桩基础设计.docx
- 文档编号:26388120
- 上传时间:2023-06-18
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:74.19KB
桩基础设计.docx
《桩基础设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《桩基础设计.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
桩基础设计
桩基础设计
一、选择桩的类型及几何尺寸
1.桩的类型
选用表1中A组数据作为计算数据,则有:
基本组合:
竖向力F=8000KN弯矩M=700KN·m水平力F’=800KN
标志组合:
竖向力Fk=6640KN弯矩Mk=560KN·m
由表2可知,最上部的地层为杂填土,不宜作为持力层,若采用方形浅基础,可以选择粉质粘土层作为持力层,假设基础埋深d=2.5m,且仅考虑竖向荷载的作用(标准组合)Fk=8000kN,由计算结果可知,采用浅基础所需的基础尺寸>6*6m2,大于两桩之间的间距,显然不适用于此法。
可采用深基础方案,选用钢筋混凝土预制桩,该场地位于西南某城市东郊,交通较便利,打入桩时噪音对人们的生活影响较小,且由顶层往下35m没有坚硬土层,有利于桩入土。
故综合上诉考虑,根据建筑物荷载特征和场地工程地质条件与环境条件,该工程适合采用深基础,初步确定采用用钢筋混凝土预制桩基。
2.桩尺寸的初步确定
根据所给资料选择桩的类型为打入式预制桩,截面尺寸选400×400mm,选择第四层黄褐色粉土夹粉质粘土层为桩端持力层。
桩长全截面进入持力层的厚度不小于2d(d为桩径),此处取3000mm>2d=800mm;
桩尖伸入承台的长度不小于50mm,此处取60mm;
桩尖的锥尖长度为(1.3~1.5)b(b为桩的边长),取1.4b=1.4×400=560mm。
设承台埋深为2.5m;故桩身计算长度为:
1500mm+3500mm+6500mm+3000mm=12000mm;
桩身总长度为:
12500mm+560mm+60=12620mm,近似取13m。
二、确定单桩竖向承载力
由静力触探试验确定混凝土预制桩单桩竖向承载力标准值,按下式计算:
Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+αqskAp
=4×0.4×(70×5.5+50×3.5+80×3)+2500×0.4×0.4
=1680kN
故单桩竖向承载力特征值为:
Ra=Quk/2=840KN
三、确定桩数及平面布置
1.桩的根数
对于建筑物桩基础的桩数进行初步估计时,先不考虑承台土效应,可按下述方法初步估算桩数。
考虑偏心作用的影响,可将轴心作用计算的桩数乘以增大系数ξ,桩数n可按下式估算:
n=ξ(Fk+Gk)/Ra
由于布桩未定,所以Gk亦不能确定,先按n=ξ(Fk+Gk)/Ra初步确定桩数,然后按2,3布桩,确定承台尺寸,再按n=ξ确定桩数,经过调整后可初步确定桩数:
n=1.1×((6640+5.88.2×4.2×2.5×2.0))/840=10.29,取n=12(根);
2.桩的中心距
桩的间距(中心距)一般采用3~4倍桩径。
此处取4倍桩径(4×400=1600mm)。
3.桩的平面布置及承台尺寸确定
对于柱下桩基平台,桩在平面内可以布置成方形,结合初步估算的桩的根数(12根),桩布置平面如图所示
根据承台的构造要求,边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或变长,且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm,此处取300mm,则承台边长尺寸:
lc=5.8m,Bc=4.6m
承台埋深2.5m,预设承台高1m,钢筋保护层按有垫层考虑,取60mm,则承台有效高度h0=0.94m。
四、基桩竖向承载力验算
基桩竖向承载力取淡妆书香特征值,因而基桩竖向承载力:
R=1100.8kN。
桩顶作用效应计算
1.计算基桩平均竖向力
Nk=(Fk+Gk)/n=(4640+4.6×4.6×2.5×20)/9=654.83KN
2.计算基桩最大竖向应力
根据弯矩和剪力的方向可判断桩4,8,12的竖向作用力最大,桩1,5,10竖向作用力最小,则
Nkmax=N4K=N8K=N12K=(Fk+Gk)/n+MX4/ξX4×X4=654.83+560×2.4/(0.8×0.8×6+2.4×2.4×6)
=689.83KN
3.验算
Nk=654.83kN Nkmax=689.83<1.2R=1008kN 竖向承载力满足要求。 五、桩基沉降验算 对于桩中心距Sa小于或等于6倍桩径的桩基,其最终沉降量可以采用等效作用分层总和法。 等效作用面位于桩端平面,等效作用面积为桩承台投影面积,等效作用附加应力近似取承台底平均附加应力。 等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。 矩形桩基内任意点的最终沉降量可用角点法按下式计算: s=ψ×ψe×s'=ψ×ψe×(5-1) 承台底附加应力: p0=F+G/lc×Bc-rmd=-8000+5.8×4.2×2.5×20/5.8×4.2-17.86×2.5=333.76kPa 矩形承台长宽比: lc/Bc=1.38 1.确定沉降计算深度 地基沉降计算深度按应力比法确定,处的附加应力与土的自重应力应满足: <0.2 沉降计算深度核算见下表1 表1 由表计算结果可知,计算至桩尖全截面下6.5m处满足附加应力与土的自重应力之比 =0.199<0.2,满足条件。 2.用等效作用分层总和法计算的沉降量s'见下表2 表2 3.桩基等效沉降系数的确定 桩基等效沉降系数按下式确定 查表得: 桩基等效沉降系数: ψe=C0+nb-1/(C1(nb-1)+C0)=0.075+(3-1)/(1.302×(3-1)+6.486)=0.295 查表得: ψ=0.9; 故S=ψ×ψe×s' =ψ×ψe×s' =0.9×0.295×86.777 =23.04mm<[s]=200mm(满足要求)。 六、软弱下卧层验算 该基础设计时Sa/d=4≤6,对于此类群桩基础,要使软弱下卧层不发生剪切破坏,要满足: σc+γm≤faz 传至软弱下卧层顶面的附加应力为: σz=[(Fk+Gk)-3/2(A0+B0)×∑qsikli]/[(A0+2t×tanθ)(B0+2t×tanθ)] 式中: σz软弱下卧层顶面的附加应力; Fk作用于承台顶面的竖向力标准值; Gk承台及其上土重及等效实体基础重标准值(kN); A0、B0桩群外边缘矩形底面的长、短边边长; qsik、li桩周第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)及相应的土层厚度; γm软弱土层顶面各土层重度按厚度加权平均值; t桩端平面至软弱层顶面的距离(m); z地面至软弱层顶面的深度(m); faz软弱下卧层处经深度修正的地基承载力特征值(kPa); θ桩端硬持力层压力扩散角,查表取值。 上诉各参数取值如下: Fk=6640kN;Gk=20×5.8×4.2×2.5=1218kN;A0=5.8m;B0=4.2m; γm=(17.5×1.5+18.4×6.5+17.8×3.5+19.1×12.5)/24=18.6kN/m; 第二层粉质粘土层 =70kPa,l1=5.0m;第三层淤泥质粘土层 =52kPa,l2=3.5m;第四层黄褐色粉土夹粉质粘土层 =55KPa,l3=3m; t=8.5m; z=24m;z/b=24/4.2=5.71; Es1/Es2=15/2=7.5,查表θ=27.5°。 所以 σz=[(Fk+Gk)-3/2(A0+B0)×∑qsikli]/[(A0+2t×tanθ)(B0+2t×tanθ)] =[(6640+1218)-3/2(5.8+4.2)×(70×5.0+52×3.5+40×3)]/[(5.8+2×8.5×tan27.5°)(4.2+2×8.5×tan27.5°)] =37.3kPa σz+γm×z=77.43+18.6×18=412.23kPa 对软弱下卧层进行深度修正: 对于淤泥质土层 查表可知ηb=0,ηd=1.0; faz=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5) =68+0+1.0×18.6×(24-0.5) =505.1kPa 所以σz+γm×z=312.23kPa≤faz=505.1kPa,故软弱下卧层承载力验算满足要求。 七、桩身截面设计 桩身材料: 桩身混凝土强度等级采用C30,=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2,受力钢筋选HRB335,fy=fy'=300N/mm2,箍筋采用HPB300,fy=fy'=270N/mm2。 1.桩身混凝土强度验算 桩身混凝土强度应满足竖向荷载作用要求,不计桩身纵向钢筋钢筋的抗压作用,需满足: N<ψ×Ap×fc×ψc 一般取,对于预制桩ψc=0.85,N取桩4,8,12号桩的竖向承载力Nmax=689.83kN。 Aps=400×400=160000mm2, Aps×fc×ψc=160000×14.3×0.85=1944.8kN>Nmax=689.83kN(满足要求) 2.桩身起吊验算 2.1两点起吊 桩总长13m(近似),采用两点吊立的强度进行桩身配筋设计时,吊立位置在距桩顶、桩端平面处a=0.207l,考虑起吊时的震动与冲击,取动力系数k=1.5,恒荷载分项系数γ=1.2,考虑到桩堆放的台座吸力,取台座吸力q1=2.8kN/m2; 则桩身单位长度重力 q=(1.5×0.42×25×1.2+0.4×2.8)kN/m=8.32kN/m 故起吊时桩身最大弯矩 M1=0.0214ql2=0.0214×8.32×132=30.09kN·m 2.2单点起吊 桩在用两点平吊至预定桩位时,需采用单点吊立就位。 根据吊立处负弯矩与较长弯矩相等原则,可确定出吊点位置距桩末端距离 a=0.293l=0.293×13=3.8m; M2=qa2=8.32×3.82=120.14kN·m 故经计算最大负弯矩M2=120.14kN·m,应对其进行配筋计算。 As=M2/0.95fyh0 =120.14/(0.95×270×0.94)=497.7mm2≤400×400×0.008=1280mm 所以应该按最小配筋率配筋,查表选取3ø25,实配As=1473mm2(满足要求)。 根据构造要求,且为了防止堆放和起吊时位置颠倒与混淆,其他两边也配置相同数量钢筋。 桩身截面配筋图如下,桩身结构见桩身施工图。 3.锤基应力验算 沉桩时,桩身会遭受锤击应力的作用,锤击应力包括锤击压应力与拉应力。 锤击压应力按下列公式计算: 根据桩穿越土层情况和桩的类型,采用自由落锤,α=1.0,e=0.6 桩重25×0.4×0.4×10=5.2t,一般自由落锤锤重为桩重0.35~1.5倍,故可取锤重5.5t; 锤的实际断面面积AH=0.6×0.6=0.36mm2,EH取200GPa,γH取78kN/m3; 桩垫选择松木,实际断面面积Ac=0.5×0.5=0.25mm2,Ec取10GPa,γc取5kN/m3; 落锤高度取2m;桩的实际断面面积A=0.4×0.4=0.16mm2; 桩为C30砼,取E=30GPa,γp取25kN/m3; <=14.3MPa(满足要求) 八、承台设计 承台材料: 混凝土为C30,fc=14.3kN/mm2,ft=1.43KN/mm2; 受力筋采用HRB335级,fy=fy'=300N/mm2;箍筋采用HPB300,fy=fy'=270N/mm2; 钢筋按有保护层考虑,取60mm;承台高度预设1m,则承台的有效高度取h0=940mm。 柱下独立桩基承台应满足受冲切,受剪,受弯承载力要求。 1.受冲切计算 1.1受柱冲切 柱冲切示意图 冲切锥内有柱,冲切力Fl=F- =8000KN 冲切比与系数的计算: bc=800mm;a0y=1000mm;hc=800mm;a0x=200mm; ƛ0x=a0x/h0=0.2/0.94=0.21,取ƛ0x=0.25; ß0x=0.56/(ƛ0x+0,2)=1.87; ƛ0y=a0y/h0=1000/940=1.06;ß0y=0.84/(ƛ0y+0,2)=0.67; 2(ß0x(bc+a0y)+ß0y(hc+a0x)=10850.38KN>Fl=8000KN 故满足要求。 1.2角桩冲切 角桩冲切计算示意图 从角桩內柱边缘至承台外边缘距离为; bc=800mm;C2=700mm;a1y=1000mm;C1=700mm;hc=800mm;a1x=1000mm; ƛ1x=a1x/h0=1000/940=1.06; ß1x=0.56/(ƛ1x+0.2)=0.45; ƛ1y=a1y/h0=1000/940=1.06; ß1Y=0.56/(ƛ1Y+0.2)=0.45 Nl取最大桩角的反力设计值,4、12号的反力设计值 Nl=Nkmax=(Fk+Gk)/n+MX4/ξX4×X4=654.83+560×2.4/(0.8×0.8×6+2.4×2.4×6) =689.83KN (ß1x(C1+a1y/2)+ß1y(hc+a1x/2)h0ft=1451.74>Nl=689.83KN(满足要求)。 2.受剪切计算 各根桩竖向力设计值: N1=N5=N9=(Fk+Gk)/n-MXi/ξXi×Xi=553.33-35=518.33KN; N2=N6=N10=(Fk+Gk)/n-MXi/ξXi×Xi=553.33-11.67=541.66KN; N3=N7=N11=(Fk+Gk)/n+MXi/ξXi×Xi=553.33+11.67=565KN; N4=N8=N12=(Fk+Gk)/n+MXi/ξXi×Xi=553.33+35=588.33KN; 对于y方向斜截面 ƛy=ay/h0=1000/940=1.06 故剪切系数: α=1.75/(ƛy+1)=0.85; ßhs=0.96 V=N1+N2+N3+N4=518.33+541.66+565+588.33=2213.32KN; ßhsh0ftαb0y=0.96×0.85×1430×4.2×0.94=4606.84>V (满足要求) 对于x方向斜截面 ƛx=ax/h0=400/940=0.43; 故剪切系数α=1.75/(ƛx+1)=1.22; V=N3+N4+N7+N8+N11+N12=3456KN ßhsh0ftαb0x=0.96×1.22×1430×5.8×0.94=9131.1KN>V (满足要求) 3.受弯计算 承台受弯计算示意图 3.1x方向最大弯矩 Mx=(N3+N4+N1+N2)×y1=2655.98KN As=Mx/0.9fyh0=2655.98×1000000/(0.9×300×940)=14404.96mm2 按最小配筋率计算的As=0.94×4.2×0.0015=5922mm2 ; 查表选配30ø25,沿y轴方向均布,实配As=14728mm2,满足要求; 3.2y方向最大弯矩 My=N3+N7+N11+N4+N8+N12=5991.976KN As=My/0.9fyh0=5991.976×1000000/(0.9×300×940)=22033mm2 按计算配筋,查表,选配36ø28,沿x轴方向均布,实配As=22154.4mm2,,,满足要求。 承台配筋图如下: 参考文献 [1]赵其华,彭社琴.基础工程[M].北京.中国建筑工业出版社,2012 [2]沈蒲生,梁兴文.混凝土结构设计原理[M].北京.高等教育出版社,2007 [3]陈仲颐.土力学[M].北京.清华大学出版社,1994
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 桩基础 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)