桩基础设计全过程

第四章基础方案评价与设计第一节岩土参数统计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地层名称项目含水量w%湿重度γkN/m3孔隙比e塑限Wp%塑性指数Ip液性指数Il压缩模量MPa直剪内聚力kPa内摩擦角(φ度)②粉质粘土n343434343434211717max32.9210.93123.923.40.7411.93618min16.518.10.62014.111.00.366.9128μ2619.220.75418.515.80.507.32213σ3.300.580.091.902.500.101.767.003.00δ0.130.030.120.100.160.200.240.340.22③粘土n909090909090524141max28.720.60.82424.924.60.2727.55422min17.5180.53313.811.60.0110.6218μ23.619.340.71619.418.30.2313.83616σ2.200.490.072.502.900.073.609.003.00δ0.090.030.090.130.160.280.260.240.18④残积粘性土n353535353535211919max26.520.70.92623.125.70.4723.65020min15.417.70.50111.68.7-0.088.2179μ22.719.40.69818.117.10.2411.83516σ2.300.560.073.003.600.073.5811.003.00δ0.100.030.100.160.210.290.300.310.184.1.2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地层编号层名室内岩土试验标准贯入综合取值ak（kPa）Es（MPa）N(击)ak（kPa）Es（MPa）ak（kPa）Es(1-2)（MPa）②粉质粘土1907.37.416010.01708.0③粘土45013.816.845018.040016.0④残积粘性土20011.821.026023.026012.0⑤强风化泥岩42.9420E0=44.0⑥中风化泥岩frk=5.86MPafa=1300kPa4.1.3桩基设计参数桩基设计参数见表4-3表4-3桩基设计参数层号层名状态钻孔灌注桩长螺旋压灌桩qsia（kPa）qpa（kPa）qsia（kPa）qpa（kPa）②粉质粘土可3829③粘土硬4939④残积粘性土硬4536⑤强风化泥岩硬6858900⑥中风化泥岩中风化17022001401800第三节桩基础设计4.3.1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400m2，每层荷重按16.0kN/m2考虑，则建筑总载荷F=211200kN。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根据工程地质情况，选择第⑥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48.545.71.51.522.2mI4.3.3单桩承载力的确定一、单桩竖向极限承载力的确定根据上述条件，桩身周长3.142mu，桩端面积20.785mpA根据规范，有经验参数法公式：ukskpksikipkpQQuqQlAq（4.1）式中ukQ—单桩极限承载力标准值；skQ、pkQ—分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值；u—桩身周长；sikq—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；il—桩周第i层土的厚度；pkq—极限端阻力标准值；pA—桩端面积。则（取值于表4-3）3.1421704688.5454495.722000.785ukQ7122.76kN二、单桩竖向承载力特征值的确定根据规范1aukRKQ（4.2）式中aR—单桩竖向承载力特征值；K—安全系数。取安全系数K=2，则单桩竖向承载力特征值7122.76/212aukRQ3561.38kN4.3.4总桩数、布桩及承台尺寸的确定一、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anFR（4.3）式中n—总桩数；F—建筑总载荷。2112003561.38n59.3考虑到承台重量等因素，取64n二、桩距𝐬𝐚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：33.0mads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26400kN8kFF式中kF—承台受建筑物载荷。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桩基承载力验算一、承台及上覆土重承台混凝土采用C35，取其重量为25kN/m3，暂不考虑钢筋质量，则承台及上覆土重：251151.00.3100.51880.5kNddGAh式中G—承台及上覆土重；d—上覆土重度，取318kN/mA—承台占地面积；h—开挖深度。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：3561.38kN2ukaQR而基桩载荷设计值3535.086kNkaGNFR式中N—基桩载荷设计值。符合要求。桩基不受水平载荷。4.3.6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：1101'4niiiiceisizzsspE（4.4）01211bebnCCnC（4.5）bccnnBL（4.6）式中s—桩基最终沉降量（mm）—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；e—桩基等效沉降系数，可按式（4.5）得出；'s—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）；0p—在载荷效应准永久组合下承台底的平均附加压力；n—桩基的沉降计算深度范围内划分的土层数量；iz—桩端平面的载荷作用面到第i层土底面距离；ia—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《建筑桩基技术规范》附录D选用；siE—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重压力加附加压力作用时的压缩模量；bn—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，可按《建筑桩基技术规范》5.5.14计算；0C、1C、2C—依据群桩距径比sa/d、长径比l/d和基础长宽比Lc/Bc，按照《建筑桩基技术规范》附录E确定；cL、cB、n—分别为矩形承台的长、宽和总桩数。根据已知条件，据规范取：1.080120.1761.6195.5702bCCCn，，，121212.5m16.5m0.0900.064zz，，，则（取值于表4-2）：210.1760.3151.619215.570e20264001880.511510.30.510496kN/m115dp12.50.09016.50.06412.50.09041.080.31549666.2mm1612s因建筑物高度98.8m100mgH，则需350mms，满足要求。4.3.7桩身结构设计一、配筋设计采用25C强度等级的混凝土，纵筋采用400HRB级。结合已知条件：轴向压力承载力设计值3561.38kNuaNR混凝土轴心抗压强度设计值211.9N/mmcf纵筋抗压强度设计值2'360N/mmyf构件截面面积620.78510mmA计算长度022.2mlI因022.2ld则查表可知稳定系数0.65根据公式0.9('')ucysNfAfA(4.7)式中uN—轴向压力承载力的设计值；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；cf—混凝土的轴心抗压强度设计值；A—构件截面面积；'yf—纵向钢筋的抗压强度设计值；'sA—全部纵向钢筋的截面面积。可求得纵筋截面面积6113561.381000'()11.90.78510'0.93600.90.65uScyNAfAf29037.97mm为负值，则采用最小配筋率配筋min'0.55%min2''43175mm.sAA如果采用1420，2'4398.8mmsA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、桩身承载力验算依据规范，桩顶轴向压力设计值应满足：ccpsNfA（4.8）式中N—荷载效应基本组合下桩顶轴向压力设计值；c—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；cf—混凝土轴心抗压强度设计值；psA—桩身截面面积。结合设计条件，取c=0.8则30.811.90.785107473.2kN3561.38kNccpsfAN＞满足要求。4.3.8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xiiMNy（4.9）yiiMNx（4.10）式中xM、yM—分别为绕X轴、Y轴方向计算截面处的弯矩设计值；ix、iy—垂直Y、X轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；iN—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335HRB级钢筋，其抗拉强度设计值为2300N/mmyf。则沿X方向布设钢筋截面面积62min51.0100.2%10000mmsxAA根据规范要求，若取间距为175mm,则实际配筋2722的钢筋，210262.7mmsA，配筋率610262.70.205%51.0100.2%x＞满足要求。2.求得Y方向弯矩0.33561.3844273.66kNmyiiMNx沿Y方向布设钢筋截面面积2015828.36mm0.9ysyyMAhf根据规范要求，若取间距为200mm,则实际配筋5120的钢筋，216024.2mmsA，配筋率616024.20.146%111.01.%0015y偏小，取5320则y=0.151%，满足要求。详见附图C单桩及