预应力管桩资料

基础工程课程设计 姓名：曹建洲 学号：U20125727 班级：土木卓越1201班 指导老师：罗晓辉 完成时间：2015年11月
目录 一、 设计任务书 ............................................................ 1 1.1、设计题目..................................................................................................................... 1 1.3、课程设计内容 ............................................................................................................. 1 二、 场地条件和基础选型 .................................................... 1 2.1、场地位置及地形地貌 ................................................................................................. 1 2.2、工程地质条件 ............................................................................................................. 1 2.3、水文地质条件 ............................................................................................................. 2 2.4、地震工程地质 ............................................................................................................. 2 2.5、上部结构资料 ............................................................................................................. 2 2.6、设计说明..................................................................................................................... 2 三、钻孔灌注桩方案设计 ..................................................... 2 3.1、初步结构的确定 .................................................. 2 3.2、确定桩的数量，间距及布置 ......................................... 4 3.3、桩基承载力验算 .................................................. 5 1、单桩竖向承载力验算 .................................................................................................. 5 2、软弱下卧层承载力验算 .............................................................................................. 5 3、水平承载力验算 .......................................................................................................... 5 4、桩身混凝土强度验算 .................................................................................................. 5 3.4、桩基沉降计算 .................................................... 5 3.5、承台设计 ........................................................ 6 四、预应力管桩方案设计 ..................................................... 8 4.1、选择持力层 ................................................................................................................. 8 4.2、选择桩的类型与几何尺寸 ......................................................................................... 8 4.3、确定单桩承载力 ......................................................................................................... 9 4.4、确定桩的数量、间距及布置 ..

................................................................................... 9 4.5、承载力验算 ............................................................................................................... 10 4.5.1、竖向承载力验算 ............................................................................................... 10 4.5.2、软弱下卧层承载力验算 ................................................................................... 10 4.5.3、桩身承载力与裂缝控制验算 ........................................................................... 10 4.6、桩基沉降验算 ........................................................................................................... 10 4.7、单桩结构设计 ........................................................................................................... 11 4.8、承台设计................................................................................................................. 112 4.8.1、矩形承台受弯计算 ......................................................................................... 113 4.8.2、受冲切计算 ..................................................................................................... 113 五、参考文献 ............................................................. 14
一、设计任务书 1.1、设计题目 钟祥市医药研究所健康家园概况： 钟祥市医药研究所在钟祥市祥瑞大道拟建健康家园，共拟建二幢住宅楼（23层），设有二层裙楼商铺，框剪结构，拟采用桩基础, 主楼设一层地下室，地下室 基础埋深4.5m。项目场地岩土工程条件详见“钟祥市医药研究所健康家园场地岩 土工程勘察报告”、平剖面。 1.2、基础工程方案 钟祥市医药研究所健康家园拟采用钻孔灌注桩与预应力管桩基础方案。钻孔灌注桩采用旋挖孔施工方案，预应力管桩采用静压施工方案。灌注桩混凝土强度取C30，钢筋保护层厚度取35mm；桩基承台混凝土强度取C25，保护层厚度不小于50mm。桩身与承台配筋采用Ⅱ级普通圆钢筋。 执行规范为湖北省地方标准《建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2003）的第十章、《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DB42/489 -2008）的第七章。 1.3、课程设计内容 针对该小区2#楼（7--7、8--8剖面）中的某一勘探点（自选），分别设计钻孔灌注桩方案、预应力管桩方案（采用中柱荷载），并进行方案比较。 二、场地条件和基础选型 2.1、 场地位置及地形地貌 拟建场区位于钟祥市祥瑞大道西侧，北东西三侧为空地。场地地貌单元属汉江一级阶地，地势平坦，场地高程41.32-42.71m，相对高差0.92m，场区主要出露一套第四系全新统冲洪积地层，表层为杂填土，上部为粉质粘土，下部为粉砂及砾石层，底部为白

垩系粉砂质泥岩。 2.2、工程地质条件 自上而下土层依次如下： ①号土层：杂填土，稍湿，松软。 ②号土层：粉质黏土，可塑，全场均有分布。 ③号土层：粉砂，稍密，饱和，平均厚度6.84m。
④号土层：圆砾，饱和，稍密，平均厚度7.17m。 ⑤号土层：强风化粉砂质泥岩，完整程度属破碎，平均厚度2.19m。 ⑥号土层：中风化粉砂质泥岩，岩石完整性较差，最大揭露厚度10.50m。 2.3、水文地质条件 场地地貌单元属汉江一级阶地，沉积一套第四系全新统冲洪积地层，表层为杂填土，上部为粉质粘土，下部为粉砂及砾石层，底部为白垩系粉砂质泥岩。 根据现场调查，场地及其周边无污染源存在，综合判定，场地地下水和土对混凝土结构及对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。 2.4、地震工程地质 根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2008）表4.1.6 规定可得，本地区抗震设防烈度6 度要求采取抗震构造措施。地基基础的抗震措施，应符合有关规定，同时应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 场区③层为粉砂，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2011）可不进行砂土液化的判别。 2.5、上部结构资料 框架中柱设计荷载为13500kN，角、边柱设计荷载为10000kN 。材料选择钻孔灌注桩。混凝土强度取C30，钢筋保护层厚度取35mm；桩基承台混凝土强度取C25，保护层厚度不小于50mm。桩身与承台配筋采用Ⅱ级普通圆钢筋。 2.6、设计说明 选择的测点为7-7剖面的K7，调整后的中柱荷载为16200kN。 三、钻孔灌注桩方案设计 3.1、 初步结构的确定 建筑物基础设计方案采用钻孔灌注桩，选择勘探点K7。具体初步选型设计方案如下：桩基重要度系数为1.0，拟采用截面为圆形的混凝土灌注桩，以⑥层作为持力层，因此选取桩径800mm，桩长26.7m，深入持力层8m。承台顶面标高-4.5m，厚度2100mm，大小6.03.4mm，桩插入承台100mm。 3.1.1 考虑桩身强度方面确定 按照桩身强度确定单桩竖向承载力时，可以将桩视为轴心受压杆件，在竖向荷载作用下，将发生纵向挠曲破坏而丧失稳定性，因此验算时候尚需考虑纵向挠
曲影响，应乘以纵向挠曲系数（稳定系数），此处为1.0，由于配筋尚未知晓，所以先单独算混凝土能够提供的承载力设计值，根据《混凝土结构设计》(GB50010-2002)，钢筋混凝土桩单桩竖向承载力设计值为 2R=-4.5m1.00.714.380050324ccpygfAfAkN 式中：R——单桩竖向极限承载力标准值，kN； yf——混凝土的轴心抗压强度设计值(kPa)； cf——纵向钢筋抗压强度设计值(kPa)； AP——桩身的横截面积(m2)； Ag——纵向钢筋的横截面积(m2)； φ——桩的稳定系数，对低承台桩基，考虑土的侧

向约束可取φ=1.0；但穿过很厚的软黏土层和可液化土层的端承桩或高承台桩基，其值应小于1.0； ψc——工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.6~0.7(水下灌注桩或长桩时用低值)； 3.1.2 考虑桩周土承载方面确定 按照规范推荐的经验公式法，根据《建筑桩基技术规程》(JGJ 94-94)单桩竖向极限承载力标准值按下式计算： ukskpkpSisikiPpkpQQQuqlqA 式中：ukQ——单桩竖向极限承载力标准值，kN； skQ——单桩总极限侧阻力标准值，kN； pkQ——单桩总极限端阻力标准值，kN; pu——桩身周长，m； sikq——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值kPa； il——桩周第i层土的厚度，m； pA——桩端面积，m2； pkq——桩端极限端阻力标准值，kpa。 P、Si——大直径桩端阻、侧阻尺寸效应系数。这里均取1.0；
由岩土勘察报告： 单桩竖向承载力标准值: ckasiaipa20qlq0.8265.5125.26071.9408.38015000.841864psippRuAKN 3.2、 确定桩的数量，间距及布置 中柱荷载设计值： 135001002716200FKN 承台自重： KNG326.43.46.08.002 单桩作用效应下需要的桩数： a16200326.4n3.94186FGR根，取为6根。 桩的布置如下图。满足管桩的最小中心距要求。 层号 侧阻力特征值 端阻力特征值 ①杂填土 10 ②粉质粘土 26 ③粉砂 12 ④圆砾 60 ⑤强风化粉砂质泥 40 ⑥中风化粉砂质泥 80 1500
3.3、 桩基承载力验算 1、单桩竖向承载力验算 取承台及其上土的平均重度2/20mkNG；则桩顶平均竖向力设计值()(162001.2206.03.40.8)/627654186aQFGkNRkN 2、软弱下卧层承载力验算 用于勘测土层的承载力特征值逐渐加大，故不需要验算。 3、水平承载力验算 上部无水平荷载，故无需验算桩基水平承载力。 4、桩身混凝土强度验算 桩身强度应符合下式要求: 桩轴心受压时， ccpfAQ 即有2276580014.30.75031KN4pccQAf，满足。 3.4、 桩基沉降计算 桩基沉降验算：考虑扩散作用时沉降较大，按扩散作用情况下计算沉降。 考虑扩散作用时，取： 23644 0k16200326.4p148kpaa2ltanb2ltan6.0228.2tan6(3.4228.2tan6)FG 用分层总和法计算桩端平面处的沉降量's。 01111'()nnziiiiiiiizizipshzzEE 桩端平面处最终沉降量'icss 取每层土厚度为1m，iz深度范围内总沉降s按'0.025ss确定最终深度z。
i Zi (m) z/b l/b ai Esi (Mpa) 's (mm) S (mm) 's/s 0 0 0.000 1.765 1.000 43 2 2 0.588 1.765 0.939 43 8.097 8.097 1.000 4 4 1.176 1.765 0.768 43 5.148 13.246 0.389 6 6 1.765 1.765 0.577 43 1.681 14.927 0.113 8 8 2.353 1.765 0.469 43 1.251 16.177 0.077 10 10 2.941 1.765 0.393 43 0.769 16.945 0.045 12 12 3.529 1.765 0.338 43 0.543 17.488 0.031 由表中数据可知，取最终深度为12m。 查表可知沉降经验系数为4.0 故实际沉降为'1.10.417.4887.695[]cssmms 满足沉降要

求。 3.5、 承台设计 桩基承台混凝土强度等级为C25，承台底钢筋混凝土保护层厚度取50mm，受力钢筋采用HRB335级钢筋，初步设计中拟定承台高2.1m，承台尺寸3.4m6.0m。桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层取35mm，则承台有效高度为 mmh2015035.005.01.20 1、承台受弯承载力计算 扣除承台和其上填土自重后单桩竖向力设计值1620027006NKN 垂直于y轴方向计算截面的弯矩设计值： xiiNy270031.08100mMKN 62xsy0810********mm0.9fh0.93002015MA 垂直于x轴方向计算截面的弯矩设计值： yiiNx27002210800mMKN 62xsy0108001019701mm0.9fh0.93002015MA
选用2832，219704mmAs，沿平行于X、Y轴方向均匀布置。 2、承台受冲切承载力计算 (1)柱对承台的冲切 Fl=F-ΣNi=16200kN 受冲切承载力截面高度影响系数βhp计算： 0.9hp 冲垮比λ与系数α的计算： 2.065.02.0151.3000haxx 988.00.265.00.842.00.840x0x 2.0198.02.0150.4000hayy 取为200.y 1.20.22.00.842.00.840y0y 则由《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)所规定的材料力学性能指标可以得到承台混凝土C20抗拉强度设计值为ft=1100kPa。 0thpxcyycxhfahab00002 =2×[0.988×(0.6+0.4)+ 2.1×(0.6+1.3)] ×0.9×1270×2.015 =22930kN>Fl=16200kN(满足) (2)角桩对承台的冲切 角桩冲切，c1=1.4m,c2=1.1m，a1x=a0x，λ1x=λ0x，a1y=a0y，λ1y=λ0y。 2.065.02.0151.3000haxx 659.00.265.00.562.00.560x0x 2.0198.02.0150.4000hayy
取为200.y 4.10.22.00.562.00.560y0y 0thpxyyxhfacac2/2/2020010 =2×[0.659×(1.4+0.4/2)+1.4×(1.1+1.3/2)] ×0.9×1270×2.015 =16142kN>Fl=2700kN(满足) 综上可知，验算通过。 3、承台受剪承载力验算 对于受剪切承载力截面高度影响系数βhs，当截面h0=2015mm，取h0=2000mm，此时，代入βhs计算公式： 795.02000800h80041410hs 对于I-I斜截面，剪跨比与以上冲跨比相同 λx=λ0x=0.65 剪切系数 06.11.065.01.751.01.75λ(介于0.3~3之间) 2.1054.3127006.10.79500hbfths =7660kN>2Q=5400kN(满足) 对于Ⅱ-Ⅱ斜截面，剪跨比与以上冲跨比相同 λx=λ0y=0.2 剪切系数 458311.0201.751.01.75..λ(介于0.3~3之间) 2.1050.612704583.10.79500hbfths =18596kN>3Q=8100kN(满足) 四、预应力管桩方案设计 4.1、选择持力层 根据岩土勘察报告，圆砾全场分布，承载力高，可以作为持力层，故选为持力层。 4.2、选择桩的类型与几何尺寸 选择130600APC的预应力管桩，桩长16.8m，一直打入持力层底部。承
台顶面标高为4.5m-。承台厚度为2100mm,大小为6m6m。桩插入承台100mm。 4.3、确定单桩承载力 由规范，可按下式进行估算： GAURpaisiaaqlq 由岩土勘察报告： 单桩承载力: KNAURG2017192.045007602.5165.4246.0qlqpaisiaa 按材料强度： KNAR865419235.995.0fca 两者取小值：KNR2017a 4.4、确定桩的数量、间距及布置 中柱荷载设计值： 135001002716200FKN 承台自重： KNG1512661.2

02 单桩作用效应下需要的桩数： a162001512n8.782017FGR根，取为9根。 桩的布置如下图。满足管桩的最小中心距要求。 层号 侧阻力特征值 端阻力特征值 ①杂填土 11 ②粉质粘土 24 ③粉砂 16 ④圆砾 60 4500 ⑤强风化粉砂质泥 ⑥中风化粉砂质泥
图1：桩的布置图 4.5、承载力验算 4.5.1、竖向承载力验算 桩基安全等级为二级，故桩基安全性系数为1.0。 轴心竖向力作用下k162001512Q1968KNRa2017n9FGKN。 4.5.2、软弱下卧层承载力验算 用于勘测土层的承载力特征值逐渐加大，故不需要验算。 4.5.3、桩身承载力与裂缝控制验算 使用阶段轴心受压桩正截面受压承载力应符合下式要求: pcckc-fGAQ 即有2639KN4.39-50.21920.3-f1268pcckcGAQ，满足。 轴心受压下0ck，则0mm/-4.39-2pcckN，裂缝控制等级为一级。 4.6、桩基沉降验算 桩基沉降验算：考虑扩散作用时沉降较大，按扩散作用情况下计算沉降。
考虑扩散作用时，取： 23644 0k2162001512p196kpaa2ltanb2ltan6216.7tan6FG 用分层总和法计算桩端平面处的沉降量's。 01111'()nnziiiiiiiizizipshzzEE 桩端平面处最终沉降量'icss 取每层土厚度为1m，iz深度范围内总沉降s按'0.025ss确定最终深度z。 由表4.6.1中数据可知，取最终深度为9.7m。此时： ''1.310.0252.2870.6iissmmzm 计算深度范围内的压缩棤当值为4.53.55.2128.064.55.2sMPaE 查表可知沉降经验系数为0.663 故实际沉降为'0.66391.4860.65[]200sssmmsmm 满足沉降要求。 4.7、单桩结构设计 预应力管桩混凝土强度取C80，钢筋保护层厚度取35mm，桩的截面尺寸为直径600mmD，桩长17.8m。螺旋箍筋采用5b，预应力筋为9.016。 起吊时采用双点吊，吊点的位置距桩头及其端部均为0.207l。 起吊时桩身最大弯矩为2maxql0.0214MK,其中，q为桩的自重，l为桩长。考虑到预制桩吊运时可能受到冲击和振动的影响，规范规定，计算吊运弯矩时，宜将桩身重力乘以1.3的动力系数K。另外，桩自重尚应乘以恒载分项系数，取1.2。 每延米桩的自重：mKN/76.525192.01.2q mKNK36155.761.30.0214ql0.0214M22max 对于预制130600APC的预应力管桩，配有9.016预应力筋，128的锚固筋，显然满足起吊要求。
表6.4.1 基础沉降 ()zm /lb /za z 11iiizz ()siEMpa 'is '()ismm 0 1.0 0 1.000 0 0 3.5 0 0 2 1.0 0.667 0.9588 1.918 1.918 3.5 40.29 40.29 4 1.0 1.333 0.8312 3.325 1.407 3.5 31.02 73.31 4.5 1.0 1.5 0.7964 3.584 0.259 3.5 5.70 79.01 6.5 1.0 2.167 0.6692 4.350 1.251 12.0 8.04 87.05 8.5 1.0 2.833 0.5688 4.835 0.485 12.0 3.12 90.17 9.7 1.0 3.233 0.5196 5.040 0.205 12.0 1.31 91.48 11.7 1.0 3.9 0.4544 5.316 0.276 21.0 1.02 92.50 13.7 1.0 4.567 0.4048 5.546 0.230 21.0 0.84 93.34
4.8、承台设计 桩基承台混凝土强度等级为C25，承台底钢筋混凝土保护层厚度取50mm，受力

钢筋采用HRB335级钢筋，初步设计中拟定承台高2.1m，承台尺寸6m6m。 4.8.1、矩形承台受弯计算 扣除承台和其上填土自重后单桩竖向力设计值1620018009NKN 垂直于y轴方向计算截面的弯矩设计值： xiiNy180032.111340mMKN 垂直于x轴方向计算截面的弯矩设计值： yiiNx180032.111340mMKN 2xsy01134021539mm0.9fh0.93002100-100-50MA 选用3528，2s21551mmA，沿平行于x、y轴方向均匀布置。 4.8.2、受冲切计算 柱子尺寸600mm600mm。 A、柱对承台冲切 0xa2.4-0.3-0.31.8m、0ya2.4-0.3-0.31.8m 0x0x0.720.720.641.80.20.21.95、0y0y0.720.720.641.80.20.21.95 0xc0y0yc0xt02babafh20.641.80.60.641.80.613001.951724816200KNKN 满足柱边抗冲切要求。 B、角桩对承台的冲切 m9.06.03.0c1、m9.06.03.0c2 0x1xaa、0x1x、0y1yaa、0y1y 1x1y1x0.480.480.4951.80.20.21.95
1y1x1x21y1t0kaaccfh220.4950.90.60.4950.90.613001.9537641968KNQKN 满足角桩向上冲切要求。 C、承台受剪切承载力计算 对于-斜截面，剪跨比x0x1.80.921.95 故剪切系数：x0.120.120.0980.30.92+0.3，则有 c00kfbh0.0981190061.951369423936KNQKN,满足要求。 五、参考文献 [1]罗晓辉.《基础工程设计原理》.华中科技大学出版社，2006 [2]东南大学、天津大学、同济大学.《混凝土结构设计原理》第五版.中国建筑工业出版社，2013 [3]东南大学、浙江大学、湖南大学、苏州科技学院.《土力学》第五版.中国建筑工业出版社，2010 [4]中华人民共和国国家标准，《混凝土结构设计规范》（GB 50010 2010） [5]中华人民共和国国家标准，《建筑地基处理技术规范》（JGJ94-94） [6]中华人民共和国国家标准，《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）