桩基础设计全过程

第四章第四章 基础方案评价与设计基础方案评价与设计 第一节第一节 岩土参数统计岩土参数统计 4 1 1 各土层的主要物理力学性质分层统计各土层的主要物理力学性质分层统计 各土层物理力学性质见表 4 1 表 4 1 各土层物理力学性质指标统计成果表 直剪 地层 名称 项 目 含 水 量 w 湿 重 度 kN m3 孔 隙 比 e 塑 限 Wp 塑 性 指 数 Ip 液 性 指 数 Il 压缩 模量 MPa 内 聚 力 kPa 内摩 擦角 度 n34 3434343434 211717 max32 9210 93123 923 40 7411 93618 min16 518 10 62014 111 00 366 9128 2619 220 75418 515 80 507 32213 3 300 580 091 902 500 101 767 003 00 粉质 粘土 0 130 030 120 100 160 200 240 340 22 n90 9090909090 524141 max28 720 60 82424 924 60 2727 55422 min17 5180 53313 811 60 0110 6218 23 619 340 71619 418 30 2313 83616 2 200 490 072 502 900 073 609 003 00 粘土 0 090 030 090 130 160 280 260 240 18 n353535353535211919 max26 520 70 92623 125 70 4723 65020 min15 417 70 50111 68 7 0 088 2179 22 719 40 69818 117 10 2411 83516 2 300 560 073 003 600 073 5811 003 00 残积 粘性 土 0 100 030 100 160 210 290 300 310 18 4 1 2 各土层承载力特征值 压缩模量 变形模量 综合成果各土层承载力特征值 压缩模量 变形模量 综合成果 承载力特征值 压缩 变形 模量等见表 4 2 表 4 2 承载力特征值 压缩 变形 模量分层统计成果表 室内 岩土试验 标准贯入 综合取值 地层 编号 层 名 ak kPa Es MPa N 击 ak kPa Es MPa ak kPa Es 1 2 MPa 粉质粘 土 1907 37 4 16010 01708 0 粘土45013 816 8 45018 040016 0 残积粘 性土 20011 821 0 26023 026012 0 强风化 泥岩 42 9 420 E0 44 0 中风化 泥岩 frk 5 86 MPafa 1300kPa 4 1 3 桩基设计参数桩基设计参数 桩基设计参数见表 4 3 表 4 3 桩基设计参数 钻孔灌注桩长螺旋压灌桩 层号层名状态 qsia kPa qpa kPa qsia kPa qpa kPa 粉质粘土可3829 粘土硬4939 残积粘性土 硬 4536 强风化泥岩 硬 6858900 中风化泥岩 中风化 17022001401800 第三节第三节 桩基础设计桩基础设计 4 3 1 设计资料设计资料 住宅楼高 98 8m 33 层 整体为一矩形 长 40m 宽 10m 占地面积 400 每层荷 2 重按 16 0kN m2考虑 则建筑总载荷 F kN 结构形式为剪力墙结构 剪力墙厚 0 3m 长 10m 共 8 面 基础形式为钻孔灌注桩 采用旋挖成桩工艺 泥浆护壁 承台埋深 1 5m 土层情况为 0 1 5 粉质粘土 厚度 1 5m 1 5 7 2m 粘土 厚度 5 7m 7 2 11 2m 残积粘性土 厚度 4m 11 2 19 7m 强风化泥岩 厚度 8 5m 19 7m 中风化泥岩 各土层物理力学性质指标见本章第一节 4 3 2 桩基持力层及桩长确定桩基持力层及桩长确定 根据工程地质情况 选择第 层中风化泥岩为持力层 桩径 d 1m 承台埋深 1 5m 桩进入持力层 4 0m 深入承台 0 2m 则桩长 48 545 71 5 1 522 2mI 4 3 3 单桩承载力的确定单桩承载力的确定 一 单桩竖向极限承载力的确定一 单桩竖向极限承载力的确定 根据上述条件 桩身周长 桩端面积3 142mu 2 0 785m p A 根据规范 有经验参数法公式 4 1 ukskpksik ipkp QQuqQlAq 式中 单桩极限承载力标准值 uk Q 分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值 sk Q pk Q 桩身周长 u 桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值 sik q 桩周第 i 层土的厚度 i l 极限端阻力标准值 pk q 桩端面积 p A 则 取值于表 4 3 3 142170468 8 545449 5 722000 785 uk Q 7122 76kN 二 单桩竖向承载力特征值的确定二 单桩竖向承载力特征值的确定 根据规范 4 2 1 auk R K Q 式中 单桩竖向承载力特征值 a R 安全系数 K 取安全系数 2 则单桩竖向承载力特征值K 7122 76 2 1 2 auk RQ 3561 38kN 4 3 4 总桩数 布桩及承台尺寸的确定总桩数 布桩及承台尺寸的确定 一 总桩数一 总桩数 n 因承台尺寸未知 所以先初步确定桩数 待布桩完成并确定承台尺寸后再验算桩数是 否满足条件 4 3 a n F R 式中 总桩数 n 建筑总载荷 F 211200 3561 38n 59 3 考虑到承台重量等因素 取 64n 二 桩距二 桩距 根据规范规定 两桩中心距不宜小于桩身直径的 3 倍 因而取 33 0m a ds 而边桩的中心到承台边缘距离不能小于桩的直径 同时边桩的外边缘到承台边缘的距 离不能小于 150mm 故取边距为 500mm 三 承台及桩的布置三 承台及桩的布置 1 根据建筑物上部结构及载荷要求 布置 8 个承台 承台均分载荷 26400kN 8 k F F 式中 承台受建筑物载荷 k F 每个承台布桩 8 根 详见附图 A 承台布置平面图 2 承台厚度 桩基的承台厚度应该满足柱 墙 对承台的冲切承载力与基桩对承台的冲切承载力要 求 冲切破坏锥体采用自柱 墙 边或者承台变阶处到相应桩顶边缘连线所构成的锥体 锥体斜面与承台底面的夹角不应小于 45 根据此规定及上文确定的桩距与边距初步确定 承台形状尺寸为 长 11 0m 宽 5 0m 高 1 0m 承台结构详见附图 B 承台结构图 4 3 5 桩基承载力验算桩基承载力验算 一 承台及上覆土重一 承台及上覆土重 承台混凝土采用 C35 取其重量为 暂不考虑钢筋质量 则承台及上覆土 25 3 重 2511 5 1 00 3 100 51880 5kN dd GAh 式中 承台及上覆土重 G 上覆土重度 取 d 3 18kN m 承台占地面积 A 开挖深度 h 二 桩基承载力验算二 桩基承载力验算 若不考虑承台效应 根据上述条件可知复合桩基竖向承载力特征值为 3561 38kN 2 uk a Q R 而基桩载荷设计值 3535 0 8 6kN k a G N F R 式中 基桩载荷设计值 N 符合要求 桩基不受水平载荷 4 3 6 桩基沉降验算桩基沉降验算 建筑桩基沉降变形的计算值不应大于其允许值 因承台受力均匀 验算其中点处沉降 是否符合要求即可 4 4 1 1 0 1 4 n ii ii ce i si zz ssp E 4 5 0 12 1 1 b e b n C C nC 4 6 bcc nnBL 式中 桩基最终沉降量 mm s 桩基沉降计算经验系数 没有当地可靠经验时按 建筑桩基技术规范 第 5 5 11 条确定 桩基等效沉降系数 可按式 4 5 得出 e 采用 Boussinesq 解 按实体深基础分层总与法计算出的桩基沉降量 mm s 在载荷效应准永久组合下承台底的平均附加压力 0 p 桩基的沉降计算深度范围内划分的土层数量 n 桩端平面的载荷作用面到第 i 层土底面距离 i z 桩端平面载荷计算点到第 i 层土底面深度范围内的平均附加应力系数 按照 ia 建筑桩基技术规范 附录 D 选用 等效作用面以下第 i 层土的压缩模量 MPa 采用地基土在自重压力到自 si E 重压力加附加压力作用时的压缩模量 矩形布桩时短边布桩数 布桩不规则时按式 4 6 确定 nb 1 nb 1 时 b n 可按 建筑桩基技术规范 5 5 14 计算 依据群桩距径比 sa d 长径比 l d 和基础长宽比 Lc Bc 按照 建筑桩基技 0 C 1 C 2 C 术规范 附录 E 确定 分别为矩形承台的长 宽和总桩数 c L c Bn 根据已知条件 据规范取 1 08 012 0 1761 6195 5702 b CCCn 1212 12 5m16 5m0 0900 064zz 则 取值于表 4 2 21 0 1760 315 1 619 215 570 e 2 0 264001880 511 5 10 3 0 5 10 496kN m 11 5 d p 12 50 09016 50 06412 50 090 4 1 080 31549666 2mm 1612 s 因建筑物高度 则需 满足要求 98 8m100m g H 350mms 4 3 7 桩身结构设计桩身结构设计 一 配筋设计一 配筋设计 采用强度等级的混凝土 纵筋采用级 25C400HRB 结合已知条件 轴向压力承载力设计值3561 38kN ua NR 混凝土轴心抗压强度设计值 2 11 9N mm c f 纵筋抗压强度设计值 2 360N mm y f 构件截面面积 62 0 785 10 mmA 计算长度 0 22 2mlI 因 0 22 2ld 则查表可知稳定系数0 65 根据公式 4 7 0 9 ucys Nf AfA 式中 轴向压力承载力的设计值 u N 0 9 可靠度调整系数 钢筋混凝土的轴心受压构件稳定系数 混凝土的轴心抗压强度设计值 c f 构件截面面积 A 纵向钢筋的抗压强度设计值 yf 全部纵向钢筋的截面面积 sA 可求得纵筋截面面积 6 113561 38 1000 11 90 785 10 0 93600 90 65 u Sc y N Af A f 2 9037 97mm 为负值 则采用最小配筋率配筋 min 0 55 min 2 4317 5mm s AA 如果采用 1420 2 4398 8mm s A 4398 8 0 56 785000 可以 根据规范对箍筋的要求 选用 HPB300 级 直径 6mm 间距 200mm 的螺旋式箍筋 保护层厚度取 50mm 详见附图 C 单桩及承台配筋图 二 桩身承载力验算二 桩身承载力验算 依据规范 桩顶轴向压力设计值应满足 4 8 ccps Nf A 式中 荷载效应基本组合下桩顶轴向压力设计值 N 基桩成桩的工艺系数 按 建筑桩基技术规范 第 5 8 3 条确定 c 混凝土轴心抗压强度设计值 c f 桩身截面面积 ps A 结合设计条件 取 0 8 c 则 3 0 8 11 90 785 107473 2kN3561 38kN ccps f AN 满足要求 4 3 8 承台设计计算承台设计计算 上文初步确定了承台尺寸 长 11 0m 宽 5 0m 高 1 0m 详见附图 B 承台结构图 根据规范 承台主体混凝土采用 C35 级 保护层取 200mm 其下做 100mm 厚 C7 5 素混凝土垫层 一 受弯计算和承台配筋一 受弯计算和承台配筋 两桩条形承台与多桩矩形承台的弯矩计算截面应取在柱边与承台的变阶处 结合附图 B 承台构造图与图 4 1 第 21 页 承台弯矩计算示意图 按照下列公式 4 9 xii MN y 4 10 yii MN x 式中 分别为绕 X 轴 Y 轴方向计算截面处的弯矩设计值 x M y M 垂直 Y X 轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离 i x i y 不计承台和上覆土重 荷载效应基本组合下第 i 基桩或者复合基桩的竖向 i N 反力设计值 1 因沿 X 方向桩基均在剪力墙载荷以内 承台不受弯矩作用 按最小配筋率配筋 选用级钢筋 其抗拉强度设计值为 335HRB 2 300N mm y f 则沿 X 方向布设钢筋截面面积 62 min 5 1 0 100 2 10000mm sx AA 根据规范要求 若取间距为 175mm 则实际配筋 2722 的钢筋 2 10262 7mm s A 配筋率 6 10262 7 0 205 5 1 0 10 0 2 x 满足要求 2 求得 Y 方向弯矩 0 3 3561 3844273 66kN m yii MN x A 沿 Y 方向布设钢筋截面面积 2 0 15828 36mm 0 9 y sy y M A h f 根据规范要求 若取间距为 200mm 则实际配筋 5120 的钢筋 2 16024 2mm s A 配筋率 6 16024 2 0 146 11 1 0 1 0 0 15 y 偏小 取 5320 则 0 151 满足要求 y 详见附图 C 单桩及承台配筋图 二 受冲切计算二 受冲切计算 根据规范 1 承台受剪力墙冲切承载力可按下列公式计算 4 11 00lhpmt Fu f h 4 12 li FFQ 4 13 0 0 84 0 2 式中 不计承台和上覆土重 荷载效应基本组合下作用在冲切破坏椎体上的冲切力 l F 设计值 承台受冲切承载力截面高度的影响系数 时取 0 1 hp 800hmm 时取 0 9 其间按线性内插法取值 2000hmm 柱 墙 冲切系数 0 承台冲切破坏椎体有效高度一半处的周长 m u 承台混凝土抗拉强度设计值 t f 承台冲切破坏椎体有效高度 0 h 不计承台和上覆土重 载荷效应基本组合下的柱或墙底的竖向荷载设计值 F 不计承台和上覆土重 荷载效应基本组合下的冲切破坏椎体内各基桩或复 i Q 合桩基的反力设计值的和 冲垮比 为柱 墙 边或者承台变阶处至桩边水平距离 00 ah 0 a 时取 0 25 时取 1 0 0 25 1 0 结合附图 B 承台构造图与图 4 2 第 21 页 柱对承台的冲切计算示意图 X 方向基桩均在剪力墙受力范围内 不受冲切作用 Y 方向冲切承载力 求得 0 85 0 85 1 0 0 0 84 0 8 0 850 2 26400026400kN ly F 00 0 983 0 822300 1 57 100027532650 4N27532 7kN hpmt u