柱下独立桩基础计算书

某高层建筑，上部结构为18层框架结构，因为勘察发现工程建设场地浅层范围没有良好的基础持力层，为此拟采用柱下独立桩基础。

柱下独立桩基础的承台埋深2.5米，底面几何尺寸为4m*4m，混凝土为C30。柱断面尺寸为1.0*1.0m。采用4根水下钻孔灌注桩，直径d=800mm，布置如下图。相应的荷载效应标准组合为Fk=6500kN，Mk=420kN.m，（永久荷载控制）。计算基础沉降时，采用按中心荷载考虑，准永久荷载为F=6800kN。

2 场地工程地质与水文地质条件

根据对现场钻探、原位测试与室内土工试验成果的综合分析，在本次岩土工程勘察勘探深度范围内共有5层土层，分别是：

表层为人工堆积的人工填土，厚度2米，往下为粉质粘土，层厚约10.5米，第三层是厚度约4米的密实细砂层，第四层为层厚为4米，压缩模量为30MPa，桩端阻力特征值为qpa1000kPa，qsa60kPa的中密砾石层，最后是一层压缩模量ES25MPa的深厚粉质粘土层。地下水位在地表面下3.5米处

3 方案选择

首先，对于上部结构18层的框架结构，且地基土土质情况不太好的情况，我们可选用柱下条形基础、柱下独立桩基础、筏板基础以及箱形基础。

桩基础是垂直或倾斜布置于地基中，其断面积相对长度很小的杆状构件， 能将上部荷载传递给地基的基础。 目前桩基础主要应用于以下方面：

1、 上部荷载很大，只有在较深处才能有满足承载力要求的持力层的情况；

2、 为了减少基础的沉降或不均匀沉降，利用较少的桩将部分荷载传递到地基深处，从而减少基础沉降，按沉降控制设计，这种桩基础称为减沉桩基础或疏桩基础；

3、 当设计基础底面比天然底面高或者基础底部的土可能被冲蚀，形成承台与地基土不接触的高承台桩基；

4、 有很大的水平方向荷载情况，如风、浪、水平土压力、地震荷载和冲击力等荷载，可采用垂直桩、斜桩承受水平荷载；

5、 地下水位较高，加深基础埋深需要进行深基坑开挖和人工降水，这可能不经济或者对环境有不利影响，这时可考虑采用桩基础；

6、 在水的浮力作用下，地下室或地下结构可能上浮，这时用桩抗浮承受上拔荷载；

7、 用桩穿过湿陷性土，膨胀土、人工填土、垃圾土和可液化土层，可保证建筑物的稳定。

柱下条形基础是软弱地基上框架或排架结构常用的一种基础类型，分为沿柱列一个方向延伸的条形基础梁河沿两个正交方向延伸的交叉基础梁。它具有刚度较大，调整不均匀能力较强的优点，但造价较高。因此在一般情况下，柱下应优先考虑设置单独基础。如遇下述特殊情况时可以考虑采用柱下条形基础

(1) 当地基较软弱，承载力较低，荷载较大，或地基压缩性不均匀时； (2) 当荷载分布不均匀，可能导致不均匀沉降时；

(3) 当上部结构对基础沉降较敏感，有可能产生较大的次应力或影响使用功能时。

对于筏板基础和箱形基础；筏板基础是埋置于地基的一块整体连续的厚钢筋混凝土基础板；箱形基础是埋置于地基中有底板、顶板、外墙和相当数量的纵横隔墙构成的单层或多层箱形钢筋混凝土结构；

这类基础主要应用于建筑物上部荷载很大，高耸复杂结构对地基沉降与不均与变形较敏感，对抗震也有更高的标准，而且对建筑物地下空间还有更大更多的使用要求的情况。这类基础不仅具有较大的刚度和整体性，还可与地下室建造相结合，但是造价很高，技术难度很大，比一般的基础昂贵很多。

考虑到本工程上部荷载很大，地下水位较高，且在较深处才有能满足承载力要求的持力层，加深基础埋深需要进行深基坑开挖和人工降水，对工程不经济。因此，使用柱下条形基础和筏板基础、箱形基础使得本工程很不经济，采用柱下独立桩基础既能使上部结构的承载力及基础沉降满足要求，在一定程度上较其他方法也更经济一些，故而，本工程选用柱下独立桩基础。

4 桩基设计

4.1 单桩承载力特征值Ra计算

首先选择第四层中密砂石为桩端持力层，采用4根水下钻孔灌注桩，截面直径d800mm，桩端进入持力层2m，桩长16米，承台埋深2.5米。计算剖面图如下：

图1 计算剖面简图

特征值Ra的计算：根据公式：

RaqpaApupqsiahiqpa—桩端阻力特征值qsia—桩侧阻力特征值Ap—桩截面面积up—桩身周长hi—桩身穿越每一层土的高度进行计算。

qpa1000kpaApπ4d2π40.80.5024m22

upπD3.140.82.512m则可得Ra10000.50242.51224103546021758.4kN4.2 单桩承载力验算：

GkGAd20442.5800kNfFGKn650080041825kNRa1758.4kN

故采用4跟桩不能满足要求nFGRa73001758.44.15QkFG51460Ra由此取n5,此时桩承受的竖向力此时满足承载力要求。

单桩偏心荷载下最大竖向力为：

Qk,maxFGnMyxix2i14604201.241.221547.2kN1.2Ra

图 2 桩位布置及承台尺寸

承台及灌注桩的布置剖面图如附图 1。

4.3 抗弯设计与配筋计算

在承台结构计算中，取相应荷载效应基本组合的设计值，按下式计算：

S1.35Sk则，F1.35Fk8775kN,M1.35Mk567kNm

对于承台，承台厚1.2米，保护层厚度取为50mm，则有效高度

h01200501150mm，混凝土强度等级C30，

22抗拉强度ft1.43N/mm,钢筋选用HRB335级，fy300N/mm，如图3所示：

图3 承台设计计算图

则各桩不急承台以及承台上土重部分的净反力Ni为：

__各桩平均竖向反力N1.35Fkn1.3513001755kN。最大竖向反力

Nmax1.35[130087.5]1873.125kN

对于断面1-1：

MyNixi2Nmaxxi21873.1250.72622.375kNm

故承台的最大弯矩为My2622.375kNm

则，设钢筋面积为As：

My2由sfcbh02622.375102214.3400011500.035s,max0.399

故满足适筋要求。

s0.5112s0.98AsMysfyh07756.2mm2

2采用25根直径为20mm的钢筋，As7855mm。钢筋间距

d4000252026135mm；平行于x轴布置。

对于2-2断面：

MxNiyi2Nyi217550.72457kNmMx则，As0.98fyh07267.1mm2

2选用25根直径20mm的钢筋，As7855mm，平行于y轴布置。

承台的配筋图见附图2.

4.4 承台的抗冲切验算

4.4.1 柱的向下冲切验算

图4 柱下冲切计算简图

由图可知，其扩散角arctan1.20.37645，因此需进行抗冲切验算。

冲切计算可按下式进行：

Fl2oxbcaoyaoycaoxhpaoxh0fth00.26式中，aoyaox0.3m.oxoyacbc1m;oxoy1.83hp110.920008001150800oyc0.972oxbcaoy11677kNaaoxhpfth021.8310.31.8310.30.9711001.15FlFN877517757000kN11677kN满足条件。其中：

Fl—不计承台及其以上填土自重，作用在冲切破坏锥体上的冲切力设计值，冲

切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶至相应桩顶内边缘连线构成的锥体，锥体与承台地面的夹角>45°；

h0—冲切破坏锥体的有效高度，一般为承台受冲切承载力截面的厚度减去保护

层厚度；

hp—受冲切承载力截面高度影响系数

ox,oy—冲切系数；

aoxh0a0yh0ox,oy—冲跨比，ox,,oy；

a0x,a0y—柱边或变阶处至相应桩边的水平距离。当a0xa0y0.2h0,时，取

a0xa0y0.2h0,；当a0xa0y0.2h时，取a0xa0yh0,

F—柱根部轴力设计值

4.4.2 角桩的冲切验算

图 5 角桩冲切计算简图

冲切力Nl必须不大于抗冲切力，则需满足：

a1ya1xNl1xc221yc12hpfth0由图可知c1c21.2m;a1ya1x0.3m1x1ya1xh00.26;1x1y0.561y0.21.22hp0.97则抗冲切力a1ya1x1xc221yc12hpfth04042kN

NlNmax1873.125kNNl抗冲切力，满足要求。

4.5 承台抗剪验算

承台需满足剪切力V必须不大于抗剪切力，即满足：

Vhsftbh0

对于图2中的1-1截面：

ax0.3m,x1.75axh00.260.3,取0.3111.35；hs800h040.9;b4m

V2Nmax21873.1253746.25kN抗剪切力0.91.35110041.156148kNV抗剪切力，满足要求。对于图2中的2-2截面：

a1yh00.31.151.75a1y0.3m,y0.260.3,取0.3，则11.35V2N217553510kN抗剪力0.91.35110041.156148kN

满足要求。

4.6 沉降验算

基础的沉降计算采用实体深基础的计算方法，采用扣除摩阻力法:

FG2a0b0qsiahia0b0P0

F—作用在桩基承台顶面的竖向力，kN； —承台和承台上土的自重；

—群桩的外缘矩形面积的长短边的长度，m;

Ga0，b0qsia—桩身穿越的第i层土的侧阻力特征值；

hi—桩身所穿越第i层土的土层厚度，m.

a0b03.2mGGAd20442.5800kN其中:

P0680080023.23.210243546023.23.2187.5kP

a0b01，则

表1 平均附加应力计算表

z/m z/b i EsiMpa 0 3.2 6.4 10 14 16 0 1 2 3.125 4.375 5 1 0.698 0.446 0.311 0.232 0.206 25 25 25 25 20 30 由以上计算表得土层的总沉降量

s'Ezsip0iii1zi1111187.53.20.6896.40.4463.20.689100.3116.40.446140.232100.311160.206140.23225203025mmsn160.206140.232187.50.01mm0.025si0.625mm30EA10.311sA1013.1113804823.4MPaEsi250.200.3015MPaEs30MPa;取p0.4s'ps10mms20mm故满足要求。

5 施工组织设计