基础工程设计灌注桩

1、灌注桩基设计1 .设计题目12 .设计荷载13地层条件及其参数12.1 地形12.2 工程地质条件12.3 岩土设计技术参数12.4 水文地质条件22.5 场地条件22.6 上部结构资料料22.7 上部结构作用32.8 材料44灌注桩基设计44.1 单桩承载力计算44.1.1 单桩竖向承载力标准值计算44.1.2 基桩竖向承载力设计值计算44.2 桩基的演算44.3 承台设计64.3.1 承台内力计算64.3.2 承台厚度及受冲切承载力验算74.3.3 承台受剪承载力计算84.3.4 承台受弯承载力计算84.3.5 承台构造设计94.4 桩身结构设计94.4.1 桩身轴向承载力验算94.4.2

2、 桩身水平承载力验算104.4.4 箍筋配置114.5 估算（B、©轴线柱下桩数114.5.1 桩数估算114.5.2 承台平面尺寸确定121 .设计题目本次课程设计的题目：灌注桩基设计3、表4所不2 .设计荷载柱底荷载效应标准组和值和柱底荷载效应基本组合值分别如表(1)题号：6号。(2)柱底荷载效应标准组合值如下。0)轴荷载：Fk=2310kNMk=275kNMVk=165kN包轴荷载：Fk=2690kNMk=231kNMVk=162kN©轴荷载：Fk=2970kNMk=238kNMVk=153kN(3)柱底荷载效应基本组合值如下。轴荷载：F=2910kNM=286kN-

3、MV=204kN包轴荷载：F=3790kNM=251kN-MV=188kN©轴荷载：F=3430kNM=266kN-MV=196kN(4)设计0轴柱下桩基，(B、(©轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。3地层条件及其参数3.1 地形拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。3.2 工程地质条件自上而下土层依次如下：号土层：素填土，厚度1.5m,稍湿，松散，承载力特征值fak=95kPa。号土层：淤泥质土，厚度3.3m,流塑，承载力特征值fak=65kPa号土层：粉砂，厚度6.6m,稍密，承载力特征值fak=110kPa。号土层：粉质粘土，厚度4.2m,湿，可塑，承载力特征值fak

4、=165kPa号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa。3.3 岩土设计技术参数岩土设计参数如表1和表2所不。表1地基岩土物理力学参数土层编号土的名称孔隙比e含水量W(%)液性指数Il标准灌入锤击数压缩模量Es1N（次）素填土5.0淤泥质土1.0462.41.083.8粉砂0.8127.6147.5粉质粘土0.7931.20.749.2粉砂层0.583116.8表2桩的极限侧阻力标准值qsk土层编号士的名称桩的侧阻力qsk桩的端阻力qpk素填土22淤泥质土28粉砂45粉质粘土60900粉砂层7524003.4 水文地质条件（i）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性

5、.（2）地下水位深度：位于地表下3.5m.3.5 场地条件建筑物所处场地抗震设防烈度为7度，场地内无可液化砂土、粉土。3.6 上部结构资料拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m,宽9.6m。室外地坪标高同自然地面,室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400X400,横向承重，柱网布置如图1所示。图13.7上部结构作用上部结构作用在柱底的荷载效应标准组合值如表3所示,该表中弯矩Mk水平力Vk均为横向方向，上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值如表4所示，该表中弯矩M水平力V均为横向方向.表3柱低荷载效应标准组合值题号Fk(kN)Mk(kN)Vk(kN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴1

6、12561765156417216919712313011221350190016401851922031261351143165020501810191197208132r1411201418752160208020520421313914913452040228024602422232211451581486231026902970275231238165P1621531725683225317029324824717417916582670355034102992642561831901709292038603720304285281192r20219111031303970395032

7、3304316211223130表4柱低荷载效应标准组合值题号F(kN)M(kN)V(kN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴11580263019101982052411501401382184028002200205210243154145140321303080249021021123316415515042320331027802152142381811661745；2650356031202532282441931751886r291037903430286251266204188196732304180375030328427421219720883360442040103323

8、15269225224216936804690P4230371326301233P230228103970507045203933543252422362383.8材料混凝土强度等级为C25C30,钢筋采用HPB235、HRB335级。4灌注桩基设计建筑物基础设计方案采用混凝土沉管灌注桩，具体设计方案如下：室外地坪标高为-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。查表可知，该建筑桩基属丙级建筑桩基，拟采用直径为400mm的混凝土沉管灌注桩，选用号土层粉砂层为持力层，桩尖伸入持力层0.6m(对于砂土不小于1.5d=600mm),设计桩长15.0m,预制桩尖长0.5m,初步设计承台高0.95m,承台

9、底面埋置深度-1.60m,桩尖伸入承台50mm。4.1 单桩承载力计算根据以上设计，桩顶标高为-1.6m桩底标高为-16.6m,桩长为15m。4.1.1 单桩竖向承载力标准值计算单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：Quk=Qsk+Qpk=UpqsikLi+Apqpk由于Qsk=3.14X400X(0.35X22+3.3X28+6.6X45+4.2X60+0.6X75)=872kN1Qpk=1X3.14X0.42X2400=301kNQuk=872+301=1173kN4.1.2 基桩竖向承载力设计值计算由于未确定其他参数，故暂且不考虑承台效应。Quk1173R=Ra=uk586.5kNK2根据

10、上部荷载初步估计桩数为FkRa3225586.5=5.5则设计桩数为6根。4.2 桩基的演算根据建筑桩基技术规范(JDJ94-2008)当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应的标准组合值，由于桩基所处场地的抗震烈度为7度，且场地内无可液化砂土、粉土问题，因此可不进行地震效应的竖向承载力验算。下面进行基桩竖向承载力的验算。根据桩数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，取承台边长为2.4mx4m,矩形布桩，桩中心距取4d,则s=4X400=1600mm,取s=1600mm,桩心距承台边缘均为400mm。（如图2所示）。承台及其上填土的总重为Gk=?GAd=20父2.4父4父(1.61.15、

11、)=2642承台布置确定后再进行承台效应的单桩承载力R的准确计算Sa1600=4d，Bc2400400l15000=0.16:二0.4查表得取c=0.15c不考虑地震作用时:R=RacfakAc其中fak=69kPaak(A-nApJ2.44-60.42,2Ac=1.44mm"586.50.15691.44：601kN计算时取荷载的标准组合，则因此NkNikmaxNikminFkGk2310264二429:二R(=601kN)=Nk=NkMymaxmax“y2Mymaxyv(2751650.95)1.6二429'2496.5kN41.62(2751650.95)1.6二429

12、-/二386.8kN41.62NkmaxNkmin=496.5kN<1.2R(=1.2父601=721.2kN)=386.8kN0满足设计要求，故初步设计是合理的。IgI承台一1平面图4.3承台设计根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.4mx4m,初步设计承台厚0.95m（见图3）,承台混凝土选用C25,ft=1.27N/mm2,fc=11.9N/mm2,承台钢筋选用HRB335级钢筋,fy=300N/mm2。小臼-VA二A剖面图l;504.3.1 承台内力计算，则基桩净反力设计值为承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合设计值NmaxFMyyir2n'yi2910+(286+2

13、04父0.95)M1.6641.62=48574.97=559.97kNFMyyi2910n%y26=48574.97=410.03kN_(286+204父0.95)M1.641.62F2910n6二485kN4.3.2 承台厚度及受冲切承载力验算为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定的厚度，初步设计承台厚0.95m,承台底保护层厚60mm,则ho=950-60=890mm,分别对柱边冲切和角桩冲切进行验算，以验算承台厚度的合理性。由于基桩为圆柱形，计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为bD=0.8d=0.8400-320mmp图3所示承台计算简图中的基桩即是换算后边长为320mm的方

14、桩。(1)柱对承台冲切承台受桩冲切的承载力应满足下式FM2%x(bc+a0y)+久y(hc+a°x)*pfh由于Fl=F-ZNi=29100=2910kN，则冲垮比为=1.0冲切系数为如h00.440.891.240.890.84e0.2=0.494=1.3931.00.840.4940.2=1.210.840.84=0.700y0.21.00.220x(bc.a°x).：oy(hca°y)%pfth=2父1.210.4+1.24)+0.7'丈(0.4+0.44)父1父1270M0.89=4764.4kNFt(=2910kN)故厚度为0.95m的承台能够满

15、足柱对承台的冲切要求。(2)角桩冲切验算承台受角桩冲切的承载力应满足下式Ntnx。学”93)小由0由于Ft=N'max=559.97kN，从角桩内边缘至承台外边缘距离为G=c2=0.56ma1x=0.44maiy=1.09mAlxaixho0.440.89=0.494aiy1.09m/.1y=1.22>1.0W,1y=1.0yh00.89y-1x0.561x0.20.560.4940.2=0.807'：1y0.561y0.20.561.00.2=0.467Lx(c2a2y)-1y(c1：)fth0=0.807(0.563)20.467(0.56044匕4)1.012700

16、.892二1420kN559.97kN故厚度为0.95m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。4.3.3 承台受剪承载力计算承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于II截面,a0yh01.400.89=1.57剪切系数为受剪切承载力高度影响系数为1.75：:-11.751.571-0.6811hs二胃I-I截面剪力为V=2Nmax=2559.97=1119.94kN贝hs：ftbh0=0.9740.6811.271032.40.89=1799kNV故满足抗剪切要求4.3.4 承台受弯承载力计算承台计算截面弯矩如下。对于iI截面，取基桩静反力最大值Nmax=559.97kN进行计算，

17、贝UMx="Ny=2559,971.4=1568kNmAMx15682Asi=6525mm0.9fyh00.9300890,2400.因此，承台长边方向选用622120则钢筋根数为n:竺0+1=21,实配钢筋1202A=21父380.1=7982mm，满足要求。对于nn截面，取基桩静反力平均值此时h0=950-80=870mmMy="NiXi则MyAs2=0.9fyh0N=485kN进行计算。=34850.6=873kNm8731060.93008702二3716mm因此，承台短边方向选用616200则钢筋根数为n=4000+1=21,实配钢筋200A=21M201.1=4

18、223.1mm2,满足要求。4.3.5 承台构造设计混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm,两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.65m,与承台顶其平，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共4力12通长配筋，箍筋采用力8200。承台底做100mm厚C10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。4.4桩身结构设计沉管灌注桩选用C25混凝土，预制桩尖选用C30混凝土，钢筋选用HPB235级。4.4.1 桩身轴向承载力验算根据建筑桩基技术规范(JG94-2008)第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：Nmax；：，-；cfcApsFGMyyi29102641.2(286

19、2040.95)1.6Nmax=7-2=2nyi641.6=537,874.97平=1;对于挤土灌注桩,=612.77kN计算桩身轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数基桩施工工艺系数中c=0.8；C25级混凝土，上二11.9N/mm2,则cc1o“cfcA=10.811.9106-3.140.42=1195712N=1196kN.Nmax=612.77kN4.4.2桩身水平承载力验算由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为165kN,每根基桩承受水平荷载为桩身按构造要求配筋，桩身配满足0.2%0.65&之间的要求。HkHk165-27.5kN6力12纵向钢筋，As=6

20、78.6mm2,则桩身配筋率为AsA678.61c,3.144004=0.54%对于配筋率小于0.65%的灌注桩，单桩水平承载力特征值按下式计算:一（1.25（1-NNL）mftAn桩身为圆形截面，故¥m=2,，N=0.5。由于5''mb。豆=JEEI根据灌注桩周主要土层的类别，查表取桩侧土水平抗力系数的比例系数m=25MN/m4。圆形桩桩身的计算宽度为b0=0.9父(1.5d+0.5)=0.9父(1.5父0.4+0.5)=0.99m根据EI=0.85EcI0I0=W0d/2二e=Es/Ecsc对C25级混凝土，有_42_2Ec=2.80104N/mm2=2.80MN

21、/m2c对HPB235?W筋，有_522Es=2.1105N/mm2=2.1MN/m2扣除保护层后的桩直径为d0=0.4-0.07=0.33m10W(o=d+2(c(e1)gd0325二0.42/2.110、2=0.422(一4-1)0.54%0.332322.8104-33=6.58310mI0=W0d/2=6.58310-30.4/2=1.31710-3m4EI=0.85EcI0=0.852.801041.31710-3=31.34MNm2c55=0.953mmb。_250.99:EI-1,31.34桩顶最大弯矩系数uM取值：由于桩的入土深度h=15.0m,桩与承台为固结，ah=0.953父15=14.3>4,取ah=4,查表得Um=0.926。二d、二2,21、_2An=1+(aE-1)Pg="4父1+(1)M0.54%=0.13m4g42.8Z取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力(用该值计算所得单桩水平承载力特征值最小)，由