[精选】灌注桩基础课程设计.doc

目 录 1 场地工程地质条件 1 1 工程概况 1 2 勘察工作概况 2 场地类别和各岩土工程地质条件评价 2 1 场地类别和各岩土工程地质条件评价 2 2 各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数 3 基础方案设计计算 3 1 桩型选择和持力层确定并验算单桩承载力 3 2 确定桩数及桩布置 3 3 桩基中各单桩受力验算 3 4 承台的抗冲切验算 3 5 承台的剪切验算 3 6 承台的配筋计算 3 7 桩基的配筋计算 3 8 桩基的设计说明 参考文献 1 场地工程地质条件 1 1 工程概况 某高层住宅共 28 层 地下室 1 层 做车库和设备层使用 总建筑面积 16600m2 总建筑高 度 86 8m2 上部结构为剪力墙体系 基础设计为桩箱基础 箱基买只 3 深度为 5 5m 1 2 勘察工作概况 根据地质勘察报告 场地内的岩土层分布及相关的物理力学指标见下附表 地表至 20m 深度的 1 2 层为主要含水层 属地下潜水 埋深一般在地表下 1m 左右 受大 气降水及地表水影响明显 地下水无侵蚀性 2 场地类别和各岩土工程地质条件评价 2 1 场地类别和各岩土工程地质条件评价 拟建筑场地及其附近无不良地质现象 无活动地质构造断裂带分布 场地稳定性好 地震 基本烈度为 7 度 建筑物抗震等级为 2 级 基础设计等级为 1 级 经波速实验测得建筑场地面 以下 15m 内土体的平均剪切波速值为 155m s 为中软场地类型 2 类建筑场地 自基岩以上地 基土层的卓越周期为 T 0 88s 经现场标准贯入试验及室内颗粒分析 2 层粉土 粉砂属非液化 土层 附表 层号12a2b2c2d3456 岩土名称杂填土 粉土 粉土 粉 砂 淤泥质 粉土 粉土 粉 砂 粉质粘土 卵石 强风化 泥质粉 砂岩 中微风 化粉砂 岩 土层埋深 m 3 2 4 35 0 5 79 2 10 9 12 0 14 0 19 0 20 536 9 37 537 6 3839 43 W 36 230 928 336 730 329 5 kN m3 18 918 818 318 918 922 123 E0 861 020 90 86 IL1 381 71 270 89 IP10 135 97 20 Es1 2 MPa 11 215 37 38 95 2 c kPa 13 7 uc 10 1 cuu kPa 21 岩土物理 力学指标 uu 7 注 斜线左上方数值表示灌注桩的摩擦力 右下方数值表示预制桩的摩阻力 KN cm s 2 18 10 3 3 43 10 3 KH cm s 1 52 10 3 5 26 10 3 天然强度 MPa 0 650 78 干燥强度 c 2 765 12 岩石力学 性质 软化系数0 150 14 qc MPa 0 854 202 851 425 570 9412 0 fs kPa 18 339 72 1637 155 720 9 Ps MPa 1 004 943 351 676 551 1114 12 N 击 9 211 08 513 95 7 原位测试 指标 N53 5 击 44 043 0 Vs m s 131146188158201186434470 fk kPa 80120110801301105003001200 qp kPa 350030005000 设计建议 值 qs kPa 20 2510 1520 3020 2545 50100 2 2 各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数 通过原位测试及土工试验结果计算 参照规范 各土层承载特征值 fk 钻孔灌注桩 人工挖孔桩桩周极限侧阻力标准值 qsik 桩端极限端阻力标准枝 qpk分别为 表 2 1 各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数 力 学 指标 土层 名称 厚度 m 承载力 特征指值 fk Kpa 预制桩 qsik Kpa 人工挖 孔桩 qsik Kpa 预制桩 qpk Kpa 人工 挖孔桩 qpk Kpa 重度 k m3 压缩模量 si E a MP 1 杂填土 4 080202019 2 粉土 1 012056564008002085 3 粉土 粉砂 5 0110676790018002093 4 淤泥质 粉土 3 08058581800320027139 5 粉土 粉砂 7 0130585890018002078 6 粉质粘 土 6 011067671100120020139 7 卵石 7 05001101102400350027180 8 强风化 泥质粉砂 岩 1 03006767140022002078 9 中微风 化粉砂岩 4 012001201201800300025167 说明 7 号卵石为持力层 为消除负摩阻力影响承台制于 3 号粉土粉砂上 桩径为 500 桩 预制桩进入持力层深度为 5d 2 5m 桩长 16 5m 3 1 桩型选择和持力层确定并验算单桩承载力 确定单桩竖向极限承载力标准值 uk Q ukskpkipkp sik QQQuLq A q 单桩极限摩阻力标准值 kN sk Q 单桩极限端阻力标准值 kN pk Q 桩的横断面周长 m u 桩的横断面底面积 p A 2 m 桩周各层土的厚度 m iL 桩周第 i 层土的单位极限摩 阻力标准值 sik q a kP 桩底土的单位极限端阻力标准值 pk q a kP 222 3 14 0 51 57 43 14 0 5 40 20 1 572 8 67 1 0 580 9 674 0 582 5 110 2400 0 201276 254801756 25 p uk udm Adm Q kN 3 2 确定桩数及桩布置 确定单桩竖向极限承载力设计值 R 并确定桩数 N 及其布置 假设先不考虑群桩效应 估算单桩竖向承载力设计值 R 为 pk sk sP R QQ R 单桩竖向极限承载力设计值 kN 单桩总极限侧阻力力标准值 kN sk Q 单桩总极限端阻力力标准值 kN pk Q 桩侧阻力分项抗力系数 s 桩端阻力分项抗力系数 p 查表得 1 65 sp 1276 25480 773 48290 91064 4 1 651 65 RkN 由上部荷载设计值 7 3755 5 35 5 26 4 7 5753 0 30 5 20 1 7 4518 0 42 1 29 5 A NkN MkNm VkN B NkN MkNm VkN C NkN MkNm VkN 由此可知 7 3755 520 0 53765 5 7 5753 020 0 55763 5 7 4518 020 0 54528 0 A PkN B PkN C PkN 设计第一种 按轴力 P 和 R 估算桩数 n1为 1 3765 5 3 54 1064 4 P n R 由于 n1 3 应考虑群桩效应和承台的效应确定 R 姑且先取桩数 n 4 根 桩的布置按矩形排列 桩距 取边桩33 0 51 5 a sdm 中心至承台边缘距离为 1d 0 5m 布置见附图 则承台底面尺寸为 2 5m 2 5m 下面按 桩数 n1 4 求单桩竖向承载力设计值 R ppk sskcck spc R QQQ 其中 c ck ck A n q Q 2 ckk qf ie ie cc ccc cc AA AA 侧阻群桩效应系数 s 端阻群桩效应系数 p 承台土阻力阻群桩效应系数 c 承台内区土阻力群桩效应系数 i c 承台外区土阻力群桩效应系数 e c 承台土阻力分项抗力系数 c 桩基中相应于每一根桩的承台底地基土极限抗力标准值 kN ck Q 承台底 1 2 承台宽度的深度范围内 地基土极限抗力标准 ck qml5 值 可按 地基规范 中相应的地基土承载力标准值乘以 2 取值 kN 承台底地基土净面积 c A 2 m 承台内区的净面积 i c A 承台外区的净面积 e c A 承载力特征值 k f a kP 查表得 1 65 sp 1 7 c 1 20 s 1 26 p 0 11 i c 0 63 e c 2 223446 cka qkP 2 2 5 2 56 25 c Am 1 446 6 25 696 875 4 ckc ck q A QkN n 2 2 2 50 52 50 54 0 6 254 02 25 i c ei ccc Am AAAm 2 254 0 0 630 110 2972 6 256 25 c 1276 25480696 875 1 201 260 29721416 56 1 651 651 70 a RkP 下面验算取是否合适4n 承台重 2 5 2 5 20 1 7212 5GkN 3765 5212 5 2 81 1416 56 PG n R 故取 4 根桩可以 确定承台底面尺寸及桩的排列 见附图 设计 按轴力 P 和 R 估算桩数 n2为 1 5763 5 5 41 1064 4 P n R 由于 n1 3 应考虑群桩效应和承台的效应确定 R 姑且先取桩数 n 6 根 桩的布置按矩形排列 桩距 取边桩33 0 51 5 a sdm 中心至承台边缘距离为 1d 0 5m 布置如附图 则承台底面尺寸为 2 5m 4 0m 下面按 桩数 n1 6 求单桩竖向承载力设计值 R ppk sskcck spc R QQQ 其中 c ck ck A n q Q 2 ckk qf ie ie cc ccc cc AA AA 查表得 1 65 sp 1 70 c 1 20 s 1 26 p 0 11 i c 0 63 e c 2 223446 cka qkP 2 2 5 4 010 0 c Am 1 446 10 0 743 3 6 ckc ck q A QkN n 2 2 2 50 54 00 57 0 10 07 03 0 i c ei ccc Am AAAm 3 07 0 0 630 110 266 10 010 0 c 1276 25480743 3 1 201 260 2661411 03 1 651 651 70 a RkP 下面验算取是否合适6n 承台重 2 5 4 0 20 1 7340 0GkN 5763 5340 0 4 32 1411 03 PG n R 故取 6 根桩可以 确定承台底面尺寸及桩的排列见附图 设计 按轴力 P 和 R 估算桩数 n3为 3 4528 0 4 25 1064 4 P n R 由于 n3 3 应考虑群桩效应和承台的效应确定 R 姑且先取桩数 n 4 根 桩的布置按矩形排列 桩距 取边桩33 0 51 5 a sdm 中心至承台边缘距离为 1d 0 5m 布置如图 1 1 则承台底面尺寸为 2 5m 2 5m 下面按 桩数 n1 4 求单桩竖向承载力设计值 R ppk sskcck spc R QQQ 其中 c ck ck A n q Q 2 ckk qf ie ie cc ccc cc AA AA 查表得 1 65 sp 1 70 c 1 20 s 1 26 p 0 11 i c 0 63 e c 2 223446 cka qkP 2 2 5 2 56 25 c Am 1 446 6 25 696 875 4 ckc ck q A QkN n 2 2 2 50 52 50 54 0 6 254 02 25 i c ei ccc Am AAAm 2 254 0 0 630 110 2972 6 256 25 c 1276 25480696 875 1 201 260 29721416 56 1 651 651 70 a RkP 下面验算取是否合适4n 承台重 2 5 2 5 20 1 7212 5GkN 4528 0212 5 3 35 1416 56 PG n R 故取 4 根桩可以 确定承台底面尺寸及桩的排列如图 1 3 3 33 3 基中各单桩受力验算基中各单桩受力验算 对于第一种 单桩所受的平均竖向作用力为 3765 5212 5 994 51416 56 4 PG NRkN n 桩基中单桩最大受力为 max N max 2 1 yi n j j Mx PG N n x 作用于承台底面的外力对通过群桩形心的 y 轴的力矩设计值 y M 第 桩至 y 轴的距离 m i xi max 2 2 1 35 526 4 1 70 75 994 51123 11 21699 9 2 0 75 yi n i j Mx PG NkNRkN n x 桩基中单桩最小力为 nin N m x 2 2 1 35 526 4 1 70 75 994 5940 90 2 0 75 yi in i j Mx PG NkN n x 以上二项都满足要求 由于水平力 26 4TkN 则与竖向的合力与铅锤线夹角 26 4 tan0 0070 3765 5 T P 故可以不验算单桩竖向承载力 tan0 0070tan5 对于第二种 单桩所受的平均竖向作用力为 5763 5340 1017 251411 03 6 PG NRkN n 桩基中单桩最大受力为 max N max 2 1 yi n j j Mx PG N n x 作用于承台底面的外力对通过群桩形心的 y 轴的力矩设计值 y M 第 桩至 y 轴的距离 m i xi max 2 2 1 30 520 1 1 71 5 1017 251028 031 21693 236 4 1 5 yi n i j Mx PG NkNRkN n x 桩基中单桩最小力为 nin N m x 2 2 1 35 526 4 1 70 75 1017 251006 470 2 0 75 yi in i j Mx PG NkN n x 以上二项都满足要求 由于水平力 20 1TkN 则与竖向的合力与铅锤线夹角 20 1 tan0 0035 5763 5 T P 0 0875 故可以不验算单桩竖向承载力 tan0 0035tan5 对于第三种 单桩所受的平均竖向作用力为 4528 0212 5 1185 11416 56 4 PG NRkN n 桩基中单桩最大受力为 max N max 2 1 yi n j j Mx PG N n x 作用于承台底面的外力对通过群桩形心的 y 轴的力矩设计值 y M 第 桩至 y 轴的距离 m i xi max 2 2 1 42 129 5 1 70 75 1185 11246 61 21699 9 2 0 75 yi n i j Mx PG NkNRkN n x 桩基中单桩最小力为 nin N m x 2 2 1 42 129 5 1 70 75 1246 61185 10 2 0 75 yi in i j Mx PG NkN n x 以上二项都满足要求 由于水平力 29 5TkN 则与竖向的合力与铅锤线夹角 29 5 tan0 0078 3765 5 T P 故可以不验算单桩竖向承载力 tan0 0078tan5 3 43 4 台的抗冲切验算台的抗冲切验算 对于第一种 取承台 1 7m 钢筋混凝土保护层厚度 100mm 构造见图 1 4 选用混凝土为其 30 C 取柱的截面尺寸为 420mm 600mm 2 1430 t fkN m 1 柱对承台的冲切验算 根据公式 010 hufF mt 1i FFN 2 0 72 0 式中 建筑桩基重要性系数 取 1 1 0 0 作用于冲切破坏上的冲切力设计值 即等于作用于桩的竖向 1 FkN 荷载设计值 F 减去冲切破坏锥体范围内各基桩底的净反力设计值之和 承台混凝土抗拉强度设计值 t fkN 冲切破坏锥体有效高度中线处的周长 m u 2 0 h m 0 h 承台冲切破坏锥体的有效高度 m 冲切系数 冲跨比 为冲跨 即柱边或承台变阶处到桩边的水平 00 ah 0 a 距离 按圆桩的有效宽度进行计算 当时 取 0 20 当 00 2 0 ha 0 a 0 h 时 取 00 ha 0 a 0 h F 作用于柱 墙 底的竖向荷载设计值 冲剪破坏椎体范围内各基桩的净反力 不计承台和承台上自重 i N 设计值之和 对于圆桩 计算时应将截面换算成方桩 取换算柱或者柱截面边宽 0 8d p b 可求得冲垮比与冲剪系数 柱的截面尺寸为 600mm 420mm 1001700 10016001 6 o hhmmm 1 3765 503765 5 i FFNkN 0 0 0 0 0 250 0 156 1600 0 720 72 2 02 0 20 156 0 2 340 0 2125 1600 0 720 72 1 745 0 20 2125 0 2 2 20 202 0 420 34 1 745 0 60 25 14301 6 ox ox x ox oy oy y oy oxcoyoycoxt a h h bahaf h mmmmkPam 01 7489 861 0 3765 53765 5kNFkNkN 满足要求 四桩承台需进行角桩冲切验算 对于六台 取承台 1 7m 钢筋混凝土保护层厚度 100mm 构造见图 1 4 选用混凝土为其 30 C 2 1430 t fkN m 1 柱对承台的冲切验算 根据公式 010 hufF mt 1i FFN 2 0 72 0 1001700 10016001 6 o hhmmm 1 5763 505763 5 i FFNkN 0 0 0 0 0 1000 0 625 1600 0 720 72 0 87 0 20 625 0 2 340 0 2125 1600 0 720 72 1 745 0 20 2125 0 2 2 20 87 0 420 34 1 745 0 61 0 14301 6 ox ox x ox oy oy y oy oxcoyoycoxt a h h bahaf h mmmmkPam 01 15801 81 0 5763 55763 5kNFkNkN 满足要求 非四桩承台 无需进行角桩冲切验算 所以承台不发生冲切破坏 对于第二种 取承台 1 7m 钢筋混凝土保护层厚度 100mm 构造见图 选用混凝土为其 30 C 2 1430 t fkN m 1 柱对承台的冲切验算 根据公式 010 hufF mt 1i FFN 2 0 72 0 1001700 10016001 6 o hhmmm 1 4528 004528 0 i FFNkN 0 0 0 0 0 250 0 156 1600 0 720 72 2 02 0 20 156 0 2 340 0 2125 1600 0 720 72 1 745 0 20 2125 0 2 2 20 202 0 420 34 1 745 0 60 25 14301 6 ox ox x ox oy oy y oy oxcoyoycoxt a h h bahaf h mmmmkPam 01 7489 861 0 4528 04528 0kNFkNkN 满足要求 第三种是四桩承台 需进行角桩冲切验算 2 角桩冲切验算 对于两种四桩台分析 对于四桩承台 受角桩冲切的承台应满足下式 0 1 11 1 2110 22 hf a c a cN t x y y x 2 0 48 0 1 1 x x 2 0 48 0 1 1 y x 式中 作用于角桩顶的竖向力设计值 1 NkN 角桩的冲切系数 yx11 角桩冲跨比 其值满足 0 2 1 0 yx11 x1 h a x1 y1 h a y1 从角桩内边缘至承台外边缘的距离 此处应取桩的有效宽 21 c cm 度 从承台底角桩内边缘引一冲切线与承台顶面相交点 21 c c yx aa 11 0 45 至角桩内边缘的水平距离 当柱或承台边阶处位于该线以内时 取由柱边或 0 45 变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线 对 第一种 1max 1123 1NNkN 对 第三种 1max 1246 6NNkN 1 250 x amm 1 340 y amm 12 0 7ccm 0 1600hmm x1 1 250 0 156 1600 x a h y1 1 340 0 2125 1600 y a h 1 0 48 1 348 0 1560 2 x 1 0 48 1 16 0 21250 2 y 所以 1 1 12110 22 y x xyt a a ccfh 01 0 70 7 1 3480 71 160 71430 1 6 22 4820 2kNN 对两种四桩台均满足要求 所以承台两种四桩台均不发生冲切破坏 3 53 5 承台剪切验算承台剪切验算 对两种四桩台分析 对于柱下正方形独立承台 只需要对柱的一个轴进行验算承台的斜截面抗剪承载力 即可 桩基规范 规定 剪切破裂面为通过柱边和桩边连接线形成的斜截面 抗剪验算 应满足 00 xx VV 00yy VV 式中 垂直于 x 方向斜截面的最大剪力值 可取抗剪计算截面一侧的桩顶净 x V 反力设计值总和 kN 垂直于 y 方向斜截面的最大剪力值 可取抗剪计算截面一侧的桩顶 y V 净反力设计值总和 kN 垂直于 x 方向的斜截面抗剪承载力设计值 x V0kN 垂直于 y 方向的斜截面抗剪承载力设计值 0y VkN x V0 0 hbf yc 0y V 0cx fbh 剪切系数 当时 0 34 1 5 1 2 0 当时 4 13 0 3 0 12 0 计算截面剪跨比 当时 取 0 3 x V 0 h ax 0 y y a h 3 0 当 取 3 3 混凝土轴心抗压强度设计值 c fkPa 承台计算截面的有效高度 0 hm 承台计算截面处的计算高度 x b y bm 对 于 截面抗剪验算 1 02 5 yc bB 0 对第一种 max 22 1123 12246 2 x VNkN 对第三种 max 22 1246 62493 2 x VNkN 1 1 0 250 0 156 1600 x x a h 0 12 0 2 0 30 3 对第一种 000 0 2 14300 2 5 1 611440 02246 2 xcyx VfbhkNVkN 对第三种 000 0 20 14300 2 5 1 611440 02493 2 xcyx VfbhkNVkN 于 截面抗剪验算 1 02 5 xc bL 0 对第一种 max 22 1123 12246 2 y VNkN 对第三种 max 22 1246 62493 2 y VNkN 1 1 0 340 0 21250 3 1600 y y a h 0 2 0 2 0 30 3 对两种四桩台 000 0 2 14300 2 5 1 611440 0 xcxy VfbhkNV 所以两种均满足要求 对第二种分析 对 于 截面抗剪验算 1 02 5 yc bB 0 max 22 1028 032056 06 x VNkN 1 1 0 1000 0 625 1600 x x a h 0 12 0 13 0 6250 3 000 0 13 14300 2 5 1 67436 02056 06 xcyx VfbhkNVkN 于 截面抗剪验算 截面左侧共 3 根单桩其反总力为 x V 1 33 1028 033084 09NkN 1 1 0 340 0 21250 3 1600 y y a h 取 0 3 1 0 1y 0 2 0 2 0 30 3 4 0 xc bLm 0 000 0 2 14300 4 0 1 618304 0 xcxy VfbhkNV 第三种满足要求 3 63 6 的配筋计算的配筋计算 混凝土采用 钢筋用 II 级钢筋15C 2 300mmNfy 对第一种的分析 承台 I I 截面处最大弯矩mkNyNM 1 1123 2 5 0 25 0 1 112322 max 2 6 0 0 2600 16003009 0 10 1 1123 9 0 mm hf M A y s 每米宽度范围的配筋 选 2 1040 5 2 2600 mmAs 22 7 14 10771040 s Ammmm 整个承台宽度范围内用筋根 取 20 根7 2 517 5 承台 截面处最大距mkNyNM 2 1325 2 5 0 34 0 1 112322 max 2 6 0 6 3067 16003009 0 10 2 1325 9 0 mm hf M A y s 每米宽度范围的配筋 选 2 1227 5 2 6 3067 mmAs 22 8 14 12311227 s Ammmm 整个承台宽度范围内用筋根 取 20 根 8 2 520 所以整个承台 7A 双向布置 即 双向布置 详细见图纸20 14 对第二种的分析 承台 I I 截面处最大弯矩mkNyNM 75 2570 2 5 0 0 1 3 102822 max 2 6 0 0 5951 16003009 0 1075 2570 9 0 mm hf M A y s 每米宽度范围的配筋 选 2 75 1487 0 4 0 5951 mmAs 22 6 18 15271487 75 s Ammmm 整个承台宽度范围内用筋根 取 24 根6 4 024 承台 截面处最大距mkNyNM 0 1213 2 5 0 34 0 3 102822 max 2 6 0 0 2808 16003009 0 10 0 1213 9 0 mm hf M A y s 每米宽度范围的配筋 选 2 1123 5 2 0 2808 mmAs 22 8 14 12311123 s Ammmm 整个承台宽度范围内用筋根 取 20 根8 2 520 所以整个承台第二种横向布置 2418 纵向布置 2014 详细见图纸 对第三种分析 承台 I I 截面处最大弯矩mkNyNM 6 1246 2 5 0 25 0 6 124622 max 2 6 0 0 2886 16003009 0 10 6 1246 9 0 mm hf M A y s 每米宽度范围的配筋 选 2 1154 5 2 0 2886 mmAs 22 8 14 12311154 s Ammmm 整个承台宽度范围内用筋根 取 20 根8 2 520 承台 截面处最大距mkNyNM 0 1546 2 5 0 34 0 6 124622 max 2 6 0 0 3579 16003009 0 10 0 1546 9 0 mm hf M A y s 每米宽度范围的配筋 选 2 0 1431 5 2 0 3579 mmAs 22 6 18 15271431 s Ammmm 整个承台宽度范围内用筋根 取 15 根6 2 515 所以整个承台 7C 横向布置 2014 纵向布置 1518 详见附图 3 7 的配筋计算 混凝土采用 钢筋用15C335HRB 0 9 ucys Nff A 轴向压力承载力设计值 u N 0 9 可靠度调整系数 钢筋混凝土轴心受压