桩基础课程设计

桩基础课程设计题目：某机械厂粗加工车间桩基设计指导教师：*******班级：*******姓名：*******学号：*******组别：*******建筑工程学院2014年6月2日某机械加工车间桩基设计一、设计资料1、某机械粗加工车间上部结构（柱子300×400mm2)传至基础顶面的最大荷载为：轴力Fk=2500KN，弯矩Mk=300KN.m，剪力Hk=30KN。2、工程地质勘察报告中指出：地基土的工程地质条件。（1）地形、地貌：该场地内原建有平房两幢（现已拆除），场地内地形平坦，相对高度不足1m。位于黄河泛滥平原，冲洪积形式，表层覆盖有少量植被和杂填土。地层岩性：根据钻探编录，室内试验和标准贯入试验将场地内所揭露的地层分为六层。其岩性自上而下为：表土、软而可塑粉质粘土、软塑粘土、流塑淤泥质粘土、软塑粉土、同一硬度粉质粘土，现分述如下：A、表土：以橘黄色粉土为主，局部为杂填土，含植物根、砖渣等，分布场地表面，厚度约0.3m（因为有高低之分，所以以剖面为准），据目测有机含量不高。可塑、湿、中－压缩性B、软可塑粉质粘土：褐黄色，褐灰色，含少量的铁质浸染和结核，含植物根，腐殖根，厚度约为2m，全区均有分布。软－流塑、湿－饱和、高－中压缩性C、软塑粘土：褐色，含少量的生物碎屑及铁质结核，厚度约为2.5m，分布于全区。软－流塑、饱和、高－中压缩性(2)因场地内地基土的变形值高，主要持力层呈软－流塑状，建议建筑物的上部结构在设计时应考虑与基础的共同工作，避免造成建筑物的不均匀沉降。(3)地下水埋深0.5m左右，丰水期还会上升。但其对基础无侵蚀性。(4)由于场地内地基土粘粒含量较高，一般在60%以上，因此，不考虑其地震液化性。(5)根据市地震小区划分规定，该建筑物地震烈度按6度设防。5、土层名称及厚度如下图所示，地下水位为-0.50m。附表：土的物理力学性质指标表层次土层名称含水量ω%重度γ(kN/m3)液性指数IL塑性指数IP孔隙比e压缩模量Es(Mpa)内摩擦角Φ(℃)地基承载力特征值fak(kpa)桩端端阻力特征值qpa(kpa)桩侧阻力特征值qSa(kpa)1杂填土2软可塑粉质粘土3019.30.757.37119/203软塑粘土36.718.50.914.080/19.24流塑淤泥质粘土34.970/12.55软塑粉土33.50.977.24.612050019.36同一硬度粉质粘土24.919.40.2515.60.917.78.0190145037二、设计过程1、确定桩形、截面根据结构类型和层数，荷载情况、地质条件和施工能力等，选择预制桩，其截面尺寸为400400mm2。2、选择桩长选择桩长即选择合适的持力层。选择承台埋深1.5桩长＝桩顶进入承台+中间段+桩端进入持力层厚+桩尖。桩顶应嵌入承台一定长度，对中等直径桩宜大于等于50mm，以保证群桩与承台之间连接的整体性。暂取桩顶进入承台的长度为50mm。选择地基土的土层为同一硬度粉质粘土，因为桩端进入持力层深度（1-3倍桩径时，粘性土、粉土大于等于2d；持力层较厚时，粉土、粘性土为2~6d）。取桩端进入持力层厚度：3.375d=3.375400mm=1.35中间段：h1=14.50-1.50=1桩尖：（1.3-1.5）b=（0.52~0.6）m,取0.初估算：桩长L=0.05+13.00+1.35+0.6=15.003、初步设定承台的地面标高，承台底面面积，选择桩和承台的混凝土强度等级承台高度1.0m，钢筋保护层厚度35mm。由于地下水位离地表0.5m，为了使地下水位对承台没有影响，且根据《地基基础规范》要求600mm,故选择承台埋深1.5m,即底面标高为-1.50m。承台有效高度为h0=1.0-0.035=0.965m，承台底面定为3.2m3为便于施工，桩和承台的混凝土强度等级均取C30。4、确定单桩承载力5、确定桩数6、桩的平面布置初选承台尺寸桩距：取桩距s=（3-4）d=（1.2-1.6）m,取s=1.2承台边长：a=1.2+1.2+0.4+0.4=3.2则桩的布置图如下图所示：7、单桩承载力验算轴心受压时：偏心受压时：水平荷载下：取，远小于单桩水平承载能力特征值,因此无需验算群桩效应的基桩水平承载力。8、软弱下卧层验算由于轴心受压时持力层不存在软弱下卧层，故不需要进行软弱下卧层的验算。9、桩基沉降验算由于本设计属于丙级建筑物，当所选持力层合适时，可不进行桩基沉降验算。10、桩基负摩阻力验算故桩的负摩阻力满足要求。11、桩身结构验算桩的截面尺寸为400mm×400mm，桩长15m，箍筋为HPB235，钢筋保护层厚度为40mm，混凝土C30，桩采用双点起吊，所以起吊点位置a=0.207L=0.207×15=根据构造选择桩身钢筋，并满足如下要求：1．桩身强度应符合下式要求： ,满足要求。2．预制桩尚应满足吊桩强度要求：桩的水平起吊：桩的吊立：桩的起吊方式选择：水平起吊。桩的主筋验算控制弯矩为起吊时的情况，动力系数为K=1.3桩身有效截面高度:又由于需要满足最小配筋故采用则整个截面的主筋采用。箍筋：中间区段，桩顶和桩尖区加密，其余桩身桩的水平起吊:桩的吊立：桩身强度验算（因为是混凝土预制桩，取0.85)满足桩身强度要求。桩的箍筋计算则按照构造要求配筋，满足要求。12、承台设计承台尺寸4.0m4.0m；承台埋深1.5m；承台高1.0m；柱顶伸入承台0.承台有效高度:，混凝土强度等级为C30，混凝土轴心抗拉强度,轴心抗压强度。钢筋选用HRB335级，，如下图所示。（1）承台受冲切承载力验算柱边冲切：分别为x,y方向柱边离最近桩边的水平距离，当；当。因为h=10角桩向上冲切：（2）承台受剪切承载力计算该剪跨比与以上冲垮比相同（3）承台受弯承载力计算选用2216，，沿平行与Y轴方向均匀布置选用2018，，沿平行于X轴方向均匀布置三、设计说明1、工程地质条件引自课程设计指导书，其特性如表格所示2、桩和承台的混凝土强度等级均为C30，配筋采用二级钢筋HRB3353、桩采用预制桩，长度为15m，截面尺寸为400×400mm4、施工方法：(一)打桩设备打桩设备主要是桩锤和桩架。桩锤有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。柴油锤是利用燃油爆炸推动活塞往复运动而锤击打桩，活塞重量从几百公斤到数吨。用锤击沉桩，为防止桩受冲击应力过大而损坏，宜用重锤轻击。如用轻锤重打，锤击功大部分被桩身吸收，桩不易打人，且桩头易打碎。锤重与桩重应有一定的比值，或控制锤击应力，以防把桩打坏。桩架是支持桩身和桩锤，沉桩过程中引导桩的方向，并使桩锤能沿着要求的方向冲击的打桩设备。常用桩架有多能桩架和履带式桩架，多用后者。履带式桩架以履带式起重机为底盘，增设了立柱和斜撑用以打桩。(二)打桩打桩前应做好下列准备工作：清除妨碍施工的地上和地下的障碍物；平整施工场地；定位放线。柱基轴线的定位点应设置在不受打桩影响的地点，打桩地区附近需设置不少于2个的水准点，在施工过程中可据此检查桩位的偏差以及桩的人土深度。打桩时应注意下列一些问题：1．打桩顺序

打桩顺序应根据地形、土质和桩布置的密度决定。由于桩对土体产生挤压，打桩时先打人的桩常被后打人的桩推挤而发生水平位移，尤其是在满堂打桩时，这种现象尤为突出。因此在桩的中心距小于4倍桩的直径时，应拟定合理的打桩顺序。当逐排打设时，打桩的推进方向应逐排改变，以免土朝一个方向挤压，导致土壤挤压不均匀。对同一排桩而言，必要时可采用间隔跳打的方式进行。大面积打桩时，可从中间先打，逐渐向四周推进，若从四周向中间打设，则中间部分土壤受到挤压，使桩难于打入，分段打设可以减少对桩的挤动，在大面积打桩时较为适宜。2．打桩方法在桩架就位后即可吊桩，垂直对准桩位中心，缓缓放下插入土中，位置要准确。在桩顶扣好桩帽或桩箍，使桩稳定后，即可除去吊钩，起锤轻压并轻击数锤，随即观察桩身与桩帽、桩锤等是否在同一轴线，接着可正常施打。在沉桩过程中，要经常注意桩身有无移和倾斜现象，如发现问题，应及早纠正。为了防止击碎桩顶，除用桩帽外，如桩顶不平，可用麻袋或厚纸垫平，落锤高度不宜大于lm。如用送桩法将桩顶打入土中时，桩与送桩的纵轴线应尽量在同一直线上。拔出送桩后，桩孔应及时回填。沉桩到接近要求时，即需进行观察，看是否满足贯入度或沉桩标高的要求。如达到设计要求，即做好记录，并将桩架移至新桩位施工。3．打桩的质量控制

打桩的质量视打人后的偏差是否在允许范围之内，最后贯入度与沉桩标高是否满足设计要求以及桩顶、桩身是否打坏而定。桩的垂直偏差应控制在1％之内，平面位置的偏差除上面盖有基础梁的桩和桩数为1～2根或单排桩基中桩外，一般为1／2～1个桩的直径或边长。

摩擦桩的人土深度控制，以标高为主，而以贯人度作参考；端承桩的入土深度控制，以贯入度为主，而以标高作参考。贯入度指最后贯入度，即最后10击桩的平均入土深度。4、质量检测：（1）单桩静载试验工程桩施工前应进行单桩静载试验，在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根（见建筑地基基础设计规范《GB50007-2002》第8.5.5条）。工程桩施工后，应取同样方法和数量进行单桩静载试验，当总桩数少于50根时，不应少于2根。（2）桩身质量检测应力波法基本原理：基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接受放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据视波速和桩底反射波到达时间对桩的实际长度加以核对。检测步骤如下：清理整平桩头；调试仪器，选择适当参数；将加速度传感器垂直安放在桩头的平整部位；用小棰在桩头选择适当的能量激振；选取较为理想的波形曲线并存储；将数据传输至计算机，对记录曲线进行分析、计算，并评价桩身质量。用低应变动力检测法对桩身质量应进行检验，灌注桩抽检数量不应少于总数的30%，且不应少于20根；其他桩基工程抽检数量不应少于总数的20%，且不应少于10根；对混凝土预制桩及地下水位以上且终孔后经过核验的灌注桩，检验数量不应少于总桩数的10%，且不得少于10根。每个柱子承台下不得少于1根应力波反射波法是目前国内基桩质量检测中使用最普遍和最具代表性的低应变动测方法。它的特点是：①方便快捷、检测费用低、可对工程桩随机抽检。②对桩身缺陷程度只作定性判定。③有效检测长度有限。具体工程的有效检测长度，应通过现场试验，依据能否识别桩底反射信号，确定该法是否适用。④深部小缺陷难以测到，特别是裂缝缺陷。⑤多缺陷时，一般只能识别第一个缺陷，等间距缺陷的识别难度更大。⑥应力波在管桩接头位置出现重复反射时的判别尺度很难掌握，非常容易引起误判或漏判。⑦无法检测平行于桩轴线的垂直裂隙。5、其他未尽事宜请参照相应规范四、参考资料1.教材《土力学》、《基础工程》，高等教育出版社；2.《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）；3.《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）；4.《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）；5.《土工试验方法标准》（GB/T50123—1999）；6.浙江大学等四校合编《地基与基础》；7.建筑结构，1994.8，《桩承台设计计算的几个问题》；8.建筑结构，1994.8，《在计算基础的弯距时应考虑柱轴力在基础中传递过程的扩散作用》；9.建筑结构，1992.6，《多桩承台的设计计算》；10.陈仲颐、叶书麟，《基础工程学》，中国建筑工业出版社；11.高大钊等，桩基础的设计方法与施工技术，机械工业出版社，2002；12.冯忠居，基础工程，人民交通出版社