桩基础专业课程设计计算报告书.doc

课程设计(论文)

题 目 名 称 桩基本设计
课 程 名 称 土力学
学 生 姓 名
学 号
系 、专 业 城建系 土木房建
指 导 教 师

年 月 日

邵阳学院课程设计（论文）任务书
年级专业
05土木房建
学生姓名

学 号

题目名称
桩基本课程设计
设计时间
一周
课程名称
土力学与基本工程
课程编号

设计地点
邵阳学院
一、 课程设计（论文）目
地基基本设计目是依照上部构造使用功能和构造形式在拟定场地条件下选取适本地基基本方案并拟定其技术细节，使设计地基基本在预定有效期限内和规定使用条件下可以安全正常地工作，在此基本上满足减少造价和保护环境规定。
基本工程是土木工程专业学科基本课，在土木工程学科知识体系中占据了重要地位。课程设计对理解和掌握工程基本原理具备十分重要作用，也是同窗们由理论学习通往工程实践一座桥梁。因而，通过本次课程设计，同窗们可以更好地理解和巩固学习到各种理论和办法，故意识地培养自己工程意识和解决实际工程问题能力。
二、 已知技术参数和条件
1、上部构造资料
某教学实验楼，上部构造为7层框架，其框架主梁、次梁均为现浇整体式，混凝土强度级别C30。底层层高3.4m（局部10m，内有10t桥式吊车，别的层高3.3m，底层柱网平面布置及柱底荷载如图2所示。
2、建筑物场地资料
（1）拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦，建筑物平面位置如图1所示

图1建筑物平面位置示意图
（2）建筑场地位于非地震区，不考虑地震影响。
场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1m，依照已有分析资料，该场地地下水对混凝土无腐蚀作用。
（3）建筑地基土层分布状况及各土层物理、力学指标见表1。
表1 地基各土层物理、力学指标
土层
编号
土层名称
层底埋深
（m）
层厚
（m）
天然
重度（kN/m）
含
水
量
（%）
孔
隙
比
液
限
（%）
塑
限
（%）
内
聚
力(kPa)
内摩擦角(o)
压缩
模量(MPa)
地基承载力(kPa)
1
杂填土
1.5
1.5
15.5

2
灰褐色粉质粘土
9.8
8.3
17.3
32.0
0.90
34.0
19.0
15.0
20.0
5.4
110
3
灰褐色泥质粘土
21.8
12.0
16.2
33.8
1.06
44.0
18.0
13.8
17.5
3.2
100
4
黄褐色粉土夹粉质粘土
27.1
5.3
18.3
30.0
0.88
33.0
18.0
16.9
22.1
11.0
148
5
灰-绿色粉质粘土
>27.1

18.9
25.3
0.72
32.5
18.8
33.0
24.7
8.2
198

（4）柱网平面布置及柱底荷载示意图（如图2所示）
三、 任务和规定
（一）设计任务：
1、选取桩型、桩端持力层、层台埋深；
2、拟定单桩承载力原则值；
3、拟定桩数、桩位布置，拟定承台底面尺寸；
4、拟定复合基桩竖向承载力设计值；
5、桩顶作用验算、桩基沉降验算和桩身构造设计计算；
6、承台设计；
7、绘制桩基施工图（桩平面布置图、承台配筋图、预制钢筋混凝土静压桩截面配筋图）。
（二）设计规定
1、完毕计算书1份，课程设计计算阐明书规定和撰写规范严格按照“邵阳学院课程设计（论文）管理办法”执行；手绘或CAD绘A1图一张（或折合为A1图）。
2、独立完毕，不得抄袭她人设计成果。
3、课题选题规定：
分为三大组，每一大组均按学号顺序选取柱号（共46个柱，每人1个柱号），第一大组桩边长取为300mm， 第二大组桩边长取为350mm，第三大组桩边长取为400mm。
注：1．此表由指引教师填写，经系、教研室审批，指引教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指引教师、教研室各1份。

图2 底层柱网平面布置及柱底荷载图
四、参照资料和既有基本条件（涉及实验室、重要仪器设备等）

【1】 中华人民共和国国标.《 建筑桩基本技术规范（JGJ94—94） 》.北京：中华人民共和国建筑工业出版社，
【2】 中华人民共和国国标.《建筑地基基本设计规范（GB50007—）》.北京：中华人民共和国建筑工业出版社，
【3】 中华人民共和国国标.《 混凝土构造设计规范（GB0—）》.北京：中华人民共和国建筑工业出版社，
【4】 赵 明 华 主编，徐 学 燕 副主编.《基本工程》.北京：高等教诲出版社，
【5】 陈 希 哲 编著.《土力学地基基本》.北京：清华大学出版社，
【6】 熊 峰，李 章 政，李 碧 雄，贾 正 甫 编著.《构造设计原理》.北京：科学出版社，

内容提纲

本设计是某教学实验楼第—A号桩设计，不考虑地震影响。桩承台尺寸为2300mm×2300mm×1000mm，桩采用静压预制桩，桩长22米，分两段，每段长11米。本设计内容涉及到桩承台承载力计算、桩顶作用验算、桩基本沉降验算、桩身构造设计计算、承台设计以及预制桩施工图绘制等。这些内容都是对咱们土力学桩基本设计和钢筋混凝土设计复习和巩固，使咱们对CAD等绘图软件运用更加纯熟，锻炼了咱们独立思考和自主创新能力。本设计为咱们后来从事桩基本施工和设计奠定了基本。
核心字：承台 静压预制桩 承载力 沉降

目 录

1 .设计资料 1
1.1 上部构造资料 1
1.2 建筑物场地资料 1
2 .选取桩型、桩端持力层 、承台埋深 2
2.1 选取桩型 2
2.2 选取桩几何尺寸以及承台埋深 2
3 .拟定单桩极限承载力原则值 3
3.1 拟定单桩极限承载力原则值 3
4 .拟定桩数和承台底面尺寸 4
4.1 —A柱桩和承台拟定 4
5 .拟定复合基桩竖向承载力设计值 5
5.1 无桩承台承载力计算（—A承台） 6
6 .桩顶作用验算 7
6.1 五桩承台验算（—A承台） 7
7 .桩基本沉降验算 8
7.1 A柱沉降验算 8
8 .桩身构造设计计算 10
8.1 桩身构造设计计算 10
9 .承台设计 11
9.1 五桩承台设计（A柱） 11
10.参照文献 14

1． 设计资料
1.1 上部构造资料
某教学实验楼，上部构造为七层框架，其框架主梁、次梁、楼板均为现浇整体式，混凝土强度级别为C30。底层层高3.4m（局部10m，内有10 t桥式吊车），别的层高3.3m，底层柱网平面布置及柱底荷载见附图。
1.2 建筑物场地资料
拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦,建筑物场地位于非地震区，不考虑地震影响。 场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1米，依照已有资料，该场地地下水对混凝土没有腐蚀性。建筑地基土层分布状况及各土层物理、力学指标见表1.1。
表1.1地基各土层物理、力学指标
土层
编号
土层名称
层底埋深
（m）
层厚
（m）
天然
重度
（kN/m）
含
水量（%）
孔
隙
比
液
限
（%）
塑
限
（%）
内聚力
内摩擦角
压缩
模量
(MPa)
地基
承载力
(kPa)
1
杂填土
1.5
1.5
15.5

2
灰褐色粉质粘土
9.8
8.3
17.3
32.0
0.90
34.0
19.0
15.0
20.0
5.4
110
3
灰褐色泥质粘土
21.8
12.0
16.2
33.8
1.06
44.0
18.0
13.8
17.5
3.2
100
4
黄褐色粉土夹粉质粘土
27.1
5.3
18.3
30.0
0.88
33.0
18.0
16.9
22.1
11.0
148
5
灰-绿色粉质粘土
>27.1

18.9
25.3
0.72
32.5
18.8
33.0
24.7
8.2
198

2. 选取桩型、桩端持力层 、承台埋深
2.1 选取桩型
由于框架跨度大并且不均匀，柱底荷载大 ，不适当采用浅基本。
依照施工场地、地基条件以及场地周边环境条件，选取桩基本。因转孔灌注桩泥水排泄不便，为减少对周边
环境污染，采用静压预制桩，这样可以较好保证桩身质量，并在较短施工工期完毕沉桩任务，同步，本地施工技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供也许性。
2.2 选取桩几何尺寸以及承台埋深
根据地基土分布，第②层是灰褐色粉质粘土，第③层是灰色淤泥质粉质粘土，且比较厚，而第④层是黄褐色粉土夹粉质粘土，因此第④层是较适合桩端持力层。桩端全断面进入持力层1.0m（>2d），工程桩入土深度为h。
故：
由于第①层厚1.5m，地下水位为离地表2.1m,为了使地下水对承台没有影响，因此选取承台底进入第②层土0.6m，即承台埋深为2.1m，桩基得有效桩长即为22.8-2.1=20.7m。
桩截面尺寸选用：由于经验关系建议：楼层<10时,桩边长取300～400,故取350mm×350mm，由施工设备规定，桩分为两节，上段长11m，下段长11m（不涉及桩尖长度在内），实际桩长比有效桩长长1.3m，这是考虑持力层也许有一定起伏以及桩需要嵌入承台一定长度而留有余地。桩基以及土层分布示意如图2.2.1。

图2.1土层分布示意
3 .拟定单桩极限承载力原则值
3.1 拟定单桩极限承载力原则值
本设计属于二级建筑桩基，当依照土物理指标与承载力参数之间经验关系拟定单桩竖向极限承载力原则值时，宜按下式计算：

式中 --- 桩侧第层土极限侧阻力原则值如无本地经验值时可按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94
中表5.2.8-1（桩极限侧阻力原则值）取值。
---― 极限端阻力原则值如无本地经验值时可按表《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94中表GE5.2.8-2（桩极限端阻力原则值）取值。
对于尚未完毕自重固结填土和以生活垃圾为主杂填土不计算其桩侧阻力。
依照表1.1地基各土层物理、力学指标，按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94查表得极限桩侧、桩端阻力原则值（表2.1）。
表2.1 极限桩侧、桩端阻力原则值
层序
液限指数
经验参数法

I

②
粉质粘土
0.867
42.552

③
淤泥粉质粘土
0.608
56.912

④
粉质粘土
0.800
38.800
1391.428
按经验参数法拟定单桩竖向承载力极限承载力原则值：

＝
＝
＝
估算单桩竖向承载力设计值（）

因此最后按经验参数法计算单桩承载力设计值，即采用，初步拟定桩数。
4 .拟定桩数和承台底面尺寸
柱底荷载设计值如下：
最大轴力组合： 最大轴力4043kN， 弯矩104 kNm， 剪力56kN
最大弯矩组合： 轴力 3963 kN， 最大弯矩203 kNm， 剪力81kN
最大轴力原则值：3110 kN
4.1 -A柱桩数和承台拟定
最大轴力组合荷载：F=4043 kN ，M= 104kNm，Q=56 kN
初步估算桩数,由于柱子是偏心受压，故考虑一定系数，规范中建议取，
当前取1.1系数， 即：

取n＝5根，桩距 ,桩位平面布置如图4.1，承台底面尺寸为
2.3m×2.3m

图4.1五桩桩基本

5. 拟定复合基桩竖向承载力设计值
该桩基属于非端承桩，并n>3,承台底面下并非欠固结土，新填土等，故承台底面不会与土脱离，因此宜考虑桩群、土、承台互相作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值。
当前，考虑桩基群桩效应有两种办法。《地基规范》采用等代实体法，《桩基规范》采用群桩效应系数法。下面用群桩效应系数法计算复合基桩竖向承载力设计值
5.1五桩承台承载力计算（—A承台）
承台净面积：。
承台底地基土极限阻力原则值：

分项系数：
由于桩分布不规则，因此要对桩距径比进行修正，修正如下：

群桩效应系数查表得：
承台底土阻力群桩效应系数：
承台外区净面积：
承台内区净面积：m2
查表

那么，A复合桩基竖向承载力设计值R:
6 .桩顶作用验算
6.1五桩承台验算（—A承台）
（1）荷载取A柱组合：F= 4043kN ，M= 104kNm，Q=56 kN
承台高度设为1m等厚，荷载作用于承台顶面。
本工程安全级别为二级，建筑物重要性系数=1.0.
由于柱处在①轴线，它是建筑物边柱，因此室内填土比室外高，设为0.3m，即室内高至承台底2.4m，因此承台平均埋深d=1/2(2.1+2.4)=2.25m
作用在承台底形心处竖向力有F,G,但是G分项系数取为1.2.

作用在承台底形心处弯矩：·m
桩顶受力计算如下：

满足规定
（2）荷载取组合：F=3936kN ，M= 203kN·m，Q=81 kN

桩顶受力计算如下：

满足规定
7． 桩基本沉降验算
采用长期效应组合荷载原则值进行桩基本沉降计算。由于桩基本桩中心距不大于6d，因此可以采用分层总和法计算最后沉降量。
7.1 -A柱沉降验算
竖向荷载原则值
基底处压力
基底自重压力
基底处附加应力
桩端平面下土自重应力和附加应力（）计算如下：
①．在z=0时：

=172.54

②．在时：

③．在时

④．在时

将以上计算资料整顿于表7.1
表7.1计算成果（5-A柱）
Z(m)

0
172.54
1
0
0.25
604.272
2
189.14
1
1.74
0.10152
208.23
4.3
208.23
1
3.74
0.0305
73.721
5.7
220．69
1
4.96
0.01818
43.94
在z=5.7m处，，因此本基本取计算沉降量。
计算如表7.2
表7.2计算沉降量（-A柱）

Z(mm)

平均附加应力系

0
1
0
0.25
0

1
1.74
0.18675
373.5
373.5
11000
82.07
4300
1
3.74
0.11787
506.86
133.36
11000
29.79
5700
1
4.96
0.09941
536.65
29.79
8200
6.545
故：S’=82.07+29.79+6.545=117.915mm
桩基本持力层性能良好，去沉降经验系数。
短边方向桩数，等效距径比，长径比，承台长宽比，查表得：

因此，五桩桩基本最后沉降量= 满足规定
8．桩身构造设计计算
8.1 桩身构造设计计算
两端桩长各11m,采用单点吊立强度进行桩身配筋设计。吊立位置在距桩顶、桩端平面0.293L(L=11m)处，起吊时桩身最大正负弯矩，其中K=1.3；。即为每延米桩自重（1.2为恒载分项系数）。桩身长采用混凝土强度C30，级钢筋，因此：

桩身截面有效高度

桩身受拉主筋
选用，因而整个截面主筋用，配筋率为％>％。其她构造规定配筋见施工图。
桩身强度 =915.40
故满足规定
9． 承台设计
承台混凝土强度级别采用C20,承台是正方形，双向配筋相似。
9.1五桩承台设计（-A柱）
由于桩受力可知，桩顶最大反力，平均反力,桩顶净反力：

9.11 柱对承台冲切
由图9.1，，承台厚度H=1.0m,计算截面处有效高度，承台底保护层厚度取80mm.
冲毁比：

当，满足0.2—1.0
∵=325mm ＞0.20= 0.20mm且=325mm＜920mm 故取＝325mm。
即：冲毁比
冲切系数
A柱截面取，混凝土抗拉强度设计值
冲切力设计值

（满足规定）
9.12 角桩对承台冲切
由图9.1，
角桩冲毁比， 满足0.2—1.0，故取＝0.3533。
角桩冲切系数

满足规定
9.13斜截面抗剪验算
计算截面为I-I，截面有效高度，截面计算宽度，混凝土抗压强度，该计算截面最大剪力设计值：

剪跨比 （介于0.3～1.4之间） 当时，取＝0.3；
当时，取 故取
剪切系数
满足规定
9.14受弯计算
承台I-I截面处最大弯矩
二级钢筋,.

选用
整个承台宽度范畴内用钢筋取18根，即（双向布置）
9.15承台局部受压验算
A柱截面面积，
局部受压净面积，
局部受压计算面积
混凝土局部受压强度提高系数
满足条件

图9.1五桩承台构造计算图

1