土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程設(shè)計

1、.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程設(shè)計報告 題 目： 樁基礎(chǔ)課程設(shè)計 院 （系）： 城市建設(shè)學(xué)院 專業(yè)班級： 土木1003班 學(xué)生姓名： 彭剛杰 學(xué) 號： 20101222174 指導(dǎo)教師： 張苡銘 2013年 1 月 13 日至2013年 1 月 19 日華中科技大學(xué)武昌分校制目 錄1、樁基礎(chǔ)設(shè)計原則.12、樁基設(shè)計等級.13、基本設(shè)計資料.24、樁的類型、截面和樁長的選擇.24.1樁的類型.24.2樁的截面選擇.24.3樁長選擇.25、樁的根數(shù)和布置.25.1單樁豎向承力特征值.25.2初步估計樁數(shù).35.3樁的布置.36、樁基承載力驗算.36.1基樁豎向承載力驗算.36.2基樁水平承載力驗算.47、

2、群樁地基承載力驗算.77.1樁底持力層承載力驗算.77.2樁底軟弱下臥層承載力驗算.87.3樁身截面強度計算及樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計.88、承臺設(shè)計.108.1類型及構(gòu)造要求.118.2擬定承臺尺寸及抗沖切計算.118.3承臺受剪承載力的計算.138.4承臺受彎承載力的計算.149、施工圖.17 ;17設(shè)計總則1、樁基礎(chǔ)設(shè)計原則承載能力極限狀態(tài)：對應(yīng)于樁基受荷達到最大承載能力導(dǎo)致整體失穩(wěn)或發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形；正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于樁基變形達到為保證建筑物正常使用所規(guī)定的限值或樁基達到耐久性要求的某項限值。2、樁基設(shè)計等級設(shè)計等級 建筑類型甲級重要的建筑30層以上或超過100m的高層建筑體形復(fù)雜，

3、層數(shù)相差超過10層的高低層連體建筑20層以上框架-核心筒結(jié)構(gòu)及其他對差異沉降有特殊要求建筑場地和地基條件復(fù)雜的7層以上的一般建筑物及坡地、岸邊建筑對相鄰既有工程影響較大建筑乙級除甲級、丙級外的建筑丙級場地和地基條件簡單、荷載分布均勻的7層及7層以下7一般建筑樁基根據(jù)本次課程設(shè)計要求應(yīng)分別進行下列承載能力計算：應(yīng)根據(jù)樁基的使用功能和受力特征分別進行樁基的豎向承載力計算和水平承載力計算。應(yīng)對樁身和承臺結(jié)構(gòu)承載力進行計算。樁基設(shè)計時，所采用的作用效應(yīng)組合與相應(yīng)的抗力應(yīng)符合下列規(guī)定：1. 確定樁數(shù)和布樁時，應(yīng)采用傳至承臺底面的荷載效應(yīng)標準組合；相應(yīng)抗力應(yīng)采用基樁或復(fù)合基樁承載力特征值。2. 在計算樁基

4、結(jié)構(gòu)承載力、確定尺寸和配筋時，應(yīng)采用傳至承臺頂面的荷載效應(yīng)基本組合。3. 樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級、結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限和結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的規(guī)定采用。本次課程設(shè)計為房屋建筑，屬于一般的民用建筑物，破壞后果嚴重，取1.0（）。樁基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容 3、基本設(shè)計資料本次課程設(shè)計的基本設(shè)計資料主要來源課程設(shè)計任務(wù)書。4、樁的類型、截面和樁長的選擇4.1、樁的類型根據(jù)課程設(shè)計資料，樁端進入的持力層的物理性質(zhì)指標:,為硬塑狀態(tài)，為中壓縮性土，<0.6密實。可見，持力層為較密實的硬塑性粘土為優(yōu)良地基。可以選擇端承摩擦樁。根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范附錄A，對于樁端進入持力層為硬塑性粘土，地下水位以

5、下的可用預(yù)制靜壓樁。4.2、樁的截面選擇邊長為的預(yù)制樁；4.3、樁長選擇根據(jù)構(gòu)造要求，為保證群樁與承臺之間連接的整體性，裝頂應(yīng)嵌入承臺一定長度，對于大直徑樁（）宜大于等于，對于中等直徑的樁（）宜大于等于?，F(xiàn)先暫取。根據(jù)樁基規(guī)范3.3.3應(yīng)選擇較硬土層作為樁端持力層。樁端全斷面進入持力層的深度，對于黏性土、粉土不宜小于。綜合以上情況，預(yù)估樁長：2.0+4.5+2.05 +0.05。并初步確定承臺底面標高為任務(wù)書為天然地坪下。5、樁的根數(shù)和布置51、單樁豎向承力特征值由樁基規(guī)范5.3.5根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標準值時，宜按下式估算：單樁總極限側(cè)阻力標準值；

6、單樁總極限端阻力標準值；樁側(cè)第層土的極限側(cè)阻力標準值；樁端極限端阻力標準值；液性指數(shù)樁側(cè)極限阻力標準值（）樁端極限阻力標準值（）粉質(zhì)粘土0.6651302500飽和軟粘土0.9742189粘土0.2586176.3 表一單樁豎向承載力特征值5.2、初步估計樁數(shù)按軸壓，暫不考慮承臺及上部回填土自重：考慮偏壓，根，暫取4根。5.3、樁的布置根據(jù)樁基規(guī)范3.3.3樁基的最小中心距取。由承臺的構(gòu)造要求，承臺邊緣至邊樁中心距離不應(yīng)小于樁的直徑和邊長，且邊緣挑出部分應(yīng)大于等于150。樁的布置采用等間距雙排布置，承臺形狀根據(jù)樁的布置形式選擇正方形，邊長初步定為：0.4+0.44+0.4=2.4。6、 樁基承

7、載力驗算6.1、基樁豎向承載力驗算考慮承臺效應(yīng)的復(fù)合基樁豎向承載力特征值可按下式確定：不考慮地震作用時：，式中 ：承臺效應(yīng)系數(shù)：承臺底承臺寬度范圍（）內(nèi)各土地基承載力特征值按厚度的加權(quán)平均值。:計算基樁所對應(yīng)的承臺底地基土凈面積，為樁身截面積，為承臺計算域面積；，由樁基規(guī)范5.2.5，查表5.2.5知，承臺效應(yīng)系數(shù)：，250596.24+0.152501.28=644.24基樁樁頂荷載效應(yīng)計算：軸心豎向力作用下：。滿足。偏心豎向力作用下：=440.21+=773.1。滿足。6.2、基樁水平承載力驗算 對于受水平力的豎直樁，在一般建筑物中，當外荷載合力與豎直線的夾角小于等于時，豎直樁的水平承載力

8、能滿足設(shè)計要求，可不設(shè)置斜樁，但要求基樁的樁頂水平荷載設(shè)計值滿足： 式中：在荷載效應(yīng)標準組合下，作用于基樁 樁頂處的水平力； ：單樁基礎(chǔ)或群樁中基樁的水平承載力特征值，對于單樁基礎(chǔ)，可取單樁的水平承載力特征值。當樁的水平承載力有水平位移控制時，且缺少單樁水平靜載實驗資料時，對于預(yù)制樁，其式中：樁頂容許水平位移 ：樁頂水平位移系數(shù)；:為樁的水平變形系數(shù)；=:為地基土橫向抗力系數(shù)的比例系數(shù)，其值可根據(jù)樁基規(guī)范5.7.4查得，取12；:樁的截面計算寬度；:樁的形狀系數(shù)，方形截面樁=1.0；:樁的直徑，方形截面時為樁的邊長；:,，為扣除保護層厚度的樁截面寬度，取1.5+0.5=1.1，為鋼筋彈性模量與

9、混凝土彈性模量的比值?；炷敛捎肅30，鋼筋用HPB300,的鋼筋，代入數(shù)據(jù)： =，=0.0113，=0.002 由樁基規(guī)范群樁基礎(chǔ)的水平承載力特征值應(yīng)考慮承臺、樁群、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng)，可按下式計算： （屬于規(guī)范中的其他情況） 式中：群樁效應(yīng)綜合系數(shù)； ：樁的相互影響效應(yīng)系數(shù)； ：樁頂約束效應(yīng)系數(shù)； ：承臺側(cè)向土抗力效應(yīng)系數(shù)； ：承臺底摩阻效應(yīng)系數(shù)； 沿水平方向的距徑比； ：樁頂?shù)乃轿灰迫菰S值； ：承臺受側(cè)向土抗力一邊的計算寬度；=，為承臺寬度； ：承臺底與地基土之間的摩擦系數(shù)； ：承臺地基土分擔的豎向總荷載標準值；=，為承臺總面積，為樁身截面積。代入數(shù)據(jù)： = ：查表得2.05；

10、，滿足。7、 群樁地基承載力驗算7.1、樁底持力層承載力驗算摩擦型群樁基礎(chǔ)當樁間中心距小于6倍樁徑時，將樁基礎(chǔ)視為相當于一定范圍內(nèi)的實體基礎(chǔ)，認為樁側(cè)外力以/4角向下擴散，可按下式驗算樁底平面處土層的承載力：（1）當軸心受壓時：（2）當偏心受壓時： 當樁的傾斜度時， ,、:樁端平面處的平均應(yīng)力，最大壓應(yīng)力；:承臺底面包括樁的重力在內(nèi)至樁端平面土的平均重度；:樁的深度；:承臺底面以上土的重度；:承臺厚度； :承臺寬度；:作用于承臺底面合力的豎向分力:假想的實體基礎(chǔ)在樁端平面處的計算面積；、：假想的實體基礎(chǔ)在樁端平面處的計算長度和寬度；:外圍樁中心圍成矩形輪廓的長度；:外圍樁中心圍成矩形輪廓的寬度

11、；:樁的直徑或邊長；:假想的實體基礎(chǔ)在樁端平面處的截面抵抗拒:作用于承臺底面合力的豎向分力對樁端平面處計算面積重心軸的偏心距:基樁所穿過土層的平均土內(nèi)摩擦角:樁端平面處的承載力容許值；:抗力系數(shù)；帶入數(shù)據(jù)：= ， 滿足。 滿足。7.2、樁底軟弱下臥層承載力驗算：樁端進入的持力層的物理性質(zhì)指標:,為硬塑狀態(tài)，為中壓縮性土，密實。可見，持力層為較密實的硬塑性粘土為優(yōu)良地基。無需驗算軟弱下臥層承載力。7.3、樁身截面強度計算及樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)樁基規(guī)范4.1.5、4.1.6，預(yù)制樁的混凝土強度等級不宜低于C30,采用靜壓沉樁時，可適當降低，但不宜小于C20。預(yù)制樁的樁身配筋應(yīng)按吊運、打樁以及樁在使用中

12、的受力等條件計算確定。靜壓沉樁時，最小配筋率不宜小于0.6，主筋直徑不宜小于14，打入樁，在樁頂以下45倍樁身直徑長度范圍內(nèi)箍筋應(yīng)加密，并設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。箍筋直徑可取68，間距小于等于200，在樁頂和樁尖處應(yīng)適當加密。對受偏心荷載（包括水平力和彎矩）作用時，可先求出樁身最大彎矩及相應(yīng)位置，再根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求，按偏心受壓確定出樁身截面所需的主筋面積，同時滿足樁的最小配筋率。要設(shè)計樁截面配筋，最關(guān)鍵的是求出樁身最大彎矩值及相應(yīng)的截面位置，根據(jù)最大彎矩截面剪應(yīng)力為零的條件，可以導(dǎo)出無量綱法計算過程如下：由=,可由查表得相應(yīng)的換算深度，則最大彎矩截面深度為：=，=:為樁的水平變形系數(shù)；:為地基

13、土橫向抗力系數(shù)的比例系數(shù)，其值可根據(jù)樁基規(guī)范5.7.4查得， 取12；:樁的截面計算寬度；:樁的形狀系數(shù)，方形截面樁=1.0；:樁的直徑，方形截面時為樁的邊長；:,，為扣除保護層厚度的樁截面 ，取1.5+0.5=1.1，為鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值。為樁身配筋率，一般可取0.2%0.65%，小樁徑取高值，大樁徑取低值?；炷敛捎肅30，鋼筋用HPB300,的鋼筋，代入數(shù)據(jù)： =，=0.0113，=0.002,查表得，= 按偏心受壓確定樁身截面所需主筋面積，采用對稱配筋。= (此處未考慮二階效應(yīng)，因為只知道一個彎矩。)，兩邊各配4根直徑為，級鋼筋，實配預(yù)制樁除了滿足上述計算之外，還應(yīng)考慮

14、運輸、起吊和錘擊過程中的各種強度驗算。樁長在20以下者，起吊時一般采用雙點起吊，其產(chǎn)生的最大負彎矩,滿足。在打樁架龍門吊立時，采用單點吊。吊點位置應(yīng)按吊點間的正彎矩和吊點處的負彎矩相等的條件確定。，滿足。(配筋圖見CAD圖紙)8、承臺設(shè)計8.1、類型及構(gòu)造要求承臺的平面尺寸一般由上部結(jié)構(gòu)、狀數(shù)及布樁形式?jīng)Q定，本次課程設(shè)計采用柱下獨立承臺。由樁基規(guī)范承臺構(gòu)造要求：1.在寬度和厚度方面，承臺的最小寬度不能小于500，承臺邊緣至樁中心的距離不宜小于樁的直徑或邊長，邊緣挑出部分不得小于150；承臺厚度不應(yīng)小于300；2.材料強度和等級方面，承臺混凝土強度等級宜大于等于,采用級鋼筋時宜大于等于;柱下獨立

15、樁基承臺縱向受力鋼筋應(yīng)通長配置，樁以上（含四樁）承臺宜按雙向均勻布置?？v向鋼筋錨固長度自邊樁內(nèi)側(cè)（當為圓樁時，應(yīng)將其直徑乘以0.8 等效為方樁）算起，不應(yīng)小于35( 為鋼筋直徑)；當不滿足時應(yīng)將縱向鋼筋向上彎折，此時水平段的長度不應(yīng)小于25，彎折段長度不應(yīng)小于10。承臺縱向受力鋼筋的直徑不應(yīng)小于12，間距不應(yīng)大于200。柱下獨立樁基承臺的最小配筋率不應(yīng)小于0.15%。3.鋼筋配置方面，柱下獨立樁基承臺受力鋼筋宜通長布置：矩形承臺宜雙向均勻通長配筋；承臺底面鋼筋的混凝土保護層厚度，設(shè)素混凝土墊層時，保護層厚度不應(yīng)小于50；無墊層時，不應(yīng)小于70。4. 樁與承臺連接，樁頂嵌入承臺的長度不宜小于50

16、，大直徑樁不宜小于100，樁頂主筋應(yīng)伸入承臺內(nèi)，其錨固長度不宜小于35倍主筋直徑；5.柱與承臺連接，多樁承臺，柱縱向主筋應(yīng)錨入承臺不應(yīng)小于35倍主筋直徑；當承臺高度不滿足時，錨入不小于20倍主筋直徑，并向柱軸線方向彎折。8.2、擬定承臺尺寸及抗沖切計算初步擬定承臺尺寸為，高度，有效高度（1）由樁基規(guī)范承臺抗沖切承載力與沖切椎角有關(guān)，可以用沖垮比表達。對于柱下矩形承臺驗算時應(yīng)滿足： 式中：作用于沖切破壞椎體上的沖切設(shè)計值； ：承臺混凝土抗拉強度設(shè)計值； ：沖切破壞椎體有效高度中線周長； ：承臺沖切破壞椎體有效高度； ：受沖切剪力截面高度影響系數(shù)，當，時=1.0；當時，=0.9，其間按線性內(nèi)插取值

17、； ：沖切系數(shù)； ：沖垮比，（為沖垮，即柱邊或承臺邊階處到樁邊的水平距離），當時，取，當時，?。?：作用于柱（墻）底的豎向荷載設(shè)計值； ：沖切破壞椎體范圍內(nèi)各基樁的凈反力（不計承臺和承臺上土自重）設(shè)計值之和柱下獨立承臺受柱沖切時可按下列公式計算: 式中：、可由求得。，均應(yīng)滿足0.251.0的要求； ：柱截面長邊，短邊尺寸； ，：自柱長邊或短邊到最近樁邊的水平距離；代入數(shù)據(jù)：, ,因，滿足。（2）四樁矩形承臺受角樁沖切驗算，應(yīng)按下列公式計算： 式中：不計承臺及其上土重，在荷載效應(yīng)基本組合下角樁（含復(fù)合基樁）反力設(shè)計值； 、：角樁沖切系數(shù) 、：從承臺底角樁內(nèi)邊緣引沖切線與承臺頂面相交點至角樁內(nèi)邊緣

18、的水平距離；當柱（墻）邊或承臺變階處位于該線以內(nèi)，則取由柱（墻）邊和變階處與樁內(nèi)邊緣連線為沖切椎體的錐線； ：承臺受沖切破壞椎體的有效高度； 、：角樁沖垮比； 、：從角樁內(nèi)邊緣至承臺外邊緣的距離。代入數(shù)據(jù)：， ,滿足。8.3、承臺受剪承載力的計算由樁基規(guī)范承臺的斜截面承載力可按下列公式計算： 式中：不計承臺及上土重，在荷載效應(yīng)基本組合下，斜截面的最大剪力設(shè)計值； ：混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值； ：承臺計算截面處的計算寬度； ：承臺計算截面處的有效高度； ：承臺剪切系數(shù)； ：受剪切承載力截面高度影響系數(shù)； ：計算截面的剪跨比，為柱（墻）邊或承臺變階處至方向計算一排樁的樁邊的水平距離，當時，取，當時，。 1-1截面：，因，取 ， 2-2截面：， 可見滿足受剪切驗算。8.4、承臺受彎承載力的計算柱下獨立樁基承臺(四樁及三樁承臺)在配筋不足情況下將產(chǎn)生彎曲破壞，其破壞特征呈粱式破壞。所謂梁式破壞，指撓曲裂縫在平行于柱邊兩個方向交替出現(xiàn)，承臺在兩個方向交替呈梁式承擔荷載，最大彎矩產(chǎn)生在平行于柱邊兩個方向的屈服線處。（1）根據(jù)樁基規(guī)范柱下多樁矩形承臺，其計算截面應(yīng)取在柱邊和承臺高度變化處（杯口外側(cè)或臺階邊緣），按下式計算： 式中：、：垂直、軸方向計算截面處彎矩設(shè)計值； 、：垂直軸和軸