桩基础课程设计.docx

目录一、设计题目2二、设计过程21、确定基础持力层21.1计算地基承载力21.2工程地质条件评价32、初选桩型和承台埋深42.1桩型42.2初选承台埋深d42.3桩长43、确定单桩承载力44、初选承台尺寸75、桩基验算85.1桩基竖向承载力验算85.2基桩水平力设计值：85.3复合桩竖向承载力特征值86、桩身结构设计和计算96.1桩身起吊验算96.2桩的主筋计算106.3桩身强度验算106.4桩的箍筋计算107、桩基沉降验算118、承台冲切、抗剪验算与受弯计算138.1各桩净反力计算：138.2承台冲切计算138.3承台剪切计算148.4承台受弯计算15三、参考文献15四、施工图15一、设计题目某二级建筑物采用桩基础，作用在桩基承台顶部的荷载设计值：N =8960KN，M =1640KNm，H =1000KN，柱的截面尺寸为6000mm800mm，土层分布及物理力学指标情况见下表。地下水位离地表1.0m，基桩水平承载力设计值Rha=120KN，试设计此桩基础。（建议采用方形变截面承台，承台顶部高1.5m，承台边缘高1.0m,基桩采用钢筋砼预制桩，其截面尺寸为：450mm450mm，采用第6层土为软弱下卧层，其地基承载力标准值fk=126kpa）二、设计过程1、确定基础持力层1.1计算地基承载力根据贯入阻力计算地基承载力的公式：fak=0.104ps+0.269，使用范围为0.3MPaps6MPa土层序号123456地基承载力fak(KPa)88.2686.1891.38262.98521.94126得 1.2工程地质条件评价 褐黄色粉质黏土，处于中密、湿状态，可塑，厚度不大，不宜作为桩基础持力层； 灰色淤泥质粉质黏土，处于稍密、软塑状态，流塑，抗剪强度低，不宜作为基础持力层； 灰色淤泥质黏土，含水量高，孔隙比大，抗剪强度低，属于高压缩性土，不宜作为基础持力层； 灰褐色粉质黏土，含水量高，处于稍密、软塑状态，具有一定的承载力，可作为基础持力层； 暗绿草黄色粉质黏土，含水量较低，孔隙比较小，处于可塑状态，承载力较高，可作为基础持力层； 灰色粉质黏土，处于很湿，稍密、软塑状态，属软弱土层。暂选定4号土层灰褐色粉质土为该桩基础持力层，fa=262.982、初选桩型和承台埋深2.1桩型 450450拟采用钢筋混凝土预制桩，桩截面形式采用正方形，边长为bf=450mm2.2初选承台埋深d由于地下水位离地表1.0m，为了使地下水对承台没有影响，所以选择承台埋深为1.0m2.3桩长选择4号土为桩基础持力层，桩进入持力层4.1m，桩基有效桩长为：l=(2-1)+4+8.9+5.1=19m3、确定单桩承载力3.1计算单桩竖向承载力按静力探法确定，当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验时可按下式计算：Quk=Qsk+Qpk= uqsikli+pskAp当psk1 psk2时, psk=12 (psk1+psk2 )当psk1 psk2时，psk= psk2式中Qsk、Qpk 分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值； u 桩身周长；qsik 用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限侧阻力；l i 桩周第i层土的厚度； 桩端阻力修正系数，可按表5.3.3-1 取值；psk 桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值）；Ap 桩端面积；Psk1 桩端全截面以上8 倍桩径范围内的比贯入阻力平均值；Psk2 桩端全截面以下4 倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，如桩端持力层为密实的砂土层，其比贯入阻力平均值ps超过20MPa时，则需乘以表5.3.3-2 中系数C予以折减后，再计算psk2及psk1值； 折减系数，按表5.3.3-3 选用。 桩端端阻力桩端阻力标准值如下公式估算：Qpk=psk=0.5（psk1+ psk2）有内插法得=0.80由bp=450mm得8bp=3.6m 4bp=1.8mPsk1=（2270+2270）2=2270KPa, psk2=(2270+4760)2 =3515KPa因为psk1/ psk2=0.655所以=1.0故Qpk= psk=0.50.80（2270+3515）=2314KPa桩侧极限侧阻力桩侧极限侧阻力标准值如下公式估算：PskPsk1000KPa时，qsk=0.025Psk+25Psk4000KPa时，qsk=125KPa则各层桩侧阻力如下表土层序号土层名称土层厚（m）比贯入阻力ps(KPa)桩侧阻力qsik(KPa)褐黄色粉质粘土2.059029.50灰色淤泥质粉质黏土4.057028.50灰色淤泥质黏土8.962031.00灰褐色粉质黏土5.1227081.75暗绿草黄色粉质黏土4.04760125.00规范经验公式计算单桩竖向承载力Quk=Qsk+Qpk= uqsikli+pskApQuk单桩竖向承载力标准值；Qsik、qpk桩侧阻力、桩端端阻力标准值；Ap桩底横截面面积；u桩身周边长度；li第i层土的厚度；由公式可得：Quk = uqsikli+pskAp =1.8（29.51+28.54+318.9+81.755.1）+0.8023140.2025 =1880.253KPa单桩竖向承载力特征值： Ra= Qukk = 1880.2532 = 940.13KNK安全系数，取K=24、初选桩数n FRa = 8960940.13 = 9.53 暂取16根4、初选承台尺寸桩距：s=3.5bp=3.50.45=1.575m 取s=1.58方形承台边长：a=31.58+0.452=5.64m承台高度：h=1.5m，高出地面500mm桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层取35mm，则承台有效高度为h0=1.50.085=1.4515m5、桩基验算5.1桩基竖向承载力验算中心力F作用下：Ni=F+Gn=8960+1.220(5.642+18.1)16=634.86KNRa=940.13KN偏心力F、My作用下：NmaxNmin=NixmaxMyxi2=634.86(1640+10001.5)2.3780.792+82.372=627.095161.14=796KN0所以，基桩竖向承载力满足要求。5.2基桩水平力设计值： Hi=H/16=1000/16=62.5Rh=120KN其值远小于单桩水平承载力设计值Rh，因此无须验算考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值。5.3复合桩竖向承载力特征值R=Ra+cfakAcc 承台效应系数fak承台底1/2承台宽度深度范围（5m）内各土层地基承载力特征值，按厚度加权平均 Ac计算基桩所对应的承台底地基土净面积；Ac=（A-nAps）/n sa=1.58，d=0.45，l=Bc=5.46，c=0.15，Ac=5.642-160.45216 fak= 188.26+1.8288.162.82 =88.21KPa6、桩身结构设计和计算桩的截面尺寸为450mm450mm，桩长21m，箍筋为HPB235级钢筋，fyv=210N/mm2，钢筋保护层为40mm，混凝土设计等级C30。6.1桩身起吊验算按两个起吊点考虑，根据起吊时桩身跨中正弯矩与吊点处负弯矩相等的原则，即M1=M2确定起吊点（下图）ABA点：M1=12qa2B点：M2=ql2（l2-a）-ql28 由：M1=M2，12qa2 = ql2（l2-a）-ql28，得：a=0.207l=3.933m6.2桩的主筋计算控制弯矩为吊立时的情况，动力系数取K=1.5，Mmax=0.0214Kql2=0.02141.30.45220192=90.789KN/mh0=450-40=410mm s=M/1fcbh02=0.018=1-(1-2s)1/2=1-(1-0.018)1/2=0.018min=0.86.3桩身强度验算（cfcA+fyAs）=1.0(0.714.3450410+3001519.76) =2435103kNRa所以桩身强度满足要求。6.4桩的箍筋计算hw/b=410/450=0.9123.08KN满足要求0.7ftbh0=0.71.43450410=184.68KN23.08KN满足要求按构造要求配筋8130，As=50.3mm2sv，min=0.24ftfyv100%=0.16%sv=nAsv1bs100%=0.17%sv，min7、桩基沉降验算采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算。由于桩基的桩距s6d ，所以可采用分层总和法计算最终沉降量。竖向荷载标准值：Fk=89601.35=6637.04基底处压力：p=Fk+GA=6637.04+1.220(5.642+18.1)5.642 =246.31KPa基底自重压力：d =118 =18KPa基底处的附加应力:p0=pd=246.31KPa18KPa=228.31KPa桩端平面下的土的自重应力c和附加应力z(z=4p0)计算如下： z=0 c=ihi=18.01+8.01+7.84+7.08.9+8.05.1=160.3KPa lb=1，2zb=0，=0.25 z=4p0=40.25228.31KPa=228.31KPa 同理可以计算 z=3m c=185.8KPa，2zb=1.064，=0.168，z=153.42KPa z=5m c=202.3KPa，2zb=1.773，=0.099，z=90.41KPa z=7m c=218.3KPa，2zb=2.482，=0.061，z=55.71KPa在z=7m处 zc=0.26，所以，本基础取z = 7m计算沉降量，则沉降量计算如下表：z(mm)lb2zb平均附加应力系数iizi(mm)izii-1zi-1Esi(KPa)si=4p0(izii-1zi-1)Ei0100.250048000300011.0640.2219665.7665.7780077.94500011.7730.1853926.5260.8780030.53700012.4820.15471082.9156.4490029.15 s=si=77.94+30.53+29.15=137.62mm桩基础持力层性能良好，沉降经验系数=1.0，短边布桩数nb=4， 由sad=1.580.45=3.5，ld=42，LcBc=1.0，查表得：C0=0.042，C1=1.611，C2=9.712 基桩等效沉降系数e=C0+nb-1C1nb-1+C2=0.248S=es=1.00.248137.62=34.13120mm所以桩基沉降量满足要求。8、承台冲切、抗剪验算与受弯计算Fk=8960KN Mx=1640KN Hk=750KN承台厚1.5m，保护层厚85mm，h0=1415mm，混凝土强度等级为30，混凝土轴心抗拉强度ft=1.43N/mm2,轴心抗压强度fc=14.3N/mm2,钢筋选用HRB335级，fy=300N/mm28.1各桩净反力计算：A桩：Na=F/n+MXxi/xi2=585.95kNB桩：Nb=F/n-MXxi/xi2=534.05kNC桩: Nc=F/n+MXxi/xi2=637.85kND桩：Nd=F/n-MXxi/xi2=428.15kN8.2承台冲切计算柱边冲切，由公式可以求得冲垮比与冲切系数0ox=aox/h0=0.265/1.415=0.180.25，取ox=0.25oy= a0y/h0=0.165/1.415=0.117h800mm，故取hp=0.9492ox (bc+aoy)+ oy (hc+aox) hpfth0=21.867(0.6+0.165)+1.867(0.8+0.265)0.9491.431415=13121.68KN89601.35=12096满足要求。角桩向上冲切C1=C2=0.675 ，a1x=aox 1x=0x a1y=a0y 1y=0y1x=1y =0.65/(1x+0.2)=0.65/(0.25+0.2)=1.2441x (c2+a1y/2)+ 1y (c1+a1x/2) hpfth0=1.244(0.675+0.165/2+0.675+0.265/2) 0.9491.431415=3738.47Nkmax=796KN 满足要求。8.3承台剪切计算剪跨比与以上冲垮比相同Vhsftb0h0 =1.75/(+1.0) hs=(800/h0)1/4x=ox=0.25=1.75/(0.25+1.0)=1.4 2000mmh0=1415mm800mm，所以hs内插得，hs=0.895hsftb0h0=0.8951.414305.641.415=14299.552Nkmax=1592KN 所以满足要求。8.4承台受弯计算Mx=Niyi=4634.860.49+4634.862.07=6500.966K