基礎(chǔ)工程灌注樁課程設(shè)計(jì)

1、灌注樁基課程設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)題目本次課程設(shè)計(jì)的題目:灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)荷載(1 題號(hào):3號(hào)。(2 柱底荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值如下。 A 軸荷載:F k =1980kN Mk =229.2kN.M Vk =158.4kN B 軸荷載:F k =2460kN Mk =236.4kN.M Vk =169.2kN C 軸荷載 :F k =2172kN Mk =249.6kN.M Vk =144kN(3 柱底荷載效應(yīng)基本組合值如下。 A 軸荷載:F=2556kN M=252kN.M V=196.8kN B 軸荷載:F=3696kN M=253.2kN.M V=186kN C 軸荷載:F=2988kN M

2、=267.6kN.M V=180kN設(shè)計(jì) A 軸柱下樁基, B 、 C 軸柱下僅設(shè)計(jì)承臺(tái)尺寸和估算樁數(shù)。 3. 地層條件及其參數(shù)1 . 地形擬建建筑場(chǎng)地地勢(shì)平坦,局部堆有建筑垃圾。2 . 工程地質(zhì)條件自上而下土層依次如下: 號(hào)土層:素填土,厚度 1.5m ,稍濕,松散,承載力特征值 f ak =95kPa。 號(hào)土層:淤泥質(zhì)土,厚度 3.3m ,流塑,承載力特征值 f ak =65kPa。 號(hào)土層:粉砂,厚度 6.6m ,稍密,承載力特征值 f ak =110kPa。號(hào)土層:粉質(zhì)粘土,厚度 4.2m ,濕,可塑,承載力特征值 f ak =165kPa 號(hào)土層:粉砂層, 鉆孔未穿透, 中密 -密實(shí)

3、, 承載力特征值 f ak =280kPa。3 . 巖土設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)表 1 地基巖土物理力學(xué)參數(shù) 表 2 樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值 q sk 和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值 q pk4 . 水文地質(zhì)條件1. 擬建場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性。 2. 地下水位深度:位于地表下 3.5m 。5 . 場(chǎng)地條件建筑物所處場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度7度,場(chǎng)地內(nèi)無液化砂土,粉土 。4.灌注樁基設(shè)計(jì)建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案采用混凝土沉管灌注樁, 具體設(shè)計(jì)方案如下:室外地坪 標(biāo)高為 -0.45m, 自然地面標(biāo)高同室外地坪標(biāo)高。該建筑樁基屬丙級(jí)建筑樁基,擬 采用直徑 400mm 的混凝土沉管灌注樁, 以號(hào)土層粉質(zhì)粘土為持力層, 樁尖深入 深

4、入持力層 0.6m (對(duì)于砂土不小于 1.5d=750mm , 設(shè)計(jì)樁長(zhǎng) 15.0m ,預(yù)制樁尖長(zhǎng) 0.5m ,初步設(shè)計(jì)承臺(tái)高 0.95m ,承臺(tái)底面埋置深度 -1.60m ,樁頂伸入承臺(tái) 50mm 。1 . 單樁承載力計(jì)算根據(jù)以上設(shè)計(jì),樁頂標(biāo)高為 -1.6m ,樁底標(biāo)高為 -16.6m ,樁長(zhǎng) 15m 。 1. 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算: Quk = Qsk + Qpk = up q sik l i + Ap q pk由于Qsk =3.14×400×(0.35×22+3.328+6.645+4.260+0.675 =1090kN

5、 Qpk =kN 47124005. 014. 3412=則Quk =1090+471=1561kN2 . 基樁豎向承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算承臺(tái)底部地基土為較松軟的填土, 壓縮性大, 因此本工程不考慮承臺(tái)土效應(yīng)取c =0,則有R= Ra =KQ uk =21561=780.5kN根據(jù)上部荷載初步估計(jì)粧數(shù)為 n=ak R F =5. 7801980=2.5則設(shè)計(jì)粧數(shù)為 4根。3 . 樁基的驗(yàn)算根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范 (JGJ 94-2008 ,當(dāng)按單樁承載力特征值進(jìn) 行計(jì)算時(shí),荷載應(yīng)取其效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值。由于樁基所處場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈 度為 7度,且場(chǎng)地內(nèi)無可液化砂土,因此不進(jìn)行地震效應(yīng)的承載力驗(yàn)算。下面進(jìn)行

6、基樁豎向承載力的驗(yàn)算根據(jù)樁數(shù)設(shè)計(jì)矩形承臺(tái),邊長(zhǎng)為 2.75m ×2.75m ,矩形布樁,樁中心距 取 1.75m ,樁心距承臺(tái)邊緣為 500mm 。 (見圖 承 臺(tái) 1平 面 圖承臺(tái)及其上土壤的總重為Gk =2.75×2.75×1.6×20=242 kN 計(jì)算時(shí)取荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合,則 N k =nG F kk +=42421980+=555.5 kN R (=780.5 kNN kmax = Nk +2yMymax=555.50+108.48=663.98 KNN kmin = Nk -2yMymin=555.50-108.48=447.02 KN因此N

7、kmax =663.98 kN<1.2R(=1.2*780.5=936.6 kN N kmin =447.02 kN>0滿足設(shè)計(jì)要求 , 故初步設(shè)計(jì)是合理的4 . 承臺(tái)設(shè)計(jì)根據(jù)以上樁基設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求,承臺(tái)尺寸為 2.75m ×2.75m ,預(yù)估承臺(tái)厚0.95m ,承臺(tái)選用選用 C30,t =1.43N/mm2,c =14.3N/mm2;承臺(tái)鋼筋選用 HRB400級(jí)鋼筋,y =360N/mm2. 1. 承臺(tái)內(nèi)力計(jì)算承臺(tái)內(nèi)力計(jì)算采用荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值,則基樁凈反力設(shè)計(jì)值為6N /max =n F +2iiy y y M =42556+2875. 04875. 095. 08.

8、 196252+ (=639+125.4=764.4kNN /min =nF -2i iy y y M =42556-2875. 04875. 095. 08. 196252+ (=639-125.4=513.60kNN ' =nF =42556=639kN5 . 承臺(tái)厚度及受沖切承載力驗(yàn)算為防止承臺(tái)產(chǎn)生沖切破壞, 承臺(tái)應(yīng)具有一定厚度, 初步設(shè)計(jì)厚度 0.95m ,承臺(tái)底保護(hù)層厚度 50mm , 則 h 0=950-60=890mm。 分別對(duì)柱邊沖切和角樁沖切 進(jìn)行計(jì)算,以驗(yàn)算承臺(tái)厚度的合理性。由于基樁為圓形樁,計(jì)算時(shí)應(yīng)將截面換算成方樁,則換算方樁截面邊 寬為bp =0.8d=0.8&

9、#215;500=400mm上圖所示承臺(tái)計(jì)算簡(jiǎn)圖中的樁基即是換算后邊長(zhǎng)為 400mm 的方樁。6 . 柱對(duì)承臺(tái)沖切承臺(tái)受樁沖切的承載力應(yīng)滿足下式:Fl 20x (b c +aoy +oy (b c +aox hp t h 0由于 F l =F-i N =2556-0=2556kN,則沖垮比為 7ox =0ox h a =89. 0475. 0=0.534oy=0oy h a =89. 0475. 0=0.534沖切系數(shù)為 ox=2. 084. 0+ox=2. 0534. 084. 0+=1.14oy=2. 084. 0+oy=2. 0534. 084. 0+=1.1420x (b c +aoy

10、 +oy (b c +aox hp t h 0=2×1.14×(0.4+0.475 +1.14×(0.4+0.475 ×0.987×1430×0.89 =5012kN>F 1(=2556kN故厚度為 0.95m 的承臺(tái)能夠滿足柱對(duì)承臺(tái)的沖切要求 。7 . 角樁沖切驗(yàn)算承臺(tái)受角樁沖切的承載力應(yīng)滿足下式: Nl x1(c 2+21y +y1(c 1+21x hp t h 0由于 Ft= N/max =764.4kN,從角樁內(nèi)邊緣至承臺(tái)邊緣距離為c 1=c2=0.7ma1x =0.475m a1y =0.475m 1x=1x h a

11、=89. 0475. 0=0.5341y=y 1h a =89. 0475. 0=0.5341x =2. 056. 0x 1+=2. 0534. 056. 0+=0.7631x =2. 056. 0y 1+=2. 0534. 056. 0+=0.7631x (c 2+2a 1y +1y (c 1+2a 1x hp t h 08=0.763×(0.7+2475. 0+0.763×(0.7+2475. 0×0.987×1430×0.89=2355kN>N /max (=764.4kN故厚度為 0.95m 的承臺(tái)能夠滿足角樁對(duì)承臺(tái)的沖切要求。8

12、 . 承臺(tái)受剪承載力驗(yàn)算承臺(tái)剪切破壞發(fā)生在柱邊與樁邊連線所形成的斜截面處,對(duì)于 I-I 截面oy=0y h a =89. 00.475=0.534(介于 0.25-3之間剪切系數(shù)為=11.75+=1534. 01.75+=1.141受剪切承載力高度影響系數(shù)計(jì)算:974. 089080080025. 025. 00= = =h hsI-I 截面剪力為V=2×N /max =2×764.4=1528.8KN hst bh 0=0.974×1.141×1430×2.75×0.89=3889kN>V故滿足抗剪切要求。9 . 承臺(tái)受剪承載

13、力計(jì)算承臺(tái)計(jì)算截面彎矩如下。對(duì)于 I-I 截面,取基樁凈反力最大值 N /max=764.4KN進(jìn)行計(jì)算,Mx = N i y i =2×764.4×0.675=1031.94kN.m Asl =y x h 9. 0M f =8903609. 01094. 10316=3578.6mm2因此,承臺(tái)長(zhǎng)邊方向都選用 鋼筋 C 16150,鋼筋數(shù)為 n=2750/150+1=20 實(shí)際鋼筋 A s =20×201.1=4022 mm2,滿足要求對(duì)于 II-II 截面,取基樁凈反力平均值 N ' =639KN進(jìn)行計(jì)算9此時(shí)ho =950-80=870mm 則My

14、= N i X i =2×639×0.675=862.6kN.m As2=y y h 9. 0M f =8703609. 0106. 8626=3060.3mm2因此,承臺(tái)短邊方向選用 C 16170,鋼筋根數(shù)為n=2750/170+1=18,實(shí)際鋼筋 As=18×201.1=3619.8 mm2,滿足要求10承臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)混凝土樁樁頂伸入承臺(tái)長(zhǎng)度為 50mm ,兩承臺(tái)間設(shè)置連系梁,梁頂面標(biāo)高-0.65m ,與承臺(tái)平齊,根據(jù)構(gòu)造要求,梁寬 250mm ,梁高 400mm ,梁內(nèi)主筋上 下共 4C 12通長(zhǎng)配筋,箍筋采用 A 8200.承臺(tái)底做 100mm 厚 C10

15、混凝土墊層, 墊層挑出承臺(tái)邊緣 100mm 。5. 樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管灌注樁選用 C30混凝土,預(yù)制樁尖選用 C30混凝土,鋼筋選用 HRB400級(jí)。根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范 ,樁頂軸向壓力應(yīng)符合下列規(guī)定: Nmax c c A psN max =nG F +2iiy yy M =42422. 12556+2875. 04875. 095. 08. 196252+ (=711.6+125.42 =837.02kN計(jì)算樁基軸心抗壓強(qiáng)度時(shí),一般不考慮壓屈影響,故取穩(wěn)定系數(shù) =1;對(duì) 于擠土灌注樁,基樁施工工藝系數(shù) c =0.8; C30級(jí)混凝土,c =14.3N/mm2,則c c A=1×0.

16、8×14.3×103×25. 014. 34110=2245.1kN>N max (=837.02 kN 故樁身軸向承載力滿足要求。6. 樁身水平承載力驗(yàn)算由設(shè)計(jì)資料得柱底傳至承臺(tái)頂面的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 158.4KN ,每根樁基承受水平荷載為H ik = Hk /n=158.4/4=39.6KN樁身按構(gòu)造要求配筋,樁身配 612縱向鋼筋, A s =678.6 mm2,則樁身配筋率為%34. 050014. 3416. 6782=Asg滿足 0.2%0.65%之間的要求。對(duì)于配筋率小于 0.65%的灌注樁,單樁水平承載力特征值按下式計(jì)算:R ha 1(22

17、25. 175. 00Af N Wf ntmkNgM tm+=樁身為圓形截面,故 m=2,N=0.5由于5EIm =根據(jù)灌注樁周主要土層的類別,查表,取樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù) m=25m MN 4/圓形樁樁身的計(jì)算寬度為m d b125. 1 5. 05. 05. 1(9. 0 5. 05. 1(9. 0=+=+=根據(jù)I E cEI85. 0=2/d W I= EE csE/=基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì) 對(duì) C30 級(jí)混凝土，有 E 對(duì) HRB400 級(jí)鋼筋，有 c = 3 . 00 ´ 10 N / mm 4 2 = 3 . 00 MN / m 2 E s = 2 . 0 ´

18、 10 N / mm 5 2 = 2 . 0 MN / m 2 扣除保護(hù)層后的樁直徑為 d w o o = 0 . 5 - 0 . 05 = 0 . 45 m 2 = pd 32 d + 2( a E - 1 r d g 2 o = p ´ 0 .5 é 32 ù æ 2 . 0 ´ 10 5 ö 2 - 1 ÷ ´ 0 . 34 % ´ 0 . 45 ú ê 0 .5 + 2 ´ ç 4 ç ÷ è 3 . 0 ´ 10 &

19、#248; ë û 2 = 12 . 648 ´ 10 - 3 m 3 I o = w o d / 2 = 12 . 648 ´ 10 -3 ´ 0 . 5 / 2 = 3 . 162 ´ 10 4 -3 -3 m 4 EI = 0 . 85 E I c o = 0 . 85 ´ 3 . 00 ´ 10 ´ 3 . 162 ´ 10 = 80 . 631 MN .m 2 則 a = 5 m bo EI = 5 25 ´ 1 . 125 80 . 631 = 0 . 810 m 樁頂最大

20、彎矩系數(shù)n M 取值：由于樁的入土深度 h=15.0m，樁與承臺(tái)為固接， = 0 . 926 a h = 0 . 810 ´ 15 = 12 . 15 > 4 ，取 a h = 4 ，由表查得n = M 。 A k pd 4 2 n 1 + (a E -1r g ) = p4 ´ 0 .5 2 é ù æ 20 ö 2 ´ ê1 + ç - 1 ÷ ´ 0 . 34 % ú = 0 . 20 m 3 .0 è ø ë û N 取在

21、荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下樁頂?shù)淖钚∝Q向力（用該值計(jì)算所得單樁水平承載 力特征值最小） ，由前面計(jì)算得 N k = 447 . 02 kN ，則 R = ha = 0 . 75 a g n m M f W t （1 . 25 + 22 0 r ( 1 + g x N g f A N k m t n 11 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì) 0 . 75 ´ 0 . 810 ´ 2 ´ 1 . 43 ´ 10 ´ 12 . 648 ´ 10 6 -3 ´ (1 . 25 + 22 ´ 0 . 0034 ´ (1 + 0 . 5 ´ 447 . 02 ´ 10 6 3 0 . 926 2 ´ 1 . 43 ´ 10 ´ 0 . 20 = 43724 N = 43 . 7 kN > H ik ( = 39 . 6 kN 故樁身水平承載力滿足要求。 7.