地基基础设计.docx

基 础 工 程 学
课 程 设 计

题 目

框架结构桩基础设计

班 级

工程管理二班

学 号

1145513214

学生姓名

李波华

指导教师

王炳辉

时 间

2014/6/19

目录
1. 设计题目…………………………………………………………………………1
2. 设计荷载…………………………………………………………………………1
3. 地层条件及其参数………………………………………………………………1
1）.地形…………………………………………………………………………..1
2）.工程地质条件………………………………………………………………..1
3）.岩土设计技术参数…………………………………………………………..2
4）.水文地质条件………………………………………………………………..2
5）.场地条件……………………………………………………………………..2
6）.上部结构资料………………………………………………………………..2
4. 预制桩基设计……………………………………………………………………3
1). 单桩承载力计算………………………………………………………………...3
2). 桩基竖向承载力特征值………………………………………………………...4
3). 桩基竖向承载力验算…………………………………………………………...4
4). 承台设计………………………………………………………………………...5
5). 承台厚度及受冲切承载力验算.................................…………………………..6
（1）.柱的向下冲切验算…………………………………………………………..6
（2）.角桩的冲切验算……………………………………………………………..6
6). 承台受剪承载力验算……………………………………………………….…..6
7). 承台受弯承载力计算…………………………………………………………...7
8).承台构造设计…………………………………………………………………….7
9).桩身结构设计…………………………………………………………………….7
10).桩身构造设计……………………………………………………………….…..8
5. 估算B.C轴线柱下桩数………………………………………………………....9
1). 桩数估算………………………………………………………………………...9
2). 承台平面尺寸确定……………………………………………………………...9
6. 参考文献………………………………………………………………………...10
基础工程课程设计
1.设计题目
本次课程实际题目：框架结构桩基础设计
2.设计荷载
题号：14号设计B轴柱下桩基，A,C,D轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数
（1） 柱底荷载效应标准组合值如下。
轴荷载：Fk=1870kN Mk=205kN.M Vk=139kN
轴荷载：Fk=2160kN Mk=204kN.M Vk=149kN
轴荷载：Fk=2080kN Mk=213kN.M Vk=134kN
轴荷载：Fk=2000kN Mk=263kN.M Vk=141kN
(3) 柱底荷载效应基本组合值如下。
轴荷载：F=2320kN M=215kN.M V=181kN
轴荷载：F=3310kN M=214kN.M V=166kN
轴荷载：F=2780kN M=238kN.M V=174kN
轴荷载：Fk=2803kN Mk=222kN.M Vk=174kN
3.设计资料
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。
④ 号土层：粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa。
⑤ 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
Es
①
素填土

-
-
-
-
5.0
②
淤泥质土

1.04
62.4
1.08
-
3.8
③
粉砂

0.81
27.6
-
14
7.5
④
粉质粘土

0.79
31.2
0.74
-
9.2
⑤
粉砂层

0.58
-
-
31
16.8

表2 桩的极限侧阻力标准值qsk
土层编号
土的名称
桩的侧阻力qsk
桩的端阻力qpk
①
素填土
22
-
②
淤泥质土
28
-
③
粉砂
45
-
④
粉质粘土
60
900
⑥
粉砂层
75
2400

4）.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2.5m。　
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。
6).上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土结构，长30m，宽9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400×400，横向承重，柱网布置如图1所示。

４．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-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属丙级建筑基桩，拟采用截面为直径400mm的混凝土预制圆桩，以号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入1.6m，设计桩长14.4m，初步设计承台高0.8m，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-16m，桩长14.4m。
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=3.14×0.4×（3.2×28+6.6×45+4.2×60+0.4×75）=839.76kN
Qpk=3.14×0.2×0.2×900=113.04kN
则 Quk=839.76+113.04=952.8kN
2）.桩基竖向承载力特征值
承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑成太土效应取ηc=0，则有
R= Ra==952.8/2=476.4kN
根据上部荷载初步估计粧数为 n=1.1*=2376/476.4=4.99
取设计桩数为6根。
3）.桩基竖向承载力验算
根据《建筑桩基技术规范》，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。
根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.0m×2.0m，矩形布桩，桩中心距取3.0d，则s=3×400=1200mm，取s=1200mm，桩心距承台边缘为400mm。

承台及其上土壤的总重为 Gk =3.2×2.0×1.6×20=204.8kN
计算时取荷载的标准组合，则
Qk==(2160+204.8)/6=394.13﹤R（=476.4）
Qkmax= Qk+=394.13+(204+149×1.6) ×0.6/(6×0.6×0.6)=394.13+122.89=517.02
Qkmin=Qk-=394.13-122.89=258.44
因此
Qkmax=517.02＜1.2R(=1.2*476.4=571.68)
Qkmin=258.44＞0
满足设计要求,故初步设计是合理的。
n4）.承台设计
根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸3.2×2.0m，预估承台厚0.6m，承台选用等级为C40的混凝土，混凝土的抗拉强度为ƒt=1.71N/mm2，抗压强度为ƒc=19.1N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，ƒy=300N/mm2.

承台内力计算：
承台的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
Qmax=+=3310/6+(214+166×1.6) ×0.6/6×0.6×0.6=684.89 Qmin=-=3310/6-133.22=418.45kN
N==3310/6=551.67kN
n5）.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80mm，则h0=800-80=720mm。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。
（1）.柱的向下冲切验算
承台受桩冲切的承载力应满足下式：
Fl≤2{β0x（bc+aoy）+βoy（ac+aox）}βhpƒth0
式中：aox=0.24 λox= aox/ h0=0.33 β0x=0.84/(0.2+λox)=1.58 aoy=0.84
λoy= aoy/ h0=1.0 β0y=0.84/(0.2+λoy)=0.70 bc=ac=0.4m βhp=1.0
2{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0
=2×{1.58×（0.4+0.84）+0.7×（0.4+0.24）}×1×1710×0.72
=5927.49kN＞Fl（=3310kN）
故厚度为0.6m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。
（2）.角桩的冲切验算
承台受角桩的承载力应满足下式：
N/≤{β1x（c2+）+β1y（c1+）}βhpƒth0
由于Nl=Nmax=551.67kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为
c1=c2=0.6m a1x=0.24m a1y=0.84m λ1x==0.24/0.72=0.33 λ1y==1.0 β1x==0.56/(0.33+0.2)=1.06 β1y==0.47
抗冲切力={β1x（c2+）+β1y（c1+）}βhpƒth0=1747.81kN＞N,ma（=551.67kN）
故厚度为0.8m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。
6）.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，剪切力V必须不大于抗剪切力，即满足:
V≤βhsβƒtbh0 ,对于I-I截面：
A1x=0.24m λx==0.24/0.72=0.33 β=1.75/λ+1=1.31
βhs=(800/ h0)1/4=1.03 b=2.0m V=2×551.67=1103.34kN
抗剪切力=1.03×1.31×1710×2.0×0.72=3322.52kN>1103.34N
故满足抗剪切要求。
对于II-II截面：
a1y=0.84m λy=0.84/0.52=1.0 β=1.75/λ+1=0.86
βhs=(800/ h0)1/4=1.03 b=3.2m V=3×551.67=1655.01kN
抗剪切力=1.03×1.710×1×3.2×0.72=4058.04kN>1655.01kN
故满足抗剪切要求。
n7）.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N/max=551.67进行计算，则
xi=600-200=400mm=0.4m My=∑Nixi=2×551.67×0.4=441.34kN.m Asl==441.3×106/(0.9×300×720)=2270 mm2
因此，承台x轴方向选用三级钢筋6@200，钢筋数为 n=2000/200+1=11
取，116@200实际钢筋As=3102mm2，满足要求。
对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=551.67进行计算，此时
xi=1200-200=1000mm=1m
则 Mx=∑Niyi=3×551.67×1=1655.01kN.m
As==1655.01 ×106/(0.9×300×720)=8513.42mm2
因此，承台y轴方向选用三级直径25@110，钢筋根数为 n=2000/110+1=19，
取19根三级直径25@110，实际钢筋As=8524mm2，满足要求。
n8）.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-0.8m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采用一级钢筋直径为8间距为200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。
n9).桩身结构设计
预制桩的桩身混凝土强度等级选用C40，钢筋选用HRB335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≤φψcƒcaps
Nmax=+=(3310+204.8)/6+(214+166×1.6) ×0.2/6×0.04=573+399.67=972.67KN
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；C40级混凝土，ƒc=19.1N/mm2，则
ΦψcƒcA=1×0.85×19.1×106×0.42
=2597.6kN＞Nmax（=972.67kN）
故桩身轴向承载力满足要求。
10).桩身构造设计
了桩身按构造要求配筋，选用8根直径为14的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用直径为6的HPB300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，桩顶设置三层直径为6，间距为50mm的钢筋网，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。
11).吊装验算
由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊， 起吊点距桩两端距离为
a=0.207L=0.207×14.4=2.981m
则吊起时桩身最大弯矩为
Ml=0.0214kql2=0.0214×1.2×（0.42×25）×14.42=21.30kN.m
桩身配筋验算；混凝土采用C40级，钢筋采用HRB335级，则ƒc=19.1N/mm2，ƒy=300N/mm2，由于b=400mm，h0=400-40=360mm，每边配3根直径为14的三级钢筋,As=461N/mm2，则
X=fyAS/α1ƒcb=(300×461)/(1.0×19.1×400)=18.10mm
Mu=α1ƒcbx（h0-）
=1.0×19.1×400×18.10×(360-18.10/2)
=48.53×106N.mm
=48.53kN.m
所以Mu＞Ml
故桩身配筋满足吊装要求。
5.估算A.C.D轴线柱下粧数
1).桩数估算
轴柱下荷载标准组合值为Fk=1870kN Mk=205kN Vk=139kN
根据轴下荷载初步估算轴柱下根数，
n==1870/476.4=4.08 取n=5
则轴下设计桩数为5根。
轴柱下荷载标准组合值为Fk=2080kN Mk=213kN Vk=134kN
根据轴下荷载初步估算轴柱下根数，
n==2080/476.4=4.5 取n=5
则轴下设计桩数为5根。
轴柱下荷载标准组合值为Fk=2000kN Mk=263kN Vk=141kN
根据轴下荷载初步估算轴柱下根数，
n==2000/476.4=4.3 取n=5
则轴下设计桩数为5根。
6.参考文献
(1)《基础工程学》（第二版）陈国兴，樊良本等，中国水利水电出版社，2013.
(2)《建筑地基基础规范技术规范》GB50007-2002.
(3)《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008).
(4)《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010).
(5)《预应力混凝土管桩基础技术规程》DGJ/TJ109-2010.
(6)《预应力混凝土管桩》国家建筑标准设计图集10G409.
(7)《钢筋混凝土承台设计规程》CECS88:97
设计说明：
1. 图中单位未作说明均以mm计。
2. 根据工程地质报告，该工程采用预制桩基，号土粉质粘土作为持力层，采用400mm×400mm钢筋混凝土预制圆桩，设计桩长11m，桩尖进入持力层不低于1.2m，单桩竖向极限承载力标准值 Quk=689.04kN，基桩承载力特征值R=344.52kN。
3. 材料、混凝土：C40级钢筋，承台及预制桩纵向钢筋为HRB335级，预制桩箍筋为HPB300级。
4. 保护层：承台80mm，预制桩30mm。
承台下做100mm厚C10混凝土垫层，出承台边100mm。桩顶嵌入承台50mm0万U豆体验卡
卡号：50D890668267e3349e33
密码：686d03401eefba96faba
奖品名称：500万U豆体验卡
卡号：50De7a00c543af387fc0
密码：b26488ce65abc1787202
奖品名称：500万U豆体验卡
卡号：50Dbac638

85c802fd52e
密码：3d1c344384327b85efff
奖品名称：500万U豆体验卡
卡号：50Dd97f0765bdf6998a3
密码：48db1c14e42a2b321fac
奖品名称：500万U豆体50D61

215eb41ae3cc919
密码：25bffae5346e7b7d2548

奖品名称：100万U豆体验卡
卡号：10D1cab621456ab278ab
密码：709f65f32865af2559c2
奖品名称：100万U豆体验卡
卡号：10D8f1d6a4b953f3474e
密码：6e2e4017cce30dc7e055
奖品名称：100万U豆体验卡
卡号：10Dd1fc6d6dd529b6892
密码：a5dbdd8338f91d2c0701

奖品名称：100万U豆体验卡
卡号：10D08377b71d4374262b
密码：1d7a7c21ebd99b798a54
5.
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