基础工程课程设计报告

1、基础工程课程设计名 称：桩基础设计姓 名：文嘉毅 班 级： 051124学 号： 20121002798 指导老师：黄生根桩基础设计题高层框架结构(二级建筑) 的某柱截面尺寸为 1250 850mm ，该柱传递 至基础顶面的荷载为： F=9200kN ，M=410 kN?m ， H=300kN ，采用 6-8 根800 的水下钻孔灌注桩组成柱下独立桩基础， 设地面标高为 0.00m ，承台 底标高控制在 -2.00m ，地面以下各土层分布及设计参数见附表， 试设计该柱下 独立桩基础。设计计算内容：1. 确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值 Quk ；2. 确定桩中心间距及承台平面尺寸；3.

2、 计算复合基桩竖向承载力特征值 Ra 及各桩顶荷载设计值 N，验算基桩竖 向承载力；计算基桩水平承载力 RHa 并验算；4. 确定单桩配筋量；5. 承台设计计算；6. 绘制桩基结构图。项目湿重度3 kN/m 3孔 隙 比 e液性指数IL压缩模量EsMPa承载力特征值faK kPa层 厚m钻孔灌注桩桩基参数极限侧 阻力 标准值qsik kPa极限端 阻力 标准值 qPK kPa地基土水平抗 力系数的比例 系数 m(MN/m 4)层粉土19.00.9026.0804.3236层粉细砂19.60.9006.51053.8209层细砂19.80.8607.81252.82813层粉土19.60.810

3、10.51402.34015层1 粉细砂19.70.857.01154.42812层粉细砂19.70.77016.01703.04885028层粉质粘土19.80.6830.258.51602.56625层粉土19.80.75013.71702.95825层粉质粘土19.90.7160.466.11455.76014层1 粉砂20.00.77014.01900.85282037层粉质粘土19.90.7160.466.11454.56071014层粉土20.40.70013.01953.56236层粉质粘土19.90.7060.278.21704.86828层细砂20.20.69022.0220

4、17.770150045设计内容一确定桩端持力层，计算单桩极限承载力标准值 Quk1. 确定桩端持力层及桩长根据设计要求可知，桩的直径 d =800mm 。根据土层分布资料， 选择层厚为 4.5m 的层粉质粘土为桩端持力层。 根据 建筑桩基技术规范的规定，桩端全断面进入持力层的深度，对粘性土、粉土 不宜小于 2d 。因此初步确定桩端进入持力层的深度为 2m 。则桩长 l为：l =4.3+3.8+2.8+2.3+4.4+3.0+2.5+2.9+5.7+0.8+2-2=32.5m2. 计算单桩极限承载力标准值因为直径 800mm 的桩属于大直径桩，所以可根据建筑桩基技术规范 中的经验公式计算单桩极

5、限承载力标准值 Quk ：Quk Qsk Qpk usiqsikl ipqpk Ap(1-1 )其中桩的周长 u= d =2.513m ；桩端面积 Ap= d2 / 4 =0.503 ； si、 p1/5为 别 为 大 直 径 桩侧 阻 、端 阻 尺寸 效 应系 数 ， si = 0.8/d 1/5 =1 ，1/5p= 0.8/ D 1/5 =1 。根据所给土层及参数，计算 Quk ：Quk =2.513 123(4.3-2)+203.8+28 2.8+40 2.3+28 4.4+4 83.0 +66 2.5+58 2.9+60 5.7+52 0.8+60 2+1 710 0.503=3883

6、.6kN确定单桩极限承载力标准值 Quk 后，再按下式计算单桩竖向承载力特征值：RaQukK(1-2)其中 K 为安全系数，取 K =2 。则 Ra =3883.6/2=1941.8kN。二确定桩中心间距及承台平面尺寸桩数 n=F/ Ra =9200/1941.8=4.7 ，所以暂取桩数为 6 根。根据建筑桩基技术规范的规定，非挤土灌注桩的最小中心距为3d ，边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长， 且桩的外边缘至承台边缘的 距离不应小于 150mm 。取桩中心距 Sa 为 2.5m ，边桩中心距承台边缘的距离取为 0.8m 。则承台长度 Lc =2 (2.5+0.8)=6.6m ，承

7、台宽度 Bc =20. 8+2.5=4.1m 。 承台平面示意图如下：三计算复合基桩竖向承载力特征值 R及各桩顶荷载设计值 N ，验算基桩竖向承载力；计算基桩水平承载力 Rha 并验算1.确定复合基桩竖向承载力特征值根据建筑桩基技术规范中介绍的方法，对于此类情况，应按下式确定其复合基桩的竖向承载力特征值：R Ra（3-1）其中 c为承台效应系数， 可根据 Sa/ d、Bc/ l 等参数查表得到。 当计算桩为 非正方形排列时， Sa A/n，A 为承台计算域面积， n为桩数。Sa 6.6 4.1/6 =2.124 ，Sa /d 2.124 / 0.8 =2.655 ，Bc / l 4.1/ 32

8、.5 =0.126 ， 通过查表，可取 c为 0.06fak 为承台下 1/2 承台宽度且不超过 5m 深度范围内地基承载力特征值的厚 度加权平均值，由资料可得， fak为 80kPa 。Ac为计算基桩所对应的承台底净面积， Ac A nAps /n， Aps为桩身截面面积。则 Ac=(6.6 4.1- 60.503)/6= 4.007 。则复合基桩的竖向承载力特征值R Rac fak Ac =1941.8+0.06 80 4.007=1961.1kN 2. 确定各桩顶荷载设计值 N ，验算基桩竖向承载力根据建筑桩基技术规范 中介绍的方法， 各桩顶荷载设计值可由下式计算：ikFkGkM xk

9、yi2n yj2M ykxixj3-2)式中 Fk为荷载效应标准组合下作用，作用于承台顶面的竖向力；Gk 为桩基 承台和承台上土自重标准值， 对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力， 此处 承台上土的重度取为 10kN/m 3；Mxk、 Myk 分别为荷载效应标准组合下，作用 于承台底面，绕通过桩群形心的 x 、 y主轴的力矩； xi 、 xj 、 yi 、 yj分别为第 i、j 基桩或复合基桩至 y 、 x 轴的距离。暂取承台高度为 1.8m ，M 与长边方向( x 轴方向)一致。桩按从左到右、从上到下的顺序分别记为 16 号桩。各桩顶荷载设计值如下：N1k N4k(9200 +26. 64

10、.1 10)/6+(410+300 1. 8) 2.5/(4 2.5 2.5)=1718.5kNN2k N5k (9200 +26. 6 4.1 10)/6 =1623.5kNN3k N6k(9200 +26. 6 4.1 10)/6 -(410+300 1. 8) 2.5/(4 2.5 2.5)=1528.5kN由计算结果可得：Nkmin =1528.5kN 0 ，基桩不受上拔力。Nkmax =1718.5kN 1.2 R ,基桩竖向承载力满足要求。3. 计算基桩水平承载力 Rha 并验算根据建筑桩基技术规范规定，当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算桩身配筋率小于 0.65% 的灌注单

11、桩水平承载力特征值：Rha 0.75 mftW0 1.25 22 g 1NfNA(3-3 )mm ft An为桩的水平变形系数，5 mb0 ，其中 m 为地基土水平抗力系数的比例系数；b0为桩身的计算宽度，对于圆形桩，当直径 d1m 时，b0 0.9 1.5d 0.5 ； EI 为桩身抗弯刚度， 对于钢筋混凝土桩， EI 0.85EcI 0 ，Ec 为混凝土弹性模量， I 0为桩身换算截面惯性矩：圆形截面 I0 W0d0 / 2 ； W0为桩身换算截面受拉边缘 的截面模量，此处 W0 32dd2 2( E 1) gd02 ；d0为扣除保护层的桩直径； E 为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；

12、 g 为桩身配筋率； m 为桩截面模型 塑性系数，圆形截面 m=2； ft 为桩身混凝土抗拉强度设计值； m为桩身最大弯 矩系数； N为桩顶竖向力影响系数，竖向压力取 0.5； An为桩身换算截面积，圆形截面 An4d21( E 1) g；N 为在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力m(4.3- 2)6+3.89+2.813+2.3 15+4.4 12+328+2.5 25+2.9 25+5.7 14+0.8 37+2 14/32.5= 16.25MN/ m4b0 0.9 (1.5 0.8+0.5) =1.53m若桩身采用 C30 的混凝土，其弹性模量 Ec为3 104 N / mm2 ，混凝土保护

13、层的厚度取为 60mm ，采用 HRB335 规格的钢筋，其弹性模量 Es为2 105N /mm2d0 =800- 2 60 =680mm54E=(2 105)/(3 10 4) =6.67当桩径为 300-2000mm 时，桩身正截面的配筋率可取 0.65%-0.2% ，暂 取桩身配筋率 g为 0.58%W0 1 0.8 0.82 2 6.67 1 0.58% 0.682 0.053 m3 0 32I0 0.5 0.053 0.68=0.01802 m44 5 2EI 0.85 3 104 0.01802 4.5951 105kN m25 16250 1.534595100.558 mC30

14、 混凝土的抗拉强度设计值 ft为 1.43MPa 。桩身最大弯矩系数 m可根据h 的值查表获得， m 为 0.926 。22An 0.25 0.82 1 5.67 0.58% 0.519 m2所以基桩水平承载力 Rha 为：0.75 0.558 2 1.43 0.0530.9261.2522 0.58%0.5 16232 1.43 0.519=51.69kN群桩基础的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的3-4 )群桩效应，可按下列公式确定：RhhRhair3-5)Pcbn1n2Rh（3-6）0.015n 0.45 Sa 0.015n 2 0.45 di 0.15n1 0.1

15、0n2 1.9（3-7）Pcc fak A nAps3-8)式中h 为群桩效应综合系数； i 为桩的相互影响效应系数； r 为桩顶约束效应系数；l 为承台侧向土水平抗力效应系数 （承台外围回填土为松散状态时取l=0）； b为承台底摩阻效应系数； Sa/d 为沿水平荷载方向的距径比； n1、n2分别为沿水平荷载方向与垂直水平荷载方向每排桩中的桩数； 为承台底与地基土 间的摩擦系数； Pc 为承台底地基土分担的竖向总荷载标准值。沿水平荷载方向的距径比 Sa /d =2.5/0.8=3.125 。沿水平荷载方向每排桩中的桩数 n1 =3，垂直水平荷载方向每排桩中的桩数 n2 =2 。0.015 2

16、0.45 桩的相互影响效应系数 i 3.125 0.678i 0.15 3 0.1 2 1.9 通过查表可得， r =2.05 。 承台侧向土水平抗力效应系数 l =0 。Pc 0.06 80 (6.6 4.1 6 0.503) 115.4kN通过查表，可取承台底与地基土间的摩擦系数为 0.3b (0.3 115.4) /(3 2 51.69) 0.112h 0.678 2.05 0 0.112 1.502由此可得，群桩基础的基桩水平承载力特征值为Rh 1.502 51.69 77.6kN H 300基桩水平力设计值 H k H 300 50kN 4870.5kN ，所以满足要求。（ 2）对于

17、截面：b0y 4.1mV2 N1k N4k 1718.5 1718.5 3437.0kNhs x ftb0yh0 0.831 0.909 1430 4.1 1.68 7440kN 3437.0kN ，所以满 足要求。3.抗冲切计算 按照建筑桩基技术规范规定，冲切破坏椎体应采用自柱（墙）边或承台 变阶处至相应桩顶边缘连线所构成的椎体， 椎体斜面与承台底面之夹角不应小于 45 。椎体斜面与承台底面之夹角arctan h0 arctan 1680 47.2 ，所以夹角 ax 1555满足要求1）承台受柱冲切的承载力计算对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式计算：Fl 20x bca0y5-

18、4 )Fl FQi5-5)0.840.25-6)式中 Fl 为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏椎体上的冲切力设计值； ft为承台混凝土抗拉强度设计值； hp 为承台受冲切承载力 截面高度影响系数，当 h 800mm 时， hp取 1.0 ， h 2000mm 时， hp取 0.9 ，其间按线性内插法取值； hc、bc分别为 x、 y方向的柱截面的边长； 0为柱（墙）冲切系数； 为冲垮比，a0 /h0 ， a0为柱边或承台变阶处到桩边水平距离，当 1.0 时，取 =1.0 ；F 为不计承台 及其上土重，在荷载效应基本组合下柱（墙）底的竖向载荷设计值；Qi 为不计承台及其上土

19、重， 在荷载效应基本组合下冲切破坏椎体内各基桩或复合基桩的 反力设计值之和。0x0.840.84x 0.20.746 ，0.926 0.20y0.84y 0.20.840.301 0.21.677根据线性插值法计算得到， hp =0.917因为冲切破坏椎体内无基桩，所以Qi =0冲切力设计值为：Fl FQi 9200 0 9200kN承台受柱冲切的承载力为：0x bca0y0y hca0xh2 0.746 850 505 1.677 1250 1555 0.917 1.43 168025179kN Fl 因此，承台受柱冲切的承载力满足要求。（2）承台受基桩冲切的承载力计算 根据建筑桩基技术规范

20、规定，四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切的承 载力可按下列公式计算：Nl1x c2 a1y /21y c1 a1x /2hp ft h05-7)0.561x1x0.25-8)1y0.561y 0.25-9)式中 Nl 为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩（含复合基桩）反力设计值； 1x、 1y为角桩冲切系数； a1x、a1y 为从承台底角桩顶内边缘引 45 冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离，当柱（墙）边或 承台变阶处位于该 45 线以内时，则取由柱（墙）边或承台变阶处与桩内边缘 连线为冲切椎体的椎线； c1 、c2为角桩内边缘到承台外边缘距离； h0 为承台外边 缘的有

21、效高度； 1x、 1y为角桩冲垮比， 1x a1x /h0， 1y a1y / h0 ，其值均应满 足 0.251.0 的要求。a1x a0x 1555mm ， a1y a0y 505mm1x0.926 ， 1y0.301为：则角桩冲切系数1x1y0.561x 0.20.561y 0.2640c1 c2 800 1120mm20.9206.560.2 0.4970.56 =1.1180.301 0.2不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩反力设计值最大值Nl maxnF M Hh xmax 9200xi 26(410 300 1.8) 2.5 1628.3kN4 2.52hp fth0承台受基桩冲切的承载力为：1x c2 a1y /2 1y c1 a1x /2505 15550.497 (1120 5025) 1.118 1120 15255 0.917 1.43 16806176kN Nlmax 因此，承台受基桩冲切的承载力满足要求。4.抗弯计算 桩基承台应进行正截面受弯承载力计算。按照建