预应力管桩资料.doc

1 基础工程课程设计 姓名 曹建洲 学号 U20125727 班级 土木卓越 1201 班 指导老师 罗晓辉 完成时间 2015 年 11 月 2 目录 一 一 设计任务书设计任务书 1 1 1 11 1 设计题目 设计题目 1 1 31 3 课程设计内容 课程设计内容 1 二 二 场地条件和基础选型场地条件和基础选型 1 1 2 12 1 场地位置及地形地貌 场地位置及地形地貌 1 2 22 2 工程地质条件 工程地质条件 1 2 32 3 水文地质条件 水文地质条件 2 2 42 4 地震工程地质 地震工程地质 2 2 52 5 上部结构资料 上部结构资料 2 2 62 6 设计说明 设计说明 2 三 钻孔灌注桩方案设计三 钻孔灌注桩方案设计 2 2 3 13 1 初步结构的确定 初步结构的确定 2 2 3 23 2 确定桩的数量 间距及布置 确定桩的数量 间距及布置 4 4 3 33 3 桩基承载力验算 桩基承载力验算 5 5 1 单桩竖向承载力验算 5 2 软弱下卧层承载力验算 5 3 水平承载力验算 5 4 桩身混凝土强度验算 5 3 43 4 桩基沉降计算 桩基沉降计算 5 5 3 53 5 承台设计 承台设计 6 6 四 预应力管桩方案设计四 预应力管桩方案设计 8 8 4 14 1 选择持力 选择持力层层 8 4 24 2 选择桩的类型与几何尺寸 选择桩的类型与几何尺寸 8 4 34 3 确定单桩承载力 确定单桩承载力 9 4 44 4 确定桩的数量 间距及布置 确定桩的数量 间距及布置 9 4 54 5 承载力验算 承载力验算 10 4 5 1 竖向承载力验算 10 4 5 2 软弱下卧层承载力验算 10 4 5 3 桩身承载力与裂缝控制验算 10 4 64 6 桩基沉降验算 桩基沉降验算 10 4 74 7 单桩结构设计 单桩结构设计 11 4 84 8 承台设计 承台设计 13 4 8 1 矩形承台受弯计算 13 4 8 2 受冲切计算 13 五 参考文献五 参考文献 1414 1 1 1 设计任务书设计任务书 1 11 1 设计题目 设计题目 钟祥市医药研究所健康家园概况 钟祥市医药研究所在钟祥市祥瑞大道拟建健康家园 共拟建二幢住宅楼 23 层 设有二层裙楼商铺 框剪结构 拟采用桩基础 主楼设一层地下室 地下室 基础埋深 4 5m 项目场地岩土工程条件详见 钟祥市医药研究所健康 家园场地岩 土工程勘察报告 平剖面 1 2 基础工程方案 基础工程方案 钟祥市医药研究所健康家园拟采用钻孔灌注桩与预应力管桩基础方案 钻 孔灌注桩采用旋挖孔施工方案 预应力管桩采用静压施工方案 灌注桩混凝土 强度取 C30 钢筋保护层厚度取 35mm 桩基承台混凝土强度取 C25 保护层厚 度不小于 50mm 桩身与承台配筋采用 级普通圆钢筋 执行规范为湖北省地方标准 建筑地基基础技术规范 DB42 242 2003 的第十章 预应力混凝土管桩基础技术规程 DB42 489 2008 的第七章 1 31 3 课程设计内容 课程设计内容 针对该小区 2 楼 7 7 8 8 剖面 中的某一勘探点 自选 分别设计 钻孔灌注桩方案 预应力管桩方案 采用中柱荷载 并进行方案比较 2 场地条件和基础选型场地条件和基础选型 2 12 1 场地位置及地形地貌场地位置及地形地貌 拟建场区位于钟祥市祥瑞大道西侧 北东西三侧为空地 场地地貌单元属 汉江一级阶地 地势平坦 场地高程 41 32 42 71m 相对高差 0 92m 场区主 要出露一套第四系全新统冲洪积地层 表层为杂填土 上部为粉质粘土 下部 为粉砂及砾石层 底部为白垩系粉砂质泥岩 2 22 2 工程地质条件 工程地质条件 自上而下土层依次如下 号土层 杂填土 稍湿 松软 号土层 粉质黏土 可塑 全场均有分布 号土层 粉砂 稍密 饱和 平均厚度 6 84m 2 号土层 圆砾 饱和 稍密 平均厚度 7 17m 号土层 强风化粉砂质泥岩 完整程度属破碎 平均厚度 2 19m 号土层 中风化粉砂质泥岩 岩石完整性较差 最大揭露厚度 10 50m 2 32 3 水文地质条件 水文地质条件 场地地貌单元属汉江一级阶地 沉积一套第四系全新统冲洪积地层 表层 为杂填土 上部为粉质粘土 下部为粉砂及砾石层 底部为白垩系粉砂质泥岩 根据现场调查 场地及其周边无污染源存在 综合判定 场地地下水和土对 混凝土结构及对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性 2 42 4 地震工程地质 地震工程地质 根据 建筑抗震设计规范 GB50011 2008 表 4 1 6 规定可得 本地区 抗震设防烈度 6 度要求采取抗震构造措施 地基基础的抗震措施 应符合有关 规定 同时应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用 场区 层为粉砂 根据 建筑抗震设计规范 GB50011 2011 可不进行砂 土液化的判别 2 52 5 上部结构资料 上部结构资料 框架中柱设计荷载为13500kN 角 边柱设计荷载为10000kN 材料选择钻 孔灌注桩 混凝土强度取C30 钢筋保护层厚度取35mm 桩基承台混凝土强度取 C25 保护层厚度不小于50mm 桩身与承台配筋采用 级普通圆钢筋 2 62 6 设计说明 设计说明 选择的测点为7 7剖面的K7 调整后的中柱荷载为16200kN 三 钻孔灌注桩方案设计三 钻孔灌注桩方案设计 3 13 1 初步结构的确定初步结构的确定 建筑物基础设计方案采用钻孔灌注桩 选择勘探点 K7 具体初步选型设 计方案如下 桩基重要度系数为 1 0 拟采用截面为圆形的混凝土灌注桩 以 层作为持力层 因此选取桩径 800mm 桩长 26 7m 深入持力层 8m 承台顶 面标高 4 5m 厚度 2100mm 大小 桩插入承台 100mm 6 03 4mm 3 1 13 1 1 考虑桩身强度方面确定考虑桩身强度方面确定 按照桩身强度确定单桩竖向承载力时 可以将桩视为轴心受压杆件 在竖 3 向荷载作用下 将发生纵向挠曲破坏而丧失稳定性 因此验算时候尚需考虑纵 向挠曲影响 应乘以纵向挠曲系数 稳定系数 此处为1 0 由于配筋尚未知 晓 所以先单独算混凝土能够提供的承载力设计值 根据 混凝土结构设计 GB50010 2002 钢筋混凝土桩单桩竖向承载力设计值为 2 R 4 5m1 00 7 14 38005032 4 ccpyg f Af AkN 式中 R 单桩竖向极限承载力标准值 kN y f 混凝土的轴心抗压强度设计值 kPa c f 纵向钢筋抗压强度设计值 kPa AP 桩身的横截面积 m2 Ag 纵向钢筋的横截面积 m2 桩的稳定系数 对低承台桩基 考虑土的侧向约束可取 1 0 但 穿过很厚的软黏土层和可液化土层的端承桩或高承台桩基 其值应小于 1 0 c 工作条件系数 预制桩取 0 75 灌注桩取 0 6 0 7 水下灌注桩或长 桩时用低值 3 1 23 1 2 考虑桩周土承载方面确定考虑桩周土承载方面确定 按照规范推荐的经验公式法 根据 建筑桩基技术规程 JGJ 94 94 单桩 竖向极限承载力标准值按下式计算 ukskpkpSisik iPpkp QQQuq lq A 式中 uk Q 单桩竖向极限承载力标准值 kN sk Q 单桩总极限侧阻力标准值 kN pk Q 单桩总极限端阻力标准值 kN p u 桩身周长 m sik q 桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值 kPa i l 桩周第 i 层土的厚度 m p A 桩端面积 m2 4 pk q 桩端极限端阻力标准值 kpa P Si 大直径桩端阻 侧阻尺寸效应系数 这里均取 1 0 由岩土勘察报告 单桩竖向承载力标准值 ckasia ipa 2 0q lq0 826 5 5 12 5 260 71 9408 3 80 15000 84186 4 psipp RuA KN 3 23 2 确定桩的数量 间距及布置确定桩的数量 间距及布置 中柱荷载设计值 135001002716200FKN 承台自重 KNG326 43 46 08 002 单桩作用效应下需要的桩数 根 取为 6 根 a 16200326 4 n3 9 4186 FG R 桩的布置如下图 满足管桩的最小中心距要求 层号 侧阻力特征值 端阻力特征值 杂填土10 粉质粘土26 粉砂12 圆砾60 强风化粉砂质泥40 中风化粉砂质泥801500 5 3 33 3 桩基承载力验算桩基承载力验算 1 单桩竖向承载力验算 取承台及其上土的平均重度 2 20mkN G 则桩顶平均竖向力设计值 162001 2206 03 40 8 627654186 a QFGkNRkN 2 软弱下卧层承载力验算 用于勘测土层的承载力特征值逐渐加大 故不需要验算 3 水平承载力验算 上部无水平荷载 故无需验算桩基水平承载力 4 桩身混凝土强度验算 桩身强度应符合下式要求 桩轴心受压时 ccpf AQ 即有 满足 2 276580014 3 0 75031KN 4 pcc QA f 3 43 4 桩基沉降计算桩基沉降计算 桩基沉降验算 考虑扩散作用时沉降较大 按扩散作用情况下计算沉降 考虑扩散作用时 取 23 6 44 0k 16200326 4 p148kpa a2ltanb2ltan6 0228 2tan6 3 4228 2tan6 FG 用分层总和法计算桩端平面处的沉降量 s 0 11 11 nn zi iiiii ii zizi p shzz EE 6 桩端平面处最终沉降量 ic ss 取每层土厚度为 1m i z深度范围内总沉 降s按 0 025ss 确定最终深度z iZi m z bl baiEsi Mpa s mm S mm s s 000 0001 7651 00043 220 5881 7650 939438 0978 0971 000 441 1761 7650 768435 14813 2460 389 661 7651 7650 577431 68114 9270 113 882 3531 7650 469431 25116 1770 077 10102 9411 7650 393430 76916 9450 045 12123 5291 7650 338430 54317 4880 031 由表中数据可知 取最终深度为 12m 查表可知沉降经验系数为 4 0 故实际沉降为 1 1 0 4 17 4887 695 c ssmms 满足沉降要求 3 53 5 承台设计承台设计 桩基承台混凝土强度等级为C25 承台底钢筋混凝土保护层厚度取50mm 受力钢筋采用HRB335级钢筋 初步设计中拟定承台高2 1m 承台尺寸 3 4m6 0m 桩顶伸入承台50mm 钢筋保护层取35mm 则承台有效高度为 mmh2015035 0 05 0 1 2 0 1 1 承台受弯承载力计算 承台受弯承载力计算 扣除承台和其上填土自重后单桩竖向力设计值 16200 2700 6 NKN 垂直于y轴方向计算截面的弯矩设计值 xii N y27003 1 08100mMKN 7 6 2 x s y0 8100 10 14888mm 0 9f h0 93002015 M A 垂直于x轴方向计算截面的弯矩设计值 yii N x27002210800mMKN 6 2 x s y0 10800 10 19701mm 0 9f h0 93002015 M A 选用2832 2 19704mmAs 沿平行于 X Y 轴方向均匀布置 2 2 承台受冲切承载力计算承台受冲切承载力计算 1 柱对承台的冲切 Fl F Ni 16200kN 受冲切承载力截面高度影响系数 hp计算 0 9 hp 冲垮比 与系数 的计算 2 065 0 2 015 1 3 0 0 0 h a x x 988 0 0 265 0 0 84 2 0 0 84 0 x 0 x 2 0198 0 2 015 0 4 0 0 0 h a y y 取为20 0 y 1 2 0 22 0 0 84 2 0 0 84 0y 0 y 则由 混凝土结构设计规范 GB 50010 2010 所规定的材料力学性能指标 可以得到承台混凝土 C20 抗拉强度设计值为 ft 1100kPa 0thpxcyycx hfahab 0000 2 2 0 988 0 6 0 4 2 1 0 6 1 3 0 9 1270 2 015 22930kN Fl 16200kN 满足 2 角桩对承台的冲切 角桩冲切 c1 1 4m c2 1 1m a1x a0 x 1x 0 x a1y a0y 1y 0y 8 2 065 0 2 015 1 3 0 0 0 h a x x 659 0 0 265 0 0 56 2 0 0 56 0 x 0 x 2 0198 0 2 015 0 4 0 0 0 h a y y 取为20 0 y 4 1 0 22 0 0 56 2 0 0 56 0y 0 y 0thpxyyx hfacac 2 2 2 020010 2 0 659 1 4 0 4 2 1 4 1 1 1 3 2 0 9 1270 2 015 16142kN Fl 2700kN 满足 综上可知 验算通过 3 承台受剪承载力验算 承台受剪承载力验算 对于受剪切承载力截面高度影响系数 hs 当截面 h0 2015mm 取 h0 2000mm 此时 代入 hs计算公式 795 0 2000 800 h 800 4 1 4 1 0 hs 对于 I I 斜截面 剪跨比与以上冲跨比相同 x 0 x 0 65 剪切系数 06 1 1 065 0 1 75 1 0 1 75 介于 0 3 3 之间 2 1054 3127006 10 795 00 hbft hs 7660kN 2Q 5400kN 满足 对于 斜截面 剪跨比与以上冲跨比相同 x 0y 0 2 剪切系数 45831 1 020 1 75 1 0 1 75 介于 0 3 3 之间 2 1050 612704583 1 0 795 00 hbft hs 18596kN 3Q 8100kN 满足 9 四 预应力管桩方案设计四 预应力管桩方案设计 4 14 1 选择持力层 选择持力层 根据岩土勘察报告 圆砾全场分布 承载力高 可以作为持力层 故选为 持力层 4 24 2 选择桩的类型与几何尺寸 选择桩的类型与几何尺寸 选择的预应力管桩 桩长 16 8m 一直打入持力层底部 130600 APC 承台顶面标高为 承台厚度为 大小为 桩插入承台4 5m 2100mm6m6m 100mm 4 34 3 确定单桩承载力 确定单桩承载力 由规范 可按下式进行估算 G AUR paisiaa qlq 由岩土勘察报告 单桩承载力 KNAUR G 2017192 045007602 5165 4246 0qlq paisiaa 按材料强度 KNAR865419235 995 0 fc a 两者取小值 KNR2017 a 4 44 4 确定桩的数量 间距及布置 确定桩的数量 间距及布置 层号 侧阻力特征值 端阻力特征值 杂填土 11 粉质粘土 24 粉砂 16 圆砾 604500 强风化粉砂质泥 中风化粉砂质泥 10 中柱荷载设计值 135001002716200FKN 承台自重 KNG1512661 202 单桩作用效应下需要的桩数 根 取为 9 根 a 162001512 n8 78 2017 FG R 桩的布置如下图 满足管桩的最小中心距要求 图 1 桩的布置图 4 54 5 承载力验算 承载力验算 4 5 1 竖向承载力验算 桩基安全等级为二级 故桩基安全性系数为 1 0 轴心竖向力作用下 k 162001512 Q1968KNRa2017 n9 FG KN 4 5 2 软弱下卧层承载力验算 用于勘测土层的承载力特征值逐渐加大 故不需要验算 11 4 5 3 桩身承载力与裂缝控制验算 使用阶段轴心受压桩正截面受压承载力应符合下式要求 pcckc f G AQ 即有 满足 2639KN4 39 50 21920 3 f1268 pcckc G AQ 轴心受压下 则 裂缝控制等级为一级 0 ck 0mm 4 39 2 pcck N 4 64 6 桩基沉降验算 桩基沉降验算 桩基沉降验算 考虑扩散作用时沉降较大 按扩散作用情况下计算沉降 考虑扩散作用时 取 23 6 44 0k2 162001512 p196kpa a2ltanb2ltan 62 16 7tan6 FG 用分层总和法计算桩端平面处的沉降量 s 0 11 11 nn zi iiiii ii zizi p shzz EE 桩端平面处最终沉降量 取每层土厚度为 1m 深度范围内总沉 ic ss i z 降 按确定最终深度 s 0 025ss z 由表 4 6 1 中数据可知 取最终深度为 9 7m 此时 1 310 0252 2870 6 ii ssmmzm 计算深度范围内的压缩棤当值为 4 53 55 2 12 8 06 4 55 2 s MPa E 查表可知沉降经验系数为 0 663 故实际沉降为 0 663 91 4860 65 200 s ssmmsmm 满足沉降要求 4 74 7 单桩结构设计 单桩结构设计 预应力管桩混凝土强度取 C80 钢筋保护层厚度取 35mm 桩的截面尺寸为 直径 桩长 17 8m 螺旋箍筋采用 预应力筋为 600mm D5 b 9 016 起吊时采用双点吊 吊点的位置距桩头及其端部均为 0 207l 12 起吊时桩身最大弯矩为 其中 为桩的自重 为桩长 2 max ql0 0214MK ql 考虑到预制桩吊运时可能受到冲击和振动的影响 规范规定 计算吊运弯矩时 宜将桩身重力乘以 1 3 的动力系数 K 另外 桩自重尚应乘以恒载分项系数 取 1 2 每延米桩的自重 mKN 76 5 25192 0 1 2q mKNK 36155 761 30 0214ql0 0214M 22 max 对于预制的预应力管桩 配有预应力筋 的锚130600 APC9 016 128 固筋 显然满足起吊要求 12 表 6 4 1 基础沉降 z m l b z a z 11iii zz si EMpa i s i s mm 01 001 000003 500 21 00 6670 95881 9181 9183 540 2940 29 41 01 3330 83123 3251 4073 531 0273 31 4 51 01 50 79643 5840 2593 55 7079 01 6 51 02 1670 66924 3501 25112 08 0487 05 8 51 02 8330 56884 8350 48512 03 1290 17 9 71 03 2330 51965 0400 20512 01 3191 48 11 71 03 90 45445 3160 27621 01 0292 50 13 71 04 5670 40485 5460 23021 00 8493 34 13 4 84 8 承台设计 承台设计 桩基承台混凝土强度等级为C25 承台底钢筋混凝土保护层厚度取50mm 受 力钢筋采用HRB335级钢筋 初步设计中拟定承台高2 1m 承台尺寸 6m6m 4 8 1 矩形承台受弯计算 扣除承台和其上填土自重后单桩竖向力设计值 16200 1800 9 NKN 垂直于y轴方向计算截面的弯矩设计值 xii N y180032 111340mMKN 垂直于x轴方向计算截面的弯矩设计值 yii N x18003