基础工程灌注桩课程设计

课程设计
课程名称：基础工程课程设计
设计题目：灌注桩基础设计
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制
目录
1.设计资料 3
2.桩的布置及截面尺寸确定 5
3.确定单桩竖向承载力特征值 6
4.确定桩数和承台尺寸 6
5.桩基础沉降验算 6
6.桩身结构设计计算 7
7.水平承载力校核 9
8.承台设计计算 9
9.连系梁设计 11
10.抗震设计 11
基础工程课程设计计算书
（任务要求：荷载序号；21号；计算位置：7轴+C轴；桩类型：灌注桩）1.设计资料
1.1岩土设计参数
某体型简单高层结构，柱截面 500×500mm2，C30混凝土。

1.2.工程地质资料自上而下土层依次如下：
①号土层：杂填土，层厚约 1.5，承载力特征值 fak = 110kPa。

②号土层：淤泥质土，层厚 3.5m，流塑，承载力特征值 fak = 50kPa。

③号土层：粉砂，层厚 4.5m，稍密，承载力特征值 fak = 120kPa。

④号土层：粉质黏土，层厚 4.0m，湿，可塑，承载力特征值 fak = 175kPa。

⑤号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值 fak = 270kPa。

1.3.岩土设计技术参数岩土设计参数如表 1 和表 2 所示
各层土重度依据《工程地质手册》表3-1-24规定：
土的名称
重度（KN/）
素填土18.7
淤泥质土17.1
粉砂19.5
粉质黏土19
粉砂层19.5
1.4水文地质条件
⑴拟建场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 3.5m。

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。

1.6设计题目
1.6.1 桩基础设计
⑴上部结构资料拟建建筑物为 8 层钢筋混凝土结构，柱截面尺寸均为 500mm ×500mm，柱网布置如图所示。

⑵上部结构作用
KN F k 2162=,m KN M K ⋅=50,KN
V K 281=
1.7.设计依据
JGJ 94-2008, 建筑桩基础技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2008 GB 50010-2010, 混凝土结构设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010 GB 50007-2011, 建筑地基基础设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2011 GB 50011-2010 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010 《工程地质手册 第五版》[S] 北京：中国建筑工业出版社，2018
2. 桩的布置及截面尺寸确定
2.1桩的尺寸
（1）承台底标高：-2.0 m
（2）截面尺寸： d=800mm 圆桩
（3）桩身长度： 13.05m ，桩顶进入承台0.1m ，桩尖进入粉沙层为1.5m （4）成桩工艺：泥浆护壁钻孔灌注桩
2.2选择桩端持力层、承台埋深
根据表1地质条件，以第5层粉砂层为桩尖持力层。

桩身材料：C30混凝土，轴心抗压强度设计值fc=14.3N/mm2，轴心抗拉强度设计值ft=1.43N/mm2 ；
HRB400钢筋，抗拉/压强度设计值fy=f'y=360N/mm2 ； 承台：C30混凝土， fc=14.3N/mm2 ， ft=1.43N/mm2 。

2.3.确定单桩竖向承载力特征值
=3.14×0.8×（25×3+4.5×47+4×63+1.5×72）+0.25×3.14×0.8²×2300=1624.5KN uk
Q
=1624.5/2=812KN
3.确定桩数和承台尺寸
4.1确定桩数
3.192
812
2162
2.1/=⨯=a k R F n ≧根 暂取4根。

4.2确定承台平面尺寸
5.桩顶作用效用验算
n
G F N K
K K +=
=（2162+4×4×2×20)/4=700.5KN ≤ =812KN
=max
min K N 700.5±（50+281×2）×1.2/(4×1.2²)
=700.5±127.5=a
R 2.18280573<>
6.桩基础沉降验算
等效作用面位于桩端平面，即-15m ，
等效作用面积为桩承台投影面积，即4.0×4.0m2。

等效作用附加压力近似取承台底平均附加压力
d A
G F P K
K γ-+=0=(2162+4.0×4.0×2×20)/(4×4)-1.5×18.7-0.5×
a R a R
17.1=138.5KN
等效作用面处自重应力为
=18.7× 1.5+17.1× 2.0+7.1×1.5+9.5×4.5+9×4+9.5×1.5=165.9kpa
z
Z/b L/b
S K 0
4P K S Z =σ
c σσ/z
0 169.5 0 1 0.25 138.50 0.82 1 179 0.5 1 0.23145 128.22 0.72 2 188.5 1 1 0.1752 97.06 0.51 3 198 1.5 1 0.12155 67.34 0.34 4 207.5 2 1 0.0840 46.54 0.22 5
217
2.5
1
0.0604
33.46
0.15
计算桩基础最终沉降量 土层 厚
度 平均自重应力1P 平均附加应力
总应力2P
1e
)1(e 11
212e E P P e s
+--
= h e e e S 1
2
1i 1+-=
∑=i
S S ' 1 1 174.3 133.4 307.7 0.55 0.533 0.0111 0.011 2 1 183.8 112.6 296.4 0.55 0.535 0.0094 0.021 3 1 193.3 82.2 275.5 0.55 0.539 0.0068 0.028 4 1 202.8 56.9 259.7 0.55 0.543 0.0047 0.033 5
1
212.3
40.0
252.3
0.55
0.545 0.0033
0.036
1,16.3,3a ===C
C B L d l
d S 2b =η 得出：
6.12,4362.1,9408.0210===C C C
=0.0894+（2-1）/(1.4362×(2-1)+6.12)=0.22 查表得02.1=ϕ
=1.02×0.22×0.036=0.00808m=8.08mm<200mm 沉降量满足要求。

7.桩身结构设计计算
=0.75×14.3×0.25×3.14×800^2=5388.2 >1.35k N =1.35*615.5=830.9KN
故桩身轴向承载力满足要求。

桩身按构造要求配筋，桩身配8
12纵向钢筋.
c σc σc c ps N f A ψ≤
2
904.3mm s A =
桩身配筋率为：0018.0%18.02
^80014.325.03
.904==⨯⨯=
g ρ<0.002
不满足规范JGJ94第4.1.1条之规定：当桩身直径为300~2000mm 时，正截面配筋率可取0.2%~0.65%。

取002.0g =ρ，s A =1005mm2(10
12)
由于摩阻力起主要作用，基桩为端承摩擦桩，根据规范GB50007第8.5.3条第8款和规范JGJ94第4.1.1条规定：配筋长度应不小于桩长的2/3(即8.7m )，同时不宜小于4.0/α。

05
mb EI α=
m —桩侧土水平抗力系数的比例系数，按规范JGJ94表5.7.5取 6MN/m4； b0—桩身的计算宽度；按规范JGJ94第5.7.5条
0b =0.9×(1.5d+0.5)=1.53
EI —桩身抗弯刚度，按规范JGJ94第5.7.2条规定 ；
0.85c EI E I =
00
02W d I =
2
200[2(1)]
32
E g d W d d παρ=
+-
d —桩直径，800mm ；
d0—扣除保护层厚度的桩直径，按规范JGJ94第4.1.2条，取保护层50mm ，故为700mm
542.010/3.010 6.67E α=⨯⨯=
0W =3.14×0.8/32(0.8^2+2(6.67-1)×0.002×0.7^2=0.05111 0I =0.05111×0.7/2=0.178
EI=0.85×3.0×10^4×0.178=4539
46.00178
.010385.053
.1654
=⨯⨯⨯⨯=α =α
.48.69<8.7m
综合考虑规范GB50007第8.5.3条第8款和规范JGJ94第4.1.1条规定：配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层(粉沙层），最终配筋长度取9m 。

另外，按规范GB50007第8.5.3条，桩的主筋锚入承台35倍主筋直径，即
按规范JGJ94第4.1.1条和规范GB50007第8.5.3条的要求，箍筋采用8@200螺旋式箍筋，桩顶以下4m(5d 范围内加密)配8@100螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m ，需要每隔2m 设一道12焊接加劲箍筋。

8.水平承载力校核
按JGJ94式5.7.2-1计算(桩身配筋率<0.65% 的灌注桩)
m γ—桩截面模量塑性系数，对圆形截面取2；
m ν—桩身最大弯距系数，按规范JGJ94表 5.7.2取值，由于
003.605.1346.0=⨯=h α>4
故取0.926；
()[]5075.0002.0167.614
8.014.32
n =-+⨯=
A N ζ—桩顶竖向力影响系数，竖向压力取0.5
N —在荷载效应标准组合下桩顶的竖向力945.7kN
)
1000
5075.043.127.9455.01()002.02225.1(926.010*******.043.1246.075.0ha ⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=R
=93.4KN>k H /n=70.25KN 满足条件。

9.承台设计计算
承台底面钢筋的混凝土保护层厚度，当有混凝土垫层时，不应小于 50mm ，无垫层 时不应小于 70mm ；此外尚不应小于桩头嵌入承台内的长度
承台高900mmm ，桩顶伸入承台100mm ，钢筋的保护层取70mm ，取承台底面钢筋的混凝土保护层厚度为100mm,无垫层，则承台有效高度：h0=800mm,C30混凝土。

9.1柱对承台的冲切
oy ox a a ==55.0 679.0ox ==oy λλ 95.02
.0679.084
.0ox =+==oy αα
992.0hp =β
抗冲切承载力=2×（0.95（0.5+0.55）+0.95（0.5+0.55））×0.992×1430×0.80 =4584.6kN> 1.35×2162=2918.7KN 满足要求
9.2角桩对承台的冲切
y
a a 1x 155.0==
679
.011x ==y λλ
637.02
.0679.056
.011x =+=
=y αα
2.121==c c
抗冲切承载力=0.637（ 1.2+0.55/2）×2×0.992×1430×0.80=2159.2KN>1.35m ax k N =1117.8kN 满足要求
9.3承台受剪承载力计算
679.0x ==y λλ 04.11679.075
.1x =+=
=y αα 996.08004
10=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=h hs β 抗剪承载力=0.996×1.04×1430×4×0.80=3549.7KN>1.35×2m ax k N =2235.6KN 满足要求。

9.4承台受弯承载力计算
⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡+=∑2
max max 35.1j Y K
x x M n F N =1.35×（2162/4+(50+281*2)*1.2/4*1.2^2)=901.8KN 32.21642.18.9012i =⨯⨯==∑i Y X N M kN.m 0
9.0h f M A y y S =
=2164.32×1000/(0.9×360×810)=8246.92mm
选用22Φ22，As=8358mm2 ，沿平行于x 轴方向均匀布置，置于钢筋网下部。

n
F
N K ⨯=35.1=729.7KN.m
2.17512.17.7292i x =⨯⨯==∑i y N M KN.m
x
9.0h f M A y S =
=1751.2×10^6/(0.9×360×810)=6672.8mm2
选用18Φ22，As=6838mm2 ，沿平行于y 轴方向均匀布置，置于钢筋网上部。

9.5局压验算
9.5.1柱对承台的局压验算
=1.35×1.0×3×14.3×500×500=14478.75kN>2918.7KN 满足要求
3b
l l A A β==
9.5.2桩对承台的局压验算
=1.35×1.0×3×14.3×0.25×3.14×
N=901.8KN
800^2=29096.5KN>1.35
K
m ax
满足要求
10.连系梁设计
根据规范JGJ94-2008，4.2.6条规定:
3 有抗震设防要求的柱下桩基承台，宜沿两个主轴方向设置联系梁。

4 联系梁顶面宜与承台顶面位于同一标高。

联系梁宽度不宜小于 250mm，其高度可取承台中心距的 1/10~1/15，且不宜小于 400mm。

5 联系梁配筋应按计算确定，梁上下部配筋不宜小于 2 根直径 12mm 钢筋；位于同一轴线上的联系梁纵筋宜通长配置。

取连系梁的高度h=500mm>400mm；宽度b=300mm>250mm;连梁保护层厚度30mm; 由于不明确柱剪力值和轴力值，因此连系梁的配筋按照构造确定，即满足最小配筋量为上下配置不小于2φ12钢筋（上下各选配2φ12的钢筋）。

11.抗震设计
依据规范GB50011-2010 4.4.1条，下列结构可不进行抗震承载力验算。

11。