桩基础课程设计

1一、设计题目本次课程设计题目：预制桩基设计二、设计荷载(1)柱底荷载效应标准组合值如下：○A轴荷载：Fk=1632kNMk=195kN•mVk=86kN○B轴荷载：Fk=1980kNMk=164kN•mVk=93kN○C轴荷载：Fk=1342kNMk=187kN•mVk=96kN（2）柱底荷载效应基本组合值如下：○A轴荷载：F=2203.2kNM=263.3kN•mV=116.1kN○B轴荷载：F=2673kNM=221.4kN•mV=125.5kN○C轴荷载：F=1811.7kNM=252.5kN•mV=129.6kN设计B轴柱下桩基，A,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。三、设计资料、地层条件及其参数某住宅楼，六层钢筋混凝土框架结构体系，建筑场地位于城郊建筑室内地面标高为±0.00，室外地面标高为-0.15m地下水位位于地表以下3.3m，柱底标高-0.7m。地基基础设计等级：乙级工程地质条件：该建筑物地处二级阶地，土层分布、物理力学性质指标见下表设计规范：建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）；混凝土结构设计规范（GB50010--2002）；2建筑桩基技术规范（JGJ94--2008）。四、预制桩基设计建筑物基础设计方案采用混凝土预制桩，具体设计方案如下：室外地坪标高为-0.15m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属乙级建筑基桩，拟采用截面为400mm*400mm的混凝土预制方桩，以6号土层草黄色粉质黏土为持力层，桩尖深入1.2m，设计桩长11.0m，初步设计承台高0.8m，承台底面埋置深度-1.50m，桩顶伸入承台50mm。1、单桩承载力计算根据以上设计，桩顶标高为-1.5m，装底标高为-12.6m，桩长11m。（1）单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：Quk=Qsk+Qpk=up∑qsikli+Apqpk由于Qsk=4×0.4×（78×1.25+32×2+32×3.5+50土层编号土层名称层厚/mγ/kN/m3w/%eILc/kPaφ/°ES/MPa地基承载力特征值fak/kPa1填土0.818.033.252褐黄色粉质黏土1.818.027.80.810.483025.56.43灰色淤泥质粉质黏土2.017.838.81.091.181419.34.54灰色淤泥质黏土3.517.053.11.511.291210.52.15褐色粉质黏土4.018.035.41.020.801618.54.82506草黄色粉质黏土20.018.524.70.710.313625.07.83203×4.0+78×0.25）=789kNQpk=0.4×0.4×2800=448kN则Quk=789+448=1237kN（2）基桩竖向承载力特征值本工程不考虑承台土效应，取ηc=0，则有R=Ra=KQuk=21237=618.5kN根据上部荷载初步估计粧数为n=akRF=5.6181980=3.20则设计桩数为4根。42、桩基竖向承载力验算根据建筑桩基技术规范（JGJ94--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。本工程不进行地震效应的承载力验算。根据桩数及承台构造要求初步设计为矩形承台，取承台边长为2.4m×2.4m，矩形布桩，桩中心距取4d，则s=4×400=1600mm，取s=1600mm，桩心距承台边缘为400mm。承台及其上填土的总重为Gk=2.4×2.4×1.5×20=172.8kN计算时取荷载的标准组合，则Nk=nGFkk=48.1721980=538.2kN﹤R（=618.5kN）Nkmax=Nk+2yMymax=538.2+0.8×08×40.8×1640.8×93）（=538.2+74.5=612.7kNNkmin=Nk-2yMymax=538.2-74.5=463.7kN因此Nkmax=612.7kN＜1.2R(=1.2×618.5=742.2kN)Nkmin=463.7kN＞0满足设计要求,故初步设计是合理的。3、承台设计根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.4×2.4m，预估承台厚0.8m，承台混凝土选用C25，ƒt=1.27N/mm2，ƒc=11.9N/mm2；5承台钢筋选用HRB335级钢筋，ƒy=300N/mm2.（1）承台内力计算承台内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为Nmax=nF+2iiyyyM=426730.8×0.8×40.8×221.40.8×6.125）（=668.3+100.6=768.9kNNmin=nF-2iiyyyM=668.3-100.6=567.7kNN=nF=42673=668.3kN（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，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.8m，承台底保护层厚度50mm，则h0=800-60=740mm。分6别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。○1柱对承台冲切承台受桩冲切的承载力应满足下式：Fl≤2[β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）]βhpƒth0由于Fl=F-iN=2673-0=2673kN，则冲垮比为λox=0oxha=74.04.0=0.54λoy=0oyha=74.04.0=0.54冲切系数为Βox=2.0x084.0=2.054.084.0=1.135Βoy=2.0y084.0=2.054.084.0=1.1352[β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）]βhpƒth0=2×[1.135×（0.4+0.4）+1.135×（0.4+0.4）]×1×1270×0.74=3413.4kN＞Fl（=2673kN）故厚度为0.8m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。○2角桩冲切验算承台受角桩的承载力应满足下式：Nl≤{β1x（c2+2a1y）+β1y（c1+2a1x）}βhpƒth0由于Nl=Nmax=768.9kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为c1=c2=0.6ma1x=0.4ma1y=0.4m7λ1x=01xha=74.04.0=0.54λ1y=0y1ha=74.04.0=0.54β1x=2.056.0x1=2.074.056.0=0.575β1x=2.056.0y1=2.00.156.0=0.575[β1x（c2+2a1y）+β1y（c1+2a1x）]βhpƒth0=1259.2kN＞Nmax（=768.9kN）故厚度为0.8m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。○3承台受剪承载力验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I-I截面λoy=00yha=74.04.0=0.54（介于0.25-3之间）剪切系数为α=11.75=154.01.75=1.136受剪切承载力高度影响系数计算：由于h0800mm,故取βha=1I-I截面剪力为V=2Nmax=2×768.9=1537.8kN则βhsαƒtb0h0=1×1.136×1.27×1000×2.4×0.74=2562.3kN＞V=1537.8kN8故满足抗剪切要求。○4承台受弯承载力计算承台计算截面弯矩如下：对于I-I截面，取基桩净反力最大值Nmax=768.9kN进行计算，则yi=800-200=600mm=0.6mMx=∑Niyi=2×768.9×0.6=922.7kN•mAsl=0yxhf9.0M=7403009.0107.9226=4618mm2选用15Φ20@160,平行y轴布置，实际钢筋As=4713mm2，满足要求。对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=668.3kN进行计算，则xi=800-200=600mm=0.6mMy=∑Nixi=2×668.3×0.6=802kN•mAs2=0yyhf9.0M=7403009.0108026=4014mm2选用16Φ18@150,平行x轴布置，实际钢筋As=4072mm2，满足要求。○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-0.7m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共4φ12通长配筋，箍筋采用φ8@200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。五、桩身结构设计预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用HRB335级。9根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：Nmax≤ψcƒcApsNmax=nGF+2iiyyyM=48.1722.12673+8.08.048.08.06.1254.221）（=720.1+100.6=820.7kN计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc=0.85；C30级混凝土，ƒc=14.3N/mm2，则ΦψcƒcA=1×0.85×14.3×103×0.42=1944.8kN＞Nmax（=820.7kN）故桩身轴向承载力满足要求。六、桩身构造设计桩身按构造要求配筋，选用8Φ14的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用φ6的HPB235级钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内间距50mm，距桩顶2-4m范围内间距100mm。采用打入法沉桩，桩顶设置三层φ6@50的钢筋网，层距为50mm，桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50mm，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。七、吊装验算由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊，吊点位置如图10所示。起吊点距桩两端距离为a=0.207L=0.207×11=2.28m则吊起时桩身最大弯矩为Ml=0.0214kql2=0.0214×1.3×（0.42×25）×112=13.46kN·m桩身配筋验算；混凝土采用C30级，钢筋采用HRB335级，则ƒc=14.3N/mm2，ƒy=300N/mm2，由于b=400mm，h0=400-40=360mm，每边配3Φ14，As=461mm2，则x=bfAfc1sy=4003.140.1461300=24.18mmMu=α1ƒcbx(h0-2x)=1.0×14.3×400×24.18×(360-218.24)=48.12×106N.mm11=48.12kN.m所以Mu＞Ml故桩身配筋满足吊装要求。八、估算○A、○C轴线柱下桩数1、桩数估算设计○A、○C轴线下的桩基础的方法和○B轴线下相同。单桩极限承载力标准值为1237kN，基桩竖向承载力特征值为618.5kN。○A轴柱下荷载标准组合值为Fk=1632kNMk=195kN•mVk=86kN根据○A轴荷载初步估算○A轴柱下桩数，n=RFk=618.51632=2.64取n=4则○A轴下设计桩数为4根。○C轴柱下荷载标准组合值为F=1811.7kNM=252.5kN•mV=129.6kN根据○C轴下荷载初步估算○C轴柱下桩数，n=RFk=618.51342=2.17取n=4则○C轴下设计桩数为4根。2、承台平面尺寸确定根据估算的桩数和承台构造要求，设计○A、○C轴线承台与○B轴线承台相同，承台边长为2.4m，桩中心距取1600mm，桩心与承台边缘距离400mm。12○A、○C轴承台布置同○B轴。九、桩基沉降验算对○B轴验算1、计算PoG=γGAd=20×2.4×2.4×1.5=172.8kNP=AGF=2.4×4.28.1721980=374kPaσc=18×1.5=27kPaPo=P-σc=374-27=347kPa2、计算○B轴承台中心下附加应力σz，确定沉降计算深度，如下表：点l/bz(m)z/bαcIσz=4αcIPo01000.25347111.210.175242.9212.420.084116.592313.630.04562.46414.840.02737.47651650.01824.984617.260.01318.044718.470.00912.492819.680.007