桩基础课程设计(预制桩)

   桩基础课程设计

姓    名：

学    号：

院    系：建 筑 工 程 系

专    业：土  木  工  程

     班    级：

一、设计题目

本次课程设计题目：预制桩基设计

二、设计荷载

(1)柱底荷载效应标准组合值如下：

轴荷载：Fk=1632kN    Mk=195 kN•m    Vk=86kN

轴荷载：Fk=1980kN    Mk=1 kN•m    Vk=93kN

轴荷载：Fk=1342kN    Mk=187 kN•m    Vk=96kN

（2）柱底荷载效应基本组合值如下：

轴荷载：F=2203.2 kN    M=263.3kN•m    V=116.1kN

轴荷载：F=2673 kN      M=221.4kN•m    V=125.5kN 

轴荷载：F=1811.7 kN    M=252.5kN•m    V=129.6kN

设计B轴柱下桩基，A,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。

三、设计资料、地层条件及其参数

某住宅楼，六层钢筋混凝土框架结构体系，建筑场地位于城郊建筑室内地面标高为±0.00，室外地面标高为- 0.15m地下水位位于地表以下3.3m，柱底标高-0.7m。

地基基础设计等级：乙级

工程地质条件：该建筑物地处二级阶地，土层分布、物理力学性质指标见下表

设计规范：建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）；

混凝土结构设计规范（GB 50010--2002）；

建筑桩基技术规范（JGJ 94--2008）。

建筑物基础设计方案采用混凝土预制桩，具体设计方案如下：室外地坪标高为- 0.15m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属乙级建筑基桩，拟采用截面为400mm*400mm的混凝土预制方桩，以6号土层草黄色粉质黏土为持力层，桩尖深入1.2m，设计桩长11.0m，初步设计承台高0.8m，承台底面埋置深度-1.50m，桩顶伸入承台50mm。

1、单桩承载力计算

根据以上设计，桩顶标高为-1.5m，装底标高为-12.6m，桩长11m。

（1） 单桩竖向极限承载力标准值

单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：

        Quk= Qsk+ Qpk = up∑qsikli+ Apqpk

由于

Qsk=4×0.4×（78×1.25+32×2+32×3.5+50

×4.0+78×0.25）=7kN

Qpk=0.4×0.4×2800=448kN

则

           Quk=7+448=1237kN

（2）基桩竖向承载力特征值 

本工程不考虑承台土效应，取ηc=0，则有

         R= Ra ===618.5kN

根据上部荷载初步估计粧数为

                    n= ==3.20

则设计桩数为4根。

2、桩基竖向承载力验算

根据建筑桩基技术规范（JGJ 94--2008），当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应的标准组合值。本工程不进行地震效应的承载力验算。

根据桩数及承台构造要求初步设计为矩形承台，取承台边长为2.4m×2.4m，矩形布桩，桩中心距取4d，则s=4×400=1600mm，取s=1600mm，桩心距承台边缘为400mm。

承台及其上填土的总重为

        Gk =2.4×2.4×1.5×20=172.8kN

计算时取荷载的标准组合，则

Nk ===538.2kN﹤R（=618.5kN）

Nkmax=Nk+=538.2+=538.2+74.5=612.7kN

Nkmin= Nk-=538.2-74.5=463.7kN

因此

Nkmax=612.7kN＜1.2R(=1.2×618.5=742.2kN)

Nkmin=463.7kN＞0

满足设计要求,故初步设计是合理的。

3、承台设计

     根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.4×2.4m，预估承台厚0.8m，承台混凝土选用C25，ƒt=1.27N/mm2，ƒc=11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，ƒy=300N/mm2. 

（1）承台内力计算

承台内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为

Nmax=+= =668.3+100.6=768.9kN 

Nmin=-=668.3-100.6=567.7kN

               ===668.3kN

（2）承台厚度及受冲切承载力验算

为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.8m，承台底保护层厚度50mm，则h0=800-60=740mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。

柱对承台冲切

   承台受桩冲切的承载力应满足下式：

              Fl≤2 [β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）]βhpƒth0

由于Fl = F-=2673-0=2673kN，则冲垮比为

                   λox===0.54

                   λoy===0.54

     冲切系数为

                Βox===1.135

           Βoy===1.135

2[β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）]βhpƒth0

=2×[1.135×（0.4+0.4）+1.135×（0.4+0.4）]×1×1270×0.74

=3413.4kN＞Fl（=2673kN）

故厚度为0.8m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。

角桩冲切验算

承台受角桩的承载力应满足下式：

         Nl≤{β1x（c2+）+β1y（c1+）}βhpƒth0

由于Nl=Nmax=768.9kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为

c1=c2=0.6m

a1x=0.4m

a1y=0.4m

λ1x===0.54

λ1y===0.54

β1x===0.575

β1x===0.575

           [β1x（c2+）+β1y（c1+）]βhpƒth0

            =1259.2kN＞Nmax（=768.9kN）

故厚度为0.8m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。

承台受剪承载力验算

承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I-I截面

λoy===0.54（介于0.25-3之间）

剪切系数为

α===1.136

受剪切承载力高度影响系数计算：由于h0<800mm,故取βha=1

I-I截面剪力为

              V=2Nmax=2×768.9=1537.8kN

则

       βhsαƒtb0h0=1×1.136×1.27×1000×2.4×0.74

=2562.3kN＞V=1537.8kN

故满足抗剪切要求。

承台受弯承载力计算

承台计算截面弯矩如下：

对于I-I截面，取基桩净反力最大值Nmax=768.9kN进行计算，则

         yi=800-200=600mm=0.6m

         Mx=∑Niyi=2×768.9×0.6=922.7 kN•m

         Asl===4618mm2

选用1520@160,平行y轴布置，实际钢筋As=4713mm2，满足要求。

   对于II-II截面，取基桩净反力平均值=668.3kN进行计算，则

            xi=800-200=600mm=0.6m

            My=∑Nixi=2×668.3×0.6=802 kN•m

            As2===4014 mm2

选用1618@150,平行x轴布置，实际钢筋As=4072mm2，满足要求。

承台构造设计

 混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.7m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共4φ12通长配筋，箍筋采用φ8@200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。

五、桩身结构设计

预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用HRB335级。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定：

             Nmax≤ψcƒcAps

                       Nmax=+

          =+

          =720.1+100.6

          =820.7kN

计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数φ=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数ψc=0.85；C30级混凝土，ƒc=14.3N/mm2，则

            ΦψcƒcA=1×0.85×14.3×103×0.42

                   =1944.8kN＞Nmax（=820.7kN）

故桩身轴向承载力满足要求。

六、桩身构造设计

桩身按构造要求配筋，选用814的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用φ6的HPB235级钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内间距50mm，距桩顶2-4m范围内间距100mm。采用打入法沉桩，桩顶设置三层φ6@50的钢筋网，层距为50mm，桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50mm，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。

七、吊装验算

由于桩的长度不大，桩身吊装时采用二点起吊，吊点位置如图所示。

起吊点距桩两端距离为                                                       

  a=0.207L=0.207×11=2.28m

 则吊起时桩身最大弯矩为

  Ml=0.0214kql2

=0.0214×1.3×（0.42×25）×112

    =13.46kN·m

   桩身配筋验算；混凝土采用C30级，钢筋采用HRB335级，则ƒc=14.3N/mm2，ƒy=300 N/mm2，由于b=400mm，h0=400-40=360mm，每边配3 14，As=461 mm2，则

         x===24.18mm

        Mu=α1ƒcbx(h0-)

         =1.0×14.3×400×24.18×(360-)

         =48.12×106N.mm

         =48.12kN.m

所以

                         Mu＞Ml

故桩身配筋满足吊装要求。

八、估算、轴线柱下桩数

1、桩数估算 

设计、轴线下的桩基础的方法和轴线下相同。单桩极限承载力标准值为1237kN，基桩竖向承载力特征值为618.5kN。

     轴柱下荷载标准组合值为Fk=1632kN  Mk=195 kN•m  Vk=86kN

根据轴荷载初步估算轴柱下桩数，

                   n===2.   取n=4

则轴下设计桩数为4根。

   轴柱下荷载标准组合值为F=1811.7 kN    M=252.5kN•m    V=129.6kN

根据轴下荷载初步估算轴柱下桩数，

                  n===2.17   取n=4

则轴下设计桩数为4根。

2、承台平面尺寸确定

      根据估算的桩数和承台构造要求，设计、轴线承台与轴线承台相同，承台边长为2.4m，桩中心距取1600mm，桩心与承台边缘距离400mm。

     、轴承台布置同轴。

九、桩基沉降验算

   对轴验算

   1、计算Po

        G=γGAd=20×2.4×2.4×1.5=172.8kN

       P===374kPa       σc =18×1.5=27kPa

       Po=P-σc=374-27=347kPa

   2、计算轴承台中心下附加应力σz ，确定沉降计算深度，如下表：

考虑相邻承台的影响，计算如下表：

  相邻A、C承台，以最不利相邻B承台代替计算，则

第8点：σz=9.716+2×8.238=26.372kPa

        σc=0.8×18+1.8×18+0.7×17.8+1.3×7.8+3.5×7+4

×8+(12.5-12.1+9.6) ×8.5

=210.9kPa

       0.2σc=42.18kPa>σz=26.372kPa

       计算深度满足要求。

 3、计算S,如下

因=7.8<10。查表ψ=1.2

nb===2

Sa/d=1.6/0.4=4     l/d=11/0.4=27.5    Bc/Lc=1

查表使用内插法，得

Co=0.059     C1=1.459    C2=6.4785

则

     Ψe= Co+=0.059+=0.185

S=ψΨes=1.2×0.185×119.75=26.58mm<200mm

满足要求。