土力学与地基基础灌注桩基设计说明

《土力学与地基基础》

课程设计计算书题目：灌注桩基设计院系：城市建设学院专业—学号土匕巳指导2015年5月目录设计题目1设计荷载1设计资料11＞地形12＞工程地质条件13＞岩土设计技术参数14＞水文地质条件25＞场地条件2灌注桩基设计3单桩承载力计算3桩基验算3承台设计4桩身结构设计6估算A、C轴线柱下桩数8设计图纸8灌注桩基课程设计计算书设计题目本次课程设计的题目：灌注桩基础设计。设计荷载题号：9号A轴。柱底荷载效应标准组合值如下。错误!轴荷载：F=3130kNM=323kN.M V=211kN错误!轴荷载：F=3970kNM=302kN.M V=223kN错误!轴荷载：F=3950kNM=316kN.M V=230kN〔3柱底荷载效应基本组合值如下。错误!轴荷载：F=3970kNM=393kN.M V=242kN错误!轴荷载：F=5070kNM=354N.M V=236kN错误!轴荷载：F=4520kNM=325kN.M V=238kN设计错误!轴柱下桩基,错误!、错误!轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。设计资料地形拟建建筑场地地势平坦,局部堆有建筑垃圾。工程地质条件自上而下土层依次如下：号土层：素填土，厚度1.5m,稍湿，松散，承载力特征值f=95kPa。ak号土层：淤泥质土，厚度3.3m，流塑，承载力特征值f=65kPa。ak号土层：粉砂，厚度6.6m，稍密，承载力特征值f=110kPa。ak土层：粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，承载力特征值f=165kPaak号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值f=280kPa。ak岩土设计技术参数表1 地基岩土物理力学参数土层编号土的名称孔隙比e含水量W〔％液性指数Il标准灌入锤击数N〔次压缩模里Es〔MPa>①素填土5.0

②淤泥质土1.0462.41.08—3.8③粉砂0.8127.6147.5④粉质粘土0.7931.20.749.2⑤粉砂层0.583116.8表2 桩的极限侧阻力标准值q和极限端阻力标准值qsk pk土层编号土的名称桩的侧阻力qsk桩的端阻力qpk①素填土22—②淤泥质土28—③粉砂45—④粉质粘土60900⑤粉砂层752400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。场地条件建筑物所处场地抗震设防烈度7度，场地内无可液化砂土、粉土。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，室内外高差450m。柱截面尺寸均为400mmX400mm,横向承重,柱网布置如下图所示：材料混凝土强度等级为C25-C30,钢筋采用HPB235、HRB335级。灌注桩基设计建筑物基础设计方案采用混凝土沉管灌注桩,具体设计方案如下：室外地坪标高为-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属丙级建筑桩基，拟采用直径500mm的混凝土沉管灌注桩,以5号土层粉砂层为持力层,桩尖伸入持力层0.8m〔对于砂土不小于1.5d=750mm,设计桩长15.2m,预制桩尖长0.5m,初步设计承台高0.95m,承台底面埋置深度-1.60m,桩顶伸入承台50mm。单桩承载力计算根据以上设计，桩顶标高为-1.6m,桩底标高为-16.8m,桩长15.2m。单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：Q=Q+Q=uEql+Aqukskpkpsikippk由于Q=3.14X500X(0.35X22+3.3x28+6.6x45+4.2x60+0.8x75=1113NskQ=1x3.14x0.42x2400=471kNpk4则Q=1113+471=1584kNuk基桩竖向承载力设计值计算承台底部地基土为较松软的填土,压缩性大,因此本工程不考虑承台土效应取n=0,则有 R=R=-Quk=1584=792kNc aK2根据上部荷载初步估计粧数为 n=£=3130=3.9R792a则估计设计粧数为5根。桩基验算根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008,当按单桩承载力特征值进行计算时,荷载应取其效应标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度,且场地内无可液化砂土,因此不进行地震效应的承载力验算。下面进行基桩竖向承载力的验算。根据桩数设计矩形承台,边长为2.6mX2.6m,矩形布桩，桩最小中心距取1.8m,桩心距承台边缘为400mm。〈见图〉承台及其上土壤的总重为

G=2.6X2.6X1.6X20=216.32kNk计算时取荷载的标准组合,则Fk+Gk3130+216.32,N二」k= =669.26kN<R〔=792kNkn 5N二N+Mymax=”,i(Vx0.95+M)xykmax kYy NHk k ma^乙y2 k Yy2=669.26+(211x°95+323)xO'94x0.92=669.26+145.40=814.66KNN=

kminkN=

kminkYy2= (211x0.95H323)x0.9669.26-4x0.92=669.26-145.40=523.86KN因此N=814.66kNV1.2R<=1.2*792=950.4kN>kmaxN=523.86KN>0kmin满足设计要求,故初步设计是合理的。4.3承台设计根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.6mX2.6m,初步设计承台厚0.95m,承台选用选用C25,/=1.27N/mm2,/=11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋Jtc=300N/mm2。y承台内力计算承台内力计算采用荷载效应组合设计值,则基桩净反力设计值为承台厚度及受冲切承载力验算为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度,初步设计厚度0.95m,承台底保护层厚度50mm,则h=950-60=890mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验0算承台厚度的合理性。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=0.8X500=400mm上图所示承台计算简图中的桩基即是换算后边长为400mm的方桩。

a)柱对承台冲切承台受桩冲切的承载力应满足下式：FW2{B〔b+a+B〔b+a}B/hl 0xcoyoycoxhpt0由于F=FN=3970-0=3970kN，则冲跨比为lia0.5九=十= =0.56〔在0.25〜1.0之间0xh0.890冲切系数为故厚度为0.95的承台能够满足柱子对承台的冲切要求。b)角桩冲切验算承台受角桩冲切的承载力应满足下式：a aN<{0 〔C+亠+0 〔C+-lx}Bfhl 1x 22 1y 12hpt0由于N二N/ =967kN,从角桩内边缘至承台边缘距离为lmaxc=c=0.6m12a=0.5m1xa=0.89m1ya0.5入=^^=二0.5621xh0.890a0.89九=-iy= =1.0〔在0.25〜1.0之间1yh0.890=0.56 = 0.561xX+0.20.562+0.21x0.561.0+0.2=0.467=0.560.561.0+0.2=0.4671xX+0.21y{B 〔c+a1y+B (c+a1x}Bfh1x 22 1y 1 2 hpt0={0-735X<0-6+°F>+0-467X<0-6+字>}X0-99X1270X0-89=1303.7kN>N=967kNl故厚度为0.95m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。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,对于1-1截面,a0.5九=严= =0.56〔介于0.25和3之间0yh0.890剪切系数为受剪切承载力高度影响系数为1-1截面剪力为V=2XN/=2X967=1934KNmax则故满足抗剪切要求。承台受弯承载力承载力计算承台计算截面弯矩如下：对于1-1截面，取基坑桩净反力最大值N'二967kN进行计算，则max因此，承台长边方向选用B20150,则钢筋根数为n=2600/150+l=l8,实配钢筋A二18x3.14x102=5656mm2,满足要求。s对于2-2截面,取基桩净反力平均值N'二794kN进行计算。此时,h=950-80=870mm，则0因此，承台短边方向选用B20170,则钢筋根数为n=2600/170+l=16,实际钢筋A=16x3.14x102=5027.2mm2,满足要求。s承台构造设计混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm,两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.65m,与承台平齐,根据构造要求，梁宽250mm,梁高400mm,梁内主筋上下共4012通长配筋，箍筋采用08200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。4.4桩身结构设计沉管灌注桩选用C30混凝土,预制桩尖选用C30混凝土,钢筋选用HRB335级。1)桩身轴向承载力验算根据《建筑桩基技术规范》,第5.8.2条的规定,桩顶轴向压力应符合下列规定：计算桩身轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数申=1;对于挤土灌注桩，基桩施工工艺系数屮二0.8；C30级混凝土，f二14.3N/mm2,则cc二2245.1kN>N=1018.92kNmax故桩身轴向承载力满足要求。2)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211KN,每根桩基承受水平荷载为H=H=211=42.2kNikn5桩身按构造要求配筋，桩身配6B14纵向钢筋，A=923mm2,则桩身配筋率为sA923P=s= =0.47%,满足要求。gA1/4x3.14x5002对于配筋率小于0.65%的灌注桩,单桩水平承载力特征值按下式计算：该式中各参数取值详见桩基础课程设计指导书。桩身截面为圆形，故故m=2,N=0.5。根据灌注桩周主要土层的类别，查表，取桩侧土水平抗力系数的比例系数m=25MN/m4圆形桩身的计算宽度为根据对C30级混凝土，有E=3.00x104N/mm2=3MN/mm2c对HRB335级钢筋，有E=2.00x105N/mm2=2MN/mm2s扣除保护层的桩直径为则桩顶最大弯矩系数v取值：桩的入土深度为h=15.2m，桩与承台为固M接,ah=0.942x15.2=14.2>4取ah=4，查表得v=0.926。MN取在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k力特征值最小，由前面计算得n=523.86kN，则k故桩身水平承载力满足要求。配筋长度计算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/a=4.0/0.931=4.3m,则配筋长度取11m。钢筋锚入承台35倍主筋直径，即35*12=420mm。箍筋配置采用A6200螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m,需每隔2m设一道A12焊接加劲箍筋。4.5估算A、C轴线柱下桩数桩数估算设计错误!、错误!轴线下的桩基础的方法和错误!轴线下相同。单桩极限承载力标准值为1584KN,基桩竖向承载力特征值为792KN.错误!轴柱下荷载标准组合值为Fk=3970kNMk=302kNVk=223kN根据错误!轴下荷载初步估算错误!轴柱下根数，F3970n二亠= =5.01取n=5R792则错误!轴下设计桩数为5根。错误!轴柱下荷载标准组合值为Fk=3950kNMk=316kNVk=230kN根据错误!轴下荷载初步估算错误!轴柱下根数，F3950n二r= =4.99取n=5R792则错误!轴下设计桩数为5根。承台平