华中科技大学-基础工程课程设计

N4

x
M y xi
2 i

2、配筋计算 (1)纵向受拉钢筋的配筋 纵向受拉钢筋依据正截面受弯承载力计算。已知弯矩设计值为
M 1.35M 2 14.7 kN m ，混凝土强度等级为 C30，钢筋选 HPB300，桩的截面
尺寸为 500mm×500mm。由此确定桩的纵向受拉钢筋的配筋计算过程如下： 取保护层厚度为 25mm， as 40mm 则
当桩间距 s≤6d 时，软弱下卧层的计算简图如上图，由图可知 基地附加压力 p0 p c
F G G f 2(a0 b0 ) li qsai a0b0 0 (d l )
其中 G f a0b0 (d l ) 0 , a0 b0 6m 0.2m 2 5.6m
n G e 11500 F 15.47， 估算桩数，取 G 1.07，e 1.15 ，则 n 1..07 1.15 915 Ra
取为 16. 5. 桩平面布置 由于采用挤土桩，其间距不宜过密，桩的最小中心间距不小于 3.5d 取为 1700，先暂按已假设的承台尺寸布置 4 排，每排 4 根桩，即桩的纵向中心间距为 1700mm，横向中心间距为 1700mm，桩外缘承台挑出部分纵向为 200mm，横向为 200mm。以上假设均符合构造要求。 6. 桩顶作用效应验算 先将承台先将承台顶面荷载换算成作用于承台底面的荷载，由于承台厚度
各桩顶竖向力：最大值 N 1k 911 .0kN ，最小值 N 4 k 717.6kN 。 7. 桩基承载力验算 （1）单桩承载力验算 平均竖向力： N k
Fk G k 11500 1296 1.35 828.1kN Ra 915kN 16 16
最大竖向力： N1k 911.0kN 1.2 Ra 1.2 915 1098kN 竖向承载力满足要求。 （2）桩尖持力层的承载力验算
q
w ，其中 q 1.65 ，quk 为按照深度修正的下卧层极
100 0 1.0 286.6kPa
w q uk
16 1.3 18.5 1.3 8.5 5.2 9.6 10.7 (18.5 0.5) 18.5 286.59 173.69kPa 173.5kPa 1.65
f a f ak b (b 3) d (d 0.5) 220 0.3 9.6 3.0 1.6 10.86 10.2 405kPa
因 p 378 kPa f a 4 05 kPa ， p max 430.2kPa 1.2 f a 487 kPa ，故桩尖承载 力满足要求。 （3）软弱下卧层承载力验算
灰黄色粘性土
灰黑色淤泥质土
图1. 场地土层分布
表 1 各层土的物理性质及力学指标
土层名称 杂填土 灰色淤泥质土 灰黄色粘性土 黑色淤泥质土 38.2 6.7 30.1 含水量 w(%) 重度 γ(kN/m3) 16.0 18.5 19.6 18.9 2.73 2.71 2.73 38.2 32.7 42.0 18.4 17.7 18.9 10 18 12 5 20 14 3.54 7.0 4.65 60 220 100 比重 ds 液限 wL(%) 塑限 wP(%) 内聚力 c(kPa) 内摩擦角 φ（度） 压缩模量 ES1-2(MPa) 承载力 fak(kPa)
Quk Qsk Q pk u qsik li q pk Ap 0.5 4 (25 6 100 2.9) 3800 0.52 1830 kN
单桩竖向极限承载力特征值： Ra Quk / 2 915kN 4、初步确定桩数 因桩基承受弯矩和剪力作用，属偏心受压状态，不考虑承台效应，暂按
故 fZ
q
Байду номын сангаас

因 z m z f az ，故软弱下卧层承载力满足要求。
四、单桩结构设计
1、单桩内力计算 单桩内力的计算包括起吊时的内力计算和使用过程中的抗压计算。 先不考虑 桩内钢筋的自重对桩进行配筋，然后按照桩内实际配筋量验算桩的承载能力。 起吊时采用两点起吊，可以将吊点看成铰支座， 桩上的正弯矩为 M 1
11500 1296 1.35 1.35 4183.3 2 (6.0 6.0) (6 12.5 2.9 50) 6 .0 6 .0 378kPa p max p My Wy 378 1879 6 430.2kPa 6 .0 6 .0 2
图中第一排从左到右编号依次为1,2,3,4 使用过程中各桩桩顶何在设计值为
Ni F G M y xi n x2 F G n M y xi
2 i
则 N1

x

11500 1296 1.35 1879 2.55 745.2kN 16 8 (2.55 2 0.85 2 )
软弱下卧层顶面处总应力为
Z 0 (d l ) 58.7 10.86 (7.8 2.9) 173.5kPa
下卧层承载力特征值为 f Z 限承载力，为：
w quk f ak b (b 3) d m (d l Z 0.5) w quk
p0
F G 2(a 0 b0 ) l i q sai a 0 b0
11500 1.35 1296 2 (5.6 5.6) (6 12.5 50 2.9) 5 .6 5 .6 265.4kPa
软弱下卧层顶面处附加应力 z
p0 a0b0 (a0 2 Z tan )(b0 2 Z tan )
2. 柱端传至承台顶面处的荷载（设计值）为：轴力 F=4000+300(35－ 10)=11500（kN） ，弯矩 M=200+50(35－10)=1450（kN-m） ，剪力 V=80+10(35－ 10)=330（kN） 3. 柱底面标高：－0.5 m 4. 柱截面：F<9000KN 时取 600×450 mm2，F>9000KN 时取 600×540 mm2 5. 桩基安全等级：二级
二、设计任务 （时间：1 周）
1. 桩基础类型的选择：预制桩（单号） ，灌注桩（双号） 2. 基桩的设计和计算 3. 承台的设计和计算 4. 桩基础的验算 5. 桩基础的施工图绘制
三、设计步骤
1、持力层选择 从地面到地下 1.3m 为杂填土，其承载能力不高，不能作为持力层。 地下 1.3m 到 7.8m 为灰色淤泥质土，其 I L 1 ，查表得承载能力特征值为 60kPa，极限侧阻力极限值 q sk 25kPa ，也不宜作为持力层。 地下 7.8m 到 18.5m 为灰黄色粘性土，其 I L 0.73 ,查表得，极限侧摩阻 力 q sk 100kPa ， 极限端阻力特征值 q pk 4500 kPa 承载能力特征值为 220kPa，可 以作为持力层。 2、桩型选择 选 用 500 mm 500mm 的 预 制 桩 ， 承 台 底 面 标 高 为 -1.8m ， 承 台 厚 度 为 1300mm，桩长选为 9m，桩的有效长度为 8.9m， 3、确定单桩承载力 由于 330/11500<0.1，故无需计算水平承载力。 按经验参数法确定单桩承载力，灰色淤泥质土层 qsik=26kPa；灰色粘性土 层 qsik=100kPa，qpk=3800。 单桩竖向极限承载力标准值：
1 2 qx 2
1 桩上的负弯矩为 M 2 q (l 2 x) 2 M 1 8
则最优配置即为正负弯矩相等，解得 x 0.207l 0.207 9m 1863mm
当采用 C30 的混凝土时，重度约为 25kN/ m 3 ,则单位长度的自重载荷为
q 25 0.5 0.5 6.25kN / m
Es1 / Es 2 7 / 4.65 1.51 ，桩尖到下卧层距离与承台宽度 z / b 7.8 / 5.6 1.4 0.5 ，
查表得地基压力扩散角 22
z
265.4 5.6 5.6 58.7 kPa (5.6 2 7.8 tan 22 ) 2
G f ac bc d l 0 ， 0
1.3 16.0 18.5 1.3 8.5 5.2 9.6 2.9 10.86kN / m 3 7 .8 2 .9
G f 6.0 6.0 (7.8 2.9) 10.86 4183.3kN p F G G f 2(a c bc ) l i q sia a c bc
yk
M 1 k H k h 1 4 50 33 0 1 . 3 1 879 kN m
按偏心竖向力作用下的公式计算各桩竖向力：
N 1k N 2k Fk G k M yk xi 11500 1296 1.35 1879 2.55 911 .0kN 2 n 16 8 (2.55 2 0.85 2 ) xi Fk G k M yk xi 11500 1296 1.35 1879 2.55 717.6kN 2 n 16 6 （2.55 2 0.85 2） xi
N2
F G n F G n F G n

x
2 i
M y xi
2 i

11500 1296 1.35 1879 0.85 800.5kN 16 8 (2.55 2 0.85 2 )
N3

x
M y xi

11500 1296 1.35 1879 0.85 828.1kN 16 8 (2.55 2 0.85 2 ) 11500 1296 1.35 1879 2.55 910.9kN 16 8 (2.55 2 0.85 2 )