基础工程课程设计(1).doc

基础工程课程设计基础工程课程设计 计算书计算书 学 院 土木工程与力学学院 专业班级 学 号 姓 名 2017 年 1 月 华中科技大学 一 设计资料一 设计资料 1 1 设计题目 1 2 基础工程方案 1 3 课程设计内容 2 二 场地条件和荷载取值二 场地条件和荷载取值 2 1 场地条件 2 2 荷载取值 3 三 钻孔灌注桩计算三 钻孔灌注桩计算 3 1 确定单桩承载力 3 2 确定桩数及间距 5 3 桩基承载力验算 5 4 承台设计 6 四 预应力管桩计算四 预应力管桩计算 9 1 确定单桩承载力 9 2 确定桩数及间距 10 3 桩基承载力验算 11 4 桩基沉降计算 11 5 单桩结构设计 11 6 承台设计 12 五 方案比较五 方案比较 13 六 结论与建议六 结论与建议 14 七 参考文献七 参考文献 14 1 一 设计资料一 设计资料 1 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 2 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 2 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 3 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 二 场地条件和荷载取值二 场地条件和荷载取值 1 场地条件 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 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 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 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 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 3 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 荷载取值 框架中柱设计荷载为 13500kN F N 150 02 300kN 调整后的中柱荷载为 13800kN 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 三 钻孔灌注桩计算三 钻孔灌注桩计算 1 1 确定单桩承载力 确定单桩承载力 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 25 05m 深入持力层 6 4m 承台顶 面标高 4 5m 厚度 2100mm 大小 6 0m 3 4m 桩插入承台 50mm 1 考虑桩身材料强度方面确定 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 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 2010 钢筋混凝土桩单桩竖向承载力设计值为 2 1 0 0 7 14 38005032 4 ccpyg Rf Af AkN 式中 R 单桩竖向极限承载力标准值 kN 混凝土的轴心抗压强度设计值 kPa y f 纵向钢筋抗压强度设计值 kPa c f Ap 桩身的横截面积 m2 4 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 2 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 2008 单桩竖向极限承载力标准值按下式计算 ukskpkpSisik iPpkp QQQuq lqA 式中 单桩竖向极限承载力标准值 kN uk Q 单桩总极限侧阻力标准值 kN sk Q 单桩总极限端阻力标准值 kN pk Q 桩身周长 m p u 桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值 kPa sik q 桩周第 i 层土的厚度 m i l 桩端面积 m2 p A 桩端极限端阻力标准值 kpa pk q 大直径桩端阻 侧阻尺寸效应系数 这里均取 1 0 P Si 层号侧阻力特征值 kPa sik q 端阻力特征值 kPa pk q 杂填土10 粉质粘土26 粉砂12 圆砾60 强风化粉砂质泥40 5 中风化粉砂质泥801500 单桩竖向承载力标准值 asia ipa 2 q lq0 826 5 5 12 5 260 740 1 9 80 6 4 15000 83810k 4 psipp RuA N 2 2 确定桩数及间距 确定桩数及间距 中柱荷载设计值 13500 150 0213800FkN 承台自重 20 0 8 6 0 3 4326 4kGN 单桩作用效应下需要的桩数 根 取为 6 根 a 13800326 4 n3 7 3810 FG R 桩的布置如下 满足管桩的最小中心距要求 3 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 则桩顶平均竖向力设计值为 2 20 G kN m 13800 1 2 20 6 0 3 4 0 8 623653810 a QFGkNRkN 6 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 桩身强度应符合下式要求 桩轴心受压时 ccpf AQ 即有 满足 2 2365KN80014 3 0 75031KN 4 pcc QA f 因建筑物对桩基沉降无特殊要求 而且桩端不存在软弱下卧层 且桩群为 端承型 桩底持力层刚硬 由桩身引起的桩顶沉降也不大 因此无需进行沉降 验算 4 4 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 6 0m 3 4m 桩顶伸入承台 50mm 钢筋保护层取 35mm 则承台有效高度为 0 2 1 0 050 0352015hmm 1 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 13800 2300k 6 NN 垂直于x轴方向计算截面的弯矩设计值 xii N y2300 3 1 06900kmMN 6 2 x s y0 6900 10 12682 7mm 0 9f h0 9 300 2015 M A 垂直于y轴方向计算截面的弯矩设计值 yii N x2300229200mMkN 6 y2 s y0 9200 10 16910 2mm 0 9f h0 9 300 2015 M A 选用 25 32 沿平行于 X Y 轴方向均匀布置 2 20106 s Amm 7 2 承台受冲切承载力计算 柱对承台的冲切 Fl F Ni 13800kN 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 0 0 0 1 3 0 650 2 2 015 x x a h 0 0 x 0 840 84 0 988 0 20 650 2 x 0 0 0 0 4 0 1980 2 2 015 y y a h 取 0 0 2 y 0 0y 0 840 84 2 1 0 20 20 2 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 C25 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 13800kN 满足 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 0 0 x 0 560 56 0 659 0 20 650 2 x 0 0y 0 560 56 1 4 0 20 20 2 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 8 16142kN Fl 6 2300kN 满足 综上可知 验算通过 3 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 1 1 4 4 0 800800 0 795 h2000 hs 对于 1 1 斜截面 剪跨比与以上冲跨比相同 x 0 x 0 65 剪切系数 介于 0 3 3 之间 1 751 75 1 06 1 00 65 1 0 7660kN 2Q 4712kN 满足 00 0 795 1 06 1270 3 4 2 015 hst f b h 对于 2 2 斜截面 剪跨比与以上冲跨比相同 x 0y 0 2 剪切系数 介于 0 3 3 之间 1 751 75 1 4583 1 00 2 1 0 18596kN 3Q 7095kN 满足 00 0 795 1 4583 1270 6 0 2 015 hst f b h 4 局部受压验算 根据 建筑地基基础设计规范 GB 50007 2002 当柱或桩混凝土强度等 级高于承台混凝土强度等级时 应对承台进行局部受压验算 因此对承台进行局部受压验算 局部受压承载力按下式计算 0 9 l F ln 2 clcvcoryv ffA 式中 Fl 局部受压面上荷载设计值 c 混凝土强度影响系数 当混凝土强度小于 C50 时 c 1 0 l 混凝土局部受压强度增强系数 fc 混凝土轴心受压强度设计值 Aln 混凝土局部受压面积 9 cor 配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数 间接钢筋对混凝土约束的折减系数 fyv 间接钢筋的抗拉强度设计值 Acor 方格网式间接钢筋内表面范围内的混凝土核心截面面积 应 大于混凝土局部受压面积 Al 其重心应与 Al的重心重合 计算中按 同上心 对称的原则取值 v 间接钢筋的体积配筋率 11 122 2ss v cor n A ln A l A s n1 As1 分别为方格网沿 l1 方向的钢筋根数 单根钢筋的截面面 积 n2 As2 分别为方格网沿 l2 方向的钢筋根数 单根钢筋的截面面 积 对于柱底 Ab为局部受压时的计算面积 ln A Ab l Ab bc 2 min bc hc hc 2 min bc hc 6 24m2 ln 6 24 4 2 0 6 0 6 b l A A 2 ln 0 90 9 1 0 4 2 11 9 60016194 13800 clc l f AkN FkN 满足要求 对于桩底 Ab 0 50m2 ln 0 50 1 0 50 b l A A 2 ln 0 90 9 1 11 94005383 62300 clc l f AkN FkN 桩顶承台局部承压验算满足 10 四 预应力管桩计算四 预应力管桩计算 1 1 确定单桩承载力 确定单桩承载力 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 选择130600 APC的预应力管桩 桩长 16 8m 一直打入持力层底部 承台顶面标高为4 5m 承台厚度为 2100mm 大小为 6m 6m 桩插入承台 100mm 由规范 可按下式进行估算 G AUR paisiaa qlq qsia 第i 层土的侧阻力特征值 qpa 端阻力特征值 按地区经验取值 AG 桩端横截面面积 含土塞面积 u 桩身横截面周长 li 桩侧第 i 层土中的桩长 由岩土勘察报告 G AUR paisiaa qlq 2 0 6244 516 5 260745000 6 4 2424kN 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 2 2 确定桩数及间距 确定桩数及间距 中柱荷载设计值 13500 150 0213800FkN 承台自重 11 202 1 661512kGN 单桩作用效应下需要的桩数 根 取为 9 根 a 138001512 n6 3 2424 FG R 桩的布置如下图 满足管桩的最小中心距要求 3 3 桩基承载力验算 桩基承载力验算 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 138001512 Q1701 3kNRa2424kN n9 FG 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 12 4 4 桩基沉降计算 桩基沉降计算 因建筑物对桩基沉降无特殊要求 而且桩端不存在软弱下卧层 且桩群为 端承型 桩底持力层刚硬 由桩身引起的桩顶沉降也不大 因此无需进行沉降 验算 5 5 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600mm D 桩长 16 8m 螺旋箍筋采用5 b 预应力筋为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 起吊时桩身最大弯矩为 2 max ql0 0214MK 其中 q为桩的自重 l为桩长 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 单桩长大于 15 米 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 q1 2 0 282258 64 kN m 22 max M0 0214 ql0 0214 1 3 8 46 1552kKN m 对于预制130600 APC的预应力管桩 配有16 9预应力筋 8 12的锚固 筋 显然满足起吊要求 6 6 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3 0m 承台尺寸8 4m 8 4m 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 13800 1533 3 9 NkN 垂直于y轴方向计算截面的弯矩设计值 xii N y1533 33 1 88279 8kmMN 配筋 6 2 x s y0 8279 8 10 15726mm 0 9f h0 9 3002100 100 50 M A 13 选用25 32 沿平行于x轴方向均匀布置 2 s20106mmA 垂直于x轴方向计算截面的弯矩设计值 同上 2 冲切计算 柱对承台冲切 0 x0y aa2 4 0 3 0 31 8m 0 x0y 0 x 0 720 72 2 77 0 15 0 2 0 2 2 5 0 xc0y0yc0 xt0 2babaf h 20 750 6 1 80 750 6 1 81300 1 95 1825213800kNkN 角桩对承台的冲切 12 cc0 3 0 60 9m 0 x1x aa 0 x1x 0y1y aa 0y1y 1x1y 1x 0 560 56 0 50 1 8 0 2 0 2 1 95 1y 1x 1x21y1t0 k a a ccf h 22 0 500 90 60 500 90 61300 1 95 3803k1701 3kNQN 满足角桩向上冲切要求 承台受剪切承载力计算 对于 斜截面 剪跨比 x0 x 1 8 0 92 1 95 故剪切系数 则有 x 0 120 12 0 10 0 30 920 3 满足要求 c00k f b h0 10 11900 6 1 9513923k23402 6kNQN 14 五 方案比较五 方案比较 1 钻 冲 孔灌注桩 对地层的适应性强 布桩灵活 根据上部荷载的大小和单桩承载力不同 可以采用不同的桩径和桩长 如采用钻孔灌注后压浆工艺 可提高灌注桩单桩 竖向承载力 20 30 消除沉渣对承载力的影响 2 预应力管桩