预应力管桩资料.pdf

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1、1 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 2 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

2、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

3、算. 113 4.8.2 、受冲切计算. 113 五、参考文献. 14 1 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3

4、5mm ；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4

5、1.32-42.71m ，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： 号土层：杂填土，稍湿，松软。 号土层：粉质黏土，可塑，全场均有分布。 号土层：粉砂，稍密，饱和，平均厚度6.84m。 2 号土层：圆砾，饱和，稍密，平均厚度7.17m。 号土层：强风化粉砂质泥岩，完整程度属破碎，平均厚度2.19m。 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，

6、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10

7、000kN 。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

8、.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 3 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 2 R=-4.5m1.00.714.38005032 4 ccpyg f Af AkN 式中： R单桩竖向极限承载力标准值，kN； y f 混凝土的轴心抗压强度设计值(kP

9、a) ； c f纵向钢筋抗压强度设计值(kPa) ； AP桩身的横截面积 (m 2)； Ag纵向钢筋的横截面积 (m 2)； 桩的稳定系数，对低承台桩基，考虑土的侧向约束可取 =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； c工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取 0.60.7(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： ukskpkpSisik iPpkp QQQuq lqA 式中： uk Q单桩竖向极限承载力标准值，k

10、N； 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; p u 桩身周长， m ； 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， m ； p A 桩端面积， m2 ； pk q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 ； 4 由岩土勘察报告： 单桩竖向承载力标准值 : ckasia ipa 2 0q lq0.826 5.5 12 5.2 60 7 1.9 40 8.3 80 15000.84186 4 psipp RuA KN 3.2 、 确定桩的数量，间距及布置 中柱

11、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： a 16200326.4 n3.9 4186 FG R 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 杂填土10 粉质粘土26 粉砂12 圆砾60 强风化粉砂质泥40 中风化粉砂质泥80 1500 5 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 /20mkN G ；则桩顶平均竖向力设计值 ()(16200 1.2 206.0 3.40.8)/ 627654186 a QFGkNR

12、kN 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， ccpf AQ 即有 2 276580014.30.75031KN 4 pcc QA f，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： 23 6 44 0k 16200326.4 p148kpa a2ltanb2ltan6.0228.2tan6(3.4228.2tan6 ) FG 用分层总和法计算桩端平面处的

13、沉降量s。 0 11 11 () nn zi iiiii iizizi p shzz EE 桩端平面处最终沉降量 ic ss取每层土厚度为1m， i z深度范围内总沉 降s按 0.025ss确定最终深度z。 6 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.

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 1.1 0.4 17.4887.695 c ssmms 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

15、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 .2 0 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 16200 2700 6 NKN 垂直于 y轴方向计算截面的弯矩设计值： xii N y270031.08100mMKN 6 2x s y0 8100 10 14888mm 0.9f h0.93002015 M A 垂直于 x轴方向计算截面的弯矩设计值： yii N x2700 2210800mMKN 6 2x s y0 10800 10 19701mm 0.9f h0.

16、93002015 M A 7 选用2832， 2 19704mmAs，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-Ni=16200kN 受冲切承载力截面高度影响系数hp计算： 0.9 hp 冲垮比 与系数 的计算： 2.065.0 2.015 1.3 0 0 0 h a x x 988. 0 0.265.0 0.84 2 .0 0.84 0x 0x 2. 0198. 0 2.015 0.4 0 0 0 h a y y 取为20 0 . y 1 .2 0.22 .0 0.84 2.0 0.84 0y 0y 则由混凝土结构设计规范 (GB 5001

17、0-2010)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。 0thpxcyycx hfahab 0000 2 =2 0.988 (0.6+0.4)+ 2.1(0.6+1.3) 0.9 1270 2.015 =22930kNFl=16200kN(满足) (2) 角桩对承台的冲切 角桩冲切， c1=1.4m,c2=1.1m，a1x=a0x，1x=0x，a1y=a0y，1y=0y。 2.065.0 2.015 1.3 0 0 0 h a x x 659. 0 0.265.0 0.56 2 .0 0.56 0x 0x 2. 0198. 0 2.015 0.

18、4 0 0 0 h a y y 8 取为20 0 . y 4. 1 0.22.0 0.56 2.0 0.56 0y 0y 0thpxyyx hfacac2/2/2 020010 =2 0.659 (1.4+0.4/2)+1.4(1.1+1.3/2) 0.9 1270 2.015 =16142kNFl=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hs，当截面 h0=2015mm，取 h0=2000mm，此时，代入 hs计算公式： 795. 0 2000 800 h 800 4 1 4 1 0 hs 对于 I-I 斜截面，剪跨比与以上冲跨比相

19、同 x=0x=0.65 剪切系数06.1 1.065.0 1.75 1.0 1.75 (介于 0.33之间) 2.1054 .3127006.10.795 00h bft hs =7660kN2Q=5400kN(满足) 对于 -斜截面，剪跨比与以上冲跨比相同 x=0y=0.2 剪切系数45831 1.020 1.75 1.0 1.75 . . (介于 0.33 之间) 2.1050 .612704583.10.795 00h bft hs =18596kN3Q=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

20、 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 9 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： G AUR paisiaa qlq 由岩土勘察报告： 单桩承载力 : KNAUR G 2017192.045007602.5165. 4246 .0qlq paisiaa 按材料强度： KNAR865419235.995. 0fc a 两者取小值：KNR2017 a 4.4、确定桩的数量、间距及布置 中柱荷载设计值： 135001

21、002716200FKN 承台自重： KNG1512661.202 单桩作用效应下需要的桩数： a 162001512 n8.78 2017 FG R 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 杂填土11 粉质粘土24 粉砂16 圆砾60 4500 强风化粉砂质泥 中风化粉砂质泥 10 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 k 162001512 Q1968KNRa2017 n9 FG KN。 4.5.2 、软弱下卧层承载力验算 用于勘测土层

22、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 -f G AQ 即有2639KN4.39-50.21920.3-f1268 pcckcG AQ，满足。 轴心受压下0 ck ，则0mm/-4.39- 2 pcck N，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。 11 考虑扩散作用时，取： 23 6 44 0k2 162001512 p196kpa a2ltanb2ltan 6216.7tan6 FG 用分层总和法计算桩端平面处的沉降量s

23、。 0 11 11 () nn zi iiiii ii zizi p shzz EE 桩端平面处最终沉降量 ic ss取每层土厚度为1m ， i z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： 1.310.0252.2870.6 ii ssmmzm 计算深度范围内的压缩棤当值为 4.53.55.212 8.06 4.55.2 s MPa E 查表可知沉降经验系数为0.663 故实际沉降为0.663 91.48 60.65 200 s ssmmsmm 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

24、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5 b ，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 2 max ql0.0214MK, 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 mKNK36155.761.30.0214ql0.0214M 22 max 对于预制130600APC

25、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。 12 表 6.4.1 基础沉降 ()z m/lb/z a z11iiizz () si EMpa i s () i s mm 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

26、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 13 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

27、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 16200 1800 9 NKN 垂直于 y轴方向计算截面的弯矩设计值： xii N y180032.111340mMKN 垂直于 x轴方向计算截面的弯矩设计值： yii N x1800 3 2.111340mMKN 2x s y0 11340 21539mm 0.9f h0.93002100-100-50 M A 选用35 28， 2 s21551mmA，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 0x a2.4-0.3-0.31.8m 、

28、0y a2.4-0.3-0.31.8m 0x 0x 0.720.72 0.64 1.8 0.2 0.2 1.95 、 0y 0y 0.720.72 0.64 1.8 0.2 0.2 1.95 0xc0y0yc0xt0 2babaf h 20.641.80.60.641.8 0.61300 1.95 1724816200KNKN 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 0x1x aa、 0x1x 、 0y1y aa、 0y1y 1x1y 1x 0.480.48 0.495 1.8 0.2 0.2 1.95 14 1y 1x 1x2

29、1y1t0 k a a ccf h 22 0.495 0.9 0.60.495 0.9 0.61300 1.95 37641968KNQKN 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 x0x 1.8 0.92 1.95 故剪切系数： x 0.120.12 0.098 0.30.92+0.3 ，则有 c00k f b h0.098 11900 6 1.95 1369423936KNQKN , 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）