桩基础课程设计--(土木工程专业毕业设计).doc

2.1 设计资料
2.1.1 上部结构资料
某教学实验楼，上部结构为七层框架，其框架主梁、次梁、楼板均为现浇整体式，混凝土强度等级为C30。底层层高3.4m（局部10m，内有10 t桥式吊车），其余层高3.3m，底层柱网平面布置及柱底荷载见附图。
2.1.2 建筑物场地资料
拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦，建筑物平面位置见图2-1。

图2-1 建筑物平面位置示意图

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，根据已有资料，该场地地下水对混凝土没有腐蚀性。
建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表2.1.

表2.1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）

1
杂填土
1.8
1.8
17.5

2
灰褐色粉质粘土
10.1
8.3
18.4
0.90
33
0.95
16.7
21.1
5.4
125
0.72
3
灰褐色泥质粘土
22.1
12.0
17.8
1.06
34
1.10
14.2
18.6
3.8
95
0.86
4
黄褐色粉土夹粉质粘土
27.4
5.3
19.1
0.88
30
0.70
18.4
23.3
11.5
140
3.44
5
灰-绿色粉质粘土
>27.4

19.7
0.72
26
0.46
36.5
26.8
8.6
210
2.82

2.2 选择桩型、桩端持力层 、承台埋深
2.2.1 选择桩型
因为框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大 ，不宜采用浅基础。
根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，选择桩基础。因转孔灌注桩泥水排泄不便，为减少对周围环境污染，采用静压预制桩，这样可以较好的保证桩身质量，并在较短的施工工期完成沉桩任务，同时，当地的施工技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供可能性。
2.2.2 选择桩的几何尺寸以及承台埋深
依据地基土的分布，第③层是灰色淤泥质的粉质粘土，且比较后，而第④层是粉土夹粉质粘土，所以第④层是比较适合的桩端持力层。桩端全断面进入持力层1.0m（>2d），工程桩入土深度为
由于第①层后1.8m，地下水位为离地表2.1m,为了使地下水对承台没有影响，所以选择承台底进入第②层土0.3m，即承台埋深为2.1m，桩基得有效桩长即为23.1-2.1=21m。
桩截面尺寸选用：由于经验关系建议：楼层<10时,桩边长取300～400,350mm×350mm，由施工设备要求，桩分为两节，上段长11m，下段长
11m（不包括桩尖长度在内），实际桩长比有效桩长长1m， 图2-2桩基及土层分布示意图
这是考虑持力层可能有一定的起伏以及桩需要嵌入承台一定长度而留有的余地。
桩基以及土层分布示意如图2-2。
2.3 确定单桩极限承载力标准值
本设计属于二级建筑桩基，采用经验参数法和静力触探法估算单桩极限承载力标准值。
根据单桥探头静力触探资料Ps按图2-3确定桩侧极限阻力标准
图2-3 曲线 图2-4
由于除去杂土外,第②,③,④,⑤层土都是粘土,则采取图2.3中的折线oabc来确定桩侧极限阻力的标准值：
即：时，
时，
桩端的竖向极限承载力标准值的计算公式

其中：
u――桩身截面周长，m。
――桩穿过第i层土的厚度。
――桩身横截面积，扩底桩为桩底水平投影面积，，――桩端阻力修正系数，查表2.2。
由于桩尖入土深度H=23.1m(15<H<30),查表2.2，由线性插值法求得修正系数=0.83
表2.2 桩端阻力修正系数值
桩入土深度（m）
H<15
15<H30
30<H60

0.75
0.75-0.9
0.9
为桩端全断面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值，计算时，由于桩尖进入持力层深度较浅，仅1m,并考虑持力层的可能起伏，所以这里不计持力层土的，为桩端全断面以下4倍桩径范围以内的比贯入阻力平均值，故，，为折减系数，因为，取＝1。
根据静力触探法求，根据图2-3和表2.1的数据（各层土的值）,有如下：
第二层：;
;
第三层：；
第四层：
依据静力触探比贯入阻力值和按照土层及其物理指标查表法估算的极限桩侧，桩端阻力标准值列于下表：
表2.3 极限桩侧、桩端阻力标准值
层 序
静力触探法
经验参数法

粉质粘土
15(h≤6)
36

35

淤泥质粉质黏土
43

29

粉质黏土
111
1784.5
55
2200
按静力触探法确定单桩竖向极限承载力标准值：

估算的单桩竖向承载力设计值（）

按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值：

估算的单桩竖向承载力设计值（）

由于R1>R2,所以最终按经验参数法计算单桩承载力设计值，即采用，初步确定桩数。

2.4 确定桩数和承台底面尺寸
下面以①—B,①—C的荷载计算。
2.4.1 B柱桩数和承台的确定
最大轴力组合的荷载：
初步估算桩数,由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规范中建议取，
现在取1.1的系数，即：

取n＝4根，桩距 ,
桩位平面布置如图2-5，承台底面尺寸为
2.4.2 C柱柱桩数和承台的确定
最大轴力组合的荷载
初步估算桩数
取n＝5根，，取，则承台底尺寸为
桩位平面布置如图2-6(四个角上的桩与中间桩的)

图2-5四桩桩基础 图2-6五桩桩基础

2.5 确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，故承台底面不会于土脱离，所以宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值。
目前，考虑桩基的群桩效应的有两种方法。《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B,C复合基桩的竖向承载力设计值
2.5.1四桩承台承载力计算（B承台）

图2-7
承台净面积：。
承台底地基土极限阻力标准值：

分项系数
因为桩分布不规则，所以要对桩的距径比进行修正，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，B复合桩基竖向承载力设计值R:

2.5.2五桩承台承载力计算（C承台）
承台净面积：
承台底地基土极限阻力标准值：

分项系数
因为桩分布不规则，所以要对桩的距径比进行修正，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，C复合桩基竖向承载力设计值R:

2.6 桩顶作用验算
2.6.1四桩承台验算（B承台）
（1）荷载取B柱的组合：
承台高度设为1m等厚，荷载作用于承台顶面。
本工程安全等级为二级，建筑物的重要性系数=1.0.
由于柱处于①轴线，它是建筑物的边柱，所以室内填土比室外高，设为0.3m，即室内高至承台底2.4m，所以承台的平均埋深。
作用在承台底形心处的竖向力有F,G,但是G的分项系数取为1.2.

作用在承台底形心处的弯矩
桩顶受力计算如下：

满足要求
（2）荷载取组合：

桩顶受力计算如下：

满足要求

2.6.2五桩承台验算（C承台）
（1）荷载取B柱的组合：
承台高度设为1m等厚，承台的平均埋深。
作用在承台底形心处的竖向力有F,G,但是G的分项系数取为1.2.

作用在承台底形心处的弯矩
桩顶受力计算如下：

满足要求
（2）荷载取组合：

桩顶受力计算如下：

满足要求
2.7 桩基础沉降验算
采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算。由于桩基础的桩中心距小于6d，所以可以采用分层总和法计算最终沉降量。
2.7.1 B柱沉降验算
竖向荷载标准值
基底处压力
基底自重压力
基底处的附加应力
桩端平面下的土的自重应力和附加应力（）计算如下：
①．在z=0时：

=206.9

②．在时：

③．在时：

④．在时

将以上计算资料整理于表2.4
表2.4 的计算结果（B柱）

Z(m)

0
206.9
1
0
0.25
496.7
2
225.1
1
2.1
0.0786
156.16
2.8
232.38
1
3
0.0447
88.8
4.3
246
1
4.5
0.0218
43.5
在z=4.4m处，，所以本基础取计算沉降量。
计算如表2.5
表2.5计算沉降量（B柱）

Z(mm)

0
1
0
0.25
0

2000
1
2.1
0.1771
342.2
342.2
11500
59.1
2800
1
3
0.1369
383.3
41.1
11500
7.1
4300
1
4.5
0.1017
437.3
54
11500
9.3
S’=59.1+7.1+9.3=75.5mm
桩基础持力层性能良好，去沉降经验系数。
短边方向桩数，等效距径比，长径比，承台的长宽比，查表：

所以，四桩桩基础最终沉降量= 满足要求
2.7.2 C柱沉降验算
竖向荷载标准值
基底处压力
基底自重压力
基底处的附加应力
桩端平面下的土的自重应力和附加应力（）计算于表2.6中如下：
表2.6 的计算结果（C柱）

Z(m)

0
206.9
1
0
0.25
481
2.3
227.8
1
2
0.084
161.6
4.3
246
1
3.74
0.0305
58.7
5
252.8
1
4.35
0.0232
44.6
在z=5m处，，所以本基础取计算沉降量 计算如表2.7
表2.7计算沉降量（C柱）

Z(mm)

0
1
0
0.25
0

2300
1
2
0.1764
4057
405.7
11500
67.88
4300
1
3.74
0.1160
498.8
93.1
11500
15.58
5000
1
4.35
0.1044
522
23.2
8600
5.20
S’=67.88+15.58+5.20=88.66mm
桩基础持力层性能良好，去沉降经验系数。
短边方向桩数，等效距径，长径比，承台的长宽比，
查表：

所以，四桩桩基础最终沉降量= 满足要求
两桩基的沉降差
两桩基的中心距
变形允许值 满足要求

2.8桩身结构设计计算
两端桩长各11m,采用单点吊立的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)，起吊时桩身最大正负弯矩，其中K=1.3; 。即为每延米桩的自重（1.2为恒载分项系数）。桩身长采用混凝土强度C30,II级钢筋，所以：

桩身截面有效高度

桩身受拉主筋
选用，因此整个截面的主筋胃，配筋率为％>％。其他构造要求配筋见施工图2-10。
桩身强度 满足要求

2.9 承台设计
承台混凝土强度等级采用C20
2.9.1四桩承台设计（B柱）
由于桩的受力可知，桩顶最大反力，平均反力,桩顶净反力：

（1） 柱对承台的冲切
由图2-8，，承台厚度H=1.0m,计算截面处的有效高度，承台底保护层厚度取80mm.
冲垮比
冲切系数
B柱截面取，混凝土的抗拉强度设计值
冲切力设计值

(2) 角桩对承台的冲切
由图2-8，
角桩冲垮比
角桩的冲切系数

满足要求
（3）斜截面抗剪验算
计算截面为I-I，截面有效高度，截面的计算宽度，混凝土的抗压强度，该计算截面的最大剪力设计值

剪跨比
剪切系数
满足要求
（4）受弯计算
承台I-I截面处最大弯矩
II级钢筋

每米宽度范围的配筋，选用
整个承台宽度范围内用筋根，取14根，而且双向布置，即（双向布置）

（5）承台局部受压验算
B柱截面面积，
局部受压净面积，
局部受压计算面积
混凝土的局部受压强度提高系数
满足条件
2.9.2五桩承台设计（C柱）
由于桩的受力可知，桩顶最大反力，平均反力,桩顶净反力：

（1）柱对承台的冲切
由图2.9，，承台厚度H=1.0m,计算截面处的有效高度，承台底保护层厚度取80mm.
冲垮比
冲切系数
B柱截面取，混凝土的抗拉强度设计值
冲切力设计值

(2) 角桩对承台的冲切
由图2.9，
角桩冲垮比
角桩的冲切系数

（3）斜截面抗剪验算
计算截面为I-I，截面有效高度，截面的计算宽度，混凝土的抗压强度，该计算截面的最大剪力设计值

剪跨比
剪切系数
满足要求
（4）受弯计算
承台I-I截面处最大弯矩
II级钢筋

每米宽度范围的配筋，选用
整个承台宽度范围内用筋根，取16根，而且双向布置，即（双向布置）
（5）承台局部受压验算
B柱截面面积，
局部受压净面积，
局部受压计算面积
混凝土的局部受压强度提高系数
满足条件

图2-8四桩承台结构计算图 图2-9五桩承台结构计算图

3、 参 考 文 献

【1】 中华人民共和国国家标准·《 建筑桩基础技术规范（JGJ94—94） 》·北京，中国建筑工业出版社，2002
【2】 中华人民共和国国家标准·《 建筑地基基础设计规范（GB50007—2002） 》·北京，中国建筑工业出版社，2002
【3】 中华人民共和国国家标准·《 混凝土结构设计规范（GB20010—2002） 》·北京，中国建筑工业出版社，2002
【4】 丁 星 编著·《桩基础课程设计指导与设计实例》·成都：四川大学建筑与环境学院，2006
【5】 王 广 月，王 盛 桂，付 志 前 编著·《地基基础工程》·北京：中国水利水电出版社，2001
【6】 赵 明 华 主编，徐 学 燕 副主编·《基础工程》·北京：高等教育出版社，2003
【7】 陈 希 哲 编著·《土力学地基基础》·北京：清华大学出版社，2004
【8】 熊 峰，李 章 政，李 碧 雄，贾 正 甫 编著·《结构设计原理》·北京：科学出版社，2002

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