基础工程灌注桩设计

基础工程课程设计

题 目 灌注桩基础设计

学 部 城建学部 专 业 土木工程 班 级 学 号

学生姓名 指导教师

日 期 2014-12-05

第一章 桩基础地质条件概述

1.1地形

拟建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾

1.2工程地质条件

第一层土：素填土，层厚1.5m，稍湿，松散，承载力特征值f=95kPa 第二层土：淤泥质土，层厚3.3m，流塑，承载力特征值fak=65kPa 第三层土：粉砂，层厚6.6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa

第四层土：粉质黏土，层厚4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa 第五层土：粉砂层，钻孔未穿孔，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa

1.3岩土设计参数

表1-1 地基岩土物理参数

土层 编号 1 2 3 4 5 土的 名称 素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层 含水率W（％） —— 62.4 27.6 31.2 —— 液性指数 标注灌入锤击数Ｎ（次） —— 1.08 —— 0.74 —— —— —— 14 —— 31 压缩模量（MPa） 5 3.8 7.5 9.2 16.8 孔隙比e —— 1.04 0.81 0.79 0.58

表1-2 桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk 单位：kPa

土的 土层编号 1 2 3 4 5 名称 素填土 淤泥质土 粉砂 粉质粘土 粉砂层 桩的侧阻力qsk 22 28 45 60 75 桩的端阻力qpk —— —— —— 900 2400 1.4水文地质条件

拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性 地下水位深度：位于地表下3.5m

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1.5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

1.6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，室内外差450mm。柱截面尺寸为400mm×400mm，横向承重，柱网布置如图1-1

图1-1网布置图

1.7上部结构荷载

上部荷载（柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值）如表

1-3、1-4

表1-3 柱底荷载效应标准组合值

题 号 9 A轴 2310 FK（kN） B轴 2690 C轴 2970 A轴 275 MK(kN×m) B轴 231 C轴 238 A轴 165 VK（kN） B轴 162 C轴 153 表1-4 柱底荷载效应基本组合值

题 号 9 A轴 2910 F（kN） B轴 3790 C轴 3430 A轴 286 M（N*m） B轴 251 C轴 266 A轴 204 V（kN） B轴 188 C轴 196 1.8材料

混凝土材料强度等级为C25-C30，钢筋采用HPB235、HRB335级。

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第二章 灌注桩设计

1）灌注桩基设计设计方案

初步选择持力层，确定桩型和尺寸

室外地坪标高为-0.45m，自然地坪标高同室外地坪标高。不再进行沉降计算，拟采用直径为500mm的混凝土沉管灌注桩。

选用第五层土粉砂层为持力层，由《建筑桩基设计规范》可知，桩尖深入持力层的长度不宜小于1.5（1.5d=0.675m），这里取0.75m，设计桩长15.0m，承台高0.95m，承台底面埋置深度-1.5m，桩顶伸入承台50mm，桩顶标高-1.55m，桩底标高为-16.55m，桩长为15.0m。

2）单桩承载力计算

查《建筑桩基设计规范》得表2-1:

表2-1 土侧（端）阻标准值及其深度

土层 编号 1 2 3 4 5 侧（端）阻标准值qsk（kN×m） 22 28 45 60 75 入土深度 l（m） 0.15 3.3 6.6 4.2 0.75 （1）单桩竖向极限承载力标准值计算

单桩竖向极限承载力标准值计算：

Quk?Qsk?Qpk?up?qsikli?Apqpk （3-1）

Qsk?3.1?40.?5?0?1100.5kN0.?15?2?23.?3?28?6.?64?54.?2?600.7575 （3-2）

Qpk?1?3.14?0.502?900?176.6kN （3-3） 4pk Quk?Qsk?Q?1100.5?176.?6 7127 页 第 3

（2）基桩竖向荷载承载力设计值计算

承台底部地基土较为松软的填土，压缩性大，因此不需考虑承台土效应，即?c?0，则

R?Ra?Quk1277.1??638.6k N （3-4） K2 根据上部荷载初步估计桩数为：

n?Fk2310??3.62 （3-5） Ra638.6 初步设计桩数为4根。

桩基验算

根据《建筑桩基设计规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取效应的标准组合值

由于装机所处场地的抗震设防烈度为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。

根据初步设计桩数采用正方形承台，由《建筑桩基设计规范》桩间距为设计为3d，桩中心距承台边缘为d，则承台初步设计为2500mm×2500mm，如图2-1

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图2-1 承台平面布置

Gk?2.50?2.50?1.5?20?187.5kN （3-6） 计算时取荷载标准组合，则

F?Gk2310?187.5Qk?k??624.38?638.6kN?Ra n4 故而如此设计是合理的

承台最终验算

计算时取荷载标准组合，则

Nkmax?Nk?MYmax(275?165?0.75)?0.75)?624.38??624.38?132.922 （3-8） 4?0.75?0.75?yMymax(223?158?0.75)?0.75?624.38-113.83 （3-9） 4?0.75?0.75?757.30kN?1.2R?766.32kNNkmin?Nk??y2?624.38??491.46kN?0 满足设计要求，故此次设计是合理的。

3）承台设计

根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.5m×2.5m如图2-2，初步设计承台厚0.95m，承台混凝土选用C25，ft=1.27N/mm2,fc=11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级，fy=300N/mm2。

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图2-2 承台平面布置

4）抗弯计算与配筋设计

承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反设计值为：

F 各桩平均竖向力N?1.35k?779.6kN

n 最大竖向Nmax?FkMyxmax??1.35????1.35?(779.6?132.92)?1231.90kN

nx??j???对于I-I断面：

My??Nixi?2Nmax?Xi?2?1231.90?0.50?1355.09kN 钢筋面积

MY1355.09?106As???5597mm2

0.9fyho0.9?300?900采用20根直径为22mm钢筋，AS?7600mm2，平行于X轴布置。

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对于???断面：

My??Niyi?2Nmax?yi?2?779.6?0.55?857.56kN 钢筋面积

Mx857.56?106As???3531mm2

0.9fyho0.9?300?900采用15根直径为20mm钢筋，AS?4467mm2，平行于Y轴布置。

5）承台厚度及受冲切承载力验算

承台保护层厚度50mm，则h0=950-50=900mm

由于基桩为圆形桩。计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为：

bp?0.8d?0.8?500?400mm

1、柱对承台冲切

由《建筑桩基设计规范》承台受桩冲切的承载力应满足：

Fl?2[?ox(bc?aoy)??oy(ac?aox)]?hpfth0

柱边至最近桩边水平距离：

aox?aoy?350mm 冲垮比：

?ox??oy?aox350??0.39 ho900 冲切系数：

?ox??oy?0.840.84??1.4

?ox?0.20.39?0.2 承台受冲切承载力截面高度影响系数：

?hp?0.9875 则有

2?ox(bc?aoy)??oy(ac?aox)?hpftho ?2??1.4?(0.4?0.35)?1.4?(0.4?0.35)??0.987?1270?0.90

???4740.6kN 页 第 7

F1?F??Ni?3680?0?3680kN?4740.6kN

故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求 2、角桩冲切的验算

承台受角桩冲切的承载力应满足：

??a1y?a1x???Nl???1x??c2?2????1y?c1?2???hpfth0??????

角桩内侧边缘至承台外边缘距离：

c1?c2?700mm 柱边至最近桩边水平距离：

aox?aoy?350mm 角桩冲垮比：

?1x??1y?a1x0.35??0.39 （在0.25-1.0之间） ho0.9 角桩冲切系数：

?ox??oy?0.560.56??0.95

?ox?0.20.39?0.2 则有

a1y?a1x??(c?)??(c?1)??hpftho1y1?1x222??0.350.35?? ??0.95?(0.7?)?0.95?(0.7?)??0.9875?1270?0.90

22???1876.48kN N1?Nmax?1532.02kN?1876.48kN

故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求

6 )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

V??hs?ftbh0 受剪面承载力截面高度影响系数：

?hs???h???0.9875?0?

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?800?14

计算截面剪跨比：

?x??y?aox350??0.39 ho900(在0.25-3.0之间)

剪切系数：

1.75?1.259 ????1?hs?ftbho ?0.9875?1.259?1270?2.5?0.90

?3552.62kN V?2?Nmax?2?1532.02?3064.04kN?3552.62kN

故满足抗剪切要求

取基桩净反力最大值： Nmax?1532.02kN Mx??Nyii?2?1532.02?0.55?1685.22kN

M1685.22?106AS1?AS2???6935.06mm20.9fyho0.9?300?900 由《建筑桩基设计规范》“承台纵向受力钢筋的直径不应小于12mm，间距不应大于200mm，柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%”

承台纵横方向选用直径为18mm的HRB钢筋间距为140mm，则钢筋根数为

n=2500/140+1=19,实际钢筋As=19?254.5=4835.5mm2

最小配筋率:

4835.5?0.215%?0.15% ?min?2500?900 故配筋满足要求

7）承台构造设计

混凝土桩桩顶伸入承台长度50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.65m，与承台顶齐平，梁宽250mm，梁高400mm。承台底做100mm厚C10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

8）桩身结构设计

沉管灌注桩选用C25混凝土，钢筋选用HPB235级

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9）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Vk=149kN 则每根基桩承受水平荷载为

H192Hik?k??48kN

n4 桩身按构造要求配筋，由于受水平荷载影响，则桩身配8Φ12纵向钢筋，As-=904mm2

桩身配筋率为：

?g?

As?A904?450?3.14???4??2?0.57%

满足0.2%-0.65%之间的要求

由于0.57%<0.65%,则单桩水平承载力特征值计算公式：

Rha?0.75??mftW0?NNk????1.25?22?g??1???vM??mftAn?

桩身为圆形截面，故

?a?2,?N?0.5

??5mb0EI

根据灌注桩桩周主要土层的类别，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:

m b0?0.9??1.5d?0.5??1.0575EI?0.8EcI0I0?W0d/2 ?E?Es/Ec 对于C25级混凝土:

422E?2.8?10N/mm?2.8MN/mc

对于HPB235级钢筋:

422E?2.1?10N/mm?2.1MN/ms

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扣除保护层后的桩直径为 d0?0.5?0.07?0.43m

323.14?0.45 ?[0.52?（27.5?1）?0.75%?0.432]

32?11.64?10-3m3 I0?W0d/2?11.64?10-3?0.5/2?2.91?10-5m4

W0??d[d2?2(?E?1)?gd02]EI?0.85EcI0?0.85?2.8?104?2.91?10-5?52.6MN·m2 ??5mb0EI?525?1.0575?0.709m

52.6 桩顶最大弯矩系数vM取值：由于桩的入土深度h=15.2m，桩与承台为固接，

αh=0.709?15.2=10.7768m>4m故而αh=4 则vM=0.926

An??d24[1?(?E?1)?g]?3.14?0.52?[1?（0.75-1）?0.57%]?0.204m2 4 Nk取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），则Nk=391.3kN

Rha?0.75??mfW?Nt0(1.25?22?g)(1?Nk)vM?mftAn0.75?0.709?2?1.27?1000000?11.64/10000.5?407.976?1000(1.25?22?0.57%（)1?）0.9262?1.27?1000000?0.165?49795.542?49.8kN＞48kN 故桩身水平承载力满足要求

10）配筋长度计算

由于侧阻力起主要作用，基桩为端承摩擦型桩，配筋长度应不小于桩长的2/3（即2/3×15.2=10.1m），同时不宜小于4.0/α=4.55m，则配筋长度取10.1m 钢筋锚入承台35倍主筋直径，即35×12=420mm

3.8.4箍筋配置

采用Φ6@200螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m，需要每隔2m设一道Φ12焊接加劲箍筋

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四、课程设计参考资料

(1)《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2010)，中国建筑工业出版社 (2)《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011),中国建筑工业出版社 (3)《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008),中国建筑工业出版社

(4)《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010),中国建筑工业出版社 (5)《基础工程》（第2版）周景星 李广信 虞石民 王洪瑾 编著 清华大学出版社

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rwhw.html