基础工程课程设计

1、基础工程课程设计名 称：桩基础设计姓 名：文嘉毅班 级：051124学 号：20121002798指导老师：黄生根桩基础设计题高层框架结构(二级建筑)的某柱截面尺寸为1250x 850mm，该柱传递至基础顶面的荷载为：F=9200kN , M=410kN?mi H=300kN ,采用6-8根小800的 水下钻孔灌注桩组成柱下独立桩基础，设地面标高为±0.00m,承台底标高控制在200m ,地面以下各土层分布及设计参数见附表，试设计该柱下独立桩基础。设计计算内容：1 .确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值 Q"2 .确定桩中心间距及承台平面尺寸；3 .计算复合基桩竖向承载

2、力特征值 R及各桩顶荷载设计值N,验算基桩竖向 承载力；计算基桩水平承载力RL并验算；4 .确定单桩配筋量；5 .承台设计计算；6 .绘制桩基结构图。项 目湿 重 度3kN/m孔 隙 比e液性 指数Il压缩模里MPa承载 力 特征 值 f aK kPa层 厚m钻孔灌注桩桩基参数极限 侧 阻 力标准 值 qsik kPa极限 端 阻 力标准 值 qPK kPa地基土水平 抗力系数的 比例系 数4m(MN/m)层粉土19.00.9026.0804.3236层粉细砂19.60.9006.51053.8209层细砂19.80.8607.81252.82813层粉土19.60.81010.51402.3

3、4015层1粉细砂19.70.857.01154.42812层粉细砂19.70.77016.01703.04885028层粉质粘 土19.80.683 ().258.51602.56625层粉土19.80.75013.71702.95825层粉质粘 土19.90.716 ().466.11455.76014层1粉砂20.00.77014.01900.85282037层粉质粘 土19.90.716 ().466.11454.56071014层粉土20.40.70013.01953.56236层粉质粘 土19.90.706 ().278.21704.86828层(11)细砂20.20.69022.

4、022017.770150045设计内容一.确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值Quk1 .确定桩端持力层及桩长根据设计要求可知，桩的直径 d =800mm根据土层分布资料，选择层厚为 4.5m的层粉质粘土为桩端持力层。根据建筑桩基技术规范的规定，桩端全断面进入持力层的深度，对粘性土、粉土不宜小于2d。因此初步确定桩端进入持力层的深度为2m。则桩长l为：l =4.3+3.8+2.8+2.3+4.4+3.0+2.5+2.9+5.7+0.8+2-2=32.5m2 .计算单桩极限承载力标准值因为直径800mm的桩属于大直径桩，所以可根据建筑桩基技术规范中的经验公式计算单桩极限承载力标准值 Quk

5、:QukQsk Qpkusiqsiklipqpk Ap(1-1)其中桩的周长u= d=2.513m；桩端面积A0 = d2 / 4 =0.503 m2; si、0为p s p1/51/5别为大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数， si= 0.8/d =1, p= 0.8/D =1。根据所给土层及参数，计算Quk：Quk =2.513 1X23 卒.3-2)+20 3羽+28 2.8+40 2.3+28 4.4+48 3.0+66 2.5+58 >2.9+60 5.7+52 0.8+60 2+1 H10>0.503=3883.6kN确定单桩极限承载力标准值Quk后，再按下式计算单桩竖向承载

6、力特征值：1 CR: Quk(1-2)K其中K为安全系数，取K=20M Ra=3883.6/2=1941.8kN。二.确定桩中心间距及承台平面尺寸桩数n=F/Ra =9200/1941.8=4.7,所以暂取桩数为6根。根据建筑桩基技术规范的规定，非挤土灌注桩的最小中心距为 3d,边 桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的 距离不应小于150mm。取桩中心距Sa为2.5m,边桩中心距承台边缘的距离取为 0.8m。则承台长度 Lc=2X(2.5+0.8)=6.6m,承台宽度 Bc =2>0.8+2.5=4.1m。承台平面示意图如下：三.计算复合基桩竖向承载力特

7、征值R及各桩顶荷载设计值N，验算基桩竖向承载力；计算基桩水平承载力%并验算1 .确定复合基桩竖向承载力特征值根据建筑桩基技术规范中介绍的方法，对于此类情况，应按下式确定其复合基桩的竖向承载力特征值：RRacfakAc(3-1)其中c为承台效应系数，可根据Sa/d、Bc/l等参数查表得到。当计算桩为非正方形排列时，Sa jA/n , A为承台计算域面积，n为桩数。Sa .6.6 4.1/6=2.124, Sa / d 2.124/0.8=2.655, Bc/l 4.1/ 32.5=0.126,通过查表，可取 c为0.06。fak为承台下1/2承台宽度且不超过5m深度范围内地基承载力特征值的厚度加

8、权平均值，由资料可得，fak为80kPa。Ac为计算基桩所对应的承台底净面积，AcA nAps/n, Aps为桩身截面面积。则 Ac=(6.6 4.1-6 冰503)/6=4.007 nf。则复合基桩的竖向承载力特征值R RacfakAc=1941.8+0.06 80X4.007=1961.1kN2 .确定各桩顶荷载设计值N ,验算基桩竖向承载力根据建筑桩基技术规范中介绍的方法，各桩顶荷载设计值可由下式计算:(3-3)ikFkGk Mxk、2 nyjMykXi2 xj式中Fk为荷载效应标准组合下作用，作用于承台顶面的竖向力；Gk为桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的

9、浮力，此处 承台上土的重度取为10kN/m3; Mxk、M yk分别为荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过桩群形心的x、y主轴的力矩；x、xj > yi、yj分别为第i、j基桩或复合基桩至y、x轴的距离。暂取承台高度为1.8m, M与长边方向(x轴方向)一致。桩按从左到右、 从上到下的顺序分别记为16号桩。各桩顶荷载设计值如下：Nik N4k (9200+2 66 4.1 10)/6+(410+300 1.8) 25/(4 2.5 2.5)=1718.5kNN2kN5k (9200+2 6.6 4.1 10)/6=1623.5kNN3k N6k (9200+2 6.6 4.1 10

10、)/6-(410+300 1.8) 25/(4 2.5 2.5)=1528.5kN由计算结果可得：Nkmin=1528.5kN>0,基桩不受上拔力。Nkmax =1718.5kN< 1.2 R,基桩竖向承载力满足要求。3 .计算基桩水平承载力Rha并验算根据建筑桩基技术规范规定，当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下 式估算桩身配筋率小于0.65%的灌注单桩水平承载力特征值：0.75 mftW0N N/c c、Rha mJ- 1.25 22 g 1 -A-(3-3)mm ft An为桩的水平变形系数，勺曾，其中m为地基土水平抗力系数的比例系数；b0为桩身的计算宽度，对于圆形桩，当直径

11、d01m时，b0 0.9 1.5d 0.5 ;EI为桩身抗弯刚度，对于钢筋混凝土桩，EI0.85EcI°,巳为混凝土弹性模量,Io为桩身换算截面惯性矩：圆形截面Io W0d0/2;叫为桩身换算截面受拉边缘的截面模量，此处W0 d2 2( E 1) gd02 ; d0为扣除保护层的桩直径；E32为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；g为桩身配筋率；m为桩截面模型塑性系数,圆形截面m=2; ft为桩身混凝土抗拉强度设计值；m为桩身最大弯矩系数;N为桩顶竖向力影响系数，竖向压力取 0.5； An为桩身换算截面积，圆形截面Ad21 ( e 1) g； N为在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力。

12、4m (4.3-2) 6+3.8 溜+2.8 X3+2.3 15+4.4 12+3X28+2.5 25+2.9 25+5.7 14+0.8X37+2M4/32.5=16.25MN/ m4b0 0.9 41.5 0.8+0.5)=1.53m若桩身采用C30的混凝土，其弹性模量Ec为3 104 N/mm2,混凝土保护层的厚度取为60mm,采用HRB335规格的钢筋，其弹性模量Es为2 105N/mm2。do=800-2)60=680mm54E = (2 10 )/(3 10 )=6.67当桩径为300-2000mm时，桩身正截面的配筋率可取 0.65%-0.2%,暂取桩身配筋率 g为0.58%。g

13、W。12一九 0.80.82 2 6.67 1320.58% 0.6820.053m3Io 0.5 8.053 o.68=0.01802m4,16250 1.5315： 0.558m 1, 459510C30混凝土的抗拉强度设计值ft为1.43MPa。桩身最大弯矩系数 m可根据20.519m2h的值查表获得，m为0.926。An 0.25 兀 0.82 1 5.67 0.58%所以基桩水平承载力Rha为:0.75 0.558 2 1.43 0.0530.5 16230.9262 1.43 0.5191.25 22 0.58%1 =51.69kN群桩基础的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、

14、土相互作用产生的群桩效应,可按下列公式确定:RhhRha(3-4)(3-5)式中效应系数;PCbn皿Rh(3-6)-0.015n 2 0.45Sa di0.15nl0.10n2 1.9Pccfak A nAps(3-7)(3-8)h为群桩效应综合系数；i为桩的相互影响效应系数； r为桩顶约束i为承台侧向土水平抗力效应系数(承台外围回填土为松散状态时取l=0); b为承台底摩阻效应系数；Sa/d为沿水平荷载方向的距径比；R、电分别为沿水平荷载方向与垂直水平荷载方向每排桩中的桩数;为承台底与地基土间的摩擦系数；PC为承台底地基土分担的竖向总荷载标准值。沿水平荷载方向的距径比 Sa /d =2.5/

15、0.8=3.125。沿水平荷载方向每排桩中的桩数 r=3,垂直水平荷载方向每排桩中的桩数n2 =2。0.678。桩的相互影响效应系数八 , 一 0.015 2 0.453.125i 0.15 3 0.1 2 1.9通过查表可得，=2.05。承台侧向土水平抗力效应系数l =00PC 0.06 80 (6.6 4.1 6 0.503) 115.4kN通过查表，可取承台底与地基土间的摩擦系数为0.3。b (0.3 115.4) / (3 2 51.69) 0.112h 0.678 2.05 0 0.112 1.502由此可得，群桩基础的基桩水平承载力特征值为Rh 1.502 51.69 77.6kN

16、基桩水平力设计值Hk 300 50kN<77.6kN,所以基桩水平承载力满n 6足要求。四.确定单桩配筋量由配筋率g =0.58%可得，单桩中纵向钢筋的截面面积为：A a 1 d2 0.58% 10.82 2915mm2g 44根据灌注桩的配筋要求，选用 8根22的HRB335钢筋，其截面面积为 3041mm2,满足要求。桩顶纵向主筋应锚入承台内，锚入长度取为800mm。根据混凝土结构设计规范规定，柱及其他受压构件中的周边箍筋应做成 封闭式；其间距在绑扎骨架中不应大于 15d (d为纵筋最小直径)，且不应大于 400mm,也不大于构件横截面的短边尺寸。箍筋直径不应小于 d/4 ( d为纵

17、筋最 大直径)，且不应小于6mm。根据箍筋的配置要求，箍筋选用08的HPB235级钢筋，采用间距为200mm 的螺旋式箍筋。五.承台设计计算1 .承台构造根据建筑桩基技术规范 要求，桩嵌入承台内的长度对中等直径桩不宜小 于50mm,对大直径桩不宜小于100mm。承台底面钢筋的混凝土保护层厚度， 当有混凝土垫层时，不应小于 50mm,无垫层时，不应小于70mm,并不小于桩头嵌入承台内的长度。取承台高度为1.8m,桩头嵌入承台内的长度为100mm,承台底面钢筋的混 凝土保护层厚度取为120mm。2 .抗剪切计算按照建筑桩基技术规范规定，柱下独立桩基承台斜截面受剪承载力应按 下列规定计算：1.751

18、V hs ftboho(5-1)(5-2)1/4(5-3)800hshe式中V为不计承台及其上士自重，在荷载效应基本组合下，斜截面的最大剪 应力设计值；ft为混凝土轴心抗拉强度设计值；b0为承台计算截面处的计算宽度;h0为承台计算截面处的有效高度；为承台剪切系数；为计算截面的剪跨比，xax/h0,yay/h0,此处，a*、ay为柱边(墙边)或承台台阶处至y、x方向计算一排桩的桩边的水平距离；hs为受剪切承载力截面高度影响系数。计算示意图如下：有效高度 h0=1800-120=1680mm。hs1/480016800.831根据建筑桩基技术规范规定，对于圆柱及圆桩，计算时应将其截面换算成方柱及方

19、桩，换算桩截面边长 bp 0.8d 0.8 0.8 0.64m。柱边至y、x方向计算一排桩的桩边的水平距离:1250 640 ax 2500 x22计算截面的剪跨比：1555mm, ay2500 850 640 505mm21555 , x 0.926, y1680505 八 0.301 1680承台剪切系数:1.751.75 v 1.75x0.909, y x 10.926 1y v 1x y1.751.3450.301 1桩按从左到右、从上到下的顺序分别记为16号桩。(1)对于I I截面:box=6.6mV1 N1k N2k N3k 1718.5 1623.5 1528.5 =4870.5

20、kNI Ik 2 k3 k hs yftboxho 0.831 1.345 1430 6.6 1.68 17722kN>4870.5kN,所以满足要求。(2)对于H II截面:boy 4.1mV2 N1k N4k 1718.5 1718.5 3437.0kNhs xftb0yh0 0.831 0.909 1430 4.1 1.68 7440kN > 3437.0kN,所以满足要求。3 .抗冲切计算按照建筑桩基技术规范规定，冲切破坏椎体应采用自柱(墙)边或承台 变阶处至相应桩顶边缘连线所构成的椎体，椎体斜面与承台底面之夹角不应小于 45°。椎体斜面与承台底面之夹角arcta

21、n -h0- arctan1680 47.2° ,所以夹角满ax1555足要求。(1)承台受柱冲切的承载力计算对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式计算：Fl2 ox bc a°y0y ha0xhpfth。(5-4)FlFQi(5-5)(5-6)0.840.2式中Fi为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏椎体上的冲切力设计值；ft为承台混凝土抗拉强度设计值； hp为承台受冲切承载力 截面高度影响系数，当h0800mm时，hpM 1.0, h> 2000mm时，hpM 0.9, 其间按线性内插法取值；、bc分别为x、y方向的柱截面的边长；。为

22、柱（墙）冲切系数；为冲垮比，a° /h°, a°为柱边或承台变阶处到桩边水平距离，当 <0.25时，取 =0.25,当 >1.0时，取 =1.0; F为不计承台及其上士重, 在荷载效应基本组合下柱（墙）底的竖向载荷设计值；Qi为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下冲切破坏椎体内各基桩或复合基桩的反力设计值之 和。0.840.840x x 0.20.926 0.20.746,0.840.840y y 0.20.301 0.21.6770.56(5-8)根据线性插值法计算得到，hp =0.917。因为冲切破坏椎体内无基桩，所以Qi =00冲切力设计值为

23、：Fl FQi 9200 0 9200kN承台受柱冲切的承载力为：25179kN> Fl因此，承台受柱冲切的承载力满足要求。（2）承台受基桩冲切的承载力计算根据建筑桩基技术规范规定，四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切的承 载力可按下列公式计算：Nl 1x c2 a1y / 2 1y G a1x /2hp ft h0（57）1x0.2Mx NiYi(5-10)0.561yy 1y 0.2式中Ni为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩（含复合基桩）反力设计值;1x、1y为角桩冲切系数；ax、a1y为从承台底角桩顶内边缘引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离，当柱（墙）边或承台变阶处位于该450线以内时，则取由柱（墙）边或承台变阶处与桩内边缘缘的有效高度;连线为冲切椎体的椎线；01、C2为角桩内边缘到承台外边缘距离；h0为承台外边1x、1y为角桩冲垮比，1xax/h0, 1yay/h0,其值均应满足0.251.0的要求。ax a0x 1555mm,aya°y 505mm1x x 0.926,1yy 0.301则角桩冲切系数1x0.561x 0.2登 0.497iy0.561y 0.20.56 =1.118 0.301 0.2640C1 C2800 -21120mm不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩反力设计值最大值 为：