2.3 各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数
通过原位测试及土工试验结果计算，参照规范，各土层承载特征值fk，钻孔灌注桩、人工挖孔桩桩周极限侧阻力标准值qsik，桩端极限端阻力标准枝qpk分别为：
表2-1各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数
力 学
指标
土层
名称 厚度（m） 承载力
特征指值fk(Kpa) 预制桩qsik(Kpa) 人工挖
孔桩qsik(Kpa) 预制桩qpk(Kpa) 人工
挖孔桩qpk(Kpa) 重度
γ(k/m3) 压缩模量
1填土 4.6 70 20 20 19
2粉质
粘土 0.5 150 56 56 400 800 20 85
3粉质
粘土 2.8 223 67 67 900 1800 20 93
4细砂 1.0 280 58 58 1800 3200 27 139
5粘土 0.9 295 58 58 900 1800 20 78
6细砂 4.0 240 67 67 1100 1200 20 139
7圆砾 8.6 350 110 110 2400 3500 27 180
8粘土 2.3 315 67 67 1400 2200 20 78
9砾砂 7.8 360 120 120 1800 3000 25 167
3 基础方案设计计算
该教学大楼长74.6m宽60.5m。采用框架结构,每层高3.0m，共20层，故场地类型为C类。
3.1 风荷载力计算
1 楼高:H=20×3.0=60m
2 柱子最大承担上部荷载面积s=6.9×4.2=28.98
3 单根柱子承担在房屋自重产生的荷载为P=28.98×20×18=10432.8ＫＮ
4 风引起的荷载计算
--风荷载标准值
--Z高度处风振系数
--风荷载体型系数
--风荷载高度变化系数
--基本风压
根据建筑规范查得xx =0.35
迎风面: 背风面:
则由此产生的荷载为:
wk=1×(0.8+0.5) ×1.35×0.35=0.614 KN/m2
由标准值转为设计值:
1.4wk=1.4×0.614=0.860 KN
则风荷载产生的剪力为:
V=wkH*L=0.860×60×6.9=356KN
风荷载产生的力矩:
由于该排有四个柱子且惯性矩(I)都相等故
每根柱子承担的剪力:
V=
每根柱子承担的力矩:
3.2 桩型选择和持力层确定
表3-1各地层的厚度和主要力学参数
序号 土名 厚度 承载力特征值fk(kPa) 预制桩qsik(kPa) 人工挎孔桩qsik(kPa) 预制桩qpk(kPa) 人工挎孔桩qpk(kPa) 重度 ( )
压缩模量
1 填土 4.6 70 20 20 19
2 粉质粘土 2.8 223 67 67 900 1800 20 93
3 细砂 1.0 270 58 58 1800 3200 27 139
4 粘土 0.9 285 67 67 900 1800 20 93
5 细砂 4.0 220 58 58 1100 1200 20 139
6 圆粒 8.6 320 110 110 2400 3500 27 180
选择6号圆砾为持力层，为消除负摩阻力影响承台制于2号粉质粘土上，桩径为600×600桩，预制桩进入持力层深度为5d=3.0m，桩长11.7m。
3.3 验算单桩承载力
确定单桩竖向极限承载力标准值
--单桩极限摩阻力标准值（kN）
--单桩极限端阻力标准值（kN）
--桩的横断面周长（m）
--桩的横断面底面积（ ）
--桩周各层土的厚度（m）
--桩周第i层土的单位极限摩阻力标准值（ ）
--桩底土的单位极限端阻力标准值（ ）
3.4 确定桩数及桩布置
确定单桩竖向极限承载力设计值R,并确定桩数N及其布置。
假设先不考虑群桩效应,估算单桩竖向承载力设计值R为：
R--单桩竖向极限承载力设计值，kN
--单桩总极限侧阻力力标准值，kN
--单桩总极限端阻力力标准值，kN
--桩侧阻力分项抗力系数
--桩端阻力分项抗力系数
查表得： =1.62
按轴力P和R估算桩数n1为：
由于n1＞3，应考虑群桩效应和承台的效应确定R。
姑且先取桩数n=6根，桩的布置按矩形排列，桩距 ，取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.6m，布置如图３-３，则承台底面尺寸为：3.0m×4.8m。下面按桩数=6，求单桩竖向承载力设计值R：
其中：
--侧阻群桩效应系数
--端阻群桩效应系数
--承台土阻力阻群桩效应系数
--承台内区土阻力群桩效应系数
--承台外区土阻力群桩效应系数
--承台土阻力分项抗力系数
--桩基中相应于每一根桩的承台底地基土极限抗力标准值（kN），
--承台底 承台宽度的深度范围内（ ），地基土极限抗力标准值，可按《地基规范》中相应的地基土承载力
标准值乘以2取值，（ ）；
--承台底地基土净面积（ ）。
--承台内区的净面积
--承台外区的净面积
--承载力特征值，
查表得：
下面验算取 是否合适
承台重：
故取6根桩可以，确定承台底面尺寸及桩的排列如图1-1
图3-1 桩的布置及承台尺寸
3.5 桩基中各单桩受力验算
单桩所受的平均竖向作用力为：
桩基中单桩最大受力 为：
--作用于承台底面的外力对通过群桩形心的y轴的力矩设计值
--第 桩至y轴的距离，m
桩基中单桩最小力 为：
以上二项都满足要求
由于水平力 。
则与竖向的合力与铅锤线夹角 ，故可以不验算单桩竖向承载力。
3.6 承台的抗冲切验算
取承台1.7m，钢筋混凝土保护层厚度100mm，构造见图３-２，选用混凝土为 其 。
（1）柱对承台的冲切验算
根据公式： ； ； ；
式中： --建筑桩基重要性系数，取 =1.1；
--作用于冲切破坏上的冲切力设计值（ ），即等于作用于桩的竖向荷载设计值F减去冲切破坏锥体范围内各基桩底的净反力设计值之和；
--混凝土抗拉强度设计值（ ）；
--冲切破坏锥体 处的周长（ ）；
--承台冲切破坏锥体的有效高度（ ）；
--冲切系数；
--冲跨比， ， 为冲跨，即柱边或承台变阶处到桩边的水平距离，按圆桩的有效宽度进行计算。当 时，取 =0.2 ；当 时，取 = 。
，
=1000 ，
则： = =0.625， = =0.87
所以:
满足要求。
（2）角桩冲切验算
对于四桩承台，受角桩冲切的承台应满足下式：
；
；
；
式中： --作用于角桩顶的竖向力设计值（ ）；
--角桩的冲切系数；
--角桩冲跨比，其值满足0.2～1.0， = ， = ；
--从角桩内边缘至承台外边缘的距离（ ），此处应取桩的有效宽度；
--从承台底角桩内边缘引一 冲切线与承台顶面相交点，至角桩内边缘的水平距离；当柱或承台边阶处位于该 线以内时，取由柱边或变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线。
，
=
=
取：
所以：
满足要求
所以承台不发生冲切破坏。
3.7 承台剪切验算
对于柱下正方形独立承台，只需要对柱的一个轴进行验算承台的斜截面抗剪承载力即可。《桩基规范》规定，剪切破裂面为通过柱边和桩边连接线形成的斜截面，抗剪验算应满足：
式中： --垂直于x方向斜截面的最大剪力值，可取抗剪计算截面一侧的桩顶净反力设计值总和（ ）；
--垂直于y方向斜截面的最大剪力值，可取抗剪计算截面一侧的桩顶净反力设计值总和（ ）；
--垂直于x方向的斜截面抗剪承载力设计值（ ）
--垂直于y方向的斜截面抗剪承载力设计值（ ）
= ，
= ，
--剪切系数，当 时， ；
当 时， ；
--计算截面剪跨比， = ， 。当 时，取 =0.3，
当 ，取 =3；
--混凝土轴心抗压强度设计值（ ）；
--承台计算截面的有效高度（ ）；
， --承台计算截面处的计算高度（ ）。
对 于Ⅰ-Ⅰ截面抗剪验算：
=1.0
于Ⅱ-Ⅱ截面抗剪验算
Ⅱ-Ⅱ截面左侧共3根单桩其反力为：
， ， ；
=
取 =0.3
满足要求
图3-2 桩基的平面及剖面图
3.8 沉降计算。
桩基的最终沉降量表达式为：
=
式中： --桩基的最终沉降量（ ）；
--按分层总和法计算经验系数（ ）；
--按分层总和法计算经验系数，当无地区经验时，可参考：非软土地区和软土地区桩端有良好持力层时， =1；软土地区，且桩端无良好持力层时，当 ≤25 ， =1.7；当 25 ， = ；
--桩长（ ）；
--桩基等效系数
--桩基等效系数。定义为：群桩基础按明德林解计算沉降量 与按布氏解计算沉降量 之比，可按下式简化计算：
， ，
式中： ， ， --反映群桩不同距径比 ，长径比 ，及承台的长宽比 等因素的系数，可查《基础工程》的附录Ⅳ表。 ， ， 分别为矩形承台的长、宽及桩数。
--矩形布桩时的短边布桩数，当布桩不规则时可按 ，近似，当 计算值小于1时，取 =1
-- 角点法计算点对应的矩形荷载分块数
--角点法计算点对应的第j块矩形底面长期效应组合的附加力，kN
--桩基沉降计算深度范围内所划分的土层数
--等效作用底面以下第I层土的压缩模量（ ）；采用地基土自重压力至自重压力加附加应力作用时的压缩模量
--桩端平面第j块何在计算点至第 层土，第 层土底面的距离（m）
--桩端平面第j块荷载计算点至第I层土，第 层土底面深度范围内平均附加应力系数，可按规范附录G采用矩
形基础中心点沉降
=
式中： ， --根据矩形长宽比 及深度比 ，
查附录G地基沉降计算深度 ，按应力比法确定，且 处的附加应力 与土的自重应力 应该符合下式要求：
由于：
查表得： =0.113 =1.510 =6.434
计算各层土的自重应力：
--第 层土底的自重应力，
--第 层土的重度，在地下水位以下用浮重度
--第 层土的厚度，m
各层地基附加应力计算：
； ；
--基底附加应力，
--第 层土底附加应力，
--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 ， ， 是矩形的长边， 是矩形的短边，而 是从基础底面起算的深度。
=
3-2 各层土的自重应力与附加应力成果表
位置 深度
自重应力
1 0 0 1.6 0.2500 766.9 87.4
2 2.8 2.33 1.6 0.0916 279.2 115.4
3 3.8 3.17 1.6 0.0580 177.9 132.4
4 4.7 3.92 1.6 0.0283 86.8 141.4
5 8.7 7.25 1.6 0.0089 27.3 184.1
6 11.7 9.75 1.6 0.0047 14.4 232.4
5号位置细砂底的自重应力的0.2倍与附加应力相当
=27.3
故沉降计算截止到5号细砂
查规范附录G得，当2，3，4，5位置上的 =0.176， ，
=0.0825
=5.1mm
即：s=5.1mm小于规范容许值
3.9 桩基的配筋计算
混凝土采用 ，钢筋用
--轴向压力承载力设计值；
0.9--可靠度调整系数
--钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数
根据试验结果及数理统计可得下列经验公式：
当 时：
=1.177
当 时：
《混凝土设计规范》中，对于细长比 较大的构件，考虑到荷载初始偏心和长期荷载作用下对构件的不利影响较大， 的取值比按经验公式所得到的 值还要降低一些，以保证安全。对于细长比 比小于20发构件，考虑到过去使用经验， 的值略微抬高一些。"规范"采用的 值见表6-1
--混凝土的轴心抗压强度设计值
A--构件截面面积
--纵向钢筋的抗压强度设计值；
--全部纵向钢筋的截面面积
当纵向钢筋配筋大于 %时，式中A应改用
查表得 =0.75
（1）求纵筋 ：
已知矩形混凝土上截面面积：
A=600×600=360000
=2385
（2）计算配筋 ：
=0.66%
故选用8根二级钢筋 配筋图如下。
图3-3 桩基的配筋图
