2022年桩基础课程设计 .pdf

1 目录一、桩基础设计题目 . 1二、桩的初步确定 . 2三、确定单桩竖向承载力 . 3四、确定桩数及布桩 . 4五、基桩承载力验算 . 6六、承台计算 . 8七、桩身结构强度计算及配筋 . 12 八、桩顶位移验算 . 13 九、绘制桩基础施工详图 . 13 主要参考资料 . 14 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页1 一、桩基础设计题目1.1 设计内容桩基础设计：桩基持力层；桩型；承台埋深；桩数；承台尺寸；桩身砼强度及配筋；承台砼强度及配筋；绘制桩身及承台配筋图。1.2 设计资料某二级建筑物采用桩基础，作用在桩基承台顶部的荷载：kF=7460+500KN，kM=840+800mKN，kH=250+750KN，相应于荷载效应基本组合时作用于柱低的荷载设计值为：F=1.35kF=10746KN, M=1.35kM=2214mKN,H=1.35kH=1350KN, 柱 的 截 面 尺 寸 为mmmm 800600，土层分布及物理力学指标情况见下表。地下水位离地表 1.0m，基桩水平承载力特征值hR=60KN，试设计此桩基础。（建议采用方形变截面承台， 承台顶部高 1.5m，承台边缘高 1.0m, 基桩采用钢筋砼预制桩，其截面尺寸为:mmmm 450450，采用第 6 层土为软弱下卧层，其地基承载力特征值akf=126kpa）表 1-2-1 土层分布及物理力学指标表土层序号土层名称埋深（m）容重（kN/m3）含水量(%) 孔隙比 e 压缩模量21sE(MP) 比贯入阻力sp(MPa) 1 褐色粉质粘土2.0 18.0 27.8 0.81 6.4 0.59 2 灰色淤泥质粉质粘土6.0 17.8 38.8 1.09 4.5 0.57 3 灰色淤泥质粘土14.9 17.0 53.1 1.51 2.1 0.62 4 灰褐色粉质粘土20.0 18.0 35.4 1.02 4.8 2.27 5 草绿色粉质粘土24 18.5 24.7 0.71 7.8 4.76 6 灰色粉质粘土34 18.0 35.5 1.02 4.9 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页2 二、桩的初步确定2.1 计算各土层地基承载力根据比贯入阻力计算地基承载力的公式：0269.0104.0sakpf，使用范围为MpapMpas63.0，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 所示表 2-1-1 地基承载力计算表土层1 2 3 4 5 6 fak88.26 86.18 91.38 262.98 521.94 126 2.2 工程地质条件评价 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； 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； 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； 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；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； 灰色粉质黏土，处于很湿，稍密、软塑状态，属软弱土层。暂选定第5 层土为持力层草绿色粉质黏土为该桩基础持力层，akf=522kPa 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页3 2.3 桩型及承台埋深初步设基桩采用钢筋砼预制桩， 桩截面形式采用正方形， 边长为：mmbp450， 桩 端 进 入 持 力 层 深 度 为1.2m ； 取 桩 尖 长 为mmbp7 .045.05 .15.1；桩顶嵌入承台深度为0.1m；由于地下水位离地表 1.0m，选择承台埋深 1.0m，则桩长为 l=0.1m+1m+4m+8.9m+2.3m+0.7m=17m 取桩身材料：混凝土强度等级为C30 ，钢筋为 HRB335 ，初选钢筋825图 2-3-1 桩截面尺寸图 2-3-2 承台形式三、确定单桩竖向承载力 Ps1000 KPa时，qsk0.025 Ps +25；桩端阻力计算公式为：)(5.021skskskpkpppq。根据桩尖入土深度，取桩端阻力修正系数8. 0；1skp为桩端全截面以上 8 倍桩径范围内的比贯入阻力平均值；2skp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5/21skskpp，取1。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 16 页4 桩径mmbp450，mbp6.38，mbp8 .14Ps1=0.59 MPa=590KPa1000 KPa ，qs1k=0.05Ps1=29.5 KPa Ps2=0.57 MPa=570KPa1000 KPa ，qs2k=0.05Ps2=28.5 KPa Ps3=0.62 MPa=620KPa1000 KPa ，qs4k=0.025Ps4+25=81.75 KPa Ps5=4.76 MPa=4760KPa1000 KPa ，qs5k=0.025Ps5+25=144 KPa 土层1 2 3 4 5 6 Ps/kpa590 570 620 2270 4760 qsk/kpa29.5 28.5 31 81.75 144 Psk1=（2.27+4.76 ）/2=3.515 MPa=3515kpa Psk2=4.76 MPa=4760kpa qpk=0.8*0.5*(3515+4760)=3100kpa Quk=qsik*li+ qpk*Ap =4*0.45* （29.5*1+28.5*4+31*8.9+5.1*81.75+1.2*144）+3100*0.45*0.45 =2486.7kpa R=K1=2486.7/2=1240kpa 四、确定桩数、布桩及承台尺寸4.1 确定桩数n 则桩数为70.701.7124050074602.11.12.11 .1RFnK取桩数 n=9 根。33对称布置。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页5 图 4-1-1 承台尺寸及桩布置图4.2 初选承台尺寸布桩由设计要求，桩的中心距要求mmmmbsp135045033，承台边长：m5.3)4.035.1 (2；承台高度：mh5.1高出地面0.5m，桩顶伸入承台 50mm ，钢筋保护层取 35mm ，则承台有效高度为：mh415.1035.0050.05.10，将承台设计为变截面，边缘高度取1m ，承台顶部高 1.5m。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页6 图 4-2-1 承台KNG5.367205 .15.35. 3五、基桩承载力验算5.1 验算基桩竖向承载力验算KNRKNnGFNKK12403 .92595.3675007460KNxxMynGFNiKK9 .131235.1635.1)5.110001640(95.367500746022maxmaxKNxxMynGFNiKK6 .53735.1635.1)5 .110001640(95.367500746022maxminKNRKNN14882.19.1312maxmin0N精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页7 5.2 基桩水平承载力验算KNRKNnHHhk1801119/1000/1因此无须验算考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值5.3 软弱下卧层验算kF=7960KN, kG=367.5KN,mBA15.300141241441 .575.819.83145.2815.29isiklqmBmt575.15.040，3.156 .19.4/8.7/21ssEEKpaz6.939)3 .15tan4215.3(1412)15.315.3(2/3)5.3677960(23/1 .841. 59.841145 .81. 589.8748. 718118mKNmmz23，azmzfkpaz3.753231.86 .939精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页8 6.4 基桩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6Sd，所以可采用分层总和法计算最终沉降量。计算矩形桩基中心沉降时，桩基沉降量可按下式简化计算：nisiiiiicEazazpss11104式中p在荷载效应准永久组合下承台底的平均附加应力；ia、1ia平均附加应力系数根据矩形长宽比ba/及深宽比ciiciiBzbzBzbz112,2，可按规范附录 D选用竖向荷载标准值：KNFk7960基底处压力：kpaAGFpk8.6795.35.35.15.35 .3207960基底自重压力：kpad18181基底处的附加应力：kpadpp8.661188.6790桩端平面下的土的自重应力c和附加应力)4(0pzz计算如下：0z：kpahiIC5.1702 .15. 81 .589. 8748 .71811815 .3/5.3/ bl，0/2bz，25.08 .6618 .66125.0440pzmc8.22.14：kpahiIC3 .1945. 88 .25.17015 .3/5.3/ bl，6. 15. 3/8.22/2bz，112.0kpapz5.2968.661112.0440mc8.428 .2：kpahiIC3 .210823 .19415 .3/5.3/ bl，7. 25. 3/8 .42/2bz，0535.0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页9 kpapz6.1418.6610535.0 .0440mc8.628 .4：kpahiIC3.226823.21015 .3/5.3/ bl，9. 35. 3/8.62/2bz，0285.0kpapz4 .758 .6610285.0440mc8.828.6：kpahiIC3.242823.22615 .3/5.3/ bl，0. 55. 3/8 .82/2bz，018.0kpapz6 .478.661018.0440mc8.1028 .8：kpahiIC3.258823.24215 .3/5.3/ bl，2 .65 .3/8.102/2bz，012. 0kpapz8.318 .661012.0440mz8.1228.10：kpahiIC3.274823.25815 .3/5.3/ bl，3 .75 .3/8.122/2bz，009. 0kpapz8.238 .661009.0440在mz8.12处，1 .0087.03.274/8 .23/cz， 所以本基础取mz8.12计算沉降量。沉降量计算如下表：点号iz(m) lb2zbiiiz(mm) 11iiiizz(mm) siE()kPaiS(mm) 1 0 1 0 0.25 0 0 4800 0 2 2.8 1.6 0.112 313.6 313.6 4800 230.02 3 4.8 2.7 0.0535 256.8 181 7800 43.13 4 6.8 3.9 0.0285 193.8 100 7800 23.83 5 8.8 5.0 0.018 158.4 75 4900 28.45 6 10.8 6.2 0.012 129.6 7 12.8 7.3 0.009 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页10 (其中0114()iiiiisipzzSE)。所以325.43iSSmm桩基础持力层性能良好，沉降经验系数1.0，短边布桩数3bn，由群桩距径比135030.450aSd，长径比1635.560.45ld，及基础长宽比1.375ccLB，查建筑桩基技术规范 (JGJ 94-08) 附录 E 得，00.0659C，11.6082C，29.1805C。桩基等效沉降系数：01213 10.06590.2272(1)1.6082(31)9.1805bebnCC nC所以1 0.2272325.4373.95120eSSmmmm因此桩基沉降量满足要求。六、承台计算1、承台高度的验算承台高度为h=1500mm ，采用 C30混凝土，213.8/cfNmm；钢筋为 HRB335 ，21.1/tfNmm；2300/yfN mm按构造要求， 承台保护层厚度70mm，主要考虑桩顶深入承台的部分。取保护层厚度为3550mm85mm70mm（）；其中：钢筋保护层厚度为 35mm ；桩顶深入承台的厚度50mm 。则承台的有效高度为0(15003550)1415hmmmm0000002()lxeyyextFbhf h020000liFFNFkN精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页11 (30005003)4500yMkN mkN m2222(4.44)77.44ixmm2200004500 4.4()2244.32877.44yaaiM xFNkNnx2200004500 4.4()2755.68877.44yabiM xFNkNnx04500600(4400)185022xammmm04500600(4400)185022yammmm冲垮比00018501.3111415oxxyah则001xy冲击系数0000.720.720.60.210.2xyx2000002()()420.6(3.51.85)0.6(4.51.85)1230141524435.918xcyycxtbahaf hbackN02000024435.918lFkNkN，柱对承台的冲切满足要求。2、角桩对承台的冲切。如图所示：12(600300)900,900Cmmmm同理 C则角桩冲跨比10101;1xxyy角桩冲跨系数11110.480.480.40.211.20.480.480.40.211.2xxyy10101850;1850 xxyyaamm aamm精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页12 1112110()()221.851.850.4(0.9)0.4(0.9)12301.415222863.04yxxytaaccf hkNkN0max02755.68286304bNNkNkN角桩对承台的冲切承载力满足要求。3、 承台承载力验算。剪跨比同上，10101;1xxyy， 即取1x则0.120.120.0920.310.3x承台有效计算宽度010,bbm则000.0921380010 1.41517964.84cf b hkNkN在 I-I截面右侧最外三根桩均为b桩， 承台抗剪承载力满足要求。七、桩身结构强度计算及配筋I-I 截面22.1522755.68 2.15IIbMNkN m11849.4kN mII 截面32.65(32755.682.65)IIIIbMNkN m21907.66kN m622021907.66 1057342.390.90.9300 1415IIIIIIIIsyMAmmmmf h沿塔柱长边方向，均匀布置，IIsA231015.31mm，配置90 22，IIsA234209mm；沿塔柱短边方向，均匀布置，257342.39IIIIsAmm，配置精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页13 94 28，257885.2IIIIsAmm八、桩顶位移验算221 1212222(2)8.8 310(2310) 107.5614.9mm hmhh hmh00.9(1.50.5)0.9(1.5 0.60.5)1.26bdmm440.60.80.8 3.00 10152.6864EIEIMPa0557.56 1.260.574152.68mbEI0032zxxHMxABEIEI3250030000.35590.0092250.574152.680.574152.68m0.671m九、绘制桩基础施工详图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页14 主要参考资料 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页15 1、JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范（条文部分）之“5 桩基础” 。2、JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范（条文部分）之“附录 P 按 m法计算弹性桩水平位移及作用效应” 。3、课件“基础工程 -7.ppt” 。4、桩基础课程设计报告样本。5、教材“基础工程”。6、桩基础设计流程。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页