基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

1、.基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)名稱：樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)姓名：文嘉毅班級： 051124學(xué)號： 20121002798指導(dǎo)老師：黃生根頁腳.樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)題高層框架結(jié)構(gòu)（二級建筑）的某柱截面尺寸為 1250 850mm ，該柱傳遞至基礎(chǔ)頂面的荷載為： F=9200kN ，M=410kN ? m ，H=300kN ，采用 6-8 根 800 的水下鉆灌注樁組成柱下獨(dú)立樁基礎(chǔ)， 設(shè)地面標(biāo)高為 0.00m ，承臺底標(biāo)高控制在 -2.00m ，地面以下各土層分布及設(shè)計(jì)參數(shù)見附表，試設(shè)計(jì)該柱下獨(dú)立樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)計(jì)算容：1.確定樁端持力層，計(jì)算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Q uk ；2.確定樁中心間距及承臺平面尺寸；3.計(jì)算復(fù)合基樁豎向承載

2、力特征值 Ra 及各樁頂荷載設(shè)計(jì)值 N ，驗(yàn)算基樁豎向承載力；計(jì)算基樁水平承載力 RHa 并驗(yàn)算；4.確定單樁配筋量；5.承臺設(shè)計(jì)計(jì)算；6.繪制樁基結(jié)構(gòu)圖。項(xiàng)濕液性壓縮承載力層鉆灌注樁樁基參數(shù)重隙指數(shù)模量特征值厚極限側(cè)極限端地基土水平抗阻力 阻 力目度比力系數(shù)的比例標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值eILEsfaK系數(shù)qsikq PKkN/m 3m(MN/m4)MPakPamkPakPa層粉土19.00.9026.0804.3236層粉細(xì)砂19.60.9006.51053.8209層細(xì)砂19.80.8607.81252.82813層粉土19.60.81010.51402.34015層 1 粉細(xì)砂19.70.857.

3、01154.42812層粉細(xì)砂19.70.77016.03.04885028層粉質(zhì)粘土19.80.6830.258.51602.56625層粉土19.80.75013.72.95825層粉質(zhì)粘土19.90.7160.466.11455.76014層 1粉砂20.00.77014.01900.85282037層粉質(zhì)粘土19.90.7160.466.11454.56071014層粉土20.40.70013.01953.56236層粉質(zhì)粘土19.90.7060.278.24.86828層細(xì)砂20.20.69022.022017.770150045頁腳.設(shè)計(jì)容一確定樁端持力層，計(jì)算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值

4、Quk1.確定樁端持力層及樁長根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知，樁的直徑d =800mm 。根據(jù)土層分布資料，選擇層厚為4.5m 的層粉質(zhì)粘土為樁端持力層。根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)的規(guī)定，樁端全斷面進(jìn)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(jìn)入持力層的深度為2m 。則樁長 l 為：l =4.3+3.8+2.8+2.3+4.4+3.0+2.5+2.9+5.7+0.8+2-2=32.5m 2.計(jì)算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值因?yàn)橹睆?800mm 的樁屬于大直徑樁，所以可根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值 Quk ：QukQsk Qpkusiqsiklip qpk Ap（1-1）其中樁

5、的長 u =d =2.513m ；樁端面積 Ap = d 2/ 4 =0.503 ；si 、p 為別為大直徑樁側(cè)阻、 端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)，si = 0.8/ d1/51/5=1 。=1 ， p = 0.8/ D根據(jù)所給土層及參數(shù)，計(jì)算Quk ：Quk =2.513 123 (4.3-2)+20 3.8+28 2.8+40 2.3+28 4.4+48 3.0+66 2.5+582.9+60 5.7+52 0.8+60 2+1 7100.503=3883.6kN確定單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk 后，再按下式計(jì)算單樁豎向承載力特征值：Ra1 Quk（1-2）K其中 K 為安全系數(shù)，取 K =2 。頁腳.

6、則 Ra =3883.6/2=1941.8kN。二確定樁中心間距及承臺平面尺寸樁數(shù) n =F/ Ra =9200/1941.8=4.7，所以暫取樁數(shù)為6 根。根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)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(yīng)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(yīng)小于 150mm 。取樁中心距 Sa 為 2.5m ，邊樁中心距承臺邊緣的距離取為0.8m 。則承臺長度 Lc =2 (2.5+0.8)=6.6m，承臺寬度 Bc =2 0.8+2.5=4.1m。承臺平面示意圖如下：三計(jì)算復(fù)合基樁豎向承載力特征值R 及各樁頂荷載設(shè)計(jì)值N ，驗(yàn)算頁腳.基樁豎向承載力；計(jì)

7、算基樁水平承載力Rha 并驗(yàn)算1.確定復(fù)合基樁豎向承載力特征值根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)中介紹的法，對于此類情況，應(yīng)按下式確定其復(fù)合基樁的豎向承載力特征值：R Rac f ak Ac（3-1）其中 c 為承臺效應(yīng)系數(shù)，可根據(jù)Sa / d 、 Bc / l 等參數(shù)查表得到。當(dāng)計(jì)算樁為非正形排列時(shí)， SaA / n ，A 為承臺計(jì)算域面積， n 為樁數(shù)。Sa6.6 4.1/ 6=2.124，Sa / d2.124 / 0.8=2.655，Bc / l4.1/ 32.5 =0.126 ，通過查表，可取 c 為 0.06 。fak 為承臺下 1/2 承臺寬度且不超過5m 深度圍地基承載力特征值的厚度加權(quán)平均值

8、，由資料可得，fak 為 80kPa。Ac 為計(jì)算基樁所對應(yīng)的承臺底凈面積， AcA nAps / n ， Aps 為樁身截面面積。則 Ac =(6.6 4.1-60.503)/6=4.007。則復(fù)合基樁的豎向承載力特征值R Ra c f ak Ac =1941.8+0.06 80 4.007=1961.1kN 2.確定各樁頂荷載設(shè)計(jì)值 N ，驗(yàn)算基樁豎向承載力根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)中介紹的法，各樁頂荷載設(shè)計(jì)值可由下式計(jì)算：FGMxkyM yk xikkiNikny j2x j2（ 3-2）式中 Fk 為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值， 對穩(wěn)定

9、的地下水位以下部分應(yīng)扣除水的浮力，此處頁腳.承臺上土的重度取為10kN/m 3； M xk 、 M yk 分別為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)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 、 y j 分別為第 i 、 j基樁或復(fù)合基樁至y 、 x 軸的距離。暫取承臺高度為1.8m， M 與長邊向（ x 軸向）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(shè)計(jì)值如下：N1kN 4 k(9200+2 6.6 4.1 10)/6+(410+300 1.8) 2.5/(4 2.5 2.5)=1718.5kNN2 kN5 k(9200+26.6 4.110)

10、/6=1623.5kNN 3kN6 k(9200+26.6 4.1 10)/6-(410+300 1.8) 2.5/(4 2.5 2.5)=1528.5kN由計(jì)算結(jié)果可得：N k min =1528.5kN 0 ，基樁不受上拔力。N k max =1718.5kN 1.2 R ,基樁豎向承載力滿足要求。3.計(jì)算基樁水平承載力Rha 并驗(yàn)算根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)規(guī)定，當(dāng)缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，可按下式估算樁身配筋率小于0.65% 的灌注單樁水平承載力特征值：Rha0.75m ftW0 1.25 22 g1N N（3-3）mm ft An為樁的水平變形系數(shù)，5mb0，其中 m 為地基土水平抗力系數(shù)

11、的比例EI系數(shù)；b0 為樁身的計(jì)算寬度， 對于圓形樁，當(dāng)直徑 d 1m 時(shí)，b00.9 1.5d 0.5 ；頁腳.EI 為樁身抗彎剛度， 對于鋼筋混凝土樁，EI0.85Ec I 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 I 0W0d0 / 2 ； W0 為樁身換算截面受拉邊緣的截面模量，此處 Wd d 22(E1)d02 ； d為扣除保護(hù)層的樁直徑；E032g0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 ； f t 為樁身混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；m 為樁身最大彎矩系數(shù)；N 為樁頂豎向力影響系數(shù)，豎向壓力取0.5

12、 ； An 為樁身換算截面積，圓形截面And 2(E1)g ； N 為在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下樁頂?shù)呢Q向力。14m (4.3-2) 6+3.8 9+2.8 13+2.3 15+4.4 12+3 28+2.5 25+2.9 25+5.7 14+0.8 37+2 14/32.5=16.25MN/m4b00.9 (1.50.8+0.5)=1.53m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(hù)層的厚度取為 60mm ，采用 HRB335 規(guī)格的鋼筋，其彈性模量 Es 為 2105 N / mm2 。d0 =800-2 60=680mmE= (2105)/

13、(3104 ) =6.67當(dāng)樁徑為 300-2000mm時(shí)，樁身正截面的配筋率可取 0.65%-0.2%，暫取樁身配筋率g 為 0.58% 。W01 0.80.822 6.67 10.58%0.6820. m332I 00.5 0. 0.68=0.01802m4EI0.85 31040.018024.5951105 kNm25 162501.530.558 m1459510頁腳.C30 混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft 為 1.43MPa 。樁身最大彎矩系數(shù)m 可根據(jù)h 的值查表獲得， m 為 0.926 。An 0.25 0.82 15.670.58% 0.519 m2所以基樁水平承載力Rha 為

14、：Rha = 0.75 0.558 21.430.053 1.25 22 0.58%10.516230.92621.430.519=51.69kN群樁基礎(chǔ)的基樁水平承載力特征值應(yīng)考慮由承臺、樁群、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng)，可按下列公式確定：Rhh Rha（3-4）hirlb（ 3-5）b（ 3-6）Pcn1n2 Rh0.015n 20.45Sadi0.15n10.10n21.9（3-7）Pcc f ak AnAps（3-8）式中h 為群樁效應(yīng)綜合系數(shù)；i 為樁的相互影響效應(yīng)系數(shù)；r 為樁頂約束效應(yīng)系數(shù)；l 為承臺側(cè)向土水平抗力效應(yīng)系數(shù) （承臺外圍回填土為松散狀態(tài)時(shí)取l =0 ）；b 為承臺底摩

15、阻效應(yīng)系數(shù)；Sa / d 為沿水平荷載向的距徑比；n1 、 n2 分別為沿水平荷載向與垂直水平荷載向每排樁中的樁數(shù)；為承臺底與地基土間的頁腳.摩擦系數(shù)； Pc 為承臺底地基土分擔(dān)的豎向總荷載標(biāo)準(zhǔn)值。沿水平荷載向的距徑比Sa / d =2.5/0.8=3.125。沿水平荷載向每排樁中的樁數(shù)n1 =3 ，垂直水平荷載向每排樁中的樁數(shù)n2 =2 。樁的相互影響效應(yīng)系數(shù)3.1250.01520.450.678 。i30.120.151.9通過查表可得， r =2.05 。承臺側(cè)向土水平抗力效應(yīng)系數(shù) l=0 。Pc 0.06 80 (6.6 4.16 0.503)115.4kN通過查表，可取承臺底與地基

16、土間的摩擦系數(shù)為 0.3。b (0.3 115.4) / (3 251.69)0.112h 0.678 2.05 0 0.112 1.502由此可得，群樁基礎(chǔ)的基樁水平承載力特征值為Rh 1.502 51.6977.6kN基樁水平力設(shè)計(jì)值H30077.6kN，所以基樁水平承載力滿H k50kNn6足要求。四確定單樁配筋量由配筋率g =0.58% 可得，單樁中縱向鋼筋的截面面積為：12122Asg 4d0.58%40.82915 mm根據(jù)灌注樁的配筋要求，選用8 根22的 HRB335鋼筋，其截面面積為頁腳.3041 mm2 ，滿足要求。樁頂縱向主筋應(yīng)錨入承臺，錨入長度取為800mm 。根據(jù)混凝

17、土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī) 規(guī)定，柱及其他受壓構(gòu)件中的邊箍筋應(yīng)做成封閉式；其間距在綁扎骨架中不應(yīng)大于15d （ d 為縱筋最小直徑） ，且不應(yīng)大于400mm ，也不大于構(gòu)件橫截面的短邊尺寸。箍筋直徑不應(yīng)小于d /4 （ d 為縱筋最大直徑），且不應(yīng)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(shè)計(jì)計(jì)算1.承臺構(gòu)造根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)要求，樁嵌入承臺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(hù)層厚度，當(dāng)有混凝土墊層時(shí)，不應(yīng)小于50mm ，無墊層時(shí)，不應(yīng)小于70mm ，并不小于樁頭嵌入承臺的長

18、度。取承臺高度為 1.8m，樁頭嵌入承臺的長度為100mm ，承臺底面鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度取為120mm 。2.抗剪切計(jì)算按照建筑樁基技術(shù)規(guī) 規(guī)定，柱下獨(dú)立樁基承臺斜截面受剪承載力應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：Vhsft b0 h0（5-1）1.75（5-2）1頁腳.1/4800）hs（5-3h0式中 V 為不計(jì)承臺及其上土自重， 在荷載效應(yīng)基本組合下， 斜截面的最大剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值； ft 為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；b0 為承臺計(jì)算截面處的計(jì)算寬度；h0 為承臺計(jì)算截面處的有效高度；為承臺剪切系數(shù)；為計(jì)算截面的剪跨比，xa/ h ，yay / h0，此處，ax、 ay 為柱邊（墻邊）或承臺臺階處至y 、

19、 x 向x0計(jì)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(jì)算示意圖如下：有效高度 h0 =1800-120=1680mm。1/4800hs0.8311680頁腳.根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)規(guī)定，對于圓柱及圓樁，計(jì)算時(shí)應(yīng)將其截面換算成柱及樁，換算樁截面邊長 bp0.8d0.8 0.80.64m 。柱邊至 y 、 x 向計(jì)算一排樁的樁邊的水平距離：ax 250012506401555mm ， ay2500 850640505mm222計(jì)算截面的剪跨比：x15550.926 ， y5050.30116801680承臺剪切系數(shù)：x1.751.750.909 ，1.751.751.345x

20、 10.9261y10.301y1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：b0x =6.6mV1N1kN 2 kN3k1718.51623.51528.5 =4870.5kNhsy f tb0 xh00.8311.3451430 6.61.68 17722kN 4870.5kN，所以滿足要求。（ 2）對于截面：b0 y4.1mV2N1kN 4k1718.5 1718.53437.0kNhsx ft b0 yh00.831 0.909 14304.1 1.68 7440kN 3437.0kN，所以滿足要求。3.抗沖切計(jì)算按照建筑樁基技術(shù)規(guī)規(guī)定，沖切破壞椎體應(yīng)采用自柱（墻

21、）邊或承臺變階處至相應(yīng)樁頂邊緣連線所構(gòu)成的椎體，椎體斜面與承臺底面之夾角不應(yīng)小于頁腳.45 。椎體斜面與承臺底面之夾角arctan h0arctan 168047.2 ，所以夾角滿ax1555足要求。（ 1）承臺受柱沖切的承載力計(jì)算對于柱下矩形獨(dú)立承臺受柱沖切的承載力可按下列公式計(jì)算：Fl20 xbca0 y0 yhca0xhp ft h0（5-4）FlFQi（ 5-5）0.840（5-6）0.2式中 Fl 為不計(jì)承臺及其上土重， 在荷載效應(yīng)基本組合下作用于沖切破壞椎體上的沖切力設(shè)計(jì)值；ft 為承臺混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；hp 為承臺受沖切承載力截面高度影響系數(shù)， 當(dāng) h 800mm 時(shí)，hp

22、取 1.0，h 2000mm 時(shí)， hp 取 0.9 ，其間按線性插法取值；hc 、bc 分別為 x 、 y 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，當(dāng) 0.25 時(shí)，取=0.25 ，當(dāng) 1.0 時(shí)，取=1.0 ； F 為不計(jì)承臺及其上土重，在荷載效應(yīng)基本組合下柱（墻）底的豎向載荷設(shè)計(jì)值；Qi 為不計(jì)承臺及其上土重，在荷載效應(yīng)基本組合下沖切破壞椎體各基樁或復(fù)合基樁的反力設(shè)計(jì)值之和。0.840.840.746 ，0.840.840 x0.926 0.20 y0.21.677x 0.2y0.301 0.2根據(jù)線性插值法計(jì)算得到，

23、hp =0.917 。因?yàn)闆_切破壞椎體無基樁，所以Qi =0 。頁腳.沖切力設(shè)計(jì)值為：FlFQi920009200kN承臺受柱沖切的承載力為：20 xbc a0 y0 yhc a0xhp ft h020.7468505051.6771250 15550.917 1.43 168025179kN 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(jì)算根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)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(jì)算：Nl1xc2a1 y / 21 yc1a1 x / 2hp f t h0（ 5-7）0.56（5-8）1x0.21x0.561y1y0.2（ 5-9

24、）式中 Nl 為不計(jì)承臺及其上土重，在荷載效應(yīng)基本組合作用下角樁（含復(fù)合基樁）反力設(shè)計(jì)值；1x 、1y 為角樁沖切系數(shù)； a1 x 、 a1 y 為從承臺底角樁頂邊緣引 45 沖切線與承臺頂面相交點(diǎn)至角樁邊緣的水平距離，當(dāng)柱（墻）邊或承臺變階處位于該 45 線以時(shí)，則取由柱（墻）邊或承臺變階處與樁邊緣連線為沖切椎體的椎線； c1 、c2 為角樁邊緣到承臺外邊緣距離； h0 為承臺外邊緣的有效高度； 1x 、 1 y 為角樁沖垮比，1xa1 x / h0 ， 1 ya1y / h0 ，其值均應(yīng)滿足 0.251.0頁腳.的要求。a1xa0 x1555mm ， a1ya0 y505mm1xx0.926 ， 1yy 0.301則角樁沖切系數(shù)0.560.560.4971x0.20.9261x0.20.560.56=1.1181y0.20.3011y0.2c1c26408001120mm2不計(jì)承臺及其上土重，在荷載效應(yīng)基本組合作用下角樁反力設(shè)計(jì)值最大值為：FM Hhxmax9200(410 300 1.8)2.5N l maxnxi264 2.521628.3kN承臺受基樁沖切的承載力為：1 x c2a1y / 21y c1a1x