桩基础课程设计样本.doc

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基础工程课程设计
---桩基础设计

指导老师: 徐 辉
班 级: 土木0702
学 号: U 15360
姓 名: 朱良
日 期: .7

土木工程与力学学院
目录

1 .设计资料 1
1.1 地质资料 1
2 计算 1
2.1 选择桩型桩端持力层承台埋深 2
2.2 确定单桩极限承载力标准值 2
2.3 确定桩数和承台底面尺寸 5
2.4 确定桩基竖向承载力特征值 5
2.5 桩顶作用验算 6
2.6 桩基础沉降验算 7
2.7 桩身结构设计计算 9
2.8 承台设计 10
3.参考文献 12

《基础工程》课程设计
1 设计资料
1.1地质资料: 地下水位离地表1.0m;
表1 各层土的物理性质及力学指标
土层
序号
土层
名称
层底
埋深( m)
容重
( kN/m3)
含水量
( ％)
空隙比
e
液性
指数
IL
压缩
模量
Es1-2
(MPa)
比贯入阻力
Ps
(MPa)
①
褐黄色粉质黏土
2.0
18.0
27.8
0.81
0.48
6.4
0.59
②
灰色淤泥质粉质黏土
6.0
17.8
38.8
1.09
1.18
4.5
0.57
③
灰色淤泥质黏土
14.9
17.0
53.1
1.51
1.29
2.1
0.62
④
灰～褐色粉质黏土
20.0
18.0
35.4
1.02
0.80
4.8
2.27
⑤
暗绿～草黄色粉质黏土
24.0
18.5
24.7
0.71
0.31
7.8
4.76
⑥
灰色粉质黏土
＞34.0
18.0
35.5
1.02
0.87
4.9
3.48

1.2荷载设计值:
N=5800+50n( kN)
M=680+5n( kNm)
n=60
1.3柱截面尺寸: 600mm×800mm

2计算

2.1 选择桩型、 桩端持力层 、 承台埋深
2.1.1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, 这样能够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。
2.1.2选择桩的几何尺寸以及承台埋深
桩截面尺寸选用: 由于经验关系建议: 楼层<10时,桩边长取300～400,400mm×400mm, 由施工设备要求, 桩分为两节, 上段长10m, 下段长10m( 不包括桩尖长度在内) 。 图2-2桩基及土层分布示意图
依据地基土的分布, 第一层为褐黄色粉质粘土但离地面太近不能作为持力层。而二三四六层都是流塑或软塑的粘土, 五层是暗绿草黄色粉质粘土, 是可塑的, 因此选择第五层为持力层。但持力层不是非常厚不能满足桩端全断面进入持力层深度到达该土层桩端阻力的临界深度。
选用低承台基础( 低承台桩基础, 一般初选d =1~2 m) , 因为地下水是埋深是1m, 而上部荷载较大, 初选承台埋深为2m。桩端全断面进入持力层2.0m( >2d) 。桩尖到持力层底面面的距离Z为2.0m( >4d) 。
故工程桩入土深度为:

桩基得有效桩长即为。

2.2 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=22m(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, 因此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。
桩端阻力的计算公式为:

根据静力触探法求, 根据图2-3和表1.1( 各层土的值) ,有如下:
层数
ps
qsk

1
0.59
15
0
0
2
0.57
15
4
60
3
0.62
31
8.9
275.9
4
2.27
81.75
5.1
416.925
5
4.76
144
2
288

1040.83

按静力触探法确定单桩竖向极限承载力标准值:

按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值:

其中 如无当地经验, 均能够查表得到。
查《建筑桩基技术规范》JGJ94- 中表5.3.5—1得:
土层
液限指数IL

1
0.48
71.28
0
0
2
1.18
38
4
152
3
1.29
38
8.9
338.2
4
0.8
52
5.1
265.2
5
0.31
82.16
2
164.32

919.72

查《建筑桩基技术规范》JGJ94- 中表5.3.5—2得:

因此:

确定单桩竖向承载力特征值:
综上比较可知, 应取静力触探法确定单桩竖向极限承载力标准值
( 取小值) 。则:

最小边距: =>d,且=>300
最佳桩距: s=3.5d
查新规范: 桩数估计和承载力验算均取上部荷载的标准值。

2.3 确定桩数和承台底面尺寸
下面以①—B,①—C的荷载计算。
柱荷载设计值:
荷载标准值:

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＝8, 桩距 ,
承台底面尺寸为

2.4 确定基桩竖向承载力特征值
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, 因此宜考虑桩群、 土、 承台的相互作用效应, 按复合基桩计算竖向承载力特征值。( 《建筑桩基技术规范》JGJ94- 5.2.3 对于端承型桩基、 桩数少于4 根的摩擦型柱下独立桩基、 或由于地层土性、 使用条件等因素不宜考虑承台效应时, 基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。)
当前, 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复合基桩的竖向承载力特征值。( 不考虑地震作用)

考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定:
不考虑地震作用时:
承台净面积: 。

注: Sa/d为桩中心距与桩径之比; Bc/l为承台宽度与桩长之比。
查表5.2.5 承台效应系数
: 承台下1/2承台宽度且不超过5m深度范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值;
第一层
第二层
平均值为
那么, 复合桩基基桩竖向承载力设计值R:

2.5 桩顶作用验算
( 1) 荷载取柱的组合: 荷载作用在承台顶面。
本工程安全等级为二级, 建筑物的重要性系数=1.0.
承台的平均埋深。
作用在承台底形心处的竖向力有F,G.

桩顶受力计算如下:

满足要求

2.6桩基础沉降验算
采用正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合进行桩基础的沉降计算。可是本题因条件有限, 采用正常使用极限状态下是标准组合计算, 这是偏于安全的。( 《建筑桩基技术规范》JGJ94- 5.5.6 对于桩中心距不大于6 倍桩径的桩基,其最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面, 等效作用面积为桩承台投影面积, 等效作用附加压力近似取承台底平均附加压力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论)
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:

其它各点的计算结果如下表:

表2.4 的计算结果
点
d(m)
Z(m)

0
22
0
177.3
1
0
0.25
682.4
1
23.5
1.5
190.05
1
0.97
0.177
483.1
2
24
2
194.3
1
1.29
0.142
387.6
3
25.5
3.5
206.3
1
2.26
0.072
196.5
4
27
5
218.3
1
3.23
0.040
109.2
5
28.5
6.5
230.3
1
4.19
0.025
68.2
6
30
8
242.3
1
5.16
0.017
46.4
7
31.5
9.5
254.3
1
6.13
0.012
32.8
在处, , 因此本基础取计算沉降量。 计算如表2.5
表2.5计算沉降量

Z(mm)

0
1
0
0.25
0

1.5
1
0.97
0.225
0.338
0.338
7.8
118.3
2
1
1.29
0.210
0.420
0.082
7.8
28.7
3.5
1
2.26
0.163
0.571
0.151
4.9
84.1
5
1
3.23
0.131
0.655
0.084
4.9
46.8
6.5
1
4.19
0.107
0.700
0.045
4.9
25.1
8
1
5.16
0.091
0.728
0.028
4.9
15.6
9.5
1
6.13
0.079
0.751
0.023
4.9
12.8

因此:
当无当地可靠经验时, 桩基沉降计算经验系数ψ可按《建筑桩基技术规范》JGJ94- 表5.5.11 选用。
, 计算入下表:

0.25
0

0.225
0.338
0.338
7.8
230.7
29.6
0.210
0.420
0.082
7.8
56.0
7.2
0.163
0.571
0.151
4.9
103.0
21.0
0.131
0.655
0.084
4.9
57.3
11.7
0.107
0.700
0.045
4.9
30.7
6.3
0.091
0.728
0.028
4.9
19.1
3.9
0.079
0.751
0.023
4.9
15.7
3.2

512.5
82.9

查表得到当时, 沉降经验系数。
短边方向桩数, 桩距径比, 长径比, 承台的长宽比, 查表:

因此, 桩基础最终沉降量=
满足要求

2.7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, 因此:

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％>％。其它构造要求配筋见施工图2-10。
桩身强度
满足要求

2.8 承台设计
承台混凝土强度等级采用C30
2.8.1柱对承台的冲切
桩顶净反力:
, 承台厚度H=2.0m,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
柱截面取
混凝土的抗拉强度设计值
冲切力设计值

满足要求
2.8.2角桩对承台的冲切

角桩冲垮比
角桩的冲切系数

满足要求
2.8.3斜截面抗剪验算
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
2.8.4受弯计算
承台截面处最大弯矩
II级钢筋

选用
沿水平方向均匀布置
2.8.5承台局部受压验算
根据JGJ94- , 对于柱下桩基当承台混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。由此可见, 此处承台局部受压不需验算。
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,
【2】 中华人民共和国国家标准·《 建筑地基基础设计规范( GB50007— ) 》·北京, 中国建筑工业出版社,
【3】 中华人民共和国国家标准·《 混凝土结构设计规范( GB 0— ) 》·北京, 中国建筑工业出版社,
【4】华南理工大学等 编著 ·《基础工程》·北京, 中国建筑工业出版社,
【5】龚文惠·《基础工程设计原理教学课件》·