基础工程灌注桩课程设计

基础工程课程设计1灌注桩基课程设计1.设计题目本次课程设计的题目：灌注桩基础设计2.设计荷载（1）题号：4号。（2）柱底荷载效应标准组合值如下。○A轴荷载：Fk=1875kNMk=205kN.MVk=139kN○B轴荷载：Fk=2160kNMk=204kN.MVk=149kN○C轴荷载：Fk=2080kNMk=213kN.MVk=134kN（3）柱底荷载效应基本组合值如下。○A轴荷载：F=2320kNM=215kN.MV=181kN○B轴荷载：F=3310kNM=214kN.MV=166kN○C轴荷载：F=2780kNM=238kN.MV=174kN设计○A轴柱下桩基，○B、○C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。3.地层条件及其参数1）.地形拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。2）.工程地质条件自上而下土层依次如下：①号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，松散，承载力特征值fak=95kPa。②号土层：淤泥质土，厚度3.3m，流塑，承载力特征值fak=65kPa。③号土层：粉砂，厚度6.6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa。基础工程课程设计2④号土层：粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa⑤号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa。3）.岩土设计技术参数表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N（次）压缩模量Es①素填土----5.0②淤泥质土1.0462.41.08-3.8③粉砂0.8127.6-147.5④粉质粘土0.7931.20.74-9.2⑤粉砂层0.58--3116.8表2桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk土层编号土的名称桩的侧阻力qsk桩的端阻力qpk①素填土22-②淤泥质土28-③粉砂45-④粉质粘土60900⑤粉砂层752400基础工程课程设计34）.水文地质条件１．拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。２．地下水位深度：位于地表下3.5m。5）.场地条件建筑物所处场地抗震设防烈度７度，场地内无液化砂土，粉土。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。该建筑桩基属丙级建筑桩基，拟采用直径500mm的混凝土沉管灌注桩，以⑤号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入深入持力层0.6m（对于砂土不小于1.5d=750mm）,设计桩长15.0m，预制桩尖长0.5m，初步设计承台高0.95m，承台底面埋置深度-1.60m，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-1.6m，桩底标高为-16.6m，桩长15m。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（建筑桩基技术规范5.3.5）由于Qsk=3.14×500×（1.5×22+3.328+6.645+4.260+0.675）=1129kNQpk=kN47124005.014.3412则Quk=1129+471=1600kN2）.基桩竖向承载力设计值计算承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑承台土效应取ηc=0，则有基础工程课程设计4R=Ra=KQuk=21600=800kN（建筑桩基技术规范5.2.2）根据上部荷载初步估计粧数为n=akRF=8002160=2.7（建筑桩基技术规范5.1.1-3）则设计粧数为4根。3）.桩基的验算根据《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，荷载应取其效应标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。下面进行基桩竖向承载力的验算根据桩数设计矩形承台，边长为2.75m×2.75m，矩形布桩，桩中心距取1.75m，桩心距承台边缘为500mm。(见图)承台及其上土壤的总重为Gk=2.75×2.75×1.6×20=242kN计算时取荷载的标准组合，则Nk=nGFkk=42422160=600.5kN﹤R（=800kN）（建筑桩基技术规范5.2.1-1）基础工程课程设计5Nkmax=Nk+2yMymax=600.5+49.4=649.9KNNkmin=Nk-2yMymin=600.5-49.4=551.1KN因此Nkmax=649.9kN＜1.2R(=1.2*800=960kN)（建筑桩基技术规范5.2.1-2）Nkmin=551.1kN＞0满足设计要求,故初步设计是合理的4）.承台设计根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.75m×2.75m，预估承台厚0.95m，承台选用选用C30，ƒt=1.43N/mm2，ƒc=14.3N/mm2；承台钢筋选用HRB400级钢筋，ƒy=360N/mm2.1.承台内力计算基础工程课程设计6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N/max=nF+2iiyyyM=43310+2875.04875.095.0166214）（=827.5+106.2=933.7kNN/min=nF-2iiyyyM=43310-2875.04875.095.0166214）（=827.5-106.2=721.3kNN＇=nF=43310=827.5kN5）.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0.95m，承台底保护层厚度60mm，则h0=950-60=890mm。分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。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上图所示承台计算简图中的桩基即是换算后边长为400mm的方桩。6）.柱对承台冲切承台受桩冲切的承载力应满足下式：基础工程课程设计7Fl≤2{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0（建筑桩基技术规范5.9.7-4）由于Fl=F-iN=3310-0=3310kN，则冲垮比为λox=0oxha=89.0425.0=0478λoy=0oyha=89.0375.0=0.421冲切系数为ox=2.084.0ox=2.0478.084.0=1.24（建筑桩基技术规范5.9.7-3）oy=2.084.0oy=2.0421.084.0=1.352{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0=2×{1.24×（0.5+0.375）+1.35×（0.5+0.425）}×0.988×1430×0.89=5869.0kN＞F1（=3310kN）故厚度为0.95m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。7）.角桩冲切验算承台受角桩冲切的承载力应满足下式：Nl≤{x1（c2+21y）+y1（c1+21x）}βhpƒth0（建筑桩基技术规范5.9.8-1）由于Ft=N/max=933.7kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为c1=c2=0.75ma1x=0.425ma1y=0.731mλ1x=01xha=89.0425.0=0.478λ1y=0y1ha=89.0731.0=0.821β1x=2.056.0x1=2.0478.056.0=0.826基础工程课程设计8β1x=2.056.0y1=2.0821.056.0=0.548{β1x（c2+2a1y）+β1y（c1+2a1x）}βhpƒth0={0.826×(0.75+2731.0)+0.548×(0.75+2425.0)}×0.988×1430×0.89=1821.9kN＞N/max（=933.7kN）故厚度为0.95m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。8）.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=89.00.75=0.84（介于0.25-3之间）剪切系数为α=11.75=184.01.75=0.950（建筑桩基技术规范5.9.10-2）受剪切承载力高度影响系数计算：974.089080080025.025.00hhs（建筑桩基技术规范5.9.10-3）I-I截面剪力为V=2×N/max=2×933.7=1867.4KNhsαƒtbh0=0.974×0.950×1430×2.75×0.89=2898kN＞V（V=1867.4）（建筑桩基技术规范5.9.10-1）故满足抗剪切要求。9）.承台受剪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N/max=933.7KN进行计算，Mx=∑Niyi=2×933.7×0.75=1400.55kN.m（建筑桩基技术规范5.9.2-1）基础工程课程设计9Asl=0yxh9.0Mf=8903609.01055.14006=4856.9mm2因此，承台长边方向都选用钢筋C16@110，钢筋数为n=2750/110+1=26实际钢筋As=26×201.1=5228.6mm2，满足要求对于II-II截面，取基桩净反力平均值N＇=827.5KN进行计算此时ho=950-80=870mm则My=∑NiXi=2×827.5×0.625=1034.4kN.mAs2=0yyh9.0Mf=8703609.0104.10346=3670mm2因此，承台短边方向选用C18@170，钢筋根数为n=2750/170+1=18，实际钢筋As=18×254.5=4581mm2，满足要求10）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，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共4C12通长配筋，箍筋采用A8@200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。5.桩身结构设计沉管灌注桩选用C30混凝土，预制桩尖选用C30混凝土，钢筋选用HRB400级。根据《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应符合下列规定：Nmax≤φψcƒcApsNmax=nGF+2iiyyyM（建筑桩基技术规范5.1.1-2）基础工程课程设计10=42422.13310+2875.04875.095.0166214）（=900.1+106.2=1006.3kN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；对于挤土灌注桩，基桩施工工艺系数ψc=0.8；C30级混凝土，ƒc=14.3N/mm2，则ΦψcƒcA=1×0.8×14.3×103×25.014.341（建筑桩基技术规范5.8.2-2）=2245.1kN＞Nmax（=1006.3kN）故桩身轴向承载力满足要求。6.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158.4KN，每根桩基承受水平荷载为Hik=Hk/n=179/4=44.8KN桩身按构造要求配筋，桩身配6Φ12纵向钢筋，As=678.6mm2，则桩身配筋率为%35.050014.3416.6782AAsg满足0.2%~0.65%之间的要求。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：Rha)1)(2225.175.00AfNWfntmkNgMtm（（建筑桩基技术规范5.7.2-1）桩身为圆形截面，故m=2,N=0.5由于5EImb（建筑桩基技术规范5.7.5.1）基础工程课程设计11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=25mMN4/圆形桩桩身的计算宽度为mdb125.1)5.05.05.1(9.0)5.05.1(9.0（建筑桩基技术规范5.7.5.1）根据IEcEI85.02/dWIEEcsE/对C30级混凝土，有224/00.3/1000.3mMNmmNEc对HRB400级钢筋，