中壓成套廠房混凝土灌注樁結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書

1、淺談混凝土灌注樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵詞：樁基、混凝土灌注樁、預(yù)制樁樁基是高層建筑、大型公共建筑及某些中型、重型工業(yè)廠房常用的地基處理方法，因其承載力高、沉降量小且沉降較均勻等特點(diǎn)，尤其適用于建筑在軟弱地基上的重型建（構(gòu)）筑物。因此，在沿海以及軟土地區(qū)，樁基應(yīng)用比較廣泛。實際工程中基礎(chǔ)部分往往在整個土建投資中占據(jù)了很大的比例，因而選擇合理的基礎(chǔ)形式，對節(jié)約工程造價、降低施工難度、加快工程進(jìn)度至關(guān)重要。樁基有預(yù)制樁和灌注樁之分。下面就以“天津三源電力科技產(chǎn)業(yè)園建設(shè)項目一期中壓成套廠房”為例詳細(xì)介紹一下混凝土灌注樁的設(shè)計。工程簡介：“天津三源電力科技產(chǎn)業(yè)園建設(shè)項目一期中壓成套廠房”工程天津市北辰科技產(chǎn)業(yè)園

2、區(qū)，高新大道與景祥路交匯處。平面尺寸為：橫向柱距9.00米，共159.00=135.00米，縱向324.00+218.00=108.00米，柱頂高度10.00米，每跨均設(shè)3t的電動單梁吊車一臺，軌頂7.200米。根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001），廠區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震加速度0.15g，設(shè)計地震分組為第一組。場地類別為類。地質(zhì)報告給出樁基設(shè)計參數(shù)：附表一層序號地層巖性頂板標(biāo)高（米）層厚（米）鉆孔灌注樁（標(biāo)準(zhǔn)值）qsik（kPa）qpk（kPa）1素填土2.621.750.502.30021粉質(zhì)粘土1.46 -0.371.904.003231粉土-1.14 -3.083.

3、506.504532淤泥質(zhì)粘土-5.65 -7.852.404.502241粉質(zhì)粘土-9.38 -10.702.003.303842粉質(zhì)粘土-12.11 -13.272.503.804251粉質(zhì)粘土-14.89 -16.482.305.504650052-1粉質(zhì)粘土-18.15 -20.096.009.105255052-2粉土-17.79 -21.115.508.5060850注：地質(zhì)報告建議32層淤泥質(zhì)粘土可降低承載力或者完全作為安全儲備。工程地質(zhì)局部剖面圖：樁基選型：根據(jù)勘察結(jié)果，結(jié)合擬建建筑物的類型及荷重，該廠區(qū)下存在淤泥質(zhì)粘土不宜采用天然地基，宜采用混凝土樁基進(jìn)行地基處理。又因廠區(qū)內(nèi)

4、樁端持力層51粉質(zhì)粘土層以上存在31粉土層，該層側(cè)壁摩阻力較大，目前天津地區(qū)沒有與此相匹配的打樁（壓樁）機(jī)械，若采用混凝土預(yù)制樁則會造成一定的沉樁困難。若采用52層作為擬建建筑物樁端持力層，其巖性在水平方向上變化較大，分布有52-1粉質(zhì)粘土層及52-2粉土層，采用預(yù)制樁不但會造成沉樁困難，還會發(fā)生壓樁后樁頂標(biāo)高變化較大，并且樁端土層52-1粉質(zhì)粘土層及52-2粉土層的樁端阻力相差較大，進(jìn)而單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值相差較大，故建議擬建建筑物選用鉆孔灌注樁。根據(jù)天津地區(qū)實際工程經(jīng)驗，鉆孔灌注樁的成孔直徑最小為600mm。綜上所述，本工程選用直徑為600mm的鉆孔灌注樁，樁端持力層為51粉質(zhì)粘土層，

5、且樁端進(jìn)入51粉質(zhì)粘土層的深度不小于兩倍的樁身直徑。結(jié)構(gòu)計算：1、單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值計算：根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范公式 (5.3.5)qsik樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li樁身進(jìn)入第i層土的土層厚度；樁截面周長；Ap樁截面面積；本工程0.000對應(yīng)于大沽高程3.000（絕對高程），短柱頂標(biāo)高-0.500，承臺底標(biāo)高-2.000，樁頂標(biāo)高-1.900（對應(yīng)大沽高程1.100）。計算過程如下：灌注樁承載力計算附表二0.00=大沽3.00樁截面600mm根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范5.3節(jié)經(jīng)驗參數(shù)法周長u(m)1.88m樁端面積Ap(m*m)0.28m2孔口編號qsik孔2孔

6、6土層各層底標(biāo)高liqsik*li各層底標(biāo)高liqsik*li樁頂1.101.10101.090.010.001.080.020.00232-2.013.1099.20-2.423.50112.003145-5.913.90175.50-6.323.90175.50320-10.014.100.00-9.923.600.004138-12.612.6098.80-12.923.00114.004242-15.412.80117.60-16.223.30138.6051461.201.2055.201.201.2055.20樁長（m）17.7118.521層樁端qpk500qsik*li546.

7、30qsik*li595.30Qpk=qpk*Ap(kN)141.30Qsk=uqsik*li (kN)1029.23QSK=uqsik*li (kN)1121.55單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=Qpk+Qsk1170.531262.85樁長（m）18.52m注：不考慮32層淤泥質(zhì)粘土的工程性，樁側(cè)阻力取為0。為方便施工，樁長統(tǒng)一取為19.00米，調(diào)整計算過程如下：灌注樁承載力計算附表三0.00=大沽3.00樁截面600mm根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范5.3節(jié)經(jīng)驗參數(shù)法周長u(m)1.88m樁端面積Ap(m*m)0.28m2孔口編號qsik孔2孔6土層各層底標(biāo)高liqsik*li各層底標(biāo)高liqsi

8、k*li樁頂1.101.10101.090.010.001.080.020.00232-2.013.1099.20-2.423.50112.003145-5.913.90175.50-6.323.90175.50320-10.014.100.00-9.923.600.004138-12.612.6098.80-12.923.00114.004242-15.412.80117.60-16.223.30138.6051462.492.4955.201.681.6855.20樁長（m）19.0019.001層樁端qpk500qsik*li546.30qsik*li595.30Qpk=qpk*Ap(k

9、N)141.30Qsk=uqsik*li (kN)1029.23QSK=uqsik*li (kN)1121.55單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=Qpk+Qsk1282.331304.44樁長（m）19.00m注：不考慮32層淤泥質(zhì)粘土的工程性，樁側(cè)阻力取為0。從上表計算結(jié)果分析，取單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1200（kN）。附表四單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值單樁豎向極限承載力特征值單樁豎向極限承載力設(shè)計值1200(kN)1200/2=600(kN)1200/1.65=727(kN)試樁最大壓力標(biāo)準(zhǔn)組合基本組合2、由柱底力計算的基樁凈反力上部結(jié)構(gòu)計算采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM/鋼結(jié)構(gòu)/門式

10、剛架模塊進(jìn)行單榀建模計算，得出邊柱（此處僅以邊柱為例說明）的柱底反力如下：柱底力標(biāo)準(zhǔn)組合（彎矩MkN.m軸力NkN剪力VkN）附表五1MmaxMmax=132.04N= 76.01V =34.592MminMmin= -198.79N=191.76V = -53.913NmaxM= -167.90Nmax=238.69V = -48.504NminM = 127.75Nmin= 75.46V =34.265VmaxM =132.04N=76.01Vmax= 34.596VminM =-198.79N =191.76Vmin=-53.91注：軸力N壓為正，彎矩M順時針為正，剪力V順時針為正。按建

11、筑樁基技術(shù)規(guī)范，樁距取3d（d為樁身直徑），邊距取d。承臺底標(biāo)高為-2.000，樁身混凝土強(qiáng)度為C30，fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2；主受力鋼筋為HRB335，箍筋為HPB235。承臺自重為：（0.62+1.8）1.22.0（基底標(biāo)高）20=144.00(kN),含基礎(chǔ)自重的柱底力標(biāo)準(zhǔn)組合（彎矩MkN.m軸力NkN剪力VkN）附表六1MmaxMmax=132.04F= 76.01+144.00=220.01V =34.592MminMmin= -198.79F=191.76+144.00=335.76V = -53.913FmaxM= -167.90Fmax=238.69

12、+144.00=382.69V = -48.504FminM = 127.75Fmin= 75.46+144.00=219.46V =34.265VmaxM =132.04F=76.01+144.00=220.01Vmax= 34.596VminM =-198.79F =191.76+144.00=335.76Vmin=-53.91注：軸力N壓為正，彎矩M順時針為正，剪力V順時針為正。計算簡圖：Mmax組合下：作用在承臺底部的彎矩：繞Y軸彎矩：M0y=MyVH = 132.0434.591.50 =183.93(kNm)基樁凈反力設(shè)計值：計算公式：建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ942008）（5.1

13、.12）N1= F/nM0yy1/yi2=220.01/2183.930.90/(20.92)= 212.19 (kN)N2= F/nM0yx2/yi2=220.01/2183.930.90/(20.92)= 7.83 (kN)Mmin組合下：作用在承臺底部的彎矩：繞Y軸彎矩：M0y=MyVH=198.79(53.91)1.50=279.66(kNm)基樁凈反力設(shè)計值：計算公式：建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ942008） （5.1.12）N1= F/nM0yy1/yi2=335.76/2(-279.66)0.90/(20.92)=12.51 (kN)N2= F/nM0yx2/yi2=335.76/

14、2(-279.66)0.90/(20.92)=323.25 (kN)Fmax組合下：作用在承臺底部的彎矩：繞Y軸彎矩：M0y=MyVH=167.90(48.50)1.50=240.65(kNm)基樁凈反力設(shè)計值：計算公式：建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ942008） （5.1.12）N1= F/nM0yy1/yi2=382.69/2(-240.65)0.90/(20.92)=57.66 (kN)N2= F/nM0yx2/yi2=382.69/2(-240.65)0.90/(20.92)=325.04 (kN)Fmin組合下：作用在承臺底部的彎矩：繞Y軸彎矩：M0y=MyVH=127.7534.261

15、.50=179.14(kNm)基樁凈反力設(shè)計值：計算公式：建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ942008） （5.1.12）N1= F/nM0yy1/yi2=219.46/2179.140.90/(20.92)=209.25 (kN)N2= F/nM0yx2/yi2=219.46/2179.140.90/(20.92)=10.21 (kN)由附表六分析得知，最大（最?。┘袅Σ黄鹂刂谱饔谩＞C合以上計算結(jié)果，可以得到：Nmax=325.04(kN)，Nmin=7.83 (kN)，可以看出基樁均為受壓樁，且基樁樁身的混凝土抗壓強(qiáng)度fcAp=14.33.146002/4=4041.18(kN) Nmax=325

16、.04 (kN)，故可按建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）第4.1.1條規(guī)定“1、當(dāng)樁身直徑為3002000mm時，正截面配筋率可取0.65%0.2%（小直徑樁取高值）；對受荷載特別大的樁、抗拔樁和嵌巖樁端承樁應(yīng)根據(jù)計算確定配筋率，并不小于上述規(guī)定值。4、箍筋應(yīng)采用螺旋式，直徑不應(yīng)小于6mm，間距宜為200300mm；受水平地震作用的樁基以及考慮主筋作用計算樁身受壓承載力時，樁頂以下5d范圍內(nèi)的箍筋應(yīng)加密，間距不應(yīng)大于100mm；當(dāng)鋼筋籠長度超過4m時，應(yīng)每隔2m設(shè)一道直徑不小于12mm的焊接加強(qiáng)箍筋”。根據(jù)以上原則，本工程樁身配筋均可按構(gòu)造要求設(shè)置，具體配筋如下：最小配筋面積As=Ap

17、0.2%=3.146002/40.2%=565.2mm2。實際配筋812（As=905 mm2），配筋長度為2/3的樁長，箍筋為8200，樁頂以下5d范圍內(nèi)箍筋加密為8100，且在樁身的配筋范圍內(nèi)，每隔2m設(shè)一道14的焊接加勁鋼筋?；炷帘Ｗo(hù)層厚度為50mm。結(jié)束語1、從附表三可以看出，孔2中側(cè)壁阻力占樁身總阻力的1029.23 /1282.33=80%，孔6中側(cè)壁阻力占樁身總阻力的1121.55 /1304.44=86%，由此可見，基樁的側(cè)壁阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于端阻力，故本工程的基樁為“端承摩擦型混凝土灌注樁”。2、從基樁凈反力的計算結(jié)果可以看出，基樁凈反力Nmin=7.83(kN)0，可見本工程的

18、基樁全部為受壓樁，且樁身的混凝土強(qiáng)度已滿足設(shè)計要求，故樁身的主筋僅需按建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）中要求的構(gòu)造配筋即可。若樁身混凝土強(qiáng)度不能滿足抗壓要求，則樁身的配筋需根據(jù)計算確定。讀到這里有些讀者會問“若出現(xiàn)抗拔樁，即Nmin0時，如何處理？”這里作者簡單談一談抗拔樁的設(shè)計問題：單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值計算。抗拔樁的單樁豎向極限承載力不計樁端的端阻力，以本工程為例，Quk=Qsk=min(1029.23、1121.55)=1029.23（kN），設(shè)計時取Quk=1000.00（kN）進(jìn)行設(shè)計。各項數(shù)據(jù)如下表：附表七單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值單樁豎向極限承載力特征值單樁豎向極限承載力設(shè)計值1000(kN)1000/2=500(kN)1000/1.65=606(kN)試樁最大壓力標(biāo)準(zhǔn)組合基本組合根據(jù)附表六計算基樁凈反力?；鶚秲舴戳Σ荒艽笥趩螛敦Q向極限承載力特征值，若計算的基樁凈反力大于單樁豎向極限承載力特征值，則可調(diào)整樁距直到滿足設(shè)計要求?；鶚兜呐浣睢？拱螛兜氖芰χ鹘顟?yīng)按基樁的凈反力及裂縫計算確定并通長配筋，且最大不得超過根據(jù)地質(zhì)報告計算的單樁豎向極限承載力。3、實際工程中樁型的選擇不僅要