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CFG桩计算书
目录
一、工程概况1
二、地基处理设计依据1
三、设计原则1
四、CFG桩设计计算过程2
4.1CFG桩复合地基承载力计算:
2
4.2沉降验算4
五.计算参数5
六.CFG桩计算书6
6.1CFG桩通用参数设计6
6.25#楼CFG桩复合地基设计6
一、工程概况
拟建建筑物由2#~5#楼、商业楼和地下车库组成。
2~5#楼地上10层,地下1层;商业楼地上1层、地下1层;均为框架—剪力墙结构;地下车库为地下1层,剪力墙结构。
基础底板均为筏板基础。
±0.00=25.5m。
2~5#楼基础底板标高-7.3m,槽底标高-7.48=18.02m,地下车库基础槽底标高-6.98=18.52m。
主楼(2#、3#、4#、5#楼)楼座核心区核重基底平均压力标准值为560KPa,其余(边缘区)范围基底平均压力标准值为230KPa。
根据北京市勘察设计研究院有限公司提供的《顺义区李桥镇商业金融(南侧)项目岩土工程勘察报告》(工程编号:
2010技010-2),主楼楼座基底座落在新近沉积的第2大层(②层)。
地基承载力标准值(fka)为170kPa不能满承载力要求,故需要进行地基处理。
主楼(2#、3#、4#、5#楼)范围内拟采用CFG桩复合地基,以满足承载力并保证差异沉降控制在允许范围。
CFG桩复合地基的要求如下:
主体结构产生的地基净反力标准值详平面,地基处理后的长期最大沉降量Smax≤50mm,倾斜变形许值可为0.0015。
车库及其他建筑单元采用天然地基。
二、地基处理设计依据
1.本工程车库结构(基础)图纸
2.《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)
3.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2008)
4.《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》(DBJ11-501-2009)
5.《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)
6.本工程《岩土工程地质勘察报告》(北京市勘察设计研究院有限公司)。
三、设计原则
CFG桩复合地基是由桩间土和桩共同承担荷载,综合桩长、桩径、桩间距、桩身强度、褥垫层厚度及材料等5个因素进行优化设计,在理论计算及基础上结合实际工程施工经验,得出最佳的设计。
本项目CFG桩设计计算流程如下图所示:
初定持力层
初选桩径、桩长
计算单桩承载力(公式一、二)
不同桩间距下复合地基承载力计算(公式三)
深宽修正复合地基承载力(公式四)
复合地基沉降量验算(公式五)
结束计算
CFG桩设计计算流程如下图
四、CFG桩设计计算过程
4.1CFG桩复合地基承载力计算:
1)根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2002(P41),计算单桩承载力标准值:
Ra=Rk/2………………………………(公式一)
因无单桩荷载试验资料,首先计算单桩竖向极限承载力Rk:
Rk=up×∑qsi×li+qp×Ap……………(公式二)
式中:
up—桩的周长(m)
li—第i层土的厚度(m)(查地勘报告取值)
Ap—桩的截面积(m2)
qsi—桩周第i层土的极限侧阻力标准值(kPa);(查地勘报告取值)
qp—桩端极限端阻力标准值(KPa);(查地勘报告取值)
2)根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2002(P40),计算复合地基承载力特征值fspk为:
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk……………(公式三)
式中:
m—面积置换率
Ap—桩的截面面积(m2)
fsk—处理后桩间土承载力特征值(KPa),此处取天然地基承载力标准值(查地勘报告取值,②层取170)
Ra—单桩承载力标准值(KN)(公式一)
β—桩间土承载力折减系数,取0.85(因天然地基承载力一般)
3)根据北京地区建筑地基基础勘察设计规范(DBJ11-501-2009)(第7.3.7条),深宽修正后的复合地基承载力标准值fa为:
fa=fspk+ηb*γ*(b-3)+ηd*γ0*(d-1.5)…………(公式四)
式中:
ηb—基础宽度的承载力修正系数(按表7.3.7采用,取0.3)
ηd—基础深度的承载力修正系数(按表7.3.7采用,取1.5)
b—基础底面宽度(m)(取6m)
d—基础埋置深度(m)
γ0、γ—基础底面以上和以下土的平均重度(KN/m2)
4)确定桩间距
选取桩间距,使fa>设计要求复合地基承载力特征值(核心区560KPa,边缘区230KPa),并符合规范要求(宜取3~5倍桩径)。
5)桩身强度计算
根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2002(P41),计算桩身强度fcu为:
fcu≥3Rk/Ap
根据计算选取桩身混凝土等级。
6)确定褥垫层厚度
根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2002(P40)9.2.3条原则选取褥垫层厚度。
4.2沉降验算
1)根据建筑地基基础设计规范GB50007(5.3.5条),依据复合模量法计算地基最终变形量s:
s=ψs*s’=ψs*∑(po/Esi*(zi*αi-zi-1*αi-1))…………(公式五)
式中:
s—地基最终变形量(㎜);
—按分层总和法计算出的地基变形量;
ψs—沉降计算经验系数;
n—地基变形计算深度范围内所划分的土层数;
po—对应于荷载效应准永久组合时基础底层处的附加压力(KPa);考虑到:
地下车库对临近建筑基础侧限有永久性削弱作用。
同时考虑最不利情况即:
车库回填严重滞后。
根据北京地区建筑地基基础勘察设计规范(DBJ11-501-2009)(第7.3.8条),考虑外围裙房或纯地下室基础宽度与主楼基础宽度比,将地下车库的平均荷载折算为土层厚度,取1.5m,作为基础埋深。
Esi—基础底面以下第i层土的压缩模量(Mpa);
其中,桩底以上土层模量应修正E=ξEsi
ξ—复合地基压缩量的提高倍数,ξ=fspk/fak
zi、zi-1—基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m);
αi、αi-1—基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。
2)地基变形计算深度验算
Δs’≤0.025∑Δsi’=0.025s’
式中:
Δsi’—在计算深度范围内,第i层土的计算变形值(㎜);
Δsn’—在有计算深度向上取厚度为Δz的土层计算变形值。
据表5.3.6,Δz取1m。
五.计算参数
查地勘报告,得土层参数如下:
土层参数
土层
压缩模量
(MPa)
重度
(KN/m3)
地基承载力标准值(KPa)
桩侧阻力标准值(KPa)
桩端阻力标准值(KPa)
1
11.8
20.4
/
/
/
11
/
/
/
/
/
2
17.5
/
170
45
/
21
5.3
19.8
100
45
/
22
9.8
19.9
130
40
/
23
10
/
130
35
/
24
3.3
19.1
90
35
/
3
22.5
/
220
55
/
31
8.4
20.1
170
50
/
32
15.8
20.3
200
55
/
33
4.6
18.9
130
45
/
4
30
/
300
65
800
41
9
19.7
180
55
/
42
5.4
18.8
150
45
/
43
20.5
19.1
200
55
/
5
19
20.4
220
60
700
51
11.4
20.1
200
55
600
52
9.8
18.7
160
45
500
53
35.6
20.5
260
60
800
54
40
/
300
60
1000
6
15.1
20.9
/
/
/
61
45
/
/
/
/
62
13.2
18.7
/
/
/
六.CFG桩计算书
6.1CFG桩通用参数设计
1)设计要求:
主楼承载力要求达到230KN/m2,核心区承载力要求达到560KN/m2,最终沉降量不大于5cm,倾斜变形许值可为0.0015。
2)计算通用数据:
1、±0.00标高为25.5m。
2、基础埋深为-7.3m,相当于绝对标高为18.2m,
3、褥垫层厚度为200mm,桩顶标高为17.82m
4、桩径取D=410mm(北京地区一般选取φ400~450之间)
5、桩身截面积为Ap=πr2=3.14×0.2052=0.132m2
6、桩身截面周长Up=πD=3.14×0.41=1.287m
7、土的重度γ0—近似取20KN/m3
8、槽底位于②层,②层地基承载力为170KN/m2
9、桩间土承载力折减系数β—取0.85
10、桩间距:
宜取3~5倍桩径,经试算满足设计要求的前提下,取大值。
11、基础宽度的承载力修正系数ηb—取0.3
12、基础深度的承载力修正系数ηd—取1.5
13、承载力修正时基础底面宽度b—取6m
14、基础底面以下土的平均重度γ—取10KN/m2
15、基础面积为35.4×35.4m2。
6.25#楼CFG桩复合地基设计
6.2.15#主楼位置(边缘区)
1、土层参数
根据17#勘察孔取值,该层具有代表性,并作为相对最不利地层考虑计算。
依据《地质勘察报告》,土层参数如下:
土层
土层厚度
Li(m)
桩侧阻力标准值qsik(KPa)
桩端阻力标准值qpk(KPa)
压缩模量
Es(MPa)
2
1.6
45
17.5
3
4.4
55
22.5
4
5.5
65
800
30
51
2.08
55
600
11.4
5
0.93
60
700
19
53
1
60
800
35.6
54
1.2
60
1000
40
6
16.1
15.1
2、CFG桩参数
根据土层分布,较好的持力层为④层,有效桩长取10.5m,桩端进入持力层的最小深度为4.5m,桩径0.41m,桩间距1.7m。
地面标高21.82m,水位标高19.62m。
基础埋深h=3.8m。
车库一侧等效土层埋深h’=7.3-6.8+1.5=2m。
3、单桩承载力计算
Rk=up×∑qsi×li+qp×Ap=1.287×[45×1.6+55×4.4+65×4.5]+800×0.132
=886.77KN
Ra=Rk/2=886.77/2=443KN
4、CFG桩复合地基承载力计算
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk=0.04568×443/0.132+0.85(1-0.04568)×170
=291.3Pa
其中:
m=Ap/1.72=0.132/2.89=0.04568
5、复合地基承载力特征值深宽修正后
fa=fspk+ηb*γ*(b-3)+ηd*γ0*(d-1.5)
=291.3+0.3×10×(6-3)+1.5×15.79×(3.80-1.5)
=355KPa≥230KPa满足承载力要求
6、桩身强度计算
fcu≥3Ra/Ap=3×443÷0.132=10066KPa=10.1MPa
CFG桩身混凝土强度选用C20
7、确定褥垫层厚度
选取褥垫层厚度:
200mm。
8、沉降计算
采用10.5m的CFG桩进行地基加固,置换率为0.04568。
复合地基压缩量的提高倍数ξ=fspk/fak=355/170=2.088
修正后土层压缩模量:
土层号
2
3
4
51
5
53
54
6
压缩模量(MPa)
17.5
22.5
30
11.4
19
35.6
40
15.1
修正后(MPa)
36.54
46.99
62.65
基础埋深(三面临车库,一面基坑边坡):
h=(3×2.0+1×3.8)/4=2.5m
基底附加压力:
po=230-h×γ0=230-2.5×20=180KPa
Δs’≤0.025∑Δsi’=0.025s’
压缩层厚度为基底以下32.82m。
压缩模量当量值Es=∑Ai/∑(Ai/Esi)=18.73MPa
沉降计算经验系数ψs=0.25。
(应该如何取值?
)
s=ψs*s’=ψs*∑(po/Esi*(zi*αi-zi-1*αi-1))
=0.25*{(180/36.54*(1.6*0.9985-0)+180/46.99*(6*0.990-1.6*0.9985)+180/62.65*(10.5*0.968-6*0.99)+180/30*(11.5*0.959-10.5*0.968)+180/11.4*(13.58*0.941-11.5*0.959)+180/19*(14.51*0.935-13.85*0.941)
+180/35.6*(15.51*0.928-14.51*0.935)+180/40*(16.71*0.911-15.51*0.928)+180/15.1*(32.82*0.726-16.71*0.911)
=46.88mm<50mm
满足沉降要求
6.2.25#主楼核心区
1、土层参数
根据16#勘察孔取值,依据《地质勘察报告》,土层参数如下:
土层
土层厚度
Li(m)
桩侧阻力标准值qsik(KPa)
桩端阻力标准值qpk(KPa)
压缩模量
Es(MPa)
2
2.21
45
17.5
3
3.8
55
22.5
4
5.4
65
800
30
51
2.2
55
600
11.4
5
0.9
60
700
19
53
1.0
60
800
35.6
54
1.2
60
1000
40
6
0.6
15.1
62
1.4
13.2
6
11.11
15.1
2、CFG桩参数
根据土层分布,较好的持力层为54层,有效桩长取16.5m,桩端进入持力层的最小深度为1m,桩径0.41m,桩间距1.35m。
地面标高21.81m,水位标高19.11m。
基础埋深h=3.79m。
3、单桩承载力计算
Rk=up×∑qsi×li+qp×Ap=1.287×[45×2.21+55×3.8+65×5.4+55×2.2+60×0.9+60×1+60×0.99]+1000×0.132
=1360.57KN
Ra=Rk/2=1360.57/2=680KN
4、CFG桩复合地基承载力计算
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk=0.0724×680/0.132+0.85(1-0.0724)×170
=507.3Pa
其中:
m=Ap/1.352=0.132/1.8225=0.0724
5、复合地基承载力特征值深宽修正后
fa=fspk+ηb*γ*(b-3)+ηd*γ0*(d-1.5)
=507.3+0.3×10×(6-3)+1.5×17.12×(3.79-1.5)
=575.1KPa≥560KPa满足承载力要求
6、桩身强度计算
fcu≥3Ra/Ap=3×680÷0.132=15454.5KPa=15.5MPa
CFG桩身混凝土强度选用C20
7、确定褥垫层厚度
选取褥垫层厚度:
200mm。
8、沉降计算
采用16.5m的CFG桩进行地基加固,置换率为0.0724。
复合地基压缩量的提高倍数ξ=fspk/fak=575.1/170=3.383
修正后土层压缩模量:
土层号
2
3
4
51
5
53
54
6
压缩模量(MPa)
17.5
22.5
30
11.4
19
35.6
40
15.1
修正后(MPa)
59.2
76.12
101.49
38.57
64.28
120.43
135.32
基础埋深:
h=3.79m
基底附加压力:
po=560-h×γ0=560-3.79×20=484.2KPa
Δs’≤0.025∑Δsi’=0.025s’
压缩层厚度为基底以下29.82m。
压缩模量当量值Es=∑Ai/∑(Ai/Esi)=43.02MPa
沉降计算经验系数ψs=0.2。
s=ψs*s’=ψs*∑(po/Esi*(zi*αi-zi-1*αi-1))
=0.2*{(484.2/59.2*(2.21*0.994-0)+484.2/76.12*(6.01*0.926-2.21*0.994)+484.2/101.49*(11.41*0.767-6.01*0.926)+484.2/38.57*(13.61*0.706-11.41*0.767)+484.2/64.28*(14.51*0.683-13.61*0.706)+484.2/120.43*(15.51*0.658-14.51*0.683)+484.2/135.32*(16.50*0.635-15.51*0.658)+484.2/40*(16.71*0.630-16.50*0.635)+484.2/15.1*(17.31*0.617-16.71*0.630)+484.2/13.2*(18.71*0.588-17.31*0.617)+484.2/15.1*(29.82*0.545-18.71*0.588)
=27.7mm<50mm
满足沉降要求,满足沉降差要求
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