灌注桩基础设计论文.doc

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1、第一章绪论1.1桩基础概念桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，承台底 面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上， 则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中，桩基础应用广 泛。1.2桩基分类1.2.1桩按材料分类桩按材料分类：可划分为钢桩、钢筋混凝土方桩、钢筋混凝土或预应力混凝 土管桩、钢管混凝土管桩。1.2.2桩按承台位置分类按承台位置的不同，桩基础可分为高桩承台基础和低桩承台基础。高桩承 台的承台底面位于地面（或冲刷线）以上，其桩身外露部分称为桩的自由长度。 低桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以下。高桩承台可减少墩台的

2、圬工数 量，避免或减少水下作业，施工较为方便。然而由于承台和基桩外露部分无侧边 土层来共同承受水平外力，对基桩受力较为不利，稳定性较差。1.2.3桩按地质条件分类根据地质条件的不同，桩的传力方式有两种。柱桩：将桩尖通过软弱的覆盖层后再嵌入坚实的岩面，荷载由桩尖直接传 到基岩中，桩象柱子一样受力。柱桩承载力较大，安全可靠，基础沉降也小，但 若岩层埋置很深，就需采用摩擦桩。摩擦桩：当基岩埋藏很深，桩尖不可能达到时，荷载是通过位于覆盖层中的 桩的桩壁与土壤间的摩阻力和桩的端部的支承力共同来承受的。1.3桩基础特点1 、桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力层，具有

3、很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑的全部竖向荷载（包括偏心荷载）。2 、桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群刚度（摩擦桩），在自重或 相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范 围。3 、凭借巨大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载， 保证高层建筑的抗 倾覆稳定性。4 、桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造 成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗 拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型 主

4、要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔 灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在建筑桩基技术规范中均有规定。第二章桩基础地质条件概述2.1地形拟建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾22工程地质条件第一层土：素填土，层厚1.5m,稍湿，松散，承载力特征值f=95kPa 第二层土：淤泥质土，层厚3.3m,流塑，承载力特征值fak=65kPa 第三层土：粉砂，层厚6.6m，稍密，承载力特征值fak=llOkPa第四层土：粉质黏土，层厚4.2m,湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa 第五层土：粉砂层，钻孔未穿孔，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa 2.3岩土设计

5、参数表2-1地基岩土物理参数土层编号土的名称含水率W(%)液性指数标注灌入锤击数N (次)压缩模量(MPa孔隙比e1素填土52淤泥质土62.41.083.81.043粉砂27.6147.50.814粉质粘土31.20.749.20.795粉砂层3116.80.58表2-2桩的极限侧阻力标准值 qsk和极限端阻力标准值qpk单位：kPa土层编号土的名称桩的侧阻力qsk桩的端阻力qpk1素填土222淤泥质土283粉砂454粉质粘土609005粉砂层7524002.4水文地质条件拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性地下水位深度：位于地表下3.5m2.5场地条件建筑物所处场地抗震设防烈度为 7度，场地内

6、无可液化砂土、粉土2.6上部结构资料拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m宽9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外差450mm柱截面尺寸为400mrK 400mm横向承重，柱网布置如图2-1图2-1网布置图2.7上部结构荷载上部荷载（柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值）如表2-3、2-4表2-3柱底荷载效应标准组合值题号Fk( kN)MK(kN x m)Vk ( kN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴4204022802460242223221145158148表2-4柱底荷载效应基本组合值题号F (kN)M (N*m)V( kN)A轴B轴C轴A轴B轴C轴A轴B轴C轴4

7、2650365031202532282441931751882.8材料混凝土材料强度等级为C25-C30,钢筋采用HPB235 HRB335级。第二章灌注桩设计3.1灌注桩基设计设计方案室外地坪标高为-0.45m ,自然地坪标高同室外地坪标高。 由建筑桩基设计 规范“场地和地基条件简单、荷载分布均匀的 7层或7层以下的一般建筑”之设计等级为丙级可知该建筑桩基应按丙级设计，不再进行沉降计算，拟采用直径为450mm的混凝土沉管灌注桩。选用第五层土粉砂层为持力层，由建筑桩基设计规范可知，桩尖深入持 力层的长度不宜小于1.5( 1.5 d=0.675m)，这里取0.75m,设计桩长15.2m，承 台高

8、0.95m，承台底面埋置深度-1.6m，桩顶伸入承台50mm桩顶标高-1.55m， 桩底标高为-16.75m，桩长为15.2m。3.2单桩承载力计算查建筑桩基设计规范得表 3-1:表3-1 土侧(端)阻标准值及其深度土层编号侧(端)阻标准值 qsk (kNx m)入土深度l (m)1220.352283.33426.64684.25649000.753.2.1单桩竖向极限承载力标准值计算单桩竖向极限承载力标准值计算：(3-1)Quk - Qsk Qpk =Up 二 qsikl i Apqpk(3-2)Qsk =3.14 0.450.35 22 3.3 28 6.6 42 4.2 68 0.75

9、 64=1004.5kN1 2Qpk3.14 0.452 900 =143.1kN( 3-3)4Quk -Qsk Qpk -1004.5 143.1 =1147.6kN3.2.2基桩竖向荷载承载力设计值计算承台底部地基土较为松软的填土，压缩性大，因此不需考虑承台土效应，即R =艮=Quk = 1147.6 =573.8kNK 2(3-4)根据上部荷载初步估计桩数为:n丄仝3.97Ra573.8(3-5)初步设计桩数为4根。3.3桩基验算根据建筑桩基设计规范，当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取 效应的标准组合值由于装机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

10、不进行地震效应的竖向承载力验算。根据初步设计桩数采用正方形承台，由建筑桩基设计规范桩间距为设计 为3d，桩中心距承台边缘为 d，则承台初步设计为2250m材2250mm如图3-1图3-1承台平面布置3.3.1承台初步验算承台初步设计为2250mM 2250mm如图3-1承台及其上填土的总重为Gk =2.25 2.25 1.6 20=162kN(3-6)计算时取荷载标准组合，则Nk Fk Gk2280 162 =610.5kN573.8kN(3-7)故而如此设计不合理332承台最终验算增加桩数至5根，继续构造承台，此时设计为 2800m材2800mm承台及其上填土的总重为(3-8)Gk =2.8

11、 2.8 1.6 20=250.88kN计算时取荷载标准组合，则Nk Fk Gkn2280 250.885=506.176kN : 573.8kN(3-9)Nikmax = Nk Mym =506.176223 158 0.950.95 =506.176 98.2、亍4 0.95 0.95(3-10)(3-11)= 604.4kN ：1.2R =687.7kNNik min = Nk -mX =506.176 - 223 158 0.95 095 = 506.176 98.2二 y4 0.95 0.95= 473.76kN0满足设计要求，故此次设计是合理的3.4承台设计根据以上桩基设计及构造要

12、求，承台尺寸为2.8mx 2.8m如图3-2，初步设2 2计承台厚0.95m,承台混凝土选用 C25, ft=1.27N/mm, fc=11.9N/mm；承台钢筋选2用 HRB335级，fy=300N/mm图3-2承台平面布置341承台内力计算承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反设计值为:F M y Yimax2n瓦Yi3560228 175 0.95 0.9554 0.95 0.95-712 103.75 =815.75kN(3-12)FM yYimin 一 2nYi3560228 175 0.95 0.9554 0.95 0.95= 712-103.75 =608.25kN(

13、3-13)N=35605= 712kN(3-14)3.4.2承台厚度及受冲切承载力验算承台保护层厚度60mm则h=950-60=890mm由于基桩为圆形桩。计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为:bp = 0.8d = 0.8 450 = 360mm 1、柱对承台冲切由建筑桩基设计规范承台受桩冲切的承载力应满足:(3-15)F 兰2p0x(bc+a0y)+00y(hc+a0xWhpfth0柱边至最近桩边水平距离:a0x 二 a0y = 570mm冲垮比:0xI ax0y莖570890= 0.64(3-16)冲切系数:0.840.84,0x1(3-17)一 6 0.2 一 0.64 0.

14、2 -承台受冲切承载力截面高度影响系数:环=0.9875则有bc ay 0y hc ax飞+厲=2 1 0.4 0.5710.4 0.57 1 0.987 1270 0.89= 4330.7kN(3-18)R =F -、Nj =3560 -0 =3560kN :：: 4330.7kN(3-19)故厚度为0.95的承台能够满足柱对承台的冲切要求2、角桩冲切的验算 承台受角桩冲切的承载力应满足：N| 兰|九 C2 +：y + By gPhpfthoI 2丿I 2丿角桩内侧边缘至承台外边缘距离：c1 =c2 =630mm柱边与桩内边缘连线水平距离：a1x =a1y = 570mm角桩冲垮比：、0.5

15、60.561x = 1y0.67y 1x 0.20.64 0.2(3-20)(3-21)(在 0.25-1.0 之间)x0.561x 0.20.560.64 0.2-0.67(3-22)角桩冲切系数：则有|九 C2 十並十 1y C1 +並 |Php ftho2丿 2丿=0.67 0.63+057 + 0.670.63+057. 0.9875270890: 2丿 2丿(3-23)1368.53kN汕=Nmax =815.75kN ：1368.53kN故厚度为0.95m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求3.5承台受剪承载力计算承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处(3-24)V 辽 h

16、 ftbho受剪面承载力截面高度影响系数:(3-25)计算截面剪跨比:5700.64890(3-26)（在 0.25-3.0 之间）剪切系数：1.75亠1-1.067(3-27):hs：ftbh= 0.9875 1.067 1270 2.8 0.89(3-28)= 3334.67kN(3-29)V=2 Nmax=2 815.75 =1631.5kN ：3334.67kN故满足抗剪切要求3.6承台受弯承载力计算取基桩净反力最大值：Nmax=815.75kNMx = Niyi =2 815.75 0.75 =1 22352N mAs1 = As20.9fyh122 25 1 0 0 0 0 0=0

17、5 0 9”亦20.9 300 890(3-30)由建筑桩基设计规范“承台纵向受力钢筋的直径不应小于 12mm间距不应大于200mm柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于 0.15%”承台纵横方向选用直径为18mm的HRB钢筋间距为140mm则钢筋根数为n=2800/140+1=21,实际钢筋 A=21 254.5=5344.5mni最小配筋率：5344 50.201%0.15%2800 950(3-31)故配筋满足要求3.7承台构造设计混凝土桩桩顶伸入承台长度50mm两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.65m，与承台顶齐平，梁宽 250mm梁高400mm承台底做100mml厚C10素混 凝土垫

18、层，垫层挑出承台边缘 100mm3.8桩身结构设计沉管灌注桩选用C25混凝土，钢筋选用HPB235级3.8.1桩身轴向承载力验算根据建筑桩基技术规范，桩顶轴向压力应符合下列规定：max乞cfcAps计算桩身轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系:= 1.0基桩施工工艺系数:；c =0.8C25 混凝土 ： fc=11.9N/mm1(3-32)(3-33)-cfcAps =1.0 0.8 11.9 106 3.14 0.452 = 1513.68kN4A ps=3.14 X 0.452/4=0.159mmaxF G My%、-2n y3560 1.2 250.88 228 175 0.9

19、5 0.9554 汉 0.95汉 0.95=772.2 103.75 =875.95kN ：1513.68kN故桩身轴向承载力满足要求3.8.2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Vk=149kN则每根基桩承受水平荷载为Hk 158H ik -31.6kNn 5桩身按构造要求配筋，由于受水平荷载影响，则桩身配812纵向钢筋，A-2=904mm桩身配筋率为:Rha9043.142 =0.57%450、j丿(3-34)满足0.2%-0.65%之间的要求由于0.57%4m故而 a h=4则 vfO.9262几=21什匕応_1 TgL314 0.452 1 7.5-1 0.

20、57% 1= 0.165m244( 3-41)M取荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力(用该值计算所得单桩水平承载力特征值最小)，则N=391.3kNRha0.75： mftW0Vm1.25 22 J0.75 0.879 2 1.27 1000000 9.41/1000 ,“ “ a=(1.25 + 22 x 0.57%0.926亠 0.5 汉 407.976 汉 1000)1 + I、2勺.27 000000X0.165 丿(3-42)= 34795.542N =34.8kN31.6kN故桩身水平承载力满足要求3.8.3配筋长度计算由于侧阻力起主要作用，基桩为端承摩擦型桩，配筋长度应不小于桩长

21、的2/3 (即2/3 X 15.2=10.1m),同时不宜小于4.0/ a =4.55m,则配筋长度取10.1m 钢筋锚入承台35倍主筋直径，即35X 12=420mm3.8.4箍筋配置采用6200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3.9估算A、C轴线柱下桩数3.9.1桩数估算设计A、C轴线下桩基础的方法与B轴线下相同，单桩极限承载力标准值为1147.6kN，基桩竖向承载力特征值为 573.8kN根据A轴荷载初步估计A轴柱下桩数，即(3-43)网停需56则A轴下设计桩数为4根根据C轴荷载初步估计C轴柱下桩数，即?gAs9043.14450 YI 10的粘

22、性土或膨润土，对不同上层泥浆比重 可按下列数据选用：粘性土和亚粘土可以就地造浆，泥浆比重1.1-1.2间。粉土和砂土应制备泥浆，泥浆比重1.5-1.25 :砂卵石和流砂层应制备泥浆，泥浆比重 1.3-1.5。4.2钻孔灌注桩施工1 、将钻机调平对准钻孔，把钻头吊起徐徐放人护筒内，对正桩位，启动泥 浆泵和转盘，等泥浆输到孔内一定数量后，方可开始钻孔。具有导向装置的钻机 开钻时，应慢速推进，待导向部位全部钻进土层后，方可全速钻进。正循环钻机 开孔时，应先启动泥浆泵和转盘，待泥浆进入孔内一定数量后，方可开始钻进。用泵吸式反循环钻进时，钻头应距孔底 20-30cm,防止堵塞吸渣口，在接长钻杆 时，应注

23、意接头紧密，防止漏气、漏水和钻杆松脱。用气举式反循环钻开孔时， 钻杆必须在钻孔内埋入水中约 6m才能扬水排渣。反循环钻进时，必须注意连 续补充泥浆，维持护筒内应有的水头，避免坍塌。2 、钻孔应连续进行，不得间断，视土质及钻进部位调整钻进速度。开始钻 进及护筒刃脚部位或砂层、卵砾石层中时，应低档慢速钻进。钻进过程中，要确 保泥浆水头咼度咼出孔外水位 0.5m以上，泥浆如有损失、漏失，应及时补充， 并采取堵漏措施。钻进过程中，每进 2-3m应检查孔径、竖直度，在泥浆池捞取 钻渣，以便和设计地质资料核对。3 、钻进时，为减少扩孔、弯孔和斜孔，应采用减压法钻进，使钻杆维持垂 直状态，使钻头平稳回转。4

24、 、终孔检查合格后，应迅速清孔，清孔方法有抽浆法（适用于孔壁不易坍 塌的柱桩和磨擦桩、换浆法（用于正循环钻机）、淘渣法（适用于冲抓、冲击、 成孔，掏渣后的泥浆比重应小于 1.3 ）。清孔时必须保证孔内水头、提管时避免 碰孔壁。清孔后的泥浆性能指标，沉渣厚度应符合规范要求。不论采用何种方法 清孔排渣，都必须注意保持孔内水头，防止坍孔。5 、清孔后用检孔器测量孔径，检孔器的焊接可在工地进行，监理工程师检 验合格后，即可进行钢筋笼的吊装工作。6 、钢筋笼骨架，焊接时注意焊条的使用一定要符合规范要求，骨架一般分段焊接，长度由起吊设备的高度控制，钢筋笼的接长，可采用搭接焊或套管冷挤 压连接等方法，钢筋笼

25、安放要牢固，以防在砼浇筑过程中钢筋笼浮起，钢筋笼周 边要安放圆的砼保护层垫块。7 、水下砼采用导管法进行灌注，导管内径一般为25-35cm,导管使用前要进行闭水试验（水密、承压、接头抗拉），合格的导管才能使用，导管应居中稳 步沉放，不能接触到钢筋笼，以免导管在提升中将钢筋笼提起， 导管可吊挂在钻 机顶部滑轮上或用卡具吊在孔口上， 导管底部距桩底的距离应符合规范要求， 一 般0.25-0.4m，导管顶部的贮料斗内砼量，必须满足首次灌注剪球后导管端能埋 入砼中0.8-1.2m，施工前要仔细计算贮料斗容积，剪球后向导管内倾倒砼宜徐 徐进行防止产生高压气囊。施工中导管内应始终充满砼。随着砼的不断浇入，

26、及 时测量砼顶面高度和埋管深度，及时提拔拆除导管，使导管埋入砼中的深度保持 2-6m间。砼面检测锤随孔深而定，一般不小于 4Kg。8 、每根导管的水下砼浇筑工作，应在该导管首批砼初凝前完成，否则应掺 人缓凝剂，推迟初凝时间。9 、砼的坍落度应满足设计要求，砼浇筑应连续进行，为保证桩的质量，应 留比桩顶标高高出0.5-1.0m左右的桩头，处于干处的桩头，可在砼初凝后，终 凝前清除。10 、技术人员应对钻孔灌注桩各项原始记录及时进行整理签认。4.3环保措施为保护施工范围内的环境卫生、农田，钻孔桩废弃的泥浆应在施工完成后， 用汽车或罐车将泥浆池（槽）中的泥浆清运到指定的排放地点。4.4施工技术要求1

27、 、为保证桩孔的垂直精度，开始沉管时应控制速度，并随时注意观察桩管 是偏斜，发生偏斜应及时纠正。2 、使用活瓣桩尖，开始沉管前要将活瓣收拢并包扎好，在沉管过程中，不 可在桩管处于悬空情况下振动，否则，桩尖活瓣易张开并插入地层，致使桩尖损 坏。使用混凝土桩尖时，应将桩尖与桩管自然对正。3 、在地层条件许可时，应首先考虑静压沉管，以减小动力消耗，降低工地 噪音。当静压沉管能力不足时，再启动振动器，进行边振动边加压沉管。一般粘 性土类的自振频率600-750次/min，砂性土为900-1200次/min。4、在地下水位较高的地区施工，桩管内容易进水，除注意提高桩管与桩头 连接处的密封性外，还可采用二

28、次振动沉管，即复打法施工。5 、桩管到达设计深度，灌注混凝土时，应启动振动器，将混凝土振实。开 始拔管要控制速度，桩管被拔起 0.2m时，应停振5-10S，并观察管内混凝土的 变化情况，确认桩尖活瓣打开或混凝土桩尖脱离后，再以0.8-1.2m/mi n的速度上拔。桩管每拔起1m即应停拔并振动10-15S，以保证混凝土的密实度。需要 多次灌注时，每次灌注拔管后，应保持管内至少有1.5m高度的混凝土。参考文献1 陈小川，周俐俐土木工程专业-土力学与基础课程设计指南中国水利水电出版社, 2009 年.2 建筑桩基技术规范(JGJ94 2008).北京：中国建筑工业出版社，2008年.3 张忠苗桩基工程.北京：中国建筑工业出版社，2007年.