预制桩基础课程设计副本.docx
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预制桩基础课程设计副本
目录
1.设计题目…………………………………………………………………………1
2.设计荷载…………………………………………………………………………1
3.地层条件及其参数………………………………………………………………1
1）.地形…………………………………………………………………………..1
2）.工程地质条件………………………………………………………………..1
3）.岩土设计技术参数…………………………………………………………..2
4）.水文地质条件………………………………………………………………..2
5）.场地条件……………………………………………………………………..2
6）.上部结构资料………………………………………………………………..2
4.预制桩基设计……………………………………………………………………3
1）.单桩承载力计算………………………………………………………………...3
2）.桩基竖向承载力特征值………………………………………………………...4
3）.桩基竖向承载力验算…………………………………………………………...4
4）.承台设计………………………………………………………………………...5
5）.承台厚度及受冲切承载力验算.................................…………………………..6
（1）.柱的向下冲切验算…………………………………………………………..6
（2）.角桩的冲切验算……………………………………………………………..6
6）.承台受剪承载力验算……………………………………………………….…..6
7）.承台受弯承载力计算…………………………………………………………...7
8）.承台构造设计…………………………………………………………………….7
9）.桩身结构设计…………………………………………………………………….7
10）.桩身构造设计……………………………………………………………….…..8
11）.吊装验算………………………………………………………………………...8
5.估算B.C轴线柱下桩数………………………………………………………....9
1）.桩数估算………………………………………………………………………...9
2）.承台平面尺寸确定……………………………………………………………...9
6.设计图纸………………………………………………………………………...10
7.参考文献………………………………………………………………………...10
基础工程课程设计
1.设计题目
本次课程实际题目：
框架结构桩基础设计
2.设计荷载
题号：
31号设计A轴柱下桩基，B,C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数
（1）柱底荷载效应标准组合值如下。
轴荷载：
Fk=1256kNMk=172kN.MVk=123kN
轴荷载：
Fk=1765kNMk=169kN.MVk=130kN
轴荷载：
Fk=1564kNMk=197kN.MVk=112kN
（3）柱底荷载效应基本组合值如下。
轴荷载：
F=1580kNM=198kN.MV=150kN
轴荷载：
F=2630kNM=205kN.MV=140kN
轴荷载：
F=1910kNM=241kN.MV=138kN
3.地层条件及其参数
1）.地形
拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。
2）.工程地质条件
自上而下土层依次如下：
1号土层：
素填土，厚度1.5m，稍湿，松散，承载力特征值fak=95kPa。
2号土层：
淤泥质土，厚度3.3m，流塑，承载力特征值fak=65kPa。
③号土层：
粉砂，厚度6.6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa。
④号土层：
粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa
⑤号土层：
粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa。
3）.岩土设计技术参数
表1地基岩土物理力学参数
土层编号
土的名称
孔隙比
e
含水量
W（%）
液性指数
Il
标准灌入锤击数
N（次）
压缩模量
Es
①
素填土
-
-
-
-
5.0
②
淤泥质土
1.04
62.4
1.08
-
3.8
③
粉砂
0.81
27.6
-
14
7.5
④
粉质粘土
0.79
31.2
0.74
-
9.2
⑤
粉砂层
0.58
-
-
31
16.8
表2桩的极限侧阻力标准值qsk
土层编号
土的名称
桩的侧阻力qsk
桩的端阻力qpk
①
素填土
22
-
②
淤泥质土
28
-
③
粉砂
45
-
④
粉质粘土
60
900
⑤
粉砂层
75
2400
4）.水文地质条件
1．拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。
2．地下水位深度：
位于地表下
5）.场地条件
建筑物所处场地抗震设防烈度７度，场地内无液化砂土，粉土。
6）.上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m，宽9.6m。
室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。
柱截面尺寸均为400×400，横向承重，柱网布置如图A所示。
４．预制桩基设计
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-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。
该建筑桩基属丙级建筑基桩，拟采用截面为400m*400m的混凝土预制方桩，以④号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入1.2m，设计桩长11.0m，初步设计承台高0.6m，承台底面埋置深度-1.60m，桩顶伸入承台50mm。
如图1所示：
1）.单桩承载力计算
根据以上设计，桩顶标高为-1.6m，桩底标高为-12.6m，桩长11m。
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×（1.5×22+3.3×28+6.6×45+1.2×60）=791.04kN
Qpk=0.4×0.4×900=144kN
则Quk=791.04+144=935.04kN
2）.桩基竖向承载力特征值
承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑成太土效应取ηc=0，则有
R=Ra=
=935.04/2=467.52kN
根据上部荷载初步估计粧数为n=
=1256/467.52=2.69
取设计桩数为4根。
3）.桩基竖向承载力验算
根据《建筑桩基技术规范》，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。
由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。
根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，取承台变长为2.0m×2.0m，矩形布桩，桩中心距取3.0d，则s=3×400=1200mm，取s=1200mm，桩心距承台边缘为400mm。
如图2所示:
承台及其上土壤的总重为Gk=2.0×2.0×1.6×20=128kN
计算时取荷载的标准组合，则
Qk=
=（1256+128）/4=346﹤R（=467.52）
Qkmax=Qk+
=346+（172+123×1.6）×0.6/（4×0.6×0.6）=346+153.67=499.67
Qkmin=Qk-
=346-153.67=192.33
因此
Qkmax=499.67＜1.2R（=1.2*467.52=561.024）
Qkmin=192.33＞0
满足设计要求,故初步设计是合理的。
4）.承台设计
根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸2.0×2.0m，预估承台厚0.6m，承台选用等级为C25的混凝土，混凝土的抗拉强度为ƒt=1.27N/mm2，抗压强度为ƒc=11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级钢筋，ƒy=300N/mm2.如图3所示：
3
承台内力计算：
承台的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
Qmax=
+
=3680/4+（371+233×1.6）×0.6/4×0.6×0.6=Qmin=
-
=1580/4-182.5=395-182.5=212.5kN
N=
=1580/4=395kN
5）.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0.6m，承台底保护层厚度80mm，则h0=600-80=520mm。
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。
（1）.柱的向下冲切验算
承台受桩冲切的承载力应满足下式：
Fl≤2{β0x（bc+aoy）+βoy（ac+aox）}βhpƒth0
式中：
aox=0.2λoy=aoy/h0=0.38β0x=0.84/（0.2+λox）=1.45aoy=0.2
λox=aox/h0=0.38β0y=0.84/（0.2+λox）=1.45bc=ac=0.4mβhp=1.0
2{β0x（bc+aoy）+βoy（bc+aox）}βhpƒth0
=2×{1.45×（0.4+0.2）+1.45×（0.4+0.2）}×1×1270×0.52
=2298.19kN＞Fl（=1580kN）
故厚度为0.6m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。
（2）.角桩的冲切验算
承台受角桩的承载力应满足下式：
N/≤{β1x（c2+
）+β1y（c1+
）}βhpƒth0
由于Nl=Nmax=577.5kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为
c1=c2=0.6ma1x=0.2ma1y=0.2mλ1x=
=0.2/0.52=0.38λ1y=
=0.38β1x=
=0.56/（0.38+0.2）=0.97β1y=
=0.97
抗冲切力={β1x（c2+
）+β1y（c1+
）}βhpƒth0=896.82kN＞N,max（=577.5kN）
故厚度为0.6m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。
6）.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，剪切力V必须不大于抗剪切力，即满足:
V≤βhsβƒtbh0,对于I-I截面：
A1x=0.2mλx=
=0.2/0.52=0.38β=1.75/λ+1=1.27
βhs=（800/h0）1/4=1.11b=2.0mV=2×577.5=1155kN
抗剪切力=1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>1155kN
故满足抗剪切要求。
对于II-II截面：
a1y=0.2mλy=0.2/0.52=0.38β=1.75/λ+1=1.27
βhs=（800/h0）1/4=1.11b=2.0mV=2×395=790kN
抗剪切力=1.11×1.27×1270×2.0×0.52=1861.93kN>790kN
故满足抗剪切要求。
7）.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N/max=577.5进行计算，则
xi=600-200=400mm=0.4mMy=∑Nixi=2×577.5×0.4=462kN.mAsl=
=462×106/（0.9×300×520）=3291mm2
因此，承台x轴方向选用二级钢筋18@145，钢筋数为n=2000/145+1=14
取，14Φ18@145实际钢筋As=3562mm2，满足要求。
对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=395进行计算，此时
xi=600-200=400mm=0.4m
则Mx=∑Niyi=2×395×0.4=316kN.m
As=
=316×106/（0.9×300×520）=2251mm2
因此，承台y轴方向选用12二级直径16@180，钢筋根数为n=2000/180+1=12，
取12根二级直径16@180，实际钢筋As=2412mm2，满足要求。
8）.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-0.8m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共四根一级钢筋直径12通长配筋，箍筋采用一级钢筋直径为8间距为200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。
9）.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》，桩顶轴向压力应符合下列规定：
Nmax≤φψcƒcaps
Nmax=
+
=（1580+128）/4+（198+150×1.6）×0.2/4×0.22=427+547.5=974.5KN
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=1×0.85×14.3×106×0.42
=1944.8kN＞Nmax（=974.5kN）
故桩身轴向承载力满足要求。
10）.桩身构造设计
了桩身按构造要求配筋，选用8根直径为14的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用直径为6的HPB300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，桩顶设置三层直径为6，间距为50mm的钢筋网，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。
11）.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4所示。
起吊点距桩两端距离为
a=0.207L=0.207×11=2.277m
则吊起时桩身最大弯矩为
Ml=0.0214kql2=0.0214×1.2×（0.42×25）×112=12.43kN.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=300N/mm2，由于b=400mm，h0=400-40=360mm，每边配3根直径为14的二级钢筋,As=461N/mm2，则
X=fyAS/α1ƒcb=（300×461）/（1.0×14.3×400）=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。
5.估算B.C轴线柱下粧数
1）.桩数估算
设计BC轴线下的桩基础的方法和A轴线下相同。
单桩极限承载力标准值为935.04KN，基桩竖向承载力特征值为467.52KN.
轴柱下荷载标准组合值为Fk=1765kNMk=169kNVk=130kN
根据
轴下荷载初步估算
轴柱下根数，
n=
=1765/467.52=3.8取n=4
则
轴下设计桩数为4根。
轴柱下荷载标准组合值为Fk=1564kNMk=197kNVk=112kN
根据
轴下荷载初步估算
轴柱下根数，
n=
=1564/467.52=3.3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
轴线承台平面尺寸为2.8m×2.8m，庄中心距取2000mm，桩心与承台边缘距离400mm。
根据粧数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台，设计
轴线承台变长为3.2m×3.2m，矩形布桩，桩中心距取2400，桩心距承台边缘为400mm。
如图5所示：
6.设计图纸
根据以上计算，可绘制出承台平面图与剖面图、桩基平面布置图和桩基大样图，见附录1所示。
7.参考文献
（1）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），中国建筑工业出版社，2002.
（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）,中国建筑工业出版社，2002.
（3）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）,中国建筑工业出版社，2008.
（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）,中国建筑工业出版社，2002.
（5）周景星李广信虞石民王洪瑾编著.基础工程.第2版【M】.北京：
清华大学出版社，2007.
（6）张忠苗主编.桩基工程.第一版【M】.北京:
中国建筑工业出版社，2007.
发出任务书日期：
年月日指导教师签名：
计划完成日期：
年月日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
附录1:
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