桩基础课程设计计算实例

桩根底设计计算3.1选择桩型、桩端持力层、承台埋深选择桩型因框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大，不宜采用浅根底。又由于施工场地、地基条件以及场地周围的环境条件，应选择桩根底，为减小对周围环境的污染，并采用静压预制桩。这样可以较好的保证桩身质量，并在较短施工工期完成沉桩任务，同时当地的施工技术力量、施工设备及材料供给也为采用静压桩提供了可能性。3.1.2选择桩的几何尺寸及承台埋深依据地基土的分布，选择第=4\*GB3④层为桩端持力层。桩端全断面进入持力层1.0m〔>2d〕，工程桩入土深度为23.1m。承台底进入第=2\*GB3②层土0.3m，所以承台埋深为2.1m，桩基的有效桩长即为21m。桩截面尺寸选用450mm×450mm，由施工设备要求，桩分为两节，上段长11m，下段长11m〔不包括桩尖长度在内〕，实际桩长比有效桩长大1m，这是考虑持力层可能有一定的起伏以及桩需嵌入承台一定长度而留有的余地。桩基及土层分布示意图见图3.1。3.2确定单桩极限承载力标准值本设计属于二级建筑桩基，采用经图3.1桩基及土层分布示意图验参数法和静力触探法估算单桩极限承载力标准值。根据单桥探头静力触探资料ps按图1.2确定桩侧极限阻力标准值：ps<1000kPa时，qsk=0.05psps>1000kPa时，qsk=0.025ps+25桩端阻力的计算公式为psk=αpsk=α〔Psk1+βPsk2〕根据桩尖入土深度〔H=23.1m〕，由表1.2取桩端阻力修正系数α=0.83；psk1为桩端全断面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，计算时由于桩尖进入持力层深度较浅，并考虑持力层可能的起伏，所以这里不计持力层土的psk，psk2为桩端全断面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，故psk1=860kPa，psk2=3440kPa；β为折减系数，因为psk1/psk2<5，取β=1。根据静力触探法求，根据图3.1和表2.1〔附件〕的数据〔各层土的值〕,有如下：第二层：;;第三层：；第四层：依据静力触探比贯入阻力和按土层及物理指标查表法估算的极限桩侧，桩端阻力标准值列于表3.1表3.1极限桩侧、桩端阻力标准值层序静力触探法经验参数法qsk〔kPa〕αpsk〔kPa〕qsk〔kPa〕αpsk〔kPa〕=2\*GB3②粉质粘土15〔h6〕3635=3\*GB3③淤泥质粉质粘土4329=4\*GB3④粉质粘土1111784.5552200按静力触探法确定单桩竖向极限承载力标准值=4×0.45×〔15×3.9+36×4.1+43×12+111×1〕+×1784.5=1500+361=1861kN估算的单桩竖向极限承载力设计值〔==1.60〕=+==1663kN按经验参数法确定单桩竖向极限承载力标准值=4×0.45×〔35×8+29×12+55×1〕+×2200=1229+446=1675kN估算的单桩竖向极限承载力设计值〔==1.65〕=1015kN最终按经验参数法计算单桩承载力设计值，采用R2=1015kN，初步确定桩数。3.3确定桩数和承台底面尺寸由于两柱间距较小，荷载较大，故将此做成联合承台。最大轴力组合的荷载：B柱荷载：3354kN，18kN.m，14kNC柱荷载：4978kN，24kN.m，49kN合力作用点距C轴线的距离取x=1.2m估算桩数〔根〕取n=10，桩距，取=1.4m，承台底尺寸为，桩位平面布置如图3.2图3.2联合承台3.4确定复合基桩竖向承载力设计值该桩基属非端承桩，并n＞3，承台底面下并非欠固结土、新填土等，故承台底不会与土脱离，所以宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值。承台净面积：Ac=6.5×2.3-10×0.452=12.93m2承台外区净面积：A=6.5×2.3-〔〕〔〕=3.76m2承台内区净面积：A=12.93-3.76=9.17m2==3.1==0.11查表得==1.65c=0.11×+0.63×=0.26 ck==323.25kN复合桩基竖向承载力设计值R=0.81×+1.61×+0.26×=1088kN3.5桩顶作用效应的验算3.5.1荷载取组合B柱：FB=3354kN，MB=18kN·m，B=14kN，C柱：FC=4978kN，MC=24kN·m，C=49kN设承台承台厚度H=1.0m，承台埋深d=2.4m作用在承台底形心处的竖向力F+G=3354+4978+20×6.5×2.3×2.4×1.2=8332+861=9193kN作用在承台底形心处的弯矩∑M=18+24+〔14+49〕×1.0=105kN·m∑y=4×〔2.82+1.42〕=39.2m20Nmax=+=919.3+7.5=926.8kN＜1.2R0==919.3kN＜R=1088kN0Nmin=919.3-7.5=911.8kN＞0满足要求荷载取组合B柱荷载：2733kN，159kN.m，68kNC柱荷载：4657kN，509kN.m，121kN满足要求。3.6桩根底沉降计算采用长期效应组合的荷载标准值进行桩根底沉降计算。因本桩根底的桩中心距小于6d，可采用等效作用分层总和法计算最终沉降量。竖向荷载标准值：2580kN3829kN基底压力：自重应力和附加应力计算见表3.3表3.3、的计算结果〔联合桩根底〕(kpa)(kpa)0206.92.800.250440.344.3246.02.83.70.064112.735.5257.72.84.80.04477.507.5277.12.86.50.02747.56取，在该处/=47.56/277.1=0.17<0.2。计算沉降量结果见表3.4表3.4计算沉降量〔联合桩根底〕Z(mm)l/b2x/bααz(mm)αz-αz(mm)E(kPa)Δ=4〔αz-αz〕02.800.2500043002.83.70.1505647.2647.21150099.1375002.86.50.1039779.3132.1860027.06=99.13+27.06=126.19mm=2，/=1.4/0.45=3.1，/=46.7，LC/BC=2.8查附录五表，得0=0.096，1=1.768，2=8.745，e=0.096+=0.191=1.0=1.0×0.191×126.19=23.98mm满足要求两桩根底的沉降差Δ=23.98-10.2=13.78m两桩根底的中心距离=7800mm变形容许值[Δ]=0.002=15.6mm＞Δ=13.78mm满足设计要求3.7桩身结构设计计算两段桩长各11m，采用单位点吊立的强度计算进行桩身配筋设计。吊点位置在距桩顶、桩端平面0.293L〔L=11m〕处，起吊时桩身最大正负弯矩Mmax=0.0429KqL2，其中，K=1.3；=0.452×25×1.2=6.075kN/m，为每延长米桩的自重〔1.2为恒荷载分项系数〕。桩身长采用混凝土强度等级C30，Ⅱ级钢筋，故Mmax=0.0429×1.3×6.075×112=41.0kN.m桩身截面有效高度=0.45-0.04=0.41m===0.033查表得s=0.98，桩身受拉主筋配筋量===329.2mm2选用2Ф18，因此整个截面的主筋为4Ф18〔=1017mm2〕，其配筋率==0.55℅>min=0.4℅。其他构造钢筋见施工图。桩身强度=1.0×〔1.0×15×450×410+310×1017〕=3352.8kN＞R满足要求3.8承台设计计算承台混凝土强度等级采用C20C柱截面尺寸900×600mm2，B柱截面尺寸600×600mm2。柱对承台的冲切1〕按图3.3，对每个柱分别进行冲切验算。图3.3两柱脚下的冲切破坏椎体承台厚度H=1.0m，计算截面处的有效高度h0=1.0-0.08=0.92m.对B柱：==0.6m=1.0-0.3-0.225=0.475m=1.8-0.3-0.225=1.275m＞取=0.92m=0.7-0.3-0.225=0.175mFl=FB=3354kN冲跨比===0.516===1.0===0.19＜0.2取=0.2冲切系数==1.006==0.6==1.8所以[(+)+(+)+(2++)]=[1.006×(0.175+0.6)+0.6×(0.175+0.6)+1.8×(2×0.6+0.475+0.92)]×1100×0.92=5987kN＞0Fl=3354kN对C柱：=0.6m=0.9m=1.2-0.225-0.45=0.525m=1.6-0.225-0.45=0.925m＞0.92m取=0.92m=0.175mFl=Fc=4978kN冲跨比==0.571=1.0==0.19＜0.2取=0.2冲切系数==0.934=0.6=1.8所以[(+)+(+)+(2++)]=[0.934×(0.175+0.6)+0.6×(0.175+0.6)+1.8×(2×0.9+0.525+0.92)]×1100×0.92=7114kN＞0Fl=4978kN满足要求2〕对双柱联合承台，除应考虑在每个柱脚下的冲切破坏锥体外，尚应按图3.4考虑在两个柱脚的公共周边下的冲切破坏情况。图3.4双柱下公共周边的冲切破坏椎体由图3.4知，=0.3+0.45+3.0=3.75m=0.6m=0.475m=0.925m＞0.92m取=0.92m=0.175m冲切力Fl=FB+FC=3354+4978=8332kN冲跨比=0.516=1.0=0.2冲切系数=1.006=0.6=1.8故[(+)+(+)+(2++)]=[1.006×(0.6+0.175)+0.6×(0.6+0.175)+1.8×(2×3.75+0.475+0.92)]×1100×0.92=17463kN＞0Fl=8332kN满足要求3.8.2角柱对承台的冲切〔图3.5〕图3.5双柱下的角柱冲切冲切力Fl==-=926.8-=840.7kN对桩1=0.475m=0.175m==0.45+×0.45=0.675m冲跨比==0.516==0.19＜0.2取=0.2冲切系数==0.670=1.2所以[(+)+(+)]=[0.67×(0.675+×0.175)+1.2×(0.675+0.475)]×1100×0.92=1625.1kN＞0Fl=840.7kN对桩2=0.925m＞0.92m取=0.92m=0.175m==0.675m冲跨比=1.0=0.2冲切系数=0.4=1.2所以[(+)+(+)]=[0.4×(0.675+×0.175)+1.2×(0.675+0.92)]×1100×0.92=1687.0kN＞0Fl=840.7kN满足要求3.8.3斜截面抗剪验算将承台沿长向视作一静定梁，其上作用柱荷载和桩净反力，梁的剪力值见图3.6〔c〕、〔d〕，可知柱边最不利截面为Ⅰ-Ⅰ和Ⅰ/-Ⅰ/，另一方向的不利截面为Ⅱ-Ⅱ[图3.6〔a〕]。(a)(b)(c)(d)(e)(f)图3.6双柱承台的剪力、弯矩计算示意图对Ⅰ-Ⅰ截面剪力=2=1681.4kNⅠ=0.925m剪跨比===1.005剪切系数===0.09所以，=0.09×10×103×2.3×0.92=1904kN＞0=1681.4kN对Ⅰ/-Ⅰ/截面剪力=1681.4kNⅠ/=1.2-0.225-0.45=0.525m剪跨比==0.571剪切系数==0.138所以，=0.138×10×103×2.3×0.92=2920.1kN＞0对Ⅱ-Ⅱ截面剪力=5=5(-)=5×(919.3-)=4166kN=0.175m剪跨比==0.19＜0.3取=0.3剪切系数==0.2所以，=0.2×10×103×6.5×0.92=11960kN＞0＝4166kN故抗剪强度能满足要求，不需配箍筋。3.8.4受弯计算：配置长向钢筋取图3.7〔he〕中截面Ⅰ/-Ⅰ/处的弯矩值，=2294.8kN·m===9238.3mm2选用1925〔=9327.1mm2〕配置短向钢筋取用Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩。=5×0.4=5×1666.4×0.4=3332.8kN·m===13639.5mm2选用4520〔=14139mm2〕3.8.5承台局部受压验算对B柱Aln=At=0.36m2