桩基础知识课程教学设计计算书.doc

.- 课程设计(论文) 题 目 名 称 桩基础设计 课 程 名 称 土力学 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 城建系 土木房建 指 导 教 师 年 月 日 邵阳学院课程设计（论文）任务书 年级专业 05土木房建 学生姓名 学 号 题目名称 桩基础课程设计 设计时间 一周 课程名称 土力学与基础工程 课程编号 设计地点 邵阳学院 一、 课程设计（论文）目的 地基基础设计的目的是根据上部结构的使用功能和结构形式在确定的场地条件下选择适宜的地基基础方案并确定其技术细节，使设计的地基基础在预定的使用期限内和规定的使用条件下能够安全正常地工作，在此基础上满足降低造价和保护环境的要求。 基础工程是土木工程专业的学科基础课，在土木工程学科的知识体系中占据了重要地位。课程设计对理解和掌握工程基本原理具有十分重要的作用，也是同学们由理论学习通往工程实践的一座桥梁。因此，通过本次课程设计，同学们可以更好地理解和巩固学习到的各种理论和方法，有意识地培养自己的工程意识和解决实际工程问题的能力。 二、 已知技术参数和条件 1、上部结构资料 某教学实验楼，上部结构为7层框架，其框架主梁、次梁均为现浇整体式，混凝土强度等级C30。底层层高3.4m（局部10m，内有10t桥式吊车，其余层高3.3m，底层柱网平面布置及柱底荷载如图2所示。 2、建筑物场地资料 （1）拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦，建筑物平面位置如图1所示 图1建筑物平面位置示意图 （2）建筑场地位于非地震区，不考虑地震影响。 场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1m，根据已有分析资料，该场地地下水对混凝土无腐蚀作用。 （3）建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表1。 表1 地基各土层物理、力学指标 土层 编号 土层名称 层底埋深 （m） 层厚 （m） 天然 重度（kN/m） 含 水 量 （%） 孔 隙 比 液 限 （%） 塑 限 （%） 内 聚 力(kPa) 内摩擦角(o) 压缩 模量(MPa) 地基承载力(kPa) 1 杂填土 1.5 1.5 15.5 2 灰褐色粉质粘土 9.8 8.3 17.3 32.0 0.90 34.0 19.0 15.0 20.0 5.4 110 3 灰褐色泥质粘土 21.8 12.0 16.2 33.8 1.06 44.0 18.0 13.8 17.5 3.2 100 4 黄褐色粉土夹粉质粘土 27.1 5.3 18.3 30.0 0.88 33.0 18.0 16.9 22.1 11.0 148 5 灰-绿色粉质粘土 >27.1 18.9 25.3 0.72 32.5 18.8 33.0 24.7 8.2 198 （4）柱网平面布置及柱底荷载示意图（如图2所示） 三、 任务和要求 （一）设计任务： 1、选择桩型、桩端持力层、层台埋深； 2、确定单桩承载力标准值； 3、确定桩数、桩位布置，拟定承台底面尺寸； 4、确定复合基桩竖向承载力设计值； 5、桩顶作用验算、桩基沉降验算和桩身结构设计计算； 6、承台设计； 7、绘制桩基施工图（桩的平面布置图、承台配筋图、预制钢筋混凝土静压桩截面配筋图）。 （二）设计要求 1、完成计算书1份，课程设计计算说明书要求和撰写规范严格按照“邵阳学院课程设计（论文）管理办法”执行；手绘或CAD绘A1图一张（或折合为A1图）。 2、独立完成，不得抄袭他人设计成果。 3、课题选题要求： 分为三大组，每一大组均按学号顺序选择柱号（共46个柱，每人1个柱号），第一大组的桩边长取为300mm， 第二大组的桩边长取为350mm，第三大组的桩边长取为400mm。 注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效； 2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。 图2 底层柱网平面布置及柱底荷载图 四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 【1】 中华人民共和国国家标准.《 建筑桩基础技术规范（JGJ94—94） 》.北京：中国建筑工业出版社，2002 【2】 中华人民共和国国家标准.《建筑地基基础设计规范（GB50007—2002）》.北京：中国建筑工业出版社，2002 【3】 中华人民共和国国家标准.《 混凝土结构设计规范（GB20010—2002）》.北京：中国建筑工业出版社，2002 【4】 赵 明 华 主编，徐 学 燕 副主编.《基础工程》.北京：高等教育出版社，2003 【5】 陈 希 哲 编著.《土力学地基基础》.北京：清华大学出版社，2004 【6】 熊 峰，李 章 政，李 碧 雄，贾 正 甫 编著.《结构设计原理》.北京：科学出版社，2002 内容提要 本设计是某教学实验楼第—A号桩的设计，不考虑地震影响。桩承台尺寸为2300mm2300mm1000mm，桩采用静压预制桩，桩长22米，分两段，每段长11米。本设计的内容涉及到桩承台承载力的计算、桩顶作用验算、桩基础沉降验算、桩身结构设计计算、承台设计以及预制桩的施工图的绘制等。这些内容都是对我们土力学桩基础设计和钢筋混凝土设计的复习和巩固，使我们对CAD等绘图软件的运用更加熟练，锻炼了我们独立思考和自主创新的能力。本设计为我们以后从事桩基础的施工和设计奠定了基础。 关键字：承台 静压预制桩 承载力 沉降 目 录 1 .设计资料 1 1.1 上部结构资料 1 1.2 建筑物场地资料 1 2 .选择桩型、桩端持力层 、承台埋深 2 2.1 选择桩型 2 2.2 选择桩的几何尺寸以及承台埋深 2 3 .确定单桩极限承载力标准值 3 3.1 确定单桩极限承载力标准值 3 4 .确定桩数和承台底面尺寸 4 4.1 —A柱的桩和承台的确定 4 5 .确定复合基桩竖向承载力设计值 5 5.1 无桩承台承载力计算（—A承台） 6 6 .桩顶作用验算 7 6.1 五桩承台验算（—A承台） 7 7 .桩基础沉降验算 8 7.1 A柱沉降验算 8 8 .桩身结构设计计算 10 8.1 桩身结构设计计算 10 9 .承台设计 11 9.1 五桩承台设计（A柱） 11 10.参考文献 14 1． 设计资料 1.1 上部结构资料 某教学实验楼，上部结构为七层框架，其框架主梁、次梁、楼板均为现浇整体式，混凝土强度等级为C30。底层层高3.4m（局部10m，内有10 t桥式吊车），其余层高3.3m，底层柱网平面布置及柱底荷载见附图。 1.2 建筑物场地资料 拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦,建筑物场地位于非地震区，不考虑地震影响。 场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1米，根据已有资料，该场地地下水对混凝土没有腐蚀性。建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表1.1。 表1.1地基各土层物理、力学指标 土层 编号 土层名称 层底埋深 （m） 层厚 （m） 天然 重度 （kN/m） 含 水量（%） 孔 隙 比 液 限 （%） 塑 限 （%） 内聚力 内摩擦角 压缩 模量 (MPa) 地基 承载力 (kPa) 1 杂填土 1.5 1.5 15.5 2 灰褐色粉质粘土 9.8 8.3 17.3 32.0 0.90 34.0 19.0 15.0 20.0 5.4 110 3 灰褐色泥质粘土 21.8 12.0 16.2 33.8 1.06 44.0 18.0 13.8 17.5 3.2 100 4 黄褐色粉土夹粉质粘土 27.1 5.3 18.3 30.0 0.88 33.0 18.0 16.9 22.1 11.0 148 5 灰-绿色粉质粘土 >27.1 18.9 25.3 0.72 32.5 18.8 33.0 24.7 8.2 198 2. 选择桩型、桩端持力层 、承台埋深 2.1 选择桩型 因为框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大 ，不宜采用浅基础。 根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，选择桩基础。因转孔灌注桩泥水排泄不便，为减少对周围 环境污染，采用静压预制桩，这样可以较好的保证桩身质量，并在较短的施工工期完成沉桩任务，同时，当地的施工技术力量、施工设备以及材料供应也为采用静压桩提供可能性。 2.2 选择桩的几何尺寸以及承台埋深 依据地基土的分布，第②层是灰褐色粉质粘土，第③层是灰色淤泥质的粉质粘土，且比较厚，而第④层是黄褐色粉土夹粉质粘土，所以第④层是较适合的桩端持力层。桩端全断面进入持力层1.0m（>2d），工程桩入土深度为h。 故： 由于第①层厚1.5m，地下水位为离地表2.1m,为了使地下水对承台没有影响，所以选择承台底进入第②层土0.6m，即承台埋深为2.1m，桩基得有效桩长即为22.8-2.1=20.7m。 桩截面尺寸选用：由于经验关系建议：楼层<10时,桩边长取300～400,故取350mm350mm，由施工设备要求，桩分为两节，上段长11m，下段长11m（不包括桩尖长度在内），实际桩长比有效桩长长1.3m，这是考虑持力层可能有一定的起伏以及桩需要嵌入承台一定长度而留有的余地。桩基以及土层分布示意如图2.2.1。 图2.1土层分布示意 3 .确定单桩极限承载力标准值 3.1 确定单桩极限承载力标准值 本设计属于二级建筑桩基，当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式计算： 式中 --- 桩侧第层土的极限侧阻力标准值如无当地经验值时可按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94 中表5.2.8-1（桩的极限侧阻力标准值）取值。 ---― 极限端阻力标准值如无当地经验值时可按表《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94中表GE5.2.8-2（桩的极限端阻力标准值）取值。 对于尚未完成自重固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土不计算其桩侧阻力。 根据表1.1地基各土层物理、力学指标，按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-94查表得极限桩侧、桩端阻力标准值（表2.1）。 表2.1 极限桩侧、桩端阻力标准值 层序 液限指数 经验参数法 I ② 粉质粘土 0.867 42.552 ③ 淤泥的粉质粘土 0.608 56.912 ④ 粉质粘土 0.800 38.800 1391.428 按经验参数法确定单桩竖向承载力极限承载力标准值： ＝ ＝ ＝ 估算的单桩竖向承载力设计值（） 所以最终按经验参数法计算单桩承载力设计值，即采用，初步确定桩数。 4 .确定桩数和承台底面尺寸 柱底荷载设计值如下： 最大轴力组合： 最大轴力4043kN， 弯矩104 kNm， 剪力56kN 最大弯矩组合： 轴力 3963 kN， 最大弯矩203 kNm， 剪力81kN 最大轴力标准值：3110 kN 4.1 -A柱桩数和承台的确定 最大轴力组合的荷载：F=4043 kN ，M= 104kNm，Q=56 kN 初步估算桩数,由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规范中建议取， 现在取1.1的系数， 即： 取n＝5根，桩距 ,桩位平面布置如图4.1，承台底面尺寸为 2.3m2.3m 图4.1五桩桩基础 5. 确定复合基桩竖向承载力设计值 该桩基属于非端承桩，并n>3,承台底面下并非欠固结土，新填土等，故承台底面不会与土脱离，所以宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值。 目前，考虑桩基的群桩效应的有两种方法。《地基规范》采用等代实体法，《桩基规范》采用群桩效应系数法。下面用群桩效应系数法计算复合基桩的竖向承载力设计值 5.1五桩承台承载力计算（—A承台） 承台净面积：。 承台底地基土极限阻力标准值： 分项系数： 因为桩分布不规则，所以要对桩的距径比进行修正，修正如下： 群桩效应系数查表得： 承台底土阻力群桩效应系数: 承台外区净面积： 承台内区净面积：m2 查表 那么，A复合桩基竖向承载力设计值R: 6 .桩顶作用验算 6.1五桩承台验算（—A承台） （1）荷载取A柱的组合：F= 4043kN ，M= 104kNm，Q=56 kN 承台高度设为1m等厚，荷载作用于承台顶面。 本工程安全等级为二级，建筑物的重要性系数=1.0. 由于柱处于①轴线，它是建筑物的边柱，所以室内填土比室外高，设为0.3m，即室内高至承台底2.4m，所以承台的平均埋深d=1/2(2.1+2.4)=2.25m 作用在承台底形心处的竖向力有F,G,但是G的分项系数取为1.2. 作用在承台底形心处的弯矩：m 桩顶受力计算如下： 满足要求 （2）荷载取组合：F=3936kN ，M= 203kNm，Q=81 kN 桩顶受力计算如下： 满足要求 7． 桩基础沉降验算 采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算。由于桩基础的桩中心距小于6d，所以可以采用分层总和法计算最终沉降量。 7.1 -A柱沉降验算 竖向荷载标准值 基底处压力 基底自重压力 基底处的附加应力 桩端平面下的土的自重应力和附加应力（）计算如下： ①．在z=0时： =172.54 ②．在时： ③．在时 ④．在时 将以上计算资料整理于表7.1 表7.1的计算结果（5-A柱） Z(m) 0 172.54 1 0 0.25 604.272 2 189.14 1 1.74 0.10152 208.23 4.3 208.23 1 3.74 0.0305 73.721 5.7 220．69 1 4.96 0.01818 43.94 在z=5.7m处，，所以本基础取计算沉降量。 计算如表7.2 表7.2计算沉降量（-A柱） Z(mm) 平均附加应力系 0 1 0 0.25 0 2000 1 1.74 0.18675 373.5 373.5 11000 82.07 4300 1 3.74 0.11787 506.86 133.36 11000 29.79 5700 1 4.96 0.09941 536.65 29.79 8200 6.545 故：S’=82.07+29.79+6.545=117.915mm 桩基础持力层性能良好，去沉降经验系数。 短边方向桩数，等效距径比，长径比，承台的长宽比，查表得： 所以，五桩桩基础最终沉降量= 满足要求 8．桩身结构设计计算 8.1 桩身结构设计计算 两端桩长各11m,采用单点吊立的强度进行桩身配筋设计。吊立位置在距桩顶、桩端平面0.293L(L=11m)处，起吊时桩身最大正负弯矩，其中K=1.3; 。即为每延米桩的自重（1.2为恒载分项系数）。桩身长采用混凝土强度C30, 级钢筋，所以： 桩身截面有效高度 桩身受拉主筋 选用，因此整个截面的主筋用，配筋率为％>％。其他构造要求配筋见施工图。 桩身强度 =915.40 故满足要求 9． 承台设计 承台混凝土强度等级采用C20,承台是正方形，双向配筋相同。 9.1五桩承台设计（-A柱） 由于桩的受力可知，桩顶最大反力，平均反力,桩顶净反力： 9.11 柱对承台的冲切 由图9.1，，承台厚度H=1.0m,计算截面处的有效高度，承台底保护层厚度取80mm. 冲垮比： 当，满足0.2—1.0 ∵=325mm ＞0.20= 0.20mm且=325mm＜920mm 故取＝325mm。 即：冲垮比 冲切系数 A柱截面取，混凝土的抗拉强度设计值 冲切力设计值 （满足要求） 9.12 角桩对承台的冲切 由图9.1， 角桩冲垮比， 满足0.2—1.0，故取＝0.3533。 角桩的冲切系数 满足要求 9.13斜截面抗剪验算 计算截面为I-I，截面有效高度，截面的计算宽度，混凝土的抗压强度，该计算截面的最大剪力设计值： 剪跨比 （介于0.3～1.4之间） 当时，取＝0.3； 当时，取 故取 剪切系数 满足要求 9.14受弯计算 承台I-I截面处最大弯矩 二级钢筋,. 选用 整个承台宽度范围内用钢筋取18根，即（双向布置） 9.15承台局部受压验算 A柱截面面积， 局部受压净面积， 局部受压计算面积 混凝土的局部受压强度提高系数 满足条件 图9.1五桩承台结构计算图 1