柱下独立承台钢筋混凝土桩基础设计

-柱下独立承台钢筋混凝土桩基础设计学生：邓冬梅学 号：201103010230指导教师：社琴专 业：土木工程（岩土方向）中国 2014 年 1 月. z.-目 录1 设计资料11.1 上部结构资料11.2 场地工程地质条件22 选择桩型、桩端持力层 、承台埋深22.1 桩型22.2 初选承台埋深d32.3 桩长33 确定单桩极限承载力标准值33.1 计算水平承载力33.2 计算单桩竖向承载力34 桩数和平面布置的确定54.1 荷载组合54.2 初步估算桩数65 确定复合基桩竖向承载力设计值66 桩顶作用验算77 桩基础沉降验算77.1计算沉降量77.2 确定沉降经验系数88桩身结构设计计算98.1两点吊立98.2单点起吊109 承台设计119.1柱对承台的冲切（冲切锥无桩体）119.2 角桩对承台的冲切129.3 斜截面抗剪验算129.4 受弯计算13. z.-柱下独立承台钢筋混凝土桩基础设计1 设计资料1.1 上部结构资料*综合楼一榀框架底层柱平面布置如下图： 图1.1 框架底层柱平面布置图 相应作用的基本组合和标准组合时上部结构传至基础或承台底面的荷载见下表：表1 各柱传至基础(或承台)底面上的作用柱编号B相应于作用的基本组合竖向力(kN)12000+100*0=12000弯矩(kNm)900+50*3=1050水平力（kN）1000相应于作用的标准组合竖向力(kN)10000+80*0=10000弯矩(kNm)780 水平力（kN）表2 场地地层物理力学指标土层编号土层名称层底埋深（m）层厚（m）1杂填土1.51.517.52粉质粘土8.06.518.40.78230.520217.51801.53淤泥质粘土11.53.517.80.90340.9512152.5800.864黄褐色粉土夹粉质粘土24.012.519.10.63180.303023152003.805淤泥质土25.51.517.21.05421.0636.526.82680.80砂卵石层354501.2 场地工程地质条件该建筑场地位于西南*城市东郊，场地地形平坦，场地标高512m(设为0.000)。场地地层自上至下依次为：杂填土、粉质粘土、淤泥质粘土、黄褐色粉土夹粉质粘土、淤泥质土、砂卵石层(未揭穿)，地层略有起伏，经概化后的土层厚度和各层土的物理力学指标见表2。2 选择桩型、桩端持力层 、承台埋深2.1 桩型 根据场地地基岩土层情况分析,浅部主要为人工填土,不能作为拟建建筑物的天然地基基础持力层。若将持力层选在在粉质粘土层上，考虑地层略有起伏，假设将埋深定在2.2m。 先只考虑竖向荷载作用10000KN，若选择方形浅基础，基础底面尺寸大于了66m，而B柱与A柱、C柱距离均为6m，且荷载较大，承台边缘距离会太近。上部建筑的荷载较大，场地地基软弱土，且沉降有要求不能大于200mm。该场地位于西南*城市东郊，距离城市较近，交通便利，利于桩制作和运输。底层没有坚硬层，有利于桩入土,考虑桩基础方案,根据上部荷载值与工程地质条件，拟采用混凝土预制桩基础， 图2.1 桩截面尺寸 桩截面形式采用正方形，边长。 2.2 初选承台埋深d 根据场地工程地质条件，浅部主要为人工填土为1.5m，考虑到柱传到承台底的荷载较大，选择承台埋深2.2m，进入粉质粘土0.7m。2.3 桩长 依据地基土的分布，第层为厚6.5m的粉质粘土，第层为3.5m厚的淤泥质粘土，第层为12.5m厚的黄褐色粉土夹粉质粘土，若选在第层则太深，宜选择第层为桩基础持力层，桩端全断面进入持力层4.7m。 桩长确定有以下考虑因素：桩尖全截面进入持力层的厚度不小于2d,此处取4700mm2d=800mm;桩顶伸入承台长度不小于50mm，取60mm;桩尖的锥尖长度（1.31.5）b, 取1.4b=1.4400=560mm;设计承台埋深为2.2m;桩的计算长度：6500-700+3500+4700=14000mm; 图2.2 桩基及土层分布示意图桩身总长度:14000+60+560=14620mm，近似取为15m。3 确定单桩极限承载力标准值3.1 计算水平承载力由于本题无水平外力，不需计算水平承载力。3.2 计算单桩竖向承载力l 根据地基基础规经验公式 桩侧土的极限侧阻力标准值（KPa）按表8.6取值得：第层粉质粘土层，时，=7786KPa，取=85KPa；第层淤泥质粘土层，时，=4055KPa，取=50KPa；第层黄褐色粉土夹粉质粘土层，e=0.63时，=6688KPa，取=80KPa,取=2200KPa。l 由地基基础规经验公式：则单桩竖向承载力特征值： =静力触探法估算单桩极限承载力标准值，根据单桥探头静力触探资料Ps按图3.1确定桩侧极限阻力标准值。 图3.1 曲线 图3.2 桩受力简图 由于除去杂填土外,第、层土是粘土，采取图3.1中的折线oabc,第层为粉土，来确定桩侧极限阻力的标准值则采取图3.1中的折线oef来确定桩侧极限阻力的标准值：即：粘土 时，时， 粉土 时，桩端的竖向极限承载力标准值的计算公式 其中： u桩身截面周长，m。桩穿过第i层土的厚度。桩身横截面积，扩底桩为桩底水平投影面积，桩端阻力修正系数，查表3。由于桩端入土深度H=14,查表3，由线性插值法求得修正系数=0.75(H15时)。表3 桩端阻力修正系数值桩入土深度（m）H1515H3030R2,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 桩数和平面布置的确定4.1 荷载组合 荷载组合：4.2 初步估算桩数 由于柱子是偏心受压，故考虑一定的系数，规中建议取，现在取1.1的系数，即：取n12根，桩距 。 承台边缘距边桩中心距离为450mm,大于方桩边长，且桩外缘至承台边缘距离不应小于150mm，此处取为250mm。承台埋深2.2m，承台底面尺寸为。确定桩数：,取12根。桩位平面布置如图4.1。 图4.1 桩平面布置图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n3,承台底面下并非欠固结土，新填土等，故承台底面不会于土脱离，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。 图5复合基桩地基规采用等代实体法，桩基规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。计算桩所对应承台底净面积：; 承台底地基土极限阻力标准值：查表，复合桩基竖向承载力设计值R:6 桩顶作用验算（1）荷载取组合：. 承台高度设为1.2m等厚，荷载作用于承台底面。（2）基桩平均竖向力：（3）桩顶受力计算 作用在承台底形心处的弯矩 桩顶受力计算如下：（4）验算，, 满足要求。7 桩基础沉降验算7.1计算沉降量 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，所以可以采用修正后的分层总和法计算最终沉降量。 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 在z=0时：，.将计算资料整理于表4Z(mm)01.400.250000 15000010000.490.2479247.9247.928.6307973320000.980.2380476228.126.3440293330001.470.2137641.1165.119.0679493340001.960.1861744.4103.311.9304613350002.450.1713856.5112.112.9468026760002.940.157094285.59.8746870003.430.1393975.133.13.82282933378003.920.12911006.9831.883.68192746788004.410.11641024.3217.34200015.01990893004.900.10901013.7-10.62-9.199044分层总和法计算桩基中点沉降S(mm)122.1203408表4计算沉降量7.2 确定沉降经验系数等效沉降系数：其中：，.插法得到：,. 计算桩基沉降经验系数：表6压缩模量当量值计算层号(m)0000011000247.9107365.497157.69933322000228.198790.116586.00733333000165.171504.814766.98733344000103.344739.232982.61533355000112.148550.513236.7006676600085.537030.052468.677700033.114335.61955.70733338780031.8813807.228920.48186679880017.347509.9543754.977109300-10.62-4599.522-2.299761=439033.47=30530.0852Es=Ai/Ai/Esi14.38035522（查桩基规5.5.11），计算桩基沉降：满足规要求。8桩身结构设计计算8.1两点吊立 桩总长15m,当采用两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。考虑起吊时的震动和冲击，取动力系数K=1.5,恒载分项系数=1.2。 图8.1两点吊运弯矩计算图考虑到桩堆放时的台座吸力，取台座吸力。则每延米桩的自重： ，起吊时桩身最大正负弯矩。8.2单点起吊 桩在用两点平吊至预定桩位时，需要采用单点吊立就位。 图8.2 单点吊运计算图 桩身长采用混凝土强度C30,，。受力筋为II级钢筋HRB335()，箍筋为HPB300级（），所以：桩身截面有效高度桩身受拉主筋，满足要求。其他构造要求配筋见施工图。图 8.2.3桩身截面配筋图 8.3桩身强度验算 满足要求。 上段桩吊点位置：距桩端处； 下段桩吊点位置：距桩尖处。 箍筋采用8200,在桩顶和桩尖应适当加密，桩尖长，取，桩顶设置三层850钢筋网，层距，具体见桩身结构施工图。9 承台设计 承台预设高1.2m，桩顶伸入承台60mm，钢筋的保护层取按有垫层取为50mm，则承台有效高度： 。承台混凝土强度等级采用C30。9.1柱对承台的冲切（冲切锥无桩体），冲切力：，承台厚度H=1.2m,计算截面处的有效高度：。冲跨比， 冲垮比，冲切系数， 图9.1 柱冲切示意图 冲切系数， 满足要求。9.2 角桩对承台的冲切从角柱边缘至承台边缘距离为：， 由图9.2， 角桩冲垮比： 图9.2 角桩冲切示意图 角桩的冲切系数： 满足要求。9.3 斜截面抗剪验算 截面有效高度，计算宽度。混凝土的抗压强度。各桩竖向力设计值：图9.3 承台受剪切计算示意图 剪跨比，故对方向斜截面： 剪切系数，满足要求。对*方向斜截面：,取剪切系数，9.4 受弯计算承台最大弯矩HRB500级（级）钢筋。 每米宽度围的配筋，每延米钢筋面积按最小配筋率：每延米选用。 整个承台宽度围用筋根，取25根，沿y轴布置，即。，每米宽度围的配筋大于每延米钢筋面积按最小配筋率：，每延米选用 整个承台长度围用筋根，取40根，沿*轴布置，即。详细配筋图见所附施工图。. z.