桩基础优秀课程设计.doc

桩基础课程设计

题 目：某机械厂粗加工车间桩基设计
指导老师： *******
班 级： *******
姓 名： *******
学 号： *******
组 别： *******

建筑工程学院
6 月 2 日
某机械加工车间桩基设计
一、设计资料
1、某机械粗加工车间上部结构（柱子300×400mm2)传至基础顶面最大荷载为：轴力Fk=2500KN，弯矩Mk=300KN.m，剪力Hk=30KN。
2、工程地质勘察汇报中指出：地基土工程地质条件。
（1）地形、地貌：该场地内原建有平房两幢（现已拆除），场地内地形平坦，相对高度不足1m。在黄河泛滥平原，冲洪积形式，表层覆盖有少许植被和杂填土。
地层岩性：
依据钻探编录，室内试验和标准贯入试验将场地内所揭露地层分为六层。其岩性自上而下为：表土、软而可塑粉质粘土、软塑粘土、流塑淤泥质粘土、软塑粉土、同一硬度粉质粘土，现分述以下：
A、表土：以橘黄色粉土为主，局部为杂填土，含植物根、砖渣等，分布场地表面，厚度约0.3m（因为有高低之分，所以以剖面为准），据目测有机含量不高。
可塑、湿、中－压缩性
B、软可塑粉质粘土：褐黄色，褐灰色，含少许铁质浸染和结核，含植物根，腐殖根，厚度约为2m，全区全部有分布。
软－流塑、湿－饱和、高－中压缩性
C、软塑粘土：褐色，含少许生物碎屑及铁质结核，厚度约为2.5m，分布于全区。
软－流塑、饱和、高－中压缩性
D、流塑淤泥质粘土：呈黑灰色，含多量有机质，有臭
味夹有薄层粉砂或细砂，偶见贝壳，为三角洲冲积物。厚度约为5m。
软塑、饱和
E、软塑粉土：褐黄色，灰黄色，含砂质团块，自上而下颜色逐步变深，有淡臭味，含少许生物碎屑，云母片，该层厚约4.2m,区内全部有分布 。（大于5d 可做持力层但需考虑。）
软－流塑、饱和、中等压缩性
F、同一硬度粉质粘土：呈棕红色，有紫红色和白色斑点，层厚很深。
硬塑、稍湿
（2）水文地质条件：据外业施工期间，测得地下水埋深约为0.5m其类型属于潜水，地下水流向自东北向西南。因为现在是枯水季节，到丰水期时，地下水位还会上涨约0.2m，场地内局部会渗出地表。据邻近资料判定，该水不具侵蚀性。
3、地基土工程地质性质评价
场地内地层分布比较稳定，从水平方向上改变不大，垂直方向上改变有规律，因为地下水位较高，使地基（2）（3）（4）（5）层均为饱和状，呈软－流塑状态，地基强度较低，变形值高。
4、结论和提议
(1) 依据建筑物情况，从经济、实用上考虑可采取柱下十字交叉梁基础或桩基础，但应尤其注意承载力不足赔偿和降低沉降值问题，提议建筑设计部门依据建筑物实际情况定酌。
第一层表土因其不均匀且厚度较小，此次勘察未加评价。
(2) 因场地内地基土变形值高，关键持力层呈软－流塑状，提议建筑物上部结构在设计时应考虑和基础共同工作，避免造成建筑物不均匀沉降。
(3) 地下水埋深0.5m左右，丰水期还会上升。但其对基础无侵蚀性。
(4) 因为场地内地基土粘粒含量较高，通常在60%以上，所以，不考虑其地震液化性。
(5) 依据市地震小区划分要求，该建筑物地震烈度按6度设防。
5、土层名称及厚度以下图所表示，地下水位为-0.50m。

附表： 土物理力学性质指标表

层次
土层名称
含水量
ω%
重度
γ
(kN/m3)
液性指数IL
塑性指数IP
孔隙比
e
压缩模量Es
(Mpa)
内摩擦角Φ
(℃)
地基承载力特征值fak
(kpa)
桩端端阻力特征值qpa
(kpa)
桩侧阻力特征值qSa
(kpa)
1
杂填土

2
软可塑粉质粘土
30
19.3
0.75
12.5
1.1
6.5
7.37
119
/
20
3
软塑粘土
36.7
18.5
0.9
19.2
1.1
4.0
14.0
80
/
19.2
4
流塑淤泥质粘土
34.9
18.3
1.1
11.3
1.15
3.5
9.0
70
/
12.5
5
软塑粉土
33.5
18.6
0.8
6.7
0.97
7.2
4.6
120
500
19.3
6
同一硬度粉质粘土
24.9
19.4
0.25
15.6
0.91
7.7
8.0
190
1450
37
二、设计过程
1、确定桩形、截面
依据结构类型和层数，荷载情况、地质条件和施工能力等，选择预制桩，其截面尺寸为400400mm2。
2、选择桩长
选择桩长即选择适宜持力层。选择承台埋深1.5m。
桩长＝桩顶进入承台+中间段+桩端进入持力层厚+桩尖。
桩顶应嵌入承台一定长度，对中等直径桩宜大于等于50mm，以确保群桩和承台之间连接整体性。暂取桩顶进入承台长度为50mm。
选择地基土土层为同一硬度粉质粘土，因为桩端进入持力层深度（1-3倍桩径时，粘性土、粉土大于等于2d；持力层较厚时，粉土、粘性土为2~6d）。
取桩端进入持力层厚度： 3.375d=3.375400mm=1.35m
中间段： h1= 14.50-1.50=13.00m
桩尖： （1.3-1.5）b=（0.52~0.6）m ,取0.6m
初估算： 桩长L=0.05+13.00+1.35+0.6=15.00m`

3、初步设定承台地面标高，承台底面面积，选择桩和承台混凝土强度等级
承台高度1.0m，钢筋保护层厚度35mm。因为地下水位离地表0.5m，为了使地下水位对承台没有影响，且依据《地基基础规范》要求600mm,故选择承台埋深1.5m,即底面标高为-1.50m。承台有效高度为h0=1.0-0.035=0.965m，承台底面定为3.2m3.2m。
为便于施工，桩和承台混凝土强度等级均取C30。
4、确定单桩承载力
5、确定桩数

6、桩平面部署
初选承台尺寸
桩距：取桩距s=（3-4）d=（1.2-1.6）m,取s=1.2m
承台边长：a=1.2+1.2+0.4+0.4=3.2m
则桩部署图以下图所表示：

7、单桩承载力验算
轴心受压时：

偏心受压时：

水平荷载下：

取，

远小于单桩水平承载能力特征值,所以无需验算群桩效应基桩水平承载力。
8、软弱下卧层验算
因为轴心受压时持力层不存在软弱下卧层，故不需要进行软弱下卧层验算。
9、桩基沉降验算
因为本设计属于丙级建筑物，当所选持力层适宜时，可不进行桩基沉降验算。
10、桩基负摩阻力验算

故桩负摩阻力满足要求。
11、桩身结构验算
桩截面尺寸为400mm×400mm，桩长15m，箍筋为HPB235，钢筋保护层厚度为40mm，混凝土C30，桩采取双点起吊，所以起吊点位置a=0.207L=0.207×15=3.105m。
依据结构选择桩身钢筋，并满足以下要求：
1．桩身强度应符合下式要求：

, 满足要求。
2．预制桩尚应满足吊桩强度要求：
桩水平起吊： 桩吊立：

桩起吊方法选择：水平起吊。
桩主筋验算控制弯矩为起吊时情况，动力系数为K=1.3

桩身有效截面高度:

又因为需要满足最小配筋

故采取
则整个截面主筋采取。
箍筋：中间区段， 桩顶和桩尖区加密，
其它桩身
桩水平起吊:
桩吊立：
桩身强度验算（因为是混凝土预制桩，取0.85)
满足桩身强度要求。
桩箍筋计算

则根据结构要求配筋

，满足要求。
12、承台设计
承台尺寸4.0m4.0m；承台埋深1.5m；承台高1.0m；柱顶伸入承台0.05m。钢筋保护层厚度0.35m。
承台有效高度: ，混凝土强度等级为C30，混凝土轴心抗拉强度,轴心抗压强度。
钢筋选择HRB335级，，以下图所表示。

（1）承台受冲切承载力验算
柱边冲切：
分别为x,y方向柱边离最近桩边水平距离，当；当。

因为h=1000mm,所以可插空取

角桩向上冲切：

（2）承台受剪切承载力计算
该剪跨比和以上冲垮比相同

（3）承台受弯承载力计算

选择2216，，沿平行和Y轴方向均匀部署

选择，，沿平行于X轴方向均匀部署
三、设计说明
1、工程地质条件引自课程设计指导书，其特征如表格所表示
2、桩和承台混凝土强度等级均为C30，配筋采取二级钢筋HRB335
3、桩采取预制桩，长度为15m，截面尺寸为400×400mm2。
4、施工方法：
(一)打桩设备
打桩设备关键是桩锤和桩架。
桩锤有落锤、蒸汽锤、柴油锤和液压锤，现在应用最多是柴油锤。柴油锤是利用燃油爆炸推进活塞往复运动而锤击打桩，活塞重量从几百千克到数吨。
用锤击沉桩，为预防桩受冲击应力过大而损坏，宜用重锤轻击。如用轻锤重打，锤击功大部分被桩身吸收，桩不易打人，且桩头易打坏。锤重和桩重应有一定比值，或控制锤击应力，以防把桩打坏。
桩架是支持桩身和桩锤，沉桩过程中引导桩方向，并使桩锤能沿着要求方向冲击打桩设备。
常见桩架有多能桩架和履带式桩架，多用后者。履带式桩架以履带式起重机为底盘，增设了立柱和斜撑用以打桩。
(二)打桩
打桩前应做好下列准备工作：清除妨碍施工地上和地下障碍物；平整施工场地；定位放线。
柱基轴线定位点应设置在不受打桩影响地点，打桩地域周围需设置不少于2个水准点，在施工过程中可据此检验桩位偏差和桩人土深度。
打桩时应注意下列部分问题：
1．打桩次序   
打桩次序应依据地形、土质和桩部署密度决定。
因为桩对土体产生挤压，打桩时先打人桩常被后打人桩推挤而发生水平位移，尤其是在满堂打桩时，这种现象尤为突出。所以在桩中心距小于4倍桩直径时，应确定合理打桩次序。
当逐排打设时，打桩推进方向应逐排改变，以免土朝一个方向挤压，造成土壤挤压不均匀。对同一排桩而言，必需时可采取间隔跳打方法进行。大面积打桩时，可从中间先打，逐步向四面推进，若从四面向中间打设，则中间部分土壤受到挤压，使桩难于打入，分段打设能够降低对桩挤动，在大面积打桩时较为适宜。
2．打桩方法
在桩架就位后即可吊桩，垂直对准桩位中心，缓缓放下插入土中，位置要正确。在桩顶扣好桩帽或桩箍，使桩稳定后，即可除去吊钩，起锤轻压并轻击数锤，随即观察桩身和桩帽、桩锤等是否在同一轴线，接着可正常施打。在沉桩过程中，要常常注意桩身有没有移和倾斜现象，如发觉问题，应及早纠正。为了预防击碎桩顶，除用桩帽外，如桩顶不平，可用麻袋或厚纸垫平，落锤高度不宜大于lm。如用送桩法将桩顶打入土中时，桩和送桩纵轴线应尽可能在同一直线上。拔出送桩后，桩孔应立即回填。沉桩到靠近要求时，即需进行观察，看是否满足贯入度或沉桩标高要求。如达成设计要求，即做好统计，并将桩架移至新桩位施工。
3．打桩质量控制 
打桩质量视打人后偏差是否在许可范围之内，最终贯入度和沉桩标高是否满足设计要求和桩顶、桩身是否打坏而定。
桩垂直偏差应控制在1％之内，平面位置偏差除上面盖有基础梁桩和桩数为1～2根或单排桩基中桩外，通常为1／2～1个桩直径或边长。               
摩擦桩人土深度控制，以标高为主，而以贯人度作参考；端承桩入土深度控制，以贯入度为主，而以标高作参考。贯入度指最终贯入度，即最终10击桩平均入土深度。
4、质量检测：
（1）单桩静载试验
工程桩施工前应进行单桩静载试验，在同一条件下试桩数量，不宜少于总桩数1%，且不应少于3根（见建筑地基基础设计规范《GB50007-》第8.5.5条）。工程桩施工后，应取一样方法和数量进行单桩静载试验，当总桩数少于50根时，不应少于2根。
（2）桩身质量检测
应力波法基础原理：基桩低应变动力检测反射波法基础原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传输，当桩身存在显著波阻抗差异界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面面积改变（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不一样部位反射信息，据此计算桩身波速，以判定桩身完整性及估量混凝土强度等级。还可依据视波速和桩底反射波抵达时间对桩实际长度加以查对。
检测步骤以下：
l 清理整平桩头；
l 调试仪器，选择合适参数；
l 将加速度传感器垂直安放在桩头平整部位；
l 用小棰在桩头选择合适能量激振；
l 选择较为理想波形曲线并存放；
l 将数据传输至计算机，对统计曲线进行分析、计算，并评价 桩身质量。
用低应变动力检测法对桩身质量应进行检验，灌注桩抽检数量不应少于总数30%，且不应少于20根；其它桩基工程抽检数量不应少于总数20%，且不应少于10根；对混凝土预制桩及地下水位以上且终孔后经过核验灌注桩，检验数量不应少于总桩数10%，且不得少于10根。每个柱子承台下不得少于1根
应力波反射波法是现在中国基桩质量检测中使用最普遍和最具代表
性低应变动测方法。它特点是：①方便快捷、检测费用低、可对
工程桩随机抽检。②对桩身缺点程度只作定性判定。③有效检测长度
有限。具体工程有效检测长度，应经过现场试验，依据能否识别桩
底反射信号，确定该法是否适用。④深部小缺点难以测到，尤其是裂
缝缺点。⑤多缺点时，通常只能识别第一个缺点，等间距缺点识别
难度更大。⑥应力波在管桩接头位置出现反复反射时判别尺度极难
掌握，很轻易引发误判或漏判。⑦无法检测平行于桩轴线垂直裂
隙。
5、其它未尽事宜请参摄影应规范
四、参考资料
1. 教材《土力学》、《基础工程》，高等教育出版社；
2.《建筑地基基础设计规范》（GB50007—）；
3.《建筑桩基技术规范》（JGJ94—）；
4.《岩土工程勘察规范》（GB50021—）；
5.《土工试验方法标准》（GB/T50123—1999）；
6. 浙江大学等四校合编《地基和基础》；
7. 建筑结构，1994.8，《桩承台设计计算多个问题》；
8. 建筑结构，1994.8，《在计算基础弯距时应考虑柱轴力在基础中传输过程扩散作用》；
9. 建筑结构，1992.6，《多桩承台设计计算》；
10. 陈仲颐、叶书麟，《基础工程学》，中国建筑工业出版社；
11.高大钊等，桩基础设计方法和施工技术，机械工业出版社，；
12.冯忠居，基础工程，人民交通出版社，；
13.张在明，地下水和建筑物基础工程，中国建筑工业出版社，；
14.黄强，桩基工程若干热点技术问题，中国建材工业出版社，1996；
15.赵明华等，土力学和基础工程，武汉理工大学出版社，；
16.韩煊、张乃瑞，北京地域群桩基础桩土荷载分担现场试验研究[J]，岩土工程学报，，27(1)74－80；
17.桩基工程手册编委会.桩基工程手册[M]，北京，中国建筑工业
出版社，1995；
18.赵春风、于明章、吴水根等，试桩未达破坏状态时单桩极限承载力估算方法[J]，同济大学学报，1999，27(4):474－477。