基础工程灌注桩设计

基础工程课程设计

题 目 灌注桩基础设计

学 部 城建学部 专 业 土木工程 班 级 学 号

学生姓名 指导教师

日 期 2014-12-05

第一章 桩基础地质条件概述

1。1地形

拟建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾

1.2工程地质条件

第一层土:素填土,层厚1。5m，稍湿，松散，承载力特征值f=95kPa 第二层土：淤泥质土,层厚3。3m，流塑,承载力特征值fak=65kPa 第三层土：粉砂,层厚6。6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa 第四层土:粉质黏土,层厚4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa 第五层土:粉砂层，钻孔未穿孔，中密—密实，承载力特征值fak=280kPa

1。3岩土设计参数

表1—1 地基岩土物理参数

土层 编号 1 2 3 4 5 土的 名称 素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层 含水率W（%) —— 62。4 27.6 31。2 -— 液性指数 标注灌入锤击数Ｎ（次) -— 1。08 -— 0。74 -— —- -— 14 —- 31 压缩模量（MPa） 5 3.8 7。5 9。2 16.8 孔隙比e —— 1。04 0。81 0。79 0。58

表1—2 桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk 单位：kPa

土的 土层编号 1 2 3 4 5 名称 素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层 桩的侧阻力qsk 22 28 45 60 75 桩的端阻力qpk —— —— —- 900 2400 1。4水文地质条件

拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性 地下水位深度：位于地表下3.5m

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1.5场地条件

建筑物所处场地抗震设防烈度为7度,场地内无可液化砂土、粉土

1。6上部结构资料

拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构,长30m，宽9。6m。室外地坪标高同自然地面，室内外差450mm。柱截面尺寸为400mm×400mm,横向承重，柱网布置如图1—1

图1-1网布置图

1.7上部结构荷载

上部荷载(柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值)如表1—

3、1—4

表1-3 柱底荷载效应标准组合值

题 号 9 A轴 2310 FK（kN） B轴 2690 C轴 2970 A轴 275 MK(kN×m) B轴 231 C轴 238 A轴 165 VK（kN） B轴 162 C轴 153 表1-4 柱底荷载效应基本组合值

题 号 9 A轴 2910 F（kN) B轴 3790 C轴 3430 A轴 286 M(N*m） B轴 251 C轴 266 A轴 204 V（kN） B轴 188 C轴 196 1.8材料

混凝土材料强度等级为C25—C30，钢筋采用HPB235、HRB335级。

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第二章 灌注桩设计

1）灌注桩基设计设计方案

初步选择持力层，确定桩型和尺寸

室外地坪标高为—0。45m,自然地坪标高同室外地坪标高.不再进行沉降计算，拟采用直径为500mm的混凝土沉管灌注桩.

选用第五层土粉砂层为持力层，由《建筑桩基设计规范》可知，桩尖深入持力层的长度不宜小于1.5（1.5d=0.675m）,这里取0。75m，设计桩长15。0m，承台高0.95m,承台底面埋置深度-1.5m，桩顶伸入承台50mm,桩顶标高—1.55m，桩底标高为-16。55m,桩长为15.0m.

2）单桩承载力计算

查《建筑桩基设计规范》得表2-1:

表2—1 土侧（端）阻标准值及其深度

土层 编号 1 2 3 4 5 侧（端）阻标准值qsk（kN×m） 22 28 45 60 75 入土深度 l（m) 0。15 3.3 6。6 4.2 0.75 (1）单桩竖向极限承载力标准值计算

单桩竖向极限承载力标准值计算：

QukQskQpkupqsikliApqpk （3—1）

（3-2）

Qsk3.140.500.15223.3286.6454.2600.75751100.5kN Qpk13.140.502900176.6kN （3—3） 4 QukQskQpk1100.5176.61277.1kN

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（2)基桩竖向荷载承载力设计值计算

承台底部地基土较为松软的填土，压缩性大,因此不需考虑承台土效应,即c0，则

RRaQuk1277.1638.6kN （3—4） K2 根据上部荷载初步估计桩数为:

nFk23103.62 (3—5) Ra638.6 初步设计桩数为4根。

桩基验算

根据《建筑桩基设计规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取效应的标准组合值

由于装机所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土、粉土问题，因此可不进行地震效应的竖向承载力验算。

根据初步设计桩数采用正方形承台，由《建筑桩基设计规范》桩间距为设计为3d，桩中心距承台边缘为d，则承台初步设计为2500mm×2500mm,如图2—1

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图2—1 承台平面布置

Gk2.502.501.520187.5kN （3-6） 计算时取荷载标准组合,则

FGk2310187.5Qkk624.38638.6kNRa n4 故而如此设计是合理的

承台最终验算

计算时取荷载标准组合，则

NkmaxNkMYmax(2751650.75)0.75)624.38624.38132.922 (3-8） 40.750.75yMymax(2231580.75)0.75624.38-113.83 （3—9） 40.750.75757.30kN1.2R766.32kNNkminNky2624.38491.46kN0 满足设计要求,故此次设计是合理的。

3)承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2。5m×2。5m如图2-2,初步设计承台厚0。95m，承台混凝土选用C25，ft=1.27N/mm2,fc=11。9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级，fy=300N/mm2。

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图2-2 承台平面布置

4)抗弯计算与配筋设计

承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反设计值为：

F 各桩平均竖向力N1.35k779.6kN

n 最大竖向NmaxFkMyxmax1.351.35(779.6132.92)1231.90kN

nxj对于I-I断面：

MyNixi2NmaxXi21231.900.501355.09kN 钢筋面积

MY1355.09106As5597mm2

0.9fyho0.9300900采用20根直径为22mm钢筋，AS7600mm2,平行于X轴布置。

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对于断面：

MyNiyi2Nmaxyi2779.60.55857.56kN 钢筋面积

Mx857.56106As3531mm2

0.9fyho0.9300900采用15根直径为20mm钢筋，AS4467mm2，平行于Y轴布置。

5）承台厚度及受冲切承载力验算

承台保护层厚度50mm，则h0=950-50=900mm

由于基桩为圆形桩.计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为:

bp0.8d0.8500400mm

1、柱对承台冲切

由《建筑桩基设计规范》承台受桩冲切的承载力应满足：

Fl2[ox(bcaoy)oy(acaox)]hpfth0

柱边至最近桩边水平距离：

aoxaoy350mm

冲垮比：

oxoyaox3500.39 ho900 冲切系数：

oxoy0.840.841.4

ox0.20.390.2 承台受冲切承载力截面高度影响系数：

hp0.9875 则有

2ox(bcaoy)oy(acaox)hpftho 21.4(0.40.35)1.4(0.40.35)0.98712700.90

4740.6kN 页 第 6

F1FNi368003680kN4740.6kN

故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求 2、角桩冲切的验算

承台受角桩冲切的承载力应满足:

a1yNl1xc22

a1x1yc12hpfth0

角桩内侧边缘至承台外边缘距离：

c1c2700mm 柱边至最近桩边水平距离： aoxaoy350mm

角桩冲垮比：

1x1ya1x0.350.39 （在0.25—1.0之间） ho0.9 角桩冲切系数：

oxoy0.560.560.95

ox0.20.390.2 则有

a1ya1x(c)(c1)hpftho1y11x2220.350.35)0.95(0.7)0.987512700.90 0.95(0.7221876.48kN N1Nmax1532.02kN1876.48kN

故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求

6 ）承台受剪承载力计算

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处

Vhsftbh0 受剪面承载力截面高度影响系数:

hsh0.98750

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80014 计算截面剪跨比:

xyaox3500.39 ho900（在0.25-3。0之间）

剪切系数：

1.75 1.259

1hsftbho 0.98751.25912702.50.90

3552.62kN V2Nmax21532.023064.04kN3552.62kN

故满足抗剪切要求

取基桩净反力最大值： Nmax1532.02kN MxNyii21532.020.551685.22kN

M1685.22106AS1AS26935.06mm20.9fyho0.9300900 由《建筑桩基设计规范》“承台纵向受力钢筋的直径不应小于12mm，间距不应大于200mm，柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0。15％\" 承台纵横方向选用直径为18mm的HRB钢筋间距为140mm，则钢筋根数为

n=2500/140+1=19，实际钢筋As=19254。5=4835.5mm2

最小配筋率:

4835.5 min0.215%0.15%

2500900 故配筋满足要求

7）承台构造设计

混凝土桩桩顶伸入承台长度50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高—0.65m，与承台顶齐平，梁宽250mm，梁高400mm.承台底做100mm厚C10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

8）桩身结构设计

沉管灌注桩选用C25混凝土，钢筋选用HPB235级

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9)桩身水平承载力验算

由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为Vk=149kN 则每根基桩承受水平荷载为

H192Hikk48kN

n4 桩身按构造要求配筋,由于受水平荷载影响，则桩身配8Φ12纵向钢筋，

As=904mm2

桩身配筋率为：

AsA9044503.1442g

0.57%

满足0。2%-0.65％之间的要求

由于0.57%<0。65%，则单桩水平承载力特征值计算公式：

Rha0.75mftW0NNk1.2522g1vMmftAn

桩身为圆形截面，故

a2,N0.5

5mb0EI

根据灌注桩桩周主要土层的类别，取桩侧土水平抗力系数的比例系数m=25MN/m4

圆形桩桩身的计算宽度为： b00.91.5d0.51.0575m

EI0.8EcI0I0W0d/2 EEs/Ec 对于C25级混凝土:

Ec2.8104N/mm22.8MN/m2

对于HPB235级钢筋：

Es2.1104N/mm22.1MN/m2

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扣除保护层后的桩直径为 d00.50.070.43m

W0d323.140.45[0.52（27.51）0.75%0.432] 3211.6410-3m3[d22(E1)gd02] I0W0d/211.6410-30.5/22.9110-5m4

EI0.85EcI00.852.81042.9110-552.6MN·m²

5mb0EI5251.05750.709m

52.6 桩顶最大弯矩系数vM取值:由于桩的入土深度h=15。2m，桩与承台为固接，

αh=0.70915。2=10。7768m>4m故而αh=4 则vM=0.926

And24[1(E1)g]3.140.52[1（0.75-1）0.57%]0.204m2 4 Nk取荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载力特征值最小）,则Nk=391。3kN

Rha0.75mfWNt0(1.2522g)(1Nk)vMmftAn0.750.70921.27100000011.64/10000.5407.9761000(1.25220.57%（)1）0.92621.2710000000.16549795.54249.8kN＞48kN 故桩身水平承载力满足要求

10）配筋长度计算

由于侧阻力起主要作用,基桩为端承摩擦型桩，配筋长度应不小于桩长的2/3（即2/3×15.2=10。1m),同时不宜小于4.0/α=4.55m，则配筋长度取10.1m 钢筋锚入承台35倍主筋直径，即35×12=420mm

3.8。4箍筋配置

采用Φ6＠200螺旋式箍筋,由于钢筋笼长度超过4m，需要每隔2m设一道Φ12焊接加劲箍筋

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四、课程设计参考资料

（1)《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2010）,中国建筑工业出版社 (2)《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)，中国建筑工业出版社 (3)《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）,中国建筑工业出版社 (4）《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）,中国建筑工业出版社 （5）《基础工程》(第2版）周景星 李广信 虞石民 王洪瑾 编著 清华大学出版社

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