桩基础论文
《基础工程》课程设计计算书
姓 名:李鹏飞 学 号:[1**********]7 班 级:10土木(道桥) 指导教师:张延新 日 期:2013-11-7
目录
一、设计题目 ................................................................................................................................... 1 二、设计过程 ................................................................................................................................... 1
1.确认基础持力层 .................................................................................................................... 1
1.1地质资料 ..................................................................................................................... 1 1.2工程地质条件评价 ..................................................................................................... 1 2.初选桩型和承台埋深 ............................................................................................................ 2
2.1桩型 ............................................................................................................................. 2 2.2 初选承台埋深 .......................................................................................................... 2 2.3 桩长 .......................................................................................................................... 2 3.确定单桩承载力 .................................................................................................................... 2 4.初选桩根数 ............................................................................................................................ 4 5.初选承台尺寸 ........................................................................................................................ 4 6.桩基验算 ................................................................................................................................ 4
6.1基桩水平承载力验算: ............................................................................................. 4 6.2基桩竖向承载力验算 ................................................................................................. 4 6.3桩基沉降验算 ............................................................................................................. 5 7.承台设计计算 ........................................................................................................................ 7
7.1各桩净反力计算 ......................................................................................................... 7 7.2承台抗冲切验算 ......................................................................................................... 7 7.3承台受剪切承载力计算 ............................................................................................. 8 7.4承台受弯承载力计算 ................................................................................................. 9 8.桩身结构强度计算及配筋 .................................................................................................. 10
8.1桩身起吊验算 ........................................................................................................... 10 8.2桩的主筋计算 ........................................................................................................... 11 8.3桩身强度验算 ........................................................................................................... 11 8.4桩的箍筋计算 ........................................................................................................... 11
三、参考文献 ................................................................................................................................. 12
一、设计题目
某二级建筑物采用桩基础,作用在桩基承台顶部的荷载:
Fk=7460+500=7960KN,Mk=840+1100=1940KNm,Hk=250KN,
柱的截面尺寸为600mm800mm
二、设计过程
1.确认基础持力层
1.1地质资料
注:第6层土为软弱下卧层,其地基承载力特征值fak=126kpa
根据比贯入阻力计算地基承载力的公式:fak0.104ps0.0269,使用范围为0.3Mpaps6Mpa,公式来源:勘测规范(TJ21-77)。各层土计算地基承载力如表2-1-1所示
1.2工程地质条件评价
① 褐黄色粉质黏土,处于中密、湿状态,可塑,厚度不大,不宜作为桩基础持力层;
② 灰色淤泥质粉质黏土,处于稍密、软塑状态,流塑,抗剪强度低,不宜
作为
基础持力层;
③ 灰色淤泥质黏土,含水量高,孔隙比大,抗剪强度低,属于高压缩性土,不
宜作为基础持力层;
④ 灰~褐色粉质黏土,含水量高,处于稍密、软塑状态,具有一定的承载力,
可作为基础持力层;
⑤草绿色粉质黏土,含水量较低,孔隙比较小,处于可塑状态,承载力 较高,可作为基础持力层;
⑥ 灰色粉质黏土,处于很湿,稍密、软塑状态,属软弱土层。
暂选定④号土层——灰褐色粉质黏土为该桩基础持力层,fak=263kPa 。
2.初选桩型和承台埋深
2.1桩型
根据任务书要求,采用钢筋砼预制桩,其截面尺寸为:450mm*450mm
2.2 初选承台埋深
由于地下水位离地表1.0m ,为了使地下水对承台没有影响,所以选择承台埋深为1.0m
2.3 桩长
选择④号土层为桩基础持力层,桩进入持力层2.1m ,,则桩基有效桩长为:
l=(2-1)+4+8.9+2.1=16m
3.确定单桩承载力
⑴ 桩端端阻力
根据《建筑桩基技术规范(JGJ 94-08)》,桩端阻力标准值可按下式计算:
ps1000 KPa时,qsk0.025psk25; 桩端阻力计算公式为:qpkpsk0.5(psk1psk2)。
根据桩尖入土深度,取桩端阻力修正系数0.8;psk1为桩端全截面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值;psk2为桩端全截面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值;为折减系数,因为psk1/psk25,取1。
桩径:bp450mm
8bp3.6m,4bp1.8m
psk1
(2270620)(22702270)
1445kpa,psk22270kpa
22
psk1
0.645,1.0 psk2
11
qpkp(psk1psk2)0.8(14451.02270)1486kpa
22
⑵ 桩侧极限侧阻力 根据《建筑桩基技术规范(JGJ 94-08)》,桩侧的极限阻力标准值可按下式计算:
ps1000 KPa时,qsk0.025psk25
QukQskQpkuqsiklippkAp
式中 Qsk、Qpk——分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值;
u——桩身周长;
qsik——用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第 层土的极限侧阻力;
li——桩周第 层土的厚度;
ppk——极限端阻力标准值;
Ap——桩端面积; 则:
QukQskQpk
40.45(29.5128.54318.981.752.1)14860.452 1364.85kN
单桩竖向承载力特征值:
Ra
1
sp
Quk
1364.85
827.18kN
1.65
式中sp——安全系数,取sp=1.65。
4.初选桩根数
由于受偏心荷载,
nG
暂取12根。
Fk79601.051.1511.6 Ra827.18
5.初选承台尺寸
按照规范要求:
桩距S3d,取S3d34501350mm,
承台长边:b31.3520.454.95m 承台短边:a2(0.451.35)3.6m;
承台高度:h1.5m ,埋深1m,高出地面500mm;
桩顶伸入承台 50mm ,钢筋保护层取 35mm ,则承台有效高度为:
h01.50.0500.0351.415m
将承台设计为锥形,边缘高度取1m。
6.桩基验算
6.1基桩水平承载力验算:
H1H/n
1.35250
28.1KNRh180KN
12
因此无须验算考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值。
6.2基桩竖向承载力验算
取承台及其上土的平均重度G20kN/m3,则桩顶平均竖向力设计值为:
N
FG79601.2204.953.61.5
716.79kNRa827.18kN n12
maxNminN
(MHh)xmax(8402501.5)1.51.35
716.79
62.025260.6752xi2
806.79Ra827.18kN
716.7990
626.790
因此,基桩竖向承载力满足要求。
6.3桩基沉降验算
采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算。由于桩基的桩距S6d,所以可采用分层总和法计算最终沉降量。
竖向荷载标准值:Fk7960kN 基底处压力:p
FkG79601.2201.54.953.6
482.69kPa A4.953.6
基底自重压力:d11818kPa
基底处的附加应力:p0pd482.6918464.69kPa 桩端平面下的土的自重应力c和附加应力z(z4p0) 计算如下:
①z0:
cihi18.018.017.848.98.02.1136.30kPa
l1.375,20,0.25 z4p040.25464.69464.69kPa
②z3:
cihi136.3038160.30kPa
1.375,21.67,0.121 z4p040.121464.69224.91kPa
③z5:
cihi160.3028.5177.30kPa
1.375,22.78,0.063 z4p040.063464.69117.10kPa
④z7:
cihi177.3028.5194.30kPa
l1.375,23.89,0.038 z4p040.038464.6966.92kPa
⑤z10:
cihi194.3038.0218.30kPa
l1.375,25.56,0.021 z4p040.021464.6939.03kPa
在z10m处,z0.180.2,所以本基础取z10m计算沉
c
(其中Si
4p0(izii1zi1)
)。
Esi
所以S'Si325.43mm
桩基础持力层性能良好,沉降经验系数1.0,短边布桩数nb3,由群桩距径比
Lc
c
Sa
3,长径比35.56,及基础长宽比1.375,查《建筑桩基技术规范(JGJ 94-08)》附录E得,C00.0659,
C11.6082,C29.1805。
桩基等效沉降系数:
eC0
nb131
0.06590.2272
C1(nb1)C21.6082(31)9.1805
所以SeS'10.2272325.4373.95mm120mm 满足要求。
7.承台设计计算
7.1各桩净反力计算
FMyx179601940(2.03)N1519.3KN 2
n1227.34xiN2
FMyx279601940(0.68)615.1KN 2n1227.34xi
FMyx3796019400.68N3711.6KN 2
n1227.34xiN4
FMyx4796019402.03807.4KN 2n1227.34xi
7.2承台抗冲切验算
a.柱对承台的冲切
X方向上自柱边到最近桩边的水平距离:a0x0.15m Y方向上自柱边到最近桩边的水平距离:a0y0.73m 承台有效高度:h0HaS1.50.081.42m X方向冲跨比:0x
a0x0.15
0.11 h01.42
Y方向冲跨比:0y
a0yh0
0.73
0.51 1.42
因0x0.2,取0x0.2。 X方向冲切系数:0x
0.840.84
2.10
0x0.20.200.2
Y方向冲切系数:0y
0.840.84
1.18
0y0.20.510.2
作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值:
FiF
Q1.35Fk
1.35Fk
9850.5KN 12
12029.3KNFi9850KN 满足要求。
b.角桩对承台的冲切
从角柱内边缘至承台外边缘距离c1c20.675m,a1xa0x0.15m,
a1ya0y0.73m,
冲跨比:1x0x0.20,1y0y0.51 冲切系数:1x则:
0.480.480.480.48
0.68 1.2,1y
1x0.20.200.21y0.20.51
0.2
25081.3KNNmax807.4KN 满足要求。
7.3承台受剪切承载力计算
计算公式:《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)
Flhsftb0h0
①垂直Y方向截面的抗剪计算
Y方向上自柱边到计算一排桩的桩边的水平距离:a00.73m
计算截面处承台宽度:
b3A2C31.3520.454.95m
斜截面上最大剪力设计值:Vl 2653.33 kN 计算截面的剪跨比:=a0/h0 0.73/1.42 0.51 剪切系数:
1.75/(+1.0) 1.75/(0.51+1.0) 1.16 承台计算截面的计算宽度: beb{1.00.H5(h
0)h/[1.cB020.b05)/]}
4.95{1.0
4.2m0 ]}20.05)0.5(1.51.00)/1.42[1.0/(4.0.9650)
hs··f·tb·eh
0.871.161100.00
6587.k3N7V1
满足要求。
②垂直X方向截面的抗剪计算 201.424.2653.kN33
X方向上自柱边到计算一排桩的桩边的水平距离:a00.15 m
计算截面处承台宽度:
b 2B+2C 21.35+20.45 3.60 m
斜截面上最大剪力设计值:Vl 4340.00 kN
计算截面的剪跨比:=a0/h0 0.15/1.42 0.11
0.3
剪切系数:
取 0.3 1.75/(+1.0) 1.75/(0.30+1.0) 1.35
承台计算截面的计算宽度:
be b{1.0-0.5(H-h)/h0[1.0-(Hc20.05)/b]}
3.60{1.0-0.5(1.50-1.00)/1.42[1.0-(0.8020.05)/3.60)]}
3.12 m
hs··ft·be·h0
0.871.351100.003.121.42
5692.16 kNVl4340.00 kN
满足要求。
7.4承台受弯承载力计算
计算公式:《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)
Mx=Ni·yi
计算公式:《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)
My=Ni·xi
①垂直X轴方向计算截面处弯矩计算:
My=Ni·xi 4678.50kNm
My 4678.50106Asx12202.66mm2
0.9fyh00.93001420
X向钢筋:Asx12202.66mm2,采用方案:3222@100,实际配筋面积:12544.4mm2
②垂直Y轴方向计算截面处弯矩计算:
MxNi·yi2520.67kNm Mx2520.67106Asy6574.52mm2
0.9fyh00.93001420
配筋率:
=AsyA6574.520.001043min0.0015000105.0nim6362640,取= Y向钢筋: AsyA9453.96 mm2
。
采用方案:4816@100,实际配筋面积:9650.97mm2
8.桩身结构强度计算及配筋
桩的截面尺寸为450mm450mm,桩长16m,箍筋为HPB235级钢筋,
fyv210N/mm2
,钢筋保护层为40mm,混凝土设计等级C30。
8.1桩身起吊验算
按两个起吊点考虑,根据起吊时桩身跨中正弯矩与吊点处负弯矩相等的原则,即M1M2确定起吊点,如下图:
图1 桩吊装点示意图
A点:M112qa2 qllql2
M2(a)228 B点:
12qllql2
qa(a)MM2,2228,得:a0.207l3.312m 由:1
8.2桩的主筋计算
控制弯矩为吊立时的情况,动力系数取K1.5
Mmax0.082Kql20.0821.50.322016256.678kNm;
桩身有效截面高度:h045040410mm;
M56.678106
s0.0521fcbh021.014.34504102;
10.053b0.518
As 1fcbh0
fy0.053114.3450410466.11mm2300
2A1884mm320620s选用钢筋,整个截面的主筋为,;
配筋率1884100%1.02%min0.8%450410;
8.3桩身强度验算
(cfAcfyAs)1.0(1.014.34504103001884)3203.55103kNRa827.18kN 因此桩身强度满足要求 8.4桩的箍筋计算
hw4100.914 b450
Mmax56.678V17.11kN 0.207l0.20716
0.25cfcbh00.25114.3450410659.59kNV17.11kN,满足要求; 0.7ftbh00.71.43450410184.68kNV17.11kN,满足要求。
按构造要求配筋10@160,As62.88mm2,
1.43100%0.16%, 210
nA262.88svsv1100%100%0.19%sv,min0.16% bs410160
满足要求。
sv,min0.24
三、参考文献
1.赵明华主编.土力学与基础工程.武汉:武汉理工大学出版社,2009
2.中华人民共和国建设部.建筑桩基技术规范(JGJ94-2008).北京:中国建筑工业出版社.2008
3.中华人民共和国建设设部,国家质量监督检验检疫总局.建筑地基基础设计规范
(G50007-2002).北京:中国建筑工业出版社.2