kN R R 7432==，初步确定桩数。
2.4 确定桩数和承台底面尺寸下面以①—B,①—C 的荷载计算。
2.4.1 B 柱桩数和承台的确定最大轴力组合的荷载：F 2294kN,M=78kN m Q 47kN •＝，＝初步估算桩数,由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规范中建议取1.1~1.2， 现在取1.1的系数，即：()根4.31.174322941.1n 2=⨯=⨯≥R F 取n ＝4根，桩距 1.05m 3d ＝≥a S ,桩位平面布置如图2-5，承台底面尺寸为1.9m 1.9m ⨯。
2.4.2 C 柱柱桩数和承台的确定最大轴力组合的荷载F 3254kN,M=41kN m Q 56kN •＝，＝ 初步估算桩数（根）＝4.61.174332541.1n⨯=⨯≥R F取n ＝5根， 1.05m 3d ＝≥a S ，取m S a 6.1=，则承台底尺寸为2.3m 2.3m ⨯。
桩位平面布置如图2-6(四个角上的桩与中间桩的mm mm d 105011302800>==)图2-5四桩桩基础 图2-6五桩桩基础2.5 确定复合基桩竖向承载力设计值该桩基属于非端承桩，并n>3,承台底面下并非欠固结土，新填土等，故承台底面不会于土脱离，所以宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值。
目前，考虑桩基的群桩效应的有两种方法。
《地基规范》采用等代实体法，《桩基规范》采用群桩效应系数法。
下面用群桩效应系数法计算B,C 复合基桩的竖向承载力设计值2.5.1四桩承台承载力计算（B 承台）图2-7承台净面积：22212.335.049.1m A c =⨯-=。
承台底地基土极限阻力标准值：KPa f q k ck 25012522=⨯== kN n A q Q c ck ck 19542.3250=⨯==kN l quQ iski sk 2.956==∑kN q A Q p p pk 5.269==分项系数70.1,65.1===c p s γγγ因为桩分布不规则，所以要对桩的距径比进行修正，修正如下： 4.235.049.19.1886.0886.0=⨯⨯==b n e Ad a S09.0219.1==lBc群桩效应系数查表得：64.1,8.0==p s ηη承台底土阻力群桩效应系数:cece c c i c i cc A A A A ηηη+= 承台外区净面积2222.1)35.09.1(9.1m A e c =--= 承台内区净面积92.12.112.3=-=-=e c c i c A A A m 2查表63.0,11.0==ec i c ηη31.012.32.163.012.392.111.0=+=+=c ece c c i c i cc A A A A ηηη 那么，B 复合桩基竖向承载力设计值R: kN Q Q Q R cckcppkpssks76770.119531.065.15.26964.165.12.9568.0=++=++=γηγηγη 2.5.2五桩承台承载力计算（C 承台）承台净面积：2226775.435.053.2m A c =⨯-=承台底地基土极限阻力标准值：KPa f q k ck 25012522=⨯==kN n A q Q c ck ck 23456775.4250=⨯==kN l quQ iski sk 5.956==kN q A Q p p pk 5.269== 分项系数70.1,65.1===c p s γγγ因为桩分布不规则，所以要对桩的距径比进行修正，修正如下： 6.235.053.23.2886.0886.0=⨯⨯==b n e Ad a S1095.0213.2==lBc群桩效应系数查表得：64.1,8.0==p s ηη承台底土阻力群桩效应系数: cece c c i c i cc A A A A ηηη+= 承台外区净面积2224875.1)35.03.2(3.2m A e c =--= 承台内区净面积19.34875.16775.4=-=-=ec c i c A A A m 2查表63.0,11.0==ec i c ηη275.06775.44875.163.06775.419.311.0=+=+=c ece c c i c i cc A A A A ηηη 那么，C 复合桩基竖向承载力设计值R: kN Q Q Q R cckcppkpssks 76970.1234275.065.15.26964.165.12.9568.0=++=++=γηγηγη2.6 桩顶作用验算2.6.1四桩承台验算（B 承台）（1）荷载取B 柱的max N 组合：F 2294kN,M=78kN m Q 47kN •＝，＝ 承台高度设为1m 等厚，荷载作用于承台顶面。
