基础工程课程设计

华中科技大学华中科技大学基础工程课程设计计算书学院：土木工程与力学学院专业班级：学号：姓名：2017年1月TOC\o"1-2"\f\u一、设计资料 11、设计题目 12、基础工程方案 13、课程设计内容 2二、场地条件和荷载取值 21、场地条件 22、荷载取值 3三、钻孔灌注桩计算 31、确定单桩承载力 32、确定桩数及间距 53、桩基承载力验算 54、承台设计 6四、预应力管桩计算 91、确定单桩承载力 92、确定桩数及间距 103、桩基承载力验算 114、桩基沉降计算 115、单桩结构设计 116、承台设计 12五、方案比较 13六、结论与建议 14七、参考文献 14一、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Ⅱ级普通圆钢筋。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：①号土层：杂填土，稍湿，松软。②号土层：粉质黏土，可塑，全场均有分布。③号土层：粉砂，稍密，饱和，平均厚度6.84m。④号土层：圆砾，饱和，稍密，平均厚度7.17m。⑤号土层：强风化粉砂质泥岩，完整程度属破碎，平均厚度2.19m。⑥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。场区③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Ⅱ级普通圆钢筋。三、钻孔灌注桩计算1、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⑥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)；——纵向钢筋抗压强度设计值(kPa)；Ap——桩身的横截面积(m2)；Ag——纵向钢筋的横截面积(m2)；φ——桩的稳定系数，对低承台桩基，考虑土的侧向约束可取φ=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；ψc——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》(JGJ94-2008)单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：式中：——单桩竖向极限承载力标准值，kN；——单桩总极限侧阻力标准值，kN；——单桩总极限端阻力标准值，kN;——桩身周长，m；——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值kPa；——桩周第i层土的厚度，m；——桩端面积，m2；——桩端极限端阻力标准值，kpa。、——大直径桩端阻、侧阻尺寸效应系数。这里均取1.0；层号侧阻力特征值（kPa）端阻力特征值（kPa）=1\*GB3①杂填土10=2\*GB3②粉质粘土26=3\*GB3③粉砂12=4\*GB3④圆砾60=5\*GB3⑤强风化粉砂质泥40=6\*GB3⑥中风化粉砂质泥801500单桩竖向承载力标准值:2、确定桩数及间距中柱荷载设计值：承台自重：单桩作用效应下需要的桩数：根，取为6根。桩的布置如下。满足管桩的最小中心距要求。3、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）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，即有，满足。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、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（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垂直于x轴方向计算截面的弯矩设计值：垂直于y轴方向计算截面的弯矩设计值：选用25∅32，，沿平行于X、Y轴方向均匀布置。（2）承台受冲切承载力计算①柱对承台的冲切Fl=F-ΣNi=13800kN受冲切承载力截面高度影响系数βhp计算：冲垮比λ与系数α的计算：取则由《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)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。=2×[0.988×(0.6+0.4)+2.1×(0.6+1.3)]×0.9×1270×2.015=22930kN>Fl=13800kN(满足)②角桩对承台的冲切角桩冲切，c1=1.4m,c2=1.1m，a1x=a0x，λ1x=λ0x，a1y=a0y，λ1y=λ0y。=2×[0.659×(1.4+0.4/2)+1.4×(1.1+1.3/2)]×0.9×1270×2.015=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βhs，当截面h0=2015mm，取h0=2000mm，此时，代入βhs计算公式：对于1-1斜截面，剪跨比与以上冲跨比相同λx=λ0x=0.65剪切系数(介于0.3~3之间)=7660kN>2Q=4712kN(满足)对于2-2斜截面，剪跨比与以上冲跨比相同λx=λ0y=0.2剪切系数(介于0.3~3之间)=18596kN>3Q=7095kN(满足)（4）局部受压验算根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)，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式中：Fl——局部受压面上荷载设计值；βc——混凝土强度影响系数，当混凝土强度小于C50时，βc=1.0；βl——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；βcor——配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数，；α——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；ρv——间接钢筋的体积配筋率；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。Ab=[bc+2×min(bc,hc)]×[hc+2×min(bc,hc)]=6.24m2满足要求。对于桩底Ab=0.50m2桩顶承台局部承压验算满足。四、预应力管桩计算1、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。承台厚度为2100mm，大小为6m×6m。桩插入承台。由规范，可按下式进行估算：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：层号侧阻力特征值端阻力特征值=1\*GB3①杂填土11=2\*GB3②粉质粘土24=3\*GB3③粉砂16=4\*GB3④圆砾6045002、确定桩数及间距中柱荷载设计值：承台自重：单桩作用效应下需要的桩数：根，取为9根。桩的布置如下图。满足管桩的最小中心距要求。3、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。（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。4、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、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，桩长16.8m。螺旋箍筋采用，预应力筋为。起吊时采用双点吊，吊点的位置距桩头及其端部均为。起吊时桩身最大弯矩为,其中，为桩的自重，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：对于预制的预应力管桩，配有16φ9预应力筋，8φ12的锚固筋，显然满足起吊要求。6、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。（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垂直于y轴方向计算截面的弯矩设计值：配筋：选用25∅32，，沿平行于x轴方向均匀布置。垂直于x轴方向计算截面的弯矩设计值：同上。（2）冲切计算=1\*GB3①柱对承台冲切=2\*GB3②角桩对承台的冲切、、、满足角桩向上冲切要求。=3\*GB3③承台受剪切承载力计算对于斜截面，剪跨比故剪切系数：，则有,满足要求。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）预应力管桩该桩型具有施工速度快，单桩竖向承载力高，造价较低，现场清洁文明，质量可靠的优点。预应力管桩属挤土型桩，桩端进入中风化泥岩层有一定困难。由于场地上部粉质粘土较软，夹淤泥质粉质粘土，呈流塑状，当采用管桩，应对承台下及承台周边土体进行加固处理，造价相对较高。六、结论与建