基礎工程課程設計

1、基礎工程課程設計名 稱：樁基礎設計姓 名：文嘉毅 班 級： 051124學 號： 798 指導老師：黃生根樁基礎設計題高層框架結構(二級建筑)的某柱截面尺寸為1250×850mm， 該柱傳遞至基礎頂面的荷載為： F=9200kN ，M=410kN?m， H=300kN ，采用 6-8 根800 的 水下鉆孔灌注樁組成柱下獨立樁基礎，設地面標高為±，承臺底標高控制在 ， 地面以下各土層分布及設計參數(shù)見附表，試設計該柱下獨立樁基礎。設計計算內容：1. 確定樁端持力層，計算單樁極限承載力標準值 Quk；2. 確定樁中心間距及承臺平面尺寸；3. 計算復合基樁豎向承載力特征值 Ra及

2、各樁頂荷載設計值 N，驗算基樁豎向 承載力；計算基樁水平承載力 RHa并驗算；4. 確定單樁配筋量；5. 承臺設計計算；6. 繪制樁基結構圖。項目濕重度?3 kN/m3孔 隙 比 e液性指數(shù)IL壓縮模量EsMPa承載力特征值f aK kPa層厚m鉆孔灌注樁樁基參數(shù)極限側 阻力 標準值 qsik kPa極限端 阻力 標準值 qPK kPa地基土水平抗 力系數(shù)的比例 系數(shù) m(MN/m4)層粉土80236層粉細砂105209層細砂1252813層粉土1404015層 1粉細砂1152812層粉細砂1704885028層粉質粘土1606625層粉土1705825層粉質粘土1456014層1粉砂190

3、5282037層粉質粘土1456071014層粉土1956236層粉質粘土1706828層細砂22070150045設計內容一確定樁端持力層，計算單樁極限承載力標準值 Quk1. 確定樁端持力層及樁長根據(jù)設計要求可知，樁的直徑 d =800mm。根據(jù)土層分布資料， 選擇層厚為的層粉質粘土為樁端持力層。 根據(jù)建筑 樁基技術規(guī)范的規(guī)定，樁端全斷面進入持力層的深度，對粘性土、粉土不宜小 于 2d。因此初步確定樁端進入持力層的深度為 2m。則樁長 l 為：l =+2-2=2. 計算單樁極限承載力標準值因為直徑 800mm的樁屬于大直徑樁， 所以可根據(jù) 建筑樁基技術規(guī)范 中的 經(jīng)驗公式計算單樁極限承載力

4、標準值 Quk ：Quk Qsk Qpk usiqsikl ipqpk Ap（1-1）其中樁的周長 u= d =；樁端面積 Ap= d2 /4=； si、 p為別為大直徑樁1/5 1/5側阻、端阻尺寸效應系數(shù)， si= 0.8/d 1/5 =1， p= 0.8/ D 1/5 =1。根據(jù)所給土層及參數(shù)，計算 Quk ：Quk =× 1× 23 ×+20×+28×+40×+28×+48×+66×+58×+60×+52×+60×2+1×710×=確定單

5、樁極限承載力標準值 Quk 后，再按下式計算單樁豎向承載力特征值：Ra 1 QukK（1-2）其中 K 為安全系數(shù)，取 K =2。則 Ra =2=。二確定樁中心間距及承臺平面尺寸樁數(shù) n=F/ Ra =9200/= ，所以暫取樁數(shù)為 6根。根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范的規(guī)定，非擠土灌注樁的最小中心距為3d，邊樁中心至承臺邊緣的距離不應小于樁的直徑或邊長， 且樁的外邊緣至承臺邊緣的 距離不應小于 150mm。取樁中心距 Sa 為，邊樁中心距承臺邊緣的距離取為。則承臺長度 Lc =2×+=，承臺寬度 Bc =2× +=承臺平面示意圖如下：三計算復合基樁豎向承載力特征值 R 及各樁頂荷載

6、設計值 N ，驗算 基樁豎向承載力；計算基樁水平承載力 Rha 并驗算1. 確定復合基樁豎向承載力特征值 根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范中介紹的方法，對于此類情況，應按下式確定其復合基樁的豎向承載力特征值：R Rac fak Ac（3-1）其中 c為承臺效應系數(shù)，可根據(jù) Sa/ d、Bc/ l等參數(shù)查表得到。當計算樁為非正方形排列時， SaA/n ， A為承臺計算域面積， n為樁數(shù)。Sa6.6 4.1/ 6 =， Sa /d 2.124 / 0.8 =， Bc / l 4.1/ 32.5 =，通過查表，可取 c 為。fak為承臺下 1/2承臺寬度且不超過 5m深度范圍內地基承載力特征值的厚度 加權平均值

7、，由資料可得， fak為 80kPa。Ac為計算基樁所對應的承臺底凈面積， Ac A nAps /n， Aps為樁身截面 面積。則 Ac =×× /6= 。則復合基樁的豎向承載力特征值R Ra c fak Ac =+× 80×= 2.確定各樁頂荷載設計值 N ，驗算基樁豎向承載力根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范 中介紹的方法， 各樁頂荷載設計值可由下式計算：ikFkGkM xk yi2n yj2M ykxixj3-2)式中 Fk為荷載效應標準組合下作用，作用于承臺頂面的豎向力； Gk 為樁基 承臺和承臺上土自重標準值， 對穩(wěn)定的地下水位以下部分應扣除水的浮力， 此處

8、 承臺上土的重度取為 10kN/m3； Mxk、M yk 分別為荷載效應標準組合下，作用于 承臺底面，繞通過樁群形心的 x 、 y主軸的力矩； xi、xj、yi、yj分別為第 i、j基樁或復合基樁至 y、 x軸的距離。暫取承臺高度為， M與長邊方向（ x 軸方向）一致。樁按從左到右、從上到 下的順序分別記為 16 號樁。各樁頂荷載設計值如下：N1kN4k (9200+2××× 10)/6+(410+300 × ×/(4 ××N2k N5k (9200 +2××× 10)/6 =N3k N6k (

9、9200 +2××× 10)/6 - (410+300 × ×/(4 ××由計算結果可得：Nkmin => 0，基樁不受上拔力。Nkmax =< R ,基樁豎向承載力滿足要求。3. 計算基樁水平承載力 Rha 并驗算根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范規(guī)定，當缺少單樁水平靜載試驗資料時，可按下式估算樁身配筋率小于 %的灌注單樁水平承載力特征值：Rha0.75 mftW0 1.25 22 g 1mNftNAn3-3)為樁的水平變形系數(shù)，mb0 ，其中 m 為地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)；b0為樁身的計算寬度， 對于圓形樁， 當直徑

10、 d 1m時，b0 0.9 1.5d 0.5 ；EI 為樁身抗彎剛度， 對于鋼筋混凝土樁， EI 0.85EcI 0 ，Ec 為混凝土彈性模量，I 0為樁身換算截面慣性矩：圓形截面 I0 W0d0 / 2 ； W0為樁身換算截面受拉邊緣的截面模量，此處 W0dd2 2( E 1) gd02 ； d0為扣除保護層的樁直徑；32為鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值；g 為樁身配筋率； m 為樁截面模型塑性系數(shù)，圓形截面 m=2； ft 為樁身混凝土抗拉強度設計值；m 為樁身最大彎矩系數(shù)；N為樁頂豎向力影響系數(shù)，豎向壓力??； An 為樁身換算截面積，圓形截面 And2d 1 ( E 1) g； N為

11、在荷載效應標準組合下樁頂?shù)呢Q向力。4 ×6+×9+×13+× 15+×12+3×28+×25+× 25+×14+×37+2×14/= m4b0 ××+=若樁身采用 C30的混凝土，其彈性模量 Ec 為3 104 N / mm2 ，混凝土保護層 的厚度取為 60mm，采用 HRB335規(guī)格的鋼筋，其彈性模量 Es為2 105N / mm2 。d0 =800- 2× 60=680mm54E=(2 105) /(3 104) =當樁徑為 300-2000mm時，

12、樁身正截面的配筋率可取 %，暫取樁身配筋率 g為%。1 2 2 3 W0 0.8 0.82 2 6.67 1 0.58% 0.682m30 32I 0 ××=m44 5 2EI 0.85 3 104 0.01802 4.5951 105kN m216250 1.53 15 m 1459510C30混凝土的抗拉強度設計值 f t為。樁身最大彎矩系數(shù) m 可根據(jù) h 的值查表獲得， m 為。22An 0.25 0.82 1 5.67 0.58% m2所以基樁水平承載力 Rha 為：Rha=0.75 0.558 2 1.43 0.0530.9261.2522 0.58%0.5 1

13、6232 1.43 0.519樁群、土相互作用產生的（3-4）群樁基礎的基樁水平承載力特征值應考慮由承臺、群樁效應，可按下列公式確定：Rhh Rhair3-5)Pcbn1n2Rh(3-6)0.015n 2 0.45 Sa 0.015n 2 0.45d0.15n1 0.10n2 1.9(3-7)Pcc fak A nAps（3-8 ）式中 h 為群樁效應綜合系數(shù)； i 為樁的相互影響效應系數(shù)； r 為樁頂約束 效應系數(shù)； l 為承臺側向土水平抗力效應系數(shù) (承臺外圍回填土為松散狀態(tài)時取 l=0)； b為承臺底摩阻效應系數(shù)； Sa/d 為沿水平荷載方向的距徑比； n1、n2分 別為沿水平荷載方向與

14、垂直水平荷載方向每排樁中的樁數(shù)； 為承臺底與地基土 間的摩擦系數(shù)； Pc 為承臺底地基土分擔的豎向總荷載標準值。沿水平荷載方向的距徑比 Sa /d =。 沿水平荷載方向每排樁中的樁數(shù) n1 =3，垂直水平荷載方向每排樁中的樁數(shù) n2 =2。樁的相互影響效應系數(shù)3.1250.015 2 0.45i。i 0.15 3 0.1 2 1.9通過查表可得， r =。 承臺側向土水平抗力效應系數(shù) l =0。Pc 0.06 80 (6.6 4.1 6 0.503) 通過查表，可取承臺底與地基土間的摩擦系數(shù) 為 b (0.3 115.4) / (3 2 51.69)0.678 2.05 0 0.112由此可得

15、，群樁基礎的基樁水平承載力特征值為Rh 1.502 51.69H 300基樁水平力設計值 H k H 300 50kN，所以基樁水平承載力滿足要求。 n6四確定單樁配筋量由配筋率 g =%可得，單樁中縱向鋼筋的截面面積為：As g 1 d 2 0.58% 10.82 2915mm2s g 4 4根據(jù)灌注樁的配筋要求，選用 8 根 22 的 HRB335鋼筋，其截面面積為 3041mm2 ，滿足要求。樁頂縱向主筋應錨入承臺內，錨入長度取為 800mm。 根據(jù)混凝土結構設計規(guī)范 規(guī)定，柱及其他受壓構件中的周邊箍筋應做成 封閉式；其間距在綁扎骨架中不應大于 15d （ d 為縱筋最小直徑），且不應大

16、于 400mm，也不大于構件橫截面的短邊尺寸。箍筋直徑不應小于 d /4（d 為縱筋最 大直徑），且不應小于 6mm。根據(jù)箍筋的配置要求，箍筋選用 8 的 HPB235級鋼筋，采用間距為 200mm 的螺旋式箍筋。五承臺設計計算1. 承臺構造根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范 要求， 樁嵌入承臺內的長度對中等直徑樁不宜小 于 50mm，對大直徑樁不宜小于 100mm。承臺底面鋼筋的混凝土保護層厚度， 當有 混凝土墊層時，不應小于 50mm，無墊層時，不應小于 70mm，并不小于樁頭嵌入 承臺內的長度。取承臺高度為，樁頭嵌入承臺內的長度為 100mm，承臺底面鋼筋的混凝土保護層厚度取為 120mm。2. 抗剪

17、切計算按照建筑樁基技術規(guī)范 規(guī)定， 柱下獨立樁基承臺斜截面受剪承載力應按列規(guī)定計算：hs ft b0h05-1)1.7515-2)1/4800hsh05-3)式中V為不計承臺及其上土自重， 在荷載效應基本組合下， 斜截面的最大剪應力設計值； ft 為混凝土軸心抗拉強度設計值； b0為承臺計算截面處的計算寬度；h0 為承臺計算截面處的有效高度；為承臺剪切系數(shù)； 為計算截面的剪跨比，x ax / h0 ， y ay / h0 ，此處，ax 、ay 為柱邊（墻邊）或承臺臺階處至 y 、 x 方向計算一排樁的樁邊的水平距離；hs 為受剪切承載力截面高度影響系數(shù)。計算示意圖如下：有效高度 h0 =180

18、0-120=1680mm。1/4hs800 1/41680根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范規(guī)定，對于圓柱及圓樁，計算時應將其截面換算 成方柱及方樁，換算樁截面邊長 bp 0.8d 0.8 0.8 。柱邊至 y、 x方向計算一排樁的樁邊的水平距離：2500 850 640 505mm1250 640ax 25001555mm， ayx 2 2 y 計算截面的剪跨比：1555 ， 505x 1680 ， y 1680承臺剪切系數(shù)：1.75 1.75 ，1 0.926 11.75y11.750.301 1樁按從左到右、從上到下的順序分別記為 16 號樁。1）對于截面：V1 N1k N2k N3k 1718.5

19、1623.5 1528.5 =hs y ftb0xh0 0.831 1.345 1430 6.6 1.68 17722kN，所以滿足要求。2）對于截面：b0yV2 N1k N4k 1718.5 1718.5hs x ftb0yh0 0.831 0.909 1430 4.1 1.68 7440kN，所以滿足要求。3. 抗沖切計算按照建筑樁基技術規(guī)范規(guī)定，沖切破壞椎體應采用自柱（墻）邊或承臺 變階處至相應樁頂邊緣連線所構成的椎體， 椎體斜面與承臺底面之夾角不應小于 45°。椎體斜面與承臺底面之夾角arctan h0 arctan1680 °，所以夾角滿足要ax1555求。（1）

20、承臺受柱沖切的承載力計算 對于柱下矩形獨立承臺受柱沖切的承載力可按下列公式計算：Fl 2 0x bc a0y0y hc a0xhp fth0（5-4 ）FQiFl0.840.2（5-5）0（5-6）在荷載效應基本組合下作用于沖切破壞椎體式中 Fl 為不計承臺及其上土重，上的沖切力設計值； ft為承臺混凝土抗拉強度設計值； hp 為承臺受沖切承載力 截面高度影響系數(shù)，當 h800mm時， hp取， h 2000mm時， hp取，其間按線 性內插法取值； hc 、bc分別為 x、 y 方向的柱截面的邊長； 0為柱（墻）沖切系數(shù)； 為沖垮比，a0 / h0 ， a0為柱邊或承臺變階處到樁邊水平距離，

21、當<時，取 =，當 >時，取 =； F 為不計承臺及其上土重，在荷載效應基本組合 下柱（墻）底的豎向載荷設計值；Qi 為不計承臺及其上土重，在荷載效應基本組合下沖切破壞椎體內各基樁或復合基樁的反力設計值之和0x0.840.20.840.926 0.20.840yy 0.20.840.301 0.2根據(jù)線性插值法計算得到，hp因為沖切破壞椎體內無基樁，所以Qi =0沖切力設計值為：Fl FQi 9200 0 9200kN承臺受柱沖切的承載力為：0x bca0y0ya0xh0.917 1.43 16802 0.746 850 505 1.677 1250 1555 25179kN>

22、; Fl因此，承臺受柱沖切的承載力滿足要求。（2）承臺受基樁沖切的承載力計算 根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范規(guī)定，四樁以上（含四樁）承臺受角樁沖切的承 載力可按下列公式計算：Nl1x c2 a1y / 21y c1 a1x / 2 hp ft h0（5-7）0.561x1x0.25-8)0.561y1y 0.2（5-9）式中 Nl 為不計承臺及其上土重，在荷載效應基本組合作用下角樁（含復合 基樁）反力設計值； 1x 、 1y為角樁沖切系數(shù)； a1x、a1y 為從承臺底角樁頂內邊 緣引 45°沖切線與承臺頂面相交點至角樁內邊緣的水平距離，當柱（墻）邊或 承臺變階處位于該 45°線以內時

23、，則取由柱（墻）邊或承臺變階處與樁內邊緣 連線為沖切椎體的椎線； c1 、c2為角樁內邊緣到承臺外邊緣距離； h0 為承臺外邊 緣的有效高度； 1x、 1y為角樁沖垮比， 1x a1x / h0 ， 1y a1y / h0 ，其值均應滿 足的要求。a1x a0x 1555mm， a1y a0 y 505mm則角樁沖切系數(shù) 1x0.56 0.561x 0.2 0.926 0.21y0.56 0.56 =1y 0.2 0.301 0.2640 c1 c2 800 1120mm2不計承臺及其上土重，在荷載效應基本組合作用下角樁反力設計值最大值 為：l maxM Hh xmax 9200(410 300 1.8) 2.524 2.5 xi承臺受基樁沖切的承載力為：1x c2a1 y / 21 y c1a1x / 2h505 15550.497 (1