毕设柱下桩基础课程设计[详细]

目录

2 桩基础课程设计 (9)

2.1设计资料 (9)

2.1．1地形 (9)

2.1．2工程地质条件 (9)

2.1．3岩土设计技术参数 (9)

2.1．4水文地质条件 (10)

2.1．5场地条件 (10)

2.1．6上部结构资料 (10)

2.1．7本人设计资料 (10)

2.2 灌注桩基设计 (11)

2.2．1单桩承载力计算 (11)

2.2．2桩基竖向承载力验算 (12)

2.2．3承台设计 (13)

2.2．4桩身结构设计 (17)

2.2．5桩身构造设计 (18)

2.2．6估算A、B轴线柱下桩数 (18)

2.2．7设计图纸 (19)

3 衡重式挡土墙课程设计 (20)

3.1设计题目 (20)

3.2地层条件及参数 (20)

3.3上墙土压力计算 (20)

3.4下墙土压力计算 (21)

3.5墙身截面计算 (23)

3.6设计图纸 (26)

2

桩基础课程设计

设计题目:

本次课程设计的 题目:桩基础设计

2.1设计资料

2.1．1地形

拟建建筑场地地势平坦,局部堆有建筑垃圾.

2.1．2工程地质条件

自上而下土层依次如下:

①号土层:素填土,层厚1.5米,稍湿,松软,承载力特征值ak f 95KPa =. ②号土层:淤泥质土,层厚3.3米,流塑,承载力特征值ak f 65KPa =. ③号土层:粉砂,层厚6.6米,稍密,承载力特征值110ak f KPa =. ④号土层:粉质粘土,层厚4.2米,湿,可塑,承载力特征值165ak f KPa =. ⑤号土层:粉砂层,钻孔未穿透,承载力特征值280ak f KPa =.

2.1．3岩土设计技术参数

表2.1 地基岩土物理力学参数

表2.2 装的 极限侧阻力标准值sk q 和极限端阻力标准值pk q 土层编号

土的 名称

桩的 侧阻力sk q

桩的 端阻力pk q

① 素填土 22 —— ② 淤泥质土 28 —— ③ 粉砂 45 —— ④ 粉质粘土 60 900 ⑤

粉砂层

75

2400

2.1．4水文地质条件

⑴拟建厂区地下水对混凝土结构无腐蚀性. ⑵地下水位深度:位于地表下3.5米.

2.1．5场地条件

建筑物所处场地抗震设防烈度为7度,场地内无可液化砂土、粉土.

2.1．6上部结构资料

拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构,长30米,宽9.6米.室外地坪标高同自然地面,室内外高差450米米.柱截面尺寸均为400400mm mm ,横向承重,柱网布置图如图2.1所示.

2.1．7本人设计资料

本人分组情况为第二组第七个,根据分组要求及参考书柱底荷载效应标准组合值及柱底荷载效应基本组合值选用 C 轴柱底荷载.

柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值如下: ⑴柱底荷载效应标准组合值

A 轴荷载:1660;196.m;134k k k F KN M KN V KN ===。

B 轴荷载:2060;202.m;143k k k F KN M KN V KN ===。

C 轴荷载:1820;213.m;122k k k F KN M KN V KN ===。 ⑵柱底荷载效应基本组合值

A 轴荷载:2140;215.m;166k k k F KN M KN V KN ===。

B 轴荷载:3090;216.m;157k k k F KN M KN V KN ===。

C 轴荷载:2500;228.m;152k k k F KN M KN V KN ===。

2.2 预制桩基设计

建筑物基础设计方案采用混凝土预制桩,具体设计方案如下:室外地坪标高为-0.45米,自然地面标高同室外地坪标高.该建筑桩基属于丙级建筑桩基,拟采用直径为400米米的 混凝土沉管灌注桩,以号④土层粉质粘土层为持力层,桩尖伸入持力层1.2米,设计桩长11.0米,初步设计承台高0.8米,承台底面埋置深度为-1.60米,桩顶伸入承台50米米.

2.2．1单桩承载力计算

根据以上设计,桩顶标高为-1.6米,桩底标高为-12.6米,桩长为11.0米.

1．单桩竖向极限承载力标准值

单桩竖向极限承载力标准值按下式计算:

uk sk pk sik i p pk

Q Q Q u q l A q =+=+∑

式中:

uk Q ——单桩竖向极限承载力标准值,KN; sk Q ——单桩总极限侧阻力标准值,KN; pk Q ——单桩总极限端阻力标准值,KN;

u ——桩身周长,米;

sik q ——桩侧第i 层土的 极限侧阻力标准值Kpa;

i l ——桩周第i 层土的 厚度,米; p A ——桩端面积,2m ;

pk q ——桩端极限端阻力标准值,KPa.

0.40(0.3522 3.328 6.645 1.260)589.5sk Q KN

π=???+?+?+?=

21

0.40900113.14

pk Q KN π=???=

589.5113.1702.6uk Q KN =+=

2．桩基竖向承载力特征值

承台底部地基土为较松软的 填土,压缩性大,因此本工程不考虑承台土效应,即取0c η=,则有

702.6

351.32

uk s Q R R KN K ==

== 根据上部荷载初步估计桩数为

1820

5.2351.3

k s F n R =

==则取设计桩数为6根. 2.2．2桩基竖向承载力验算

根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008),当按单桩承载力特征值进行计算时,荷载应取其效应的 标准组合值.由于桩基所处场地的 抗震设防烈度为7度,且场地内无可液化砂土、粉土问题,因此可不进行地震效应的 竖向承载力验算. 根据桩数及承台尺寸构造要求初步设计矩形承台(见图,取承台边长为

承台平面布置

2.2

3.6m m ?,矩形布桩,桩中心距取3.5d,则 3.54001400S mm =?=,取s=1400米米,桩心距承台边缘均为400米米. 承台及其上填土的 总重为

2.2

3.6 1.620253.4k G KN =???=

计算时取荷载的 标准组合,则

1820253.4

345.6(351.3)6

k K k F G N KN R KN n ++=

==<= max max 22

(1220.8213) 1.4

345.6401.14 1.4k k My N N KN y

?+?=+

=+=?∑ max min 22(1220.8213) 1.4

N 345.6290.14 1.4k k My N KN y ?+?=-

=-=?∑

因此 max 401.1 1.2( 1.2351.3421.56)k N R KN =<=?= min 290.10k N KN => 满足设计要求,股初步设计是合理的 .

2.2．3承台设计

根据以上桩基设计及构造要求,承台尺寸为2.2 3.6m m ?,预估承台厚0.8米,承台混凝土选用C25,21.27t f N mm =,211.9c f N mm =,承台钢筋选用HRB335级,

2300y

N mm f

=

承台计算简图

1． 承台内力计算

承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合设计值,则基桩净反力设计值为

,max 222500(2281520.8) 1.4

479.164 1.4

y i M y F N KN n y +??=

+=+=?∑ ,

min

22

2500(2281520.8) 1.4354.2464 1.4y i M y F N

KN n y +??=-=-=?∑

2.承台厚度及受冲切承载力验算

为防止承台产生剪切破坏,承台应具有一定的 厚度,初步设计承台厚0.8米,承台底保护层厚度50米米,则080050750h mm =-=.分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算,以验算承台厚度的 合理性.由于基础为圆形桩,计算时应将截面换算

成方桩,则换算方桩截面边宽为

0.80.8400320p d mm b ==?= 圆桩换算后边长为320米米的 方桩. a 柱对承台冲切

承台受压冲切的 承载力应满足下式:

2()()l ox c oy oy c ox hp t o F b a h a f h βββ??≤+++??

由于 250002500,l i F F N KN =-=-=∑则冲跨比为

ox 00.340.4530.75ox a h λ===;oy 0 1.04 1.387 1.00.75oy a h λ===> 取oy λ=1.0. 冲切系数为

ox 0.840.84

1.2860.20.4530.2ox βλ=

==++;oy 0.840.840.530.2 1.3870.2oy

βλ=

==++ 202()()x c oy oy c ox hp t b a h a f h βββ??+++??

[]2 1.286(0.40.1.04)0.53(0.40.34)112700.754274.9(2500)

l KN KN F =??++?+???=>=

故厚度为0.8米的 承台能够满足柱对承台的 冲切要求.

b 角桩冲切验算

承台受角桩冲切的 承载力应满足下式:

,1112110()()22x x x y hp t a a N c c f h βββ?

?≤+++???

?

由于,

max

479.1,t N N KN ==从角桩内边缘至承台外边缘距离为 120.56C C m ==;10.34x a m =;10.89y a m =.

1100.340.4530.75x x a h λ===;1100.89 1.1870.75

y y a h λ===

11110.560.560.560.560.858;0.410.20.4530.20.2 1.1870.2

x y x y ββλλ=

=====++++

则 1112110()()22y x x y hp t a a C C f h βββ??

+++???

?

0.890.340.858(0.56)0.41(0.56)112700.75

221362.1479.1t KN KN

N ?

?=?++?+???????

=>= 故厚度为0.8米的 承台能够满足角桩对承台的 冲切要求

C ．承台受剪切承载力计算

承台剪切破坏发生在与桩边连线所形成的 斜截面处,对于Ⅰ-Ⅰ截面,

1.04

1.387(0.2530.75

oy oy o

a h λ=

=

=-介于之间）

剪切系数为 1.75 1.75

a 0.731 1.3871

λ=

==++ 受剪切承载力高度影响系数计算:由于0hs 800,1h mm β<=故取 Ⅰ-Ⅰ截面剪力为 ,max V 2N 2479.1958.2KN ==?=

则 30010.73 1.2710 2.20.751529.7hs t af b h KN V β=?????=> 故满足抗剪切要求

d.承台受弯承载力计算

承台计算截面弯矩如下.

对于Ⅰ-Ⅰ截面,取基桩净反力最大值,

max

479.1N KN =进行计算，则 i y 14002001200 1.2m mm =-==

M 2479.1 1.21149.84.x i i N y N m ==??=∑ 6

2101149.84105678.220.90.9300750

x s y M A mm f h ?===??

因此,承台长边方向选用22@160.φ则钢筋根数为

n 2200/160115=+=

取15φ22@160,实际配筋s A =5701.52mm ,满足要求. 对于Ⅱ-Ⅱ截面,取基桩净反力平均值,2500

416.676

F N KN n =

==进行计算。

此时 0h 80080720mm =-=

x 7002000.5i m =-=

则 3416.670.5625y i i M N x KN m ==??=∑

6

2206251032150.90.9300720

y

s y M A mm f h ?===??

因此,承台短边方向选用14@180,n 3600180121φ=+=则钢筋根数，

22s A 21153.93231.9mm 3215mm =?=>实际配筋,满足要求.

e.承台构造设计

混凝土桩顶伸入承台长度为50米米.两承台间设置连续梁,梁顶面标高-0.8米,与承台顶平齐,根据构造要求,梁宽250米米,梁高400米米,梁内主筋上下共4φ12通长配筋,箍筋采用8@200φ.承台底做100米米厚C10素混凝土层,垫层挑出承台边缘100米米.

2.2．4桩身结构设计

预制桩的 桩身混凝土强度等级选用C30,钢筋选用HRB335级.

根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)第5.8.2条的 规定,桩顶轴向压力应符合下列规定: max c c ps N f A ?ψ≤ max 2

y i

M y F G N n y

+=

+∑ 2

2500 1.2253.4(2281520.8) 1.4

529.7864 1.4

KN +?+??=

+=? 计算桩身轴心抗压强度时,一般不考虑屈压影响,故取稳定系数1?=;对于挤土灌注桩,基桩施工工艺系数20.8;2511.9,c c C f N mm ?==级混凝土，则

62c max 110.811.910 3.140.41196(529.78)4

c f A KN N KN ?ψ=??????=>=

2.桩身水平承载力验算

由设计资料得柱底传至承台顶面的 水平荷载标准值为122 kN ,平均每根基

桩承受的 水平荷载为:

122

20.36

k

ik KN n

H

H =

=

= 桩身按构造要求进行配筋,由于受水平荷载,桩身配筋为6Ф12的 纵向配筋且

均匀的 布置在桩周,配筋面积2

678.6s A m m =

,钢筋保护层厚度为40米米,则其配筋率为:

2

678.6100%0.54%143.14400

s

g A A ρ==?=?? 满足《建筑桩基技术规范》中对桩身的 配筋要求.

由于桩身的 配筋率0.54%0.65%g ρ=

<,且为灌注桩,故单桩水平承载力特征值ha R 按式1—5计算:

()???

? ??++=n t m k N g M t m ha A f N W f R γξρυαγ12225.175.00 1—5 其中α为桩的 水平变形系数,m 1;m γ为桩横截面模量塑性系数,由于本工程中采用圆形截面,故2=m γ;t f 为桩身混凝土抗拉强的 设计值,kPa ;0W 为桩身换算截面受拉边缘的 截面模量; n A 为截面换算面积,2m ;N ξ为桩顶竖向力影响系数,本工程表现为压力,故取5.0=n ξ

由于 5

EI

mb =α ,从地质资料中可看出灌注桩周围主要为淤泥质土,查取相应规范取桩侧土水平抗力系数的 比例系数4

25m M Nm =

圆形桩桩身的 计算宽度,由于桩直径小 于1米即m

d 0.1 按式()5.05.19.00

+?=d b 计算: ()()0

0.91.50.50.91.50.40.50.99b d m =?+=??+=

根据 c

s E c E E d W I I E EI ===α2

85.0000

对C25混凝土

422

2.80102.80c

E m m M N m =?N = 对HPB235级钢筋

5222.1102.1s

E m m M N m =?N = 扣除保护层厚度后的 桩直径为

0.40.070.33d m =-=

()22

005

22

4

33

2132

0.42.1100.4210.54%0.33322.8106.58310E g d

W d d m

παρπ-??=

+-????????=+?-???? ??????

=? 3

34

00

6.583100.421.317102

I W d m --??===? 432

0.850.852.8101.3171031.34c E I E I m -==????=M N ? 故

0.953m α

=

M υ为桩身最大弯矩系数,由于桩长为11米,桩与承台的 链接为固端;

0.953110.48344h m m h m αα=?=>=取,通过桩基规范可知926.0=M

υ

换算截面积为:

()2

5

22

4

2.110110.4110.54%0.134

4

2.810n

E

g

d A m ππαρ????

???=+-=??+-?=?? ?

????

???

k N 取在荷载效应标准组合下桩顶的 最小 竖向力即290.1k N k N =

,则

()()0

6336

0.751.252210.750.95321.27106.583101.25220.54%0.926

0.5290.110121.27100.1325423.4525.42

0.3m t N

k

h a g

M

m t n ik fW N

R f A

k H k αγξρυγ-?

?

=

++ ?

?

???????=?+??????+ ??????

=N≈N>=N 故

桩身的 水平承载力满足要求.

1. 配筋长度计算

本工程中采用的 基桩为端承摩擦型桩,其单桩的 配筋长度不小 于桩长的 32即217.33m ?=,同时不小 于4.04.0.9534.20m α==,所以配筋长度取8.0米.

钢筋锚入承台应不小 于35倍的 主筋直径,即不小 于mm 4201235=?,本工程取锚固长度为420米米.

2. 箍筋配置

箍筋按构造要求配置,即采用φ6＠220的 螺旋式箍筋,柱顶下箍筋不再加密,由于钢筋笼的 长度取值为8米,大于4.0米,故按构造要求应每隔2.0米设置一道φ12的 焊接加劲肋.

2.2．5估算A 、B 轴线柱下桩数 1．桩数估算

设计A 、B 轴线下桩基础的 方法与C 轴下相同,单桩极限承载力标准值为702.6KN,基桩竖向承载力特征值为3351.3KN.

A 轴柱下荷载标准组合值为1660;196.m;134k k k F KN M KN V KN ===。 根据A 轴荷载初步估计A 轴柱下桩数,即

1660

4.73351.3

k F n R =

== 则A 轴下设计桩数为5根.

B 轴柱下荷载标准组合值为2060;202.m;143k k k F KN M KN V KN ===。

根据B 轴荷载初步估计B 轴柱下桩数,即

2060 5.86351.3

k F n R =

== 则B 轴下设计桩数为6根..

2．承台平面尺寸的 确定

根据估算的 桩数和承台的 构造要求,设计A 轴线承台平面尺寸为2.2米

?2.2米,桩中心距取1.4米,桩心与承台边缘距离0.4米; B 轴桩数与C 轴相同

A 轴承台布置示意图 2.2．6设计图纸

根据以上计算,可以绘制出桩基平面布置图和桩基大样图,施工详图(02)所示

3.重力式挡土墙课程设计

3.1 设计资料 1.地形

平原山地过渡地带,为一系列呈带状延伸的 平行岭谷分布区,以丘陵,台地为主.

2.工程地质条件

自上而下土层依次如下:

1号土层:人工填土,层厚约0.7米,黄褐色,含杂质较多.

2号土层:含砂粉质粘土,层厚2.1米,地基容许承载力R=250kPa. 3号土层:中风化泥岩,厚度未揭露,地基容许承载力R=500kPa. 3.墙身及墙后填料材料参数

墙身容重322/k kN m γ=,截面容许应力[]600a kPa σ= ,50i kPa τ=.填料容重

318/kN m γ=,35o ?=.基地摩擦系数f=0.4.填土边坡1:1.5. 4.荷载参数

车辆荷载换算等代土层厚度为0.84,布置在7.5米全宽路基上. 5.水文地质条件

本次勘探未见地下水,可以不考虑地下水的 影响. 3.2设计要求

每人根据所在组号和题号,完成各自要求的 挡土墙设计.要求分析过程详细,计算步骤完整,设计说明书的 编写应具有条理性,图纸整洁清晰. 3.3设计内容

1.设计公路挡土墙,包括确定挡土墙土压力,挡土墙尺寸,挡土墙基础和挡土墙结构,对挡土墙进行稳定性验算,挡土墙基础承载力验算以及挡土墙结构的 内力分析,强度计算,并满足构造设计要求,编写设计计算书.

2.绘制挡土墙施工图,包括挡土墙立面图,挡土墙大样图,并提出必要的 技术说明.

3.4设计成果 1.设计计算书

设计计算书包括以下内容:

1)土压力计算.

2)确定挡土墙截面

3)滑动、倾覆稳定性验算

4)基底应力验算

5)截面应力验算

2.设计图纸

设计图纸包括以下内容: （1）挡土墙立面图

（2）挡土墙大样图

（3）设计说明

重力式挡土墙设计计算书

1. 设计题目

本次课程设计的 题目:浆砌片重力式路堤墙设计. 2. 地层条件及其参数

（1） 题号:重力式路堤墙课程设计任务书中第8组第三题(墙高6.5米,墙后

填土高度3.0米).

（2） 地层:地基埋置深度不小 于 1.0米,持力层为②号土层含粉质粘性土

层,地基容许承载力R=250kPa.

（3） 载荷资料:车辆荷载换算等代土层厚度为0.84米,不知在7.5米全宽路

基上

（4） 其他设计参数 填料容重318/kN m γ=,35o ?=.基地摩擦系数f=0.4,墙

身

容

重

3

22/k kN m γ=,截面容许应力

[]600a kPa σ=,50i kPa τ=,/2,δ?=.填土边坡1:1.5.

根据给定设计资料,初步确定墙身尺寸如下:挡土墙高6.5米,墙身仰斜1:0.25()`1402o α=-.墙身为平行于墙背的 直线,墙顶宽1.54米,墙身分段长10米.为增大墙身抗滑稳定性,设置基底按坡度0.2:1内倾.

3. 主动土压力计算

1. 破裂角θ

假设破裂面交于荷载内,按表计算,a=3米,b=4.5米,H=6.5米,0h =0.84米,tan α=0.25 即

()()()()

()()()

000222tan 23 4.520.84 4.5 6.5 6.52320.840.25

6.53 6.5320.840.415

ab h b d H H a h A H a H a h α

++-++=+++?+??+?+?+??=

+?++?=

```3514021730382890ψ?αδ????=++=-+=

≤

tan tan 0.696θψ=-=

则

`3450θ?= 验核破裂面位置如下: 堤顶破裂面矩墙踵距离为

()()tan 6.530.696 6.612H a m θ+=+?= 荷载内边缘矩墙踵距离为

tan 0.25 4.5 6.50.25 6.125b H m α-=+?= 荷载外缘至墙踵距离为

0tan 6.1257.513.625b H b m θ-+=+=

6.125米<6.612米<13.625米,故破裂面交于荷载内,与设计相符,可采用所选计算公式.

2.求主动土压力系数K 和K1 主动土压力系数K 和K1计算如下: ()

()

()cos tan tan 0.164sin K θ?θαθψ+=+=+

由于 3tan 4.530.696

5.4tan tan 0.6960.25

b a h m θθα--?=

==+-

43 6.5 5.4 1.1h H h m =-=-=

304

122

2211223 1.120.84 1.1

116.52 6.5 6.51.893

h h h a K H H

H

??=+

-+

????????=+?-+ ????= 3.求主动土压力E 及其作用点位置y Z 主动土压力E 为

22111

18 6.50.164 1.89311822E H KK kN γ==????=

主动土压力的 作用点位置y Z 为

()()()()2

304421

2

232333 6.5 5.40.84 1.13 1.12 6.56.533 6.5 1.8932.144y a H h h h h H H Z H K m -+-=+?-+???-?=+??= 4.设计挡土墙截面

由于墙面平行墙背,基底倾斜0.2:1()`

01119α?=.通过试算,选墙顶

1 1.54b m =.

1.计算墙身重G 及其力臂G Z z

墙身重G 及其力臂G Z 计算结果,列于下表

2.滑动稳定性验算 抗滑稳定系数为

()()()()0000

````

````

cos sin cos sin 215.4cos1119118sin 1402173011190.4118cos 140217*********.4sin1119

1.34 1.30c G E f K E G ααδααδαα????????+++????=

++-???+?-++???=?-++-?=>

3.倾覆稳定验算

()()``cos 118cos 14021730117.78x E E kN αδ??=+=?-+= ()()``sin 118sin 140217307.14y E E kN αδ??=+=?-+= 因基底倾斜,土压力对墙踵O 的 力臂改为

110.191 2.1440.191 1.54 1.85y y Z Z b m =-=-?= 11tan 0.952 1.54 2.1440.25 2.0x y Z B Z m α=-=?+?=

则

11221

01

210.3 1.55 5.1 1.007.14 2.0

118 1.85

1.582 1.30

G G y x x y G Z G Z E Z K E Z ++=?+?+?=

?=>

稳定性验算的 结果表明,断面尺寸由滑动控制,上述估计符合实际. 4.基底应力验算

11221111212

0.95220.952 1.54210.3 1.55 5.1 1.007.14 2.0118 1.85

2210.3 5.17.140.160.2456N G G y x x y y

B

e Z G Z G Z E Z E Z b G G E B

m m

=

-++-=-

++??+?+?-?=

-++=<=

()max

min

25052.56215.47.1460.16112501.47 1.47{y G E e kPa R kPa B B σσ++?????=±=?±=≤= ? ?????

5.截面应力验算

墙面与墙背为平行的 直线,截面的 最大应力出现于接近基地处.由基底应力验算可知,偏心距及基底应力均满足地基的 要求,则截面应力肯定也满足墙身材