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桩基础设计全过程
3
第四章
基础方案评价与设计
第一节
岩土参数统计
4.1.1各土层的主要物理力学性质分层统计
各土层物理力学性质见表4-1
表4-1各土层物理力学性质指标统计成果表含湿孔塑塑液压缩
直剪
地层项水重隙限性性模量名称目量度比Wp%指指MPa
w%γe数数
kN/mII
pl
内
聚
力
kPa
内摩
擦角
(φ
度)
②
粉质
粘土
③
粘土
④
残积
粘性
土
n
max
min
μ
σ
δ
n
max
min
μ
σ
δ
n
max
min
μ
σ
δ
34
32.9
16.5
26
3.30
0.13
90
28.7
17.5
23.6
2.20
0.09
35
26.5
15.4
22.7
2.30
0.10
34
21
18.1
19.22
0.58
0.03
90
20.6
18
19.34
0.49
0.03
35
20.7
17.7
19.4
0.56
0.03
34
0.931
0.620
0.754
0.09
0.12
90
0.824
0.533
0.716
0.07
0.09
35
0.926
0.501
0.698
0.07
0.10
34
23.9
14.1
18.5
1.90
0.10
90
24.9
13.8
19.4
2.50
0.13
35
23.1
11.6
18.1
3.00
0.16
34
23.4
11.0
15.8
2.50
0.16
90
24.6
11.6
18.3
2.90
0.16
35
25.7
8.7
17.1
3.60
0.21
34
0.74
0.36
0.50
0.10
0.20
90
0.27
0.01
0.23
0.07
0.28
35
0.47
-0.08
0.24
0.07
0.29
21
11.9
6.9
7.3
1.76
0.24
52
27.5
10.6
13.8
3.60
0.26
21
23.6
8.2
11.8
3.58
0.30
17
36
12
22
7.00
0.34
41
54
21
36
9.00
0.24
19
50
17
35
11.00
0.31
17
18
8
13
3.00
0.22
41
22
8
16
3.00
0.18
19
20
9
16
3.00
0.18
室内
标准贯入
4.1.2各土层承载力特征值、压缩模量(变形模量)综合成果
承载力特征值、压缩(变形)模量等见表4-2
表4-2承载力特征值、压缩(变形)模量分层统计成果表
地层
编号
层名
综合取值
岩土试验
ENEE
aksaksaks(1-2)
(击)
(kPa)(MPa)(kPa)(MPa)(kPa)(MPa)
2
3
4
粉质粘
土
粘土
残积粘
性土
190
450
200
7.3
13.8
11.8
7.4
16.8
21.0
160
450
260
10.0
18.0
23.0
170
400
260
8.0
16.0
12.0
⑤
强风化
泥岩
42.9
420
E=44.
0
0
⑥
中风化
泥岩
frk=5.86MPafa=1300kPa
4.1.3桩基设计参数
桩基设计参数见表4-3
表4-3桩基设计参数
钻孔灌注桩
长螺旋压灌桩
层号
2
3
4
5
6
层名
粉质粘土
粘土
残积粘性土
强风化泥岩
中风化泥岩
状态
可
硬
硬
硬
中风化
q
sia
(kPa)
38
49
45
68
170
q(kPa)
pa
2200
q
sia
(kPa)
29
39
36
58
140
q(kPa)
pa
900
1800
第三节
桩基础设计
4.3.1设计资料
住宅楼高98.8m,33层,整体为一矩形,长40m宽10m,占地面积400,每层荷重按16.0kN/m2考虑,则建筑总载荷F=211200kN。
结构形式为剪力墙结构,剪力墙厚0.3m,长10m,共8面。
基础形式为钻孔灌注桩,采用旋挖成桩工艺,泥浆护壁。
承台埋深1.5m。
土层情况为:
0~1.5粉质粘土,厚度1.5m;
1.5~7.2m粘土,厚度5.7m;
7.2~11.2m残积粘性土,厚度4m;
11.2~19.7m强风化泥岩,厚度8.5m;
19.7m~中风化泥岩。
各土层物理力学性质指标见本章第一节。
4.3.2桩基持力层及桩长确定
根据工程地质情况,选择第⑥层中风化泥岩为持力层,桩径d=1m,承台埋深1.5m,桩进入持力层4.0m,深入承台0.2m,则桩长
I48.545.71.51.522.2m
4.3.3单桩承载力的确定
一、单桩竖向极限承载力的确定
根据上述条件,桩身周长u3.142m根据规范,有经验参数法公式:
,桩端面积A0.785m
p
2
uk
Q
sk
u
pk
ql
q
siki
A
p
(4.1)
式中Q—单桩极限承载力标准值;
uk
Q、Q—分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值;skpk
u
—桩身周长;
q—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;sik
l—桩周第i层土的厚度;
i
q—极限端阻力标准值;
pk
A—桩端面积。
p
则(取值于表4-3)
Q3.142
uk
1704688.5454495.7
22000.785
7122.76kN
二、单桩竖向承载力特征值的确定
根据规范
R
a
1
K
Q
uk
(4.2)
式中
R—单桩竖向承载力特征值;a
K—安全系数。
a
2
k
取安全系数K=2,则单桩竖向承载力特征值
1
RQ7122.76/2
uk
3561.38kN
4.3.4总桩数、布桩及承台尺寸的确定
一、总桩数n
因承台尺寸未知,所以先初步确定桩数,待布桩完成并确定承台尺寸后再验算桩数是否满足条件
n
F
R
a
(4.3)
式中
n
—总桩数;
F—建筑总载荷。
n2112003561.38
考虑到承台重量等因素,取
n64
59.3
二、桩距
根据规范规定,两桩中心距不宜小于桩身直径的3倍,因而取:
s3d3.0m
a
而边桩的中心到承台边缘距离不能小于桩的直径,同时边桩的外边缘到承台边缘的距离不能小于150mm,故取边距为500mm。
三、承台及桩的布置
1.根据建筑物上部结构及载荷要求,布置8个承台,承台均分载荷
F
F26400kN
8
式中F—承台受建筑物载荷。
k
每个承台布桩8根。
详见附图A承台布置平面图。
2.承台厚度
桩基的承台厚度应该满足柱(墙)对承台的冲切承载力与基桩对承台的冲切承载力要求。
冲切破坏锥体采用自柱(墙)边或者承台变阶处到相应桩顶边缘连线所构成的锥体,锥体斜面与承台底面的夹角不应小于45°。
根据此规定及上文确定的桩距与边距初步确定承台形状尺寸为:
长11.0m,宽5.0m,高1.0m。
承台结构详见附图B承台结构图。
4.3.5桩基承载力验算
一、承台及上覆土重
承台混凝土采用C35,取其重量为,暂不考虑钢筋质量,则承台及上覆土重:
a
i
b
b
G
d
Ah
25
d
1151.00.3100.5
1880.5kN
式中G—承台及上覆土重;—上覆土重度,取18kN/m3
d
A—承台占地面积;
h
—开挖深度。
二、桩基承载力验算
若不考虑承台效应,根据上述条件可知复合桩基竖向承载力特征值为:
Q
Quk3561.38kN
2
而基桩载荷设计值
FG
Nk
8
3535.06kNR
a
式中N
—基桩载荷设计值。
符合要求。
桩基不受水平载荷。
4.3.6桩基沉降验算
建筑桩基沉降变形的计算值不应大于其允许值。
因承台受力均匀,验算其中点处沉降是否符合要求即可:
ss'4p
ce
0
nz
i1
i
z
i1
E
si
i1
(4.4)
C
e0
n1
Cn1C
1b2
(4.5)
n
b
nB
c
L
c
(4.6)
式中
s
—桩基最终沉降量(mm)
—桩基沉降计算经验系数,没有当地可靠经验时按《建筑桩基技术规范》第5.5.11
条确定;
s'
—桩基等效沉降系数,可按式(4.5)得出;
e
—采用Boussinesq解,按实体深基础分层总与法计算出的桩基沉降量(mm);
p—在载荷效应准永久组合下承台底的平均附加压力;
0
n—桩基的沉降计算深度范围内划分的土层数量;
z—桩端平面的载荷作用面到第i层土底面距离;
i
a—桩端平面载荷计算点到第i层土底面深度范围内的平均附加应力系数,按照i
《建筑桩基技术规范》附录D选用;
E—等效作用面以下第i层土的压缩模量(MPa),采用地基土在自重压力到自重si
压力加附加压力作用时的压缩模量;
n—矩形布桩时短边布桩数,布桩不规则时按式(4.6)确定,n>1;n=1时,可
bb
012
按《建筑桩基技术规范》5.5.14计算;
C、C、C—依据群桩距径比s/d、长径比l/d和基础长宽比L/B,按照《建筑桩基技
acc
术规范》附录E确定;
L、B、n—分别为矩形承台的长、宽和总桩数。
cc
根据已知条件,据规范取:
1.08
C0.176,C1.619,C5.570,n2
012b
z12.5m,z16.5m,0.090,0.064
1212
则(取值于表4-2):
0.176
e
211.619215.570
0.315
p
0
264001880.5
d
11510.30.510115
496kN/m
2
s41.080.315496
12.50.09016.50.06412.50.090
1612
66.2mm
因建筑物高度H98.8m100m,则需s350mm
g
4.3.7桩身结构设计
一、配筋设计
,满足要求。
采用C25
强度等级的混凝土,纵筋采用HRB400
级。
结合已知条件:
轴向压力承载力设计值NR3561.38kN
ua
混凝土轴心抗压强度设计值f11.9N/mm2
c
纵筋抗压强度设计值f'360N/mm2
y
构件截面面积A0.785106
mm
2
式中
计算长度lI22.2m
0
因ld22.2
0
则查表可知稳定系数0.65
根据公式
f'A')
N0.9(fA
uc
ys
N—轴向压力承载力的设计值;
u
0.9—可靠度调整系数;
—钢筋混凝土的轴心受压构件稳定系数;
f—混凝土的轴心抗压强度设计值;
c
A—构件截面面积;
(4.7)
f'
y
—纵向钢筋的抗压强度设计值;
c
A'—全部纵向钢筋的截面面积。
s
可求得纵筋截面面积
A'
S
1N13561.381000(ufA)
f'0.93600.90.65y
11.90.78510
6
9037.97mm2
为负值,则采用最小配筋率配筋'0.55%
min
A'A'smin
如果采用14
4317.5mm2
20,
A'4398.8mm2s
4398.8
'0.56%
785000
可以。
根据规范对箍筋的要求,选用HPB300级,直径6mm,间距200mm的螺旋式箍筋,保护层厚度取50mm。
详见附图C单桩及承台配筋图。
二、桩身承载力验算
依据规范,桩顶轴向压力设计值应满足:
NfAccps
(4.8)
式中
N
—荷载效应基本组合下桩顶轴向压力设计值;
—基桩成桩的工艺系数,按《建筑桩基技术规范》第5.8.3条确定;c
f—混凝土轴心抗压强度设计值;
c
A—桩身截面面积。
ps
结合设计条件,取=0.8
c
则
fA0.811.90.78510ccps
满足要求。
4.3.8承台设计计算
3
7473.2kN>N3561.38kN
上文初步确定了承台尺寸:
长11.0m,宽5.0m,高1.0m。
详见附图B承台结构图。
根据规范,承台主体混凝土采用C35级,保护层取200mm,其下做100mm厚C7.5
素混凝土垫层。
一、受弯计算和承台配筋
两桩条形承台与多桩矩形承台的弯矩计算截面应取在柱边与承台的变阶处。
结合附图B承台构造图与图4-1(第21页)承台弯矩计算示意图,按照下列公式
MNyxii
MNxyii
(4.9)
(4.10)
2
2
式中
M、M—分别为绕X轴、Y轴方向计算截面处的弯矩设计值;
xy
x、y—垂直Y、X轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离;
ii
N—不计承台和上覆土重,荷载效应基本组合下第i基桩或者复合基桩的竖向反i
力设计值。
1.因沿X方向桩基均在剪力墙载荷以内,承台不受弯矩作用,按最小配筋率配筋:
选用HRB335级钢筋,其抗拉强度设计值为f300N/mm
y
则沿X方向布设钢筋截面面积
2
。
AA51.0106sxmin
0.2%10000mm2
根据规范要求,若取间距为175mm,则实际配筋2722的钢筋,A10262.7mm,配
s
筋率
x
10262.751.010
6
0.205%>0.2%
满足要求。
2.求得Y方向弯矩
MNx0.33561.3844273.66kNmyii
沿Y方向布设钢筋截面面积
A
sy
M
y
0.9hf
0
y
15828.36mm
2
根据规范要求,若取间距为200mm,则实际配筋51筋率
20的钢筋,A16024.2mm
s
,配
y
16024.2111.010
6
0.146%0.15%
偏小,取5320则=0.151%,满足要求。
y
详见附图C单桩及承台配筋图。
二、受冲切计算
根据规范
1.承台受剪力墙冲切承载力可按下列公式计算:
Fufhlhp0mt0
FFQ
li
(4.11)
(4.12)
0
0.84
0.2
(4.13)
式中F—不计承台和上覆土重,荷载效应基本组合下作用在冲切破坏椎体上的冲切力l
设计值;
hp
—承台受冲切承载力截面高度的影响系数,h800mm时取0.1,h2000mm时
取0.9,其间按线性内插法取值;
14
h
0
—柱(墙)冲切系数;
0
u—承台冲切破坏椎体有效高度一半处的周长;
m
f—承台混凝土抗拉强度设计值;
t
h—承台冲切破坏椎体有效高度;
0
F—不计承台和上覆土重,载荷效应基本组合下的柱或墙底的竖向荷载设计值;Q—不计承台和上覆土重,荷载效应基本组合下的冲切破坏椎体内各基桩或复合
i
桩基的反力设计值的和。
—冲垮比,ah,a为柱(墙)边或者承台变阶处至桩边水平距离;
000
时取0.25,;1.0时取1.0;
结合附图B承台构造图与图4-2(第21页)柱对承台的冲切计算示意图:
X方向基桩均在剪力墙受力范围内,不受冲切作用;
Y方向冲切承载力:
求得
0.85
0.85
1.0
0.25
0
0.84
0.850.2
0.8
F26400026400kN
ly
ufh0.9830.8223001.57100027532650.4N27532.7kNhp0mt0
27532.7kN26400kN
满足要求。
三、受剪计算
根据规范,承台斜截面的受剪承载力按照下式计算:
Vfbhhsto0
(4.14)
hs
1.75
1
800
(4.15)
(4.16)
式中
V
—不计承台及上覆土重,载荷效应基本组合下,斜截面的最大剪力设计值;
f—混凝土轴心抗拉强度设计值;
t
b—承台计算截面处计算宽度;
o
h—承台计算截面处有效高度;
0
—承台剪切系数;
—计算截面剪跨比,ah,a
xx0y
y
h,此处a,a为柱(墙)边或承台0xy
变阶处至Y、X方向计算一排桩的桩边的水平距离,0.25时,取0.25;当3时,取3;
14
1000
—受剪切承载力截面高度影响系数;h800mm时,取800mm;当h200mmhs00
时,取2000mm;其间按线性内插法取值。
结合附图B承台构造图与图4-3(第22页)承台斜截面受剪计算示意图:
不计承台与上覆土重,桩顶最大净反力为
F82640083300kN
k
V330026600kN
1.对AA
hs
800
0.95
85010000.85
1.75
0.851
0.95
则fbh0.950.951.57511067084625N7084.6kN
hsto0
6600kN7084.6kN
满足要求。
2.对BB,基桩均在剪力墙受力范围内,墙边与桩边距离为零,不受剪切作用。
图4-1承台弯矩计算示意图
图4-2柱对承台的冲切计算示意
图4-3承台斜截面受剪计算示意图
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