桩基础——毕业设计.doc

某高层建筑基础的设计与施工某高层建筑基础的设计与施工 The Design and Construction of a Foundation in High rise Building 20152015 届届 土木工程土木工程 学院学院 专专 业业 土木工程土木工程 学学 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 完成日期 2015 年 6 月 16 日 毕业设计成绩单毕业设计成绩单 学生姓名学号班级土 1101 8 班专业土木工程 毕业设计题目某高层建筑基础的设计与施工 指导教师姓名 指导教师职称教授副教授 评 定 成 绩 指导教师得分 答辩小组组 长 得分 成绩 院长 主任 签字 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计任务书 题 目 某高层建筑基础的设计与施工 学生姓名学号班级土 1101 8 班专业土木工程 承担指导任务单位土木工程学院 导师 姓名 导师 职称 教授 副教授 一 设计内容 1 综合确定各地基土层的地基承载力特征值及修正的地基承载力特征值 2 对地基场地作出分析和评价 根据上部结构和场地情况选择合适的基础型式 3 基础的设计中 根据地质条件 施工设备 当地经验 合理选择设计桩型 进行桩的设计分 析计算 4 基础的设计中 针对所选择设计桩型 介绍其施工要点 目前的施工水平及注意事项等 5 业相关的外文一篇进行翻译 二 基本要求 1 学会阅读岩土工程勘察资料 熟悉相关设计与施工规范 2 学会使用相关设计用专业软件 3 设计方案应符合规范 满足安全与经济的要求 4 设计方案应结合工程实际 计算正确 三 主要技术指标或研究方法 收集岩土工程勘察报告和项目相关资料 根据勘查报告进行桩型选择和持力层确定 验算 单桩承载力确定桩数及桩布置 桩基中各单桩受力验算 承台的抗弯验算 抗冲切验算 抗剪 切验算 沉降计算 然后进行设计 并验算相关结果必须满足规范要求 整个桩基础的设计都 按是承载能力极限状态和正常使用极限状态这两种极限状态设计的 四 应遵守的法规及主要参考文献 1 中华人民共和国行业标准 建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 2 中华人民共和国国家标准 建筑地基基础设计规范 GB50007 2011 五 进度计划 1 2 周 文献检索及外文翻译 3 6 周 合理选择设计桩型 7 14 周 桩基础的设计 15 16 周 设计整理及答辩 年 月 日 毕业设计开题报告毕业设计开题报告 题 目 某高层建筑基础的设计与施工 学生姓名班级土 1101 8专业土木工程 一 课题研究背景 随着我国的高速发展 各种高层超高层更是如雨后春笋一般 拔地而起 而作为这些 这些建筑的根本结构 基础 受到了更多的关注 基础是连接工业与民用建筑上部结构或桥 梁墩台与地基之间的过度结构 它的作用是将上部结构承受的各种荷载安全传递至地基 并使 地基再建筑物允许的沉降变形值正常工作 从而保证建筑物的正常使用 因此 基础工程的设 计必须根据上部结构力体系的 建筑物对地下空间使用功能的要求 地基土质的物理性质 结 合施工设备能力 考虑经济造价等各方面要求 合理选择地基基础的设计方案 树无根必死 万丈高楼没有一个合理的基础必将倾覆 而基础属于隐蔽建筑 检查维 修困难 一旦失事 损失巨大 补救十分困难 所以 基础的设计 验算得尤其重要了 二 国内外研究现状 基础学是年轻的应用科学和古老的工程技术 早在古代人类 就已经创建了自己的地基基 础工艺 如中国的长城 都江堰和其他古代遗址的情况 随着世界经济的飞速发展 桩基技术在建筑 交通 港口 码头等行业已成为一种常用的 深基础形式 近年来 因为科学技术的快速发展 桩基础的设计理念有了重大突破 早在 1977 年英国伯兰教授做了 结构物和基础的性状 的报告 在日本东京举行的第九届 国际化 土力学和基础工程 发布会上 仅仅两年后海恩教授和里教授等人使用 Kisakiumion 弹性理论和弘勒斯理想弹塑性模型的 理论 总结出建立竖向大刚度桩 土复合桩基 桩数太多并没有什么用 桩数的差异并没太大 作用在减少沉降这个问题上 博勒斯提出让桩完全发挥极限承载能力这个假设 他称其为 桩筏基础 用来区别传统的 群桩基础 上世纪 80 年代澳大利亚岩土工程专家普乐施 H G 提出了 一个计算公式仅仅用于减少沉降 桩基础 该公式是根据 筏 桩 土 这三者的相互作用的分析提出的 而他 的著作 桩基础的分 析与设计 是桩基础领域的经典之作 2005 年瑞士联邦科技学院研究者 L Laloui 发表了专著 热交换桩形状的实验和数值研究 提出了一种新型桩基础 蓄能桩或者称为热交换桩 相较于国外桩基础的发展 桩基础在我国也得到了大力发展 1962 年以来 我国总共召开了十一届 全国土力学与基础工程 会议 并且建立了一批地基 基础研究机构 土工实验室和专业施工队伍 1979 年 童翊湘学者形成了一个初步想法 基于群桩基础工作机理的分析理论 该想法是 沉降设计桩基得分不同的情况 1998 年 在计算桩数和桩长的设计方法上 杨敏等人提出了控制设计值的设计方法 该方 法的主要基于减少沉降桩基础设计理论 理论的主要思想是基础中的桩主要还是起减少和控制 沉降的作用 承担部分荷载外是其的次要作用 龚维明教授于 1997 年 2000 年申请并获得了 桩承载力测定用荷载箱 及 桩承载力测定装 置 专利 各国学者的不懈努力 使得桩基础的设计思想 施工工艺不断完善 在更多的建筑中得到 应用 并不断更新了桩基础的设计思想 施工工艺 以下是相关研究成果 1 理技术与桩基础技术相互渗透应用 2 桩的形状突破传统 出现了像壁板桩或称壁桩等不规则的桩形 到目前为止 国内外学者从未对桩基础停止过研究 在桩基础设计理论方面做了大量的工 作 并取得可观的成果 合理的桩基础能够充分发挥地基承载力与材料的力学性能 能够达到 以最小成本实现撑起建筑的目的 随着世界经济的发展 桩基础的应用定会越来越多 也会越 来越广 而对于桩基础的研究肯定会更上一层楼 三 主要工作和采用的方法手段 收集岩土工程勘察报告和项目相关资料 根据勘查报告进行桩型选择和持力层确定 验算 单桩承载力确定桩数及桩布置 桩基中各单桩受力验算 承台的抗弯验算 抗冲切验算 抗剪 切验算 沉降计算 然后进行设计 并验算相关结果必须满足规范要求 整个桩基础的设计都 按是承载能力极限状态和正常使用极限状态这两种极限状态设计的 四 预期达到的结果 1 桩基础在施工中存有哪些病害 并提出保证顺利施工的相应安全措施 2 基础施工的整个施工过程 对其突发的事故给出快速合理的解决措施 3 文翻译 掌握一定的与桩基础相关的英语知识 4 用 Auto CAD 绘图 五 进度计划 1 第 1 2 周 查阅相关文献 收集有关资料 整理资料 外文翻译 2 第 3 5 周 桩基础施工中常见问题以及相应的处理措施 3 第 6 8 周 桩基础施工过程 常见突发事故以及解决方案 4 第 9 15 周 整理以书写的内容及画大图 5 第 16 周 文字录入 答辩 年 月 日 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 选题的意义 1 1 2 国内外的研究现状 1 1 3 本论文研究内容及技术路线 2 第 2 章 工程概况 4 2 1 基本信息 4 2 2 土层参数 4 第 3 章 桩基础设计 6 3 1 土的液化判别 6 3 2 确定桩的持力层 桩型和桩长 9 3 3 确定单桩竖向承载力 9 3 3 1 单桩极限承载力标准值 9 3 3 2 桩端承载力特征值 12 3 4 确定桩数 布桩方式和承台设计 12 3 4 1 假定承台尺寸 12 3 4 2 桩数及布桩方式 12 3 5 复合基桩荷载验算 13 3 6 桩基水平承载力验算 14 3 7 桩身结构配筋 16 3 8 承台抗弯验算 20 3 10 承台抗剪验算 24 3 11 沉降验算 25 第 4 章 长螺旋钻孔压灌桩施工 28 4 1 施工技术简述 28 4 2 施工过程 28 4 2 1 施工机械 28 4 2 2 施工工艺流程 28 4 3 钢筋笼下放不到指定位置的原因 30 4 4 承台施工 30 4 4 1 基坑开挖和回填 30 4 4 2 钢筋和混凝土施工 30 4 5 桩基工程质量检查和验收 31 4 5 1 一般规定 31 4 5 2 施工前检验 31 4 5 3 施工检验 31 4 5 4 施工后检验 32 4 5 5 基桩及承台工程验收资料 32 第 5 章 结论与展望 34 5 1 结论 34 5 2 展望 34 参考文献 36 致 谢 37 附录 A 启明星验算 38 附录 B 外文翻译 41 英文原文 41 中文译文 52 附录 C 施工图 60 摘 要 桩基础又称为桩基 由有桩与柱直接联结的单桩基础或桩顶联结的承台与设置 于岩土中的桩共同组成的基础 桩基础是建筑 交通行业一种常用又古老的深基础 形式 近几年来 桩基础的设计理论和施工工艺的快速发展 为桩基础的快速发展 创造了的前所未有的有利条件 桩基础已成为一种常用的深基础形式 例如在高层 建筑 码头 桥梁和石油海洋平台等建筑物 如今桩的种类 材料 形状 施工机械 施工技术以及桩的设计理论和桩基的 设计技术的迅速发展 都是得益于生产水平的不断提高和科学技术的高速发展 本设计根据地质勘查报告进行桩型选择和持力层确定 进行了如下设计内容 土的液化判别 确定单桩竖向承载力 确定桩数和布桩方式以及承台尺寸 复合基 桩荷载验算 桩的水平承载力验算 桩身结构的配筋 然后是承台的抗剪 抗弯和 冲切验算 最后是沉降的计算 并且使验算相关结果符合规范的相关规定 本文最 后使用启明星进行验算 关键词 桩基础 土层参数 长螺旋钻孔压灌桩 承台 Abstract Pile foundation also known as pile by the pile foundation piles and columns by having a direct connection or coupling of the pile caps and set up base in the rock pile composed of Pile foundation is a common and ancient form of deep foundation for construction transportation In recent years the rapid development of design theory and construction technology of pile foundation it creates a pile foundation for the rapid development of an unprecedented favorable conditions Pile Foundation has become a popular form of deep foundation for example in high rise buildings docks bridges and oil offshore platforms and other buildings Today the type of pile the rapid development of materials shape construction machinery building technology and design theory of pile and pile foundation design and technology rapid development thanks to the level of continuous improvement and the science and technology of production The type selection and design of pile bearing stratum is determined according to the geological survey report we carried out the following design elements soil Liquefaction distinguish determination of Vertical Bearing Capacity determine the number of piles and pile arrangement and size caps composite foundation pile load checking checking the level of the bearing capacity of pile reinforcement pile structure Then pile cap shear bending and punching checking And make checking relevant results compliant with the relevant provisions Finally the use of Venus were checking Keywords Keywords pile foundation soil parameters auger drilling grouting pile caps 第 1 章 绪论 1 1 选题的意义 桥梁墩台与地基之间或连接工业与民用建筑上部结构的过渡结构 我们称之为 基础 1 保证建筑物的正常使用是基础的主要作用 通过把作用在上部结构的各种 荷载均匀的传到地基 并使地基建筑物允许的沉降变形值内 1 因此 合理的地基 基础设计方案 必须根据上部结构受力体系的 地质勘探报告 对地下空间的使用 要求方面要求 树无根必死 万丈高楼没有一个合理的基础必将倾覆 基础是建筑正常工作的 保证 没有一个安全的基础 建筑再好也是无用 基础是一种隐蔽建筑 一般都埋置与地下几十米深处 检查维修显得尤为困难 而且基础一旦失事 所造成的损失是十分巨大的 并且想要进行补救措施是很困难 所以 基础的设计 验算显得尤其重要了 2 1 2 国内外的研究现状 基础学是年轻的应用科学和古老的工程技术 早在古代人类 就已经创建了自 己的地基基础工艺 如中国的长城 都江堰和其他古代遗址的情况 1 随着世界经济的飞速发展 桩基技术在建筑 交通 港口 码头等行业已成为 一种常用的深基础形式 近年来 因为科学技术的快速发展 桩基础的设计理念有了重大突破 早在 1977 年英国伯兰教授做了 结构物和基础的性状 的报告 在日本东京举 行的第九届国际化 土力学和基础工程 发布会上 3 仅仅两年后海恩教授和里教授等人使用 Kisakiumion 弹性理论和弘勒斯理想弹 塑性模型的理论 总结出建立竖向大刚度桩 土复合桩基 桩数太多并没有什么用 桩数的差异并没太大作用在减少沉降这个问题上 3 博勒斯提出让桩完全发挥极限承载能力这个假设 他称其为 桩筏基础 用 来区别传统的 群桩基础 4 上世纪 80 年代澳大利亚岩土工程专家普乐施 H G 4 提出了 一个计算公式仅仅 用于减少沉降桩基础 该公式是根据 筏 桩 土 这三者的相互作用的分析提出 的 而他的著作 桩基础的分析与设计 是桩基础领域的经典之作 2005 年瑞士联邦科技学院研究者 L Laloui 4 发表了专著 热交换桩形状的实验 和数值研究 提出了一种新型桩基础 蓄能桩或者称为热交换桩 相较于国外桩基础的发展 桩基础在我国也得到了大力发展 从 1962 年以来 全国土力学与基础工程会议陆陆续续在我国召开了十一届 在 我国各地陆陆续续建立一些地基基础的实验室 培养了一批具有专业化水准的施工 队伍 1 1979 年 童翊湘学者形成了一个初步想法 基于群桩基础工作机理的分析理论 该想法是沉降设计桩基得分不同的情况 1998 年 在计算桩数和桩长的设计方法上 杨敏等人在桩基础设计时提出了控 制荷载设计值的设计方法 该方法的主要基于减少沉降桩设计理论 理论的主要思 想是基础中的桩主要还是起减少和控制沉降的作用 承担部分荷载外是其的次要作 用 5 龚维明教授于 1997 年 2000 年申请并获得了 桩承载力测定用荷载箱 及 桩承载力测定装置 专利 5 各国学者的不懈努力 使得桩基础的设计思想 施工工艺不断完善 在更多的 建筑中得到应用 并不断更新了桩基础的设计思想 施工工艺 许多新的 具有创 新性的设计方法和施工工法不断问世 是的桩基础具有了更多的优势 发展空间变 得更大了 以下是相关研究成果 1 1 地基处理技术与桩基础技术相互渗透应用 2 桩的形状突破传统 出现了像壁板桩或称壁桩等不规则的桩形 到目前为止 国内外学者从未对桩基础停止过研究 在桩基础设计理论方面做 了大量的工作 并取得可观的成果 合理的桩基础能够充分发挥地基承载力与材料 的力学性能 能够达到以最小成本实现撑起建筑的目的 随着世界经济的发展 桩 基础的应用定会越来越多 也会越来越广 而对于桩基础的研究肯定会更上一层楼 1 3 本论文研究内容及技术路线 本设计根据地质勘查报告进行桩型选择和持力层确定 进行了如下设计内容 土的液化判别 确定单桩竖向承载力 确定桩数和布桩方式以及承台尺寸 复合基 桩荷载验算 桩的水平承载力验算 根据桥梁博士进行桩身结构的配筋 然后是承 台的抗剪 抗弯和冲切验算 最后是桩基沉降的计算 并且使验算相关结果符合规 范的相关规定 简单叙述了长螺旋钻孔压灌桩的施工工艺以及一些问题在施工过程 中比较容易出现的和解决方法 本文最后使用启明星进行验算 在附录中给出了承台尺寸及配筋详 桩身配筋详图和钢筋表 可以更直观的了 解本设计中承台 桩身的结构及配筋详情 施工图采用平法绘制 采用 A3 图纸 第 2 章 工程概况 2 1 基本信息 某小区一般民用住宅 建筑总高 89m 一共 27 层 结构类型为框剪结构 该项 目使用 0 000 为室内地坪 地下水位离地表 1 0m 建筑物重要系数为 1 0 建筑抗震设防烈度为 7 级 安全等级为二级 已知柱所承受的荷载效应标准组合分别为 竖向荷载 弯矩kN3040Fk 水平剪力 mkN336Mk kN48Vk 荷载准永久组合 竖向荷载 弯矩 水平剪力kN2800FQ mkN310MQ kN48VQ 荷载基本组合 竖向荷载 弯矩 水平剪力kN3800F mkN420M kN60V 柱的截面尺寸为 mm600mm600 承台地面埋深 2 0m 2 2 土层参数 建筑场地土物理指标如下表所示 表 2 1 地基各土层物理力学指标 直剪 试验 快剪 土 层 代 号 名称 厚 度 m 含 水 量 天 然 重 度 kN m 孔隙 比 e 塑 性 指 数 IP 液 性 指 数 IL 内 摩 擦 角 粘聚 力c Kpa 压缩 模 量 Es MPa 承载 力标 准值 fk kPa 标准 贯入 试验 锤击 数 N 值 击 1 素填 土 ml 4Q 3 2 32 8 18 3 0 95 6 19 0 0 4 6 10209 821004 2 粉质 粘土 plal 4Q 2 727 618 40 86215 10 467 017 05 01304 续表 2 1 直剪 试验 快剪 土 层 代 号 名称 厚 度 m 含 水 量 天 然 重 度 kN m3 孔隙 比 e 塑 性 指 数 IP 液 性 指 数 IL 内 摩 擦 角 粘聚力 c Kpa 压缩 模 量 Es MPa 承载 力标 准值 fk kPa 标准 贯入 试验 锤击 数 N 值 击 3 灰褐 色粘 土 lal 4Q 4 5 32 7 18 5 0 93 7 21 9 0 1 8 5 0 49 08 01207 4 灰黄色 粉质粘 土 apal 3Q 6 121 919 20 68912 1 0 315 012 55 01205 5 黄褐色 粉质粘 土 apal 3Q 13 5 28 319 40 69812 8 0 52 12 020 07 51709 6 粉土 apal 3Q 1024 319 30 7019 40 56 20 022 010 519015 第 3 章 桩基础设计 3 1 土的液化判别 建筑场地土层一共有 6 层 根据设计规范 要对建筑场地进行土的液化判断 根据判别结果采取相应的措施 以保证建筑的安全 初步判别 建筑所在区域土层属于饱和粉土和砂土的时 可初步判别为不需要考虑液化影 响或者土层不液化 当符合下列条件之一时 在 7 度 8 度和 9 度时 粉土的粘粒 含量百分率分别不小于 10 13 和 16 时 可判别为不液化土 以下地质年代的土层 7 8 度时可判为不液化 地质年代为第四纪晚更新世 Q3 及其以前时 当建筑使用 天然地基时 地下水位深度和上覆非液化土层的厚度符合下列条件之一时 可不考 虑液化影响 6 2dddb0u 2 1 3dddb0w 2 2 5 4d2d5 1ddb0uw 2 3 式中 该土层上覆非液化土层厚度 m 计算该土层液化是时宜将淤泥质土和 ud 淤泥层扣除 6 建筑所在场地的地下水位深度 m 可按近期内年最高水位采用 最好 wd 应该按设计基准期内年平均最高水位采用 6 土壤液化特征深度 按表 3 1 采用 6 0d 埋置基础的深度 m 小于 2m 时 应按 2m 计算 6 bd 表 3 1 液化土特征深度 m 0d 饱和土类别7 度8 度9 度 砂土678 粉土789 由土层资料得出 1 该建筑场地地基土上三层为第四纪新近沉积土 后三层为第三世纪沉积土 可判别为不液化 2 7 度的抗震设防烈度 粉土 经讨论后 取 8 0 0 10c 3 地下水位为 1 0m 初判结论 拟建场地后三层土层可判定为不液化土 而需进行进一步液化判别的为建筑场 地的上三层土层 细判 建筑场地地面以下 15m 内深度 用 2 4 计算 2 4 c wsocr 3 dd1 09 0NN 15ds 超过 15m 深 用式 2 5 计算 c socr 3 d1 04 2NN 20d15s 2 5 式中 饱和土壤的标准贯入点深度 m 7 sd 建筑场地的地下水位深度 m 可按近几内年地下水位最高的数值采用 wd 最好按设计基准期内年平均最高水位采用 本工程地下水采用常年最高水位 1 0m 7 建筑场地土层粘粒含量百分率 当小于 3 或为砂土时 应采用 3 7 c 在液化判别过程中 标准贯入锤击数的临界值 7 crN 在液化判别过程中 标准贯入锤击数的基准值 可按 建筑建筑抗震设 oN 计规范 GB50011 2010 表 4 3 4 采用 7 液化指数计算公式 7 2 6 ii cri i n 1i lEWd N N 1I 式中 地基的液化指数 7 lEI 分别为 i 点的标准贯入锤击数的实测值和临界值 7 criiNN i 点所代表的土层厚度 m 可采用与该标准贯入试验点相邻的上下两标 id 准贯入试验点深度差的一半 但上界不高于地下水位深度 下界不深于液化深度 7 i 层单位土层厚度的层位影响权函数值 单位为 若判别深度为iW 1 m 15 0m 当该层中点深度不大于 5m 时应采用 10 等于 15m 时应采用零值 5 15m 时 应按线性内插法取值 若判别深度为 20 0m 当该层中点深度不大于 5m 时应采用 10 等于 20m 时应采用零值 5 20m 时应按线性内插法取值 7 1 对该建筑场地土层初步判别 根据土层参数表中个土层的地质年代 土层 4 5 6 三层土层判别为不液化 前三层根据式进行如下判别 3222 12 式 式 由基本信息可知 m0 2d m0 4dbw 由 建筑抗震设计规范 4 3 3 结合土层参数表得 对土层 1 0du 对土层 2 0du m0 6d0 对土层 3 0du m0 6d0 m0 7d0 以上三层土的计算结果均不能满足式 2 1 式 2 2 式 2 3 的要求 所以不 能判定不液化的可能性 2 细判 对土层 1 土层为粉土 取8 c 另由 建筑抗震设计规mdmdsw6 1 0 1 范 表 4 3 4 查的60 N 故由式 2 4 算的标准贯入击数临界值 即crN 53 3 8316 11 09 06 3 dd1 09 0N c wscr 因 故土层 1 判为不液化土 crN4N 对土层 2 m55 4 d m0 1dsw 土层为粉土 取8c 另由 建筑抗震设计 规范 表 4 3 4 查的6N0 故由式 2 4 算的标准贯入击数临界值crN 即 94 4 83155 4 1 09 06 3 dd1 09 0N c wscr 因crN4N 故土层 2 判为液化土 对土层 3 m15 8d m0 1dsw 土层为砂土 取8c 另由 建筑抗震设计 规范 表 4 3 4 查的6N0 故由式 2 4 算的标准贯入击数临界值crN 即 93 583115 81 09 06 3 dd1 09 0N c wscr 因crN7N 故土层 3 判为不液化土 对土层 4 m45 13ds 土层为砂土 取8c 另由 建筑抗震设计规范 表 4 3 4 查的6N0 故由式 2 4 算的标准贯入击数临界值crN 即 88 3 8 3 45 131 04 26 3 d1 04 2NN c socr 因crN5N 故土层 4 判为不液化土 对土层 5 m25 23ds 土层为砂土 取8c 另由 建筑抗震设计规范 表 4 3 4 查的6N0 故由式 2 4 算的标贯击数临界值crN 即 27 0 8 3 25 231 04 26 3 d1 04 2NN c socr 因crN9N 故土层 5 判为不液化土 3 场地的液化等级判别 从以初步判别和细判的结果可知 建筑场地各土层中只有土层 2 为轻微液 化土 根据相关规定选取土层水下厚度为土层 2 的标准贯入点的厚度代表值 6 即 根据式 2 6 的说明 取代入式 2 6 得 m2 2d 10W 186 4102 2 94 4 4 1Wd N N 1Iii cri i n 1i lE 根据 建筑抗震设计规范 结合计算结果 可以判定该建筑场地土层地基液化 等级为轻微 3 2 确定桩的持力层 桩型和桩长 根据土层参数表分析可知 该项目单柱所承受的荷载使用天然地基基础满足设 计要求很困难 所以考虑使用承载能力比较大的桩基础 8 分析土层参数表 桩基 础的端持力层确定选第五层粉质粘土 该土层的物理性质良好 承载能力也比较好 性质稳定 适合做持力层 根据地质勘探报告及上部结构传下来的荷载等综合情况 选定承台埋深 2 0m 长螺旋钻孔压灌桩截面尺寸为 400mm 桩长 25m 3 3 确定单桩竖向承载力 3 3 1 单桩极限承载力标准值 1 由经验公式估算 ppkisikpkskuk AqlquQQQ uk Q 3 1 式中 单桩极限摩阻力标准值 kN 9 sk Q 单桩极限端阻力标准值 kN 9 pk Q 桩的横断面周长 m 9 u 桩的横断面底面积 m2 9 p A 桩周各层土的厚度 m 9 il 桩周第 i 层土的单位极限摩阻力标准值 kPa 9 ksiq 桩底土的单位极限端阻力标准值 kPa 9 skq 根据土层参数表及 建筑桩基技术规范 得 桩周长 m256 1mm1256400 桩横截面积 22 p m16 040 0 A 桩端土极限承载力标准值查表得 kPa612qpk 桩侧土极限摩擦力标准值 ksiq 素填土 kPa 3 32qsk m2 1l 粉质粘土 kPa2 80qsk m7 2l 灰褐色粘土 m5 4l kPa 6 92qsk 灰褐色粉质粘土 kPa84 71qsk m1 6l 黄褐色粉质粘土 kPa 2 54qsk m 5 10l 计算结果 kN 5 211616 0 612 5 10 2 541 684 715 4 6 92327 2 2 802 1 3 32256 1 Quk 2 使用桥梁博士计算如下 使用桥梁博士进行相关计算 主要是为了根计算结果相比较 相当于验算 使 用的桥梁博士为同济的一个计算软件 输入相关参数 计算单桩容许承载力 输入数据如下 图 3 1 单桩承载力数据 计算结果如下 注 接下图 图 3 2 单桩承载力计算结果 根据以上桥梁博士计算图片 可以看出在 25m 的桩长 桥梁博士的结果为 与手算结果两者相差无几 故手算结果可以使用 kN 2 1068Ra kN 2 1058Ra 3 3 2 桩端承载力特征值 由 建筑桩基技术规范 得 kN 2 105815 2207 2 1 Q 2 1 R uka 3 4 确定桩数 布桩方式和承台设计 3 4 1 假定承台尺寸 根据柱所承受的荷载大小及土层参数 初步假设承台尺寸为 设计m4 2m4 2 埋置深度为 2 0m 高 1 0m 上部结构传下来的竖直荷载为 kN3800F 承台和土的自重 172 8kN1101204 24 2Gk 3 4 2 桩数及布桩方式 根据以上设计资料 计算桩数大致范围 根 16 3 2 1058 3040 1 1 R F n a k 取桩数为 4 根 布桩的方式见下图 桩距 m6 1 m2 14004 3d4 3s 图 3 3 承台尺寸图 根据布桩要求 取最边上的桩中心到承台边缘的距离为 0 4m 3 5 复合基桩荷载验算 由 建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 5 2 5 1 可知 考虑承台效应的复合基 桩竖向承载力特征值可按下列公式确定 9 考虑地震作用时 cakc a a Af 25 1 RR 3 2 3 n nAA A psc 3 其中 承台效应系数 可按表 5 2 5 取值 9 c 承台下 1 2 承台宽度且不超过 5m 深度范围内各层土的地基承载力特征 ak f 值按厚度加权的平均值 9 计算基桩所对应的承台底净面积 9 c A 为桩身截面面积 9 ps A 为承台计算域面积 对于柱下独立桩基 A 为承台总面积 9 A 地基抗震承载力调整系数 按现行国家标准 建筑建筑抗震设计规范 a GB 50011 采用 9 由桩间距与桩径之比 承台宽与桩长之比 4 4 6 1 d sa 096 0 25 4 2 l Bc 查相关规定得 9 141 0 c 为承台下 1 2 承台宽度且不超过 5m 深度范围内各层土的地基承载力特征值akf 按厚度加权的平均值 8 故 kPa100fak 938 0 4 14 3 4 04 044 24 2 Ac 由以上二式的 Nk95 1071938 0 100141 0 25 1 3 1 2 1058Af 25 1 RR cakc a a 按轴心竖向力计算得 kN95 1071kN 2 803 4 8 1723040 n GF N kk k 按偏心竖向力计算得 因此 桩不受上拔力0 2 683N kN34 1286R2 1N kN 2 923 2 683 8 04 8 0 0 148336 4 8 1723040 y yM n GF N mink maxk 22 i maxx kk max min k 满足规范要求 可以采用 3 6 桩基水平承载力验算 由 建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 5 7 1 可知 受水平荷载的一般建筑物 和水平荷载较小的高大建筑物单桩基础和群桩中基桩应满足下式 9 h ik R H 3 4 式中 在荷载效应标准组合下 作用于基桩 i 桩顶处的水平力 9 ik H 单桩基础或群桩中基桩的水平承载力特征值 9 h RhahhRR 单桩水平承载力特征值 ntm kN g x 0tm ha Af N 12225 1 v Wf 75 0 R 群桩效应综合系数 lrih 桩的相互影响效应系数 9 1n10 0 n15 0 d s 21 45 0n015 0 a i 2 桩的水平变形系数 5 0 EI bm 其中 2 0ge 2 0 d12d 32 d W 查 建筑桩基技术规范 可知 可知单桩在地面处的水平位 4 24MN mmm 移为 6mm 9 假定桩身保护层厚度为 采用 C30 的混凝土 mm35 67 6 3 20 E E c s e 长螺旋钻孔压灌桩的配筋率 62 0 g 2m 桩身换算的截面面积 2 2 gE 2 nm130 0 0062 0 167 6 1 4 4 014 3 11 4 d A 桩身的计算宽度 m99 0 5 04 05 19 05 0d5 19 0b0 00898 0 99 0 0062 0167 6 24 0 32 4 014 3 W 22 0 桩身抗弯刚度 58 10 1 26 0 3300898 0 0 5 103 0 85 EI 水平变形系数 1 5 5 3 m543 0 1026 1 99 0100 6 换算深度 4h 时 取 57 1325543 0 h 0 4h 查 建筑桩基技术规范 设计桩顶面处的水平位移系数取 0 940 取xvmv 0 926 桩顶约束设置为固接 9 05 2r 桩身水平承载能力特征值 kN85 78 13 0 43 1 2 38005 0 10062 02225 1 940 0 00898 0 43 1 2543 0 75 0 Af N 12225 1 v Wf 75 0 R ntm kN g x 0tm ha 桩的相互影响效应系数 取 81 0 9 1210 0 215 0 4 45 0 2015 0 i 0l 群桩效应综合系数 661 1005 281 0 lrih 则 kN 9 13085 78661 1RR hahh 故 即水平承载力满足规范要求 kN02 139RkN 0 12 4 48 n H H h k ik 3 7 桩身结构配筋 使用桥梁博士进行桩身结构的配筋 输入相关参数 得带桩身弯矩 剪力 轴 力设计值 然后根据桩身所承受的弯矩和剪力进行配筋 配筋完毕后 验算配筋率 使其满足规范的要求 桩身箍筋采用螺旋箍筋 根据结构配筋 并设置加强箍筋 用桥梁博士 输入如下设计参数 图 3 4 输入的数据 计算结果如下 注 接下图 图 3 5 计算结果 由以上计算结果可知 mkN 1 49M kN 2 1043N 根据以上结算结果配筋 桩按均匀方式配筋 主筋选用 HRB 400 强度设计值为 360MPa 直径 16mm 12 桩身混泥土保护层厚度设计为 35mm 11 螺旋筋级选用 HPB 300 承台下 3 9m 内箍筋需要加密 选用 8 100mm 3 9m 后 桩长箍筋选用 8 250mm 因为桩长较长 需要设置加强箍筋 布置每 2m 设置一道 加强箍筋级别为 HRB 335 级 直径 12 各种钢筋布置见桩身配筋详图 验算桩身混凝土强度 桩身螺旋式箍筋间距在桩定一下 5d 范围内不大于 100 由 建筑桩基技术mm 规范 12 sypsccAf9 0AfN 3 6 查 建筑桩基技术规范 85 0 c kN 2 1058RkN 45 8621 4523600 94004003 410 75Af9 0Af SyPScC 满足要求 3 8 承台抗弯验算 采用等厚度承台 高m0 1h 采用 C25 的混泥土 底面混凝土保护层厚度 0 7m 承台有效高度 11 使用 HPB 300 级钢筋 圆桩直径换算为方桩的930mmh0 边长 0 4m 1 1 各桩净反力设计值 单桩净反力 不计承台和承台上土重 的平均值为 kN950 4 3800 n F N 边角桩的最大和最小净反力为 kN 0 1100 0 800 8 04 8 00 160420 4 3800 x xM n F N 2 i max yk max min 2 mkN 0 1100 2 6 0 8 0 0 11002xNM mkN 0 800 2 6 0 8 0 0 8002yNM iiy iix 承台 y 长方向配筋为 2 0y s y symm4765 9302709 0 0 1100 hf M A 可选配 23 16 100 钢筋 2 smm462323 1 201A 承台 x 短方向配筋为 2 0y s x symm3466 9302709 0 0 800 hf M A 可选配 10 22 200 钢筋 2 smm380110 1 380A 2 计算最小配筋率 受弯最小配筋率为 0 0 min200 0 3 承台最小配筋面积 2 0 0 minminsmm19001000950200 0 1000HA 因为所以承台底面 x 方向配筋面积 2 sxminsmm 8 15834 23801AA 12 mmm1900 2 选择钢筋 23 16 100 实配面积为 mmm 4 2045 2 因为 2 sxminsmm 4 20454 24909AA 所以承台底面 y 方向配筋面积按上述 配筋即可 4 承台配筋详图 图 3 6 承台配筋详图 3 9 承台的冲切验算 1 柱对承台的冲切验算 9 根据公式 3 7 i lQFF 3 8 2 0 84 0 0 3 9 0thpoxcoyy0coxlhfahab2F 式 3 7 中 作用于冲切破坏上的冲切力设计值 kN 即等于作用于桩的竖向荷载设lF 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 9 不计承台及其上土重 在荷载效应基本组合作用下柱底的竖向荷载设计F 值 9 不计承台及其上土重 在荷载效应基本组合下冲切破坏体内各基桩或 iQ 复合基桩的反力设计值之和 9 式 3 8 中 柱冲切系数 9 0 式 3 9 中 柱下独立承台受柱冲切的承载力 9 lF 承台混凝土抗拉强度设计值 kN 9 t f 承台受冲切承载力截面高度影响系数 当 h 800mm 时 取hp hp 1 0 2000mm 时 取 0 9 其间按线性内插法取值 9 hhp 承台冲切破坏锥体的有效高度 m 9 0h 冲跨比 为冲跨 即柱边或承台变阶处到桩边的水平距离 h a0 0a 按圆桩的有效宽度进行计算 当 1 0 时 取 1 0 9 由式 3 7 求得 均应满足oyox y1x1 10 y0 y1 10 x0 x1 h a h a 的要求 9 0 1 25 0 分别为 x y 方向柱截面的边长 9 ccbh 分别为 x y 方向柱边至最近桩边的距离 9 y0 x0aa 计算结果如下 冲切力设计值 kN2850 4 3800 3800QFFil 承台有效高度 m95 0 h0 冲跨比 421 0 95 0 4 0 h a 0 x0 y0 x0 柱对承台的冲切系数 353 1 2 0421 0 84 0 2 0 84 0 oyox 柱的截面边长 m6 0bhcc 将以上计算结果带入式 3 9 得 kN7 6925 95 01043 1942 0 4 06 0353 1 4 06 0353 1 2 hfahab2 3 0thpoxcoyy0cox 0thpoxcoyy0coxlhfahab2F 满足要求 2 角桩冲切验算 根据 建筑桩基技术规范 可知 四桩承台 冲切应满足 9 0t hp x1 1y1 y1 2x1 lhf 2 a c 2 a cN 3 10 2 0 56 0 x1 x1 3 11 3 12 2 0 56 0 y1 y1 式中 作用于角桩顶的竖向力设计值 kN 9 1N 角桩的冲切系数 9 y1x1 角桩冲跨比 其值满足 0 2 1 0 9 y1x1 hhy1x1 从角桩内边缘至承台外边缘距离 m 此处应取桩的有效宽度 9 21 c c 从承台底角桩内边缘引一冲切线与承台顶面相交点 至y1x121aacc 0 45 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 取由柱边或变阶处与 桩内边缘连线为冲切锥体的锥线 9 角桩反力设计值 kN950 4 3800 Nl 冲跨比 421 0 95 0 4 0 h a 0 x0 y1x1 柱对承台的冲切系数 902 0 2 0421 0 56 0 2 0 56 0 y1x1 将以上计算结果带入式 3 10 得 kN 8 2077 95 0 1043 1 942 0 2 2 0 8 0902 0 2 2 0 8 0902 0 hf 2 a c 2 a c 3 0t hp x1 1y1 y1 2x1 0t hp x1 1y1 y1 2x1 lhf 2 a c 2 a cN 满足要求 3 10 承台抗剪验算 斜截面受剪承载力可按下面公式计算 9 3 13 00thshbfV 式中 3 0 1 75 1 14 3 15 4 1 0 hs h 800 按 2 根桩进行计算 边上一排桩净反力最大值kN 3 893Qmax 剪力 kN2850 4 3800 2Q2Vmax 剪切系数 232 1 1421 0 75 1 1 75 1 截面高度影响系数 958 0 950 800 h 800 4 1 4 1 0 hs 将以上计算结果带入式 3 13 得 VkN 3 50630 10 31043 1 232 1 958 0 hbfV 3 00thsc 满足要求 3 11 沉降验算 最终沉降计算公式 3 16 m j n i si j1ij1ijij j0e e E ziz PSS 式中 桩基的最终沉降量 mm 9 S 采用布辛奈斯克解 按实体深基础分层总和法计算出的桩基沉降量 mm S 按分层总和法计算经验系数 当无地区经验时 可参考 非软土地区和 软土地区桩端有良好持力层时 1 软土 地区 且桩端无良好持力层时 当 25m 1 7 当 25m 9 l l 等效作用底面以下第 I 层土的压缩模量 MPa 采用地基土自重压力至siE 自重压力加附加应力作用时的压缩模量 9 桩端平面第 j 块何在计算点至第 层土 第层土底面的 距离 j 1 iijzz i 1i m 9 桩端平面第 j 块荷载计算点至第 I 层土 第层土底面深度范 j1iij 1i 围内平均附加应力系数 可按规范附录 G 采用矩形基础中心点沉降 9 角点法计算点对应的矩形荷载分块数 9 m 角点法计算点对应的第 j 块矩形底面长期效应组合的附加力 kN 9 j0P 桩基沉降计算深度范围内所划分的土层数 9 n 沉降计算经验系数 3 17 100l 7 20l 9 5 式中 桩长 m l 桩基等效系数 等效沉降系数 2b1 b 0e c 1n c 1n c 3 18 3 19 c c b L nB n 式中 反映群桩不同距径比 长径比 及承台的长宽比等因210CCC d Sd d L c c B L 素的系数 可查 基础工程 的附录 表 分别为矩形承台的长 宽及cLcBn 桩数 9 矩形布桩时的短边布桩数 当布桩不规则时可按 近似 bnccbLnBn 当计算值小于 1 时 取 1 9 bnbn 计算各层土的自重应力 各层地基附加应力计算 3 21 11nhpp 3 22 A GF p 1 承台底平均压力 kPa 1 5160 1100 120 4 24 2 2800 A GN p 2 承台底土的自重压力 kPa 5 4890 13 80 1 3 18 1 516dpp m0 3 沉降计算 查 建筑桩基技术规范 得桩基沉降计算经验系数 2 1 根据相邻两桩中心间距与桩的直径的比值 设计桩长与直径的比4 4 6 1 d sa 值