《基础工程设计原理课程设计》

 

  ————柱下桩基础方案

 

 

 

  

     

姓    名：  梁     赛

老     师：  罗  晓  辉

班    级：  土木1103班

学    号：  U201115866

                          目录

一．设计任务书

设计资料-------------------------------------------------3

二．桩基持力层，桩型桩长的确定

    桩基持力层------------------------------------------------3

    桩型，桩长确定--------------------------------------------3

三．单桩承载力确定

    1.单桩竖向承载力确定--------------------------------------4

    （1）断面尺寸确定-----------------------------------------4

    （2）单桩竖向承载力标准值---------------------------------4

    （3）确定单桩承载力---------------------------------------4

         ①经验参数法-----------------------------------------4

②桩身材料确定法-------------------------------------4

四．桩数布置及承台设计

    桩数布置--------------------------------------------------5

    承台------------------------------------------------------5

五．复合桩基承载荷载验算

    复合桩基验算----------------------------------------------5

六．承台受冲切及承载力验算

     （1）柱对承台的冲切验算----------------------------------6

      (2)角柱对承台的冲切验算---------------------------------6

      (3)受剪切计算-------------------------------------------7

七．桩的配筋

   桩的配筋计算-----------------------------------------------7

八．桩的强度验算

    桩的强度验算----------------------------------------------7

九．承台配筋

（1）承台弯矩----------------------------------------------8

    (2)承台配筋-----------------------------------------------8

十．课程设计心得

    心得感想-----------------------------------------9

一、设计任务书

(一)、设计资料

建筑方案为五层框架建筑，框架柱间距为7.0～7.5m，基础底面设计埋深为

2.4m，框架中柱设计荷载为1600~1800kN，角、边柱设计荷载为1000~1400kN (见

图1)。有关场地岩土工程性质、岩土层分布及其岩土工程评价详见附件《岩土工

程勘察报告书》。

该建筑场地地形较平坦，但岩土层分布及其性质差异较大，因此基础工程设计

采用多方案比选的方法确定。拟要求的基础设计方案如下：

柱下桩基础方案

材料选择预制桩混凝土强度取C30，钢筋保护层厚度取35mm；桩基承台混凝土

强度取C20，保护层厚度不小于50mm。附加荷载值为198KN。桩身与承台配筋采用Ⅱ级普通圆钢筋。进

行如下设计计算：

（1）选择桩端持力层，采用预制桩进行中柱与角、边柱柱下桩基础及承台设

计计算：包括单桩承载力设计值（分别考虑桩周土体承载与桩身强度两方面确定）、

预制桩的吊装设计；

（2）分别考虑预制桩复合与非复合桩基的群桩基础设计验算并给予比较；

（3）完成有关计算部分的计算简图、基础配筋图等。

二、桩基持力层，桩型，桩长的确定

根据设计任务书所提供的资料，分析表明，在柱下荷载作用下，考虑选用桩基础。由地基勘查资料，确定选用第五层土层粉砂为桩端持力层。

（1） 预选钢筋混凝土预制方桩，尺寸为450×450mm；

⑵ 基础底面设计埋深为-2.4m，设计承台高度为0.9m，则承台埋深标高为—3.3m；

⑶ 设计桩总长L=25m，其中桩进入承台为0.07m。

三、单桩承载力确定

（一）、单桩竖向承载力的确定：

1、根据地质条件选择持力层，确定桩的断面尺寸和长度。

根据地质条件以第六层粉土夹粉质粘土为持力层，采用截面为450×450mm的预置钢筋混凝土方桩，桩尖进入持力层1.0m；镶入承台0.07m，桩长25m。承台底部埋深3.3 m。

2、确定单桩竖向承载力标准值Quk

根据经验公式估算：

 Quk= Qsk+ Qpk=µ∑qsikli+qpkAp

 桩周长：µ=450×4=1800mm=1.8m

 桩横截面积：Ap=0.45²=0.2025㎡

 桩侧土极限摩擦力标准值qsik：查表十得：

②粘土：qsk=20kPa，2=0.3m

 ③粉质粘土层： qsk=10kPa，4.6m

 ④淤泥质粉质粘土：qsk=22kPa,7.8m

⑤粉砂（稍密）：qsk=50kPa,12.3

桩端土极限承载力标准值qpk,查表得：qpk=2500kPa

用经验参数法求得Quk=1.8×(20×0.3+10×4.6+22×7.8+50×12.3) +2500×0.2025=2015KN

3、确定单桩竖向承载力设计值R，

     估算单桩竖向承载力设计值R为：

       R=Qsk/rs+Qpk/rp

   (1) 用经验参数法时：查表rs=rp=1.65

       R2=Qsk/rs+Qpk/rp=536.9/1.65+506.3/1.65=632.3KN

(2) 根据桩身材料确定

可先假设配筋为4φ16，f_y=300 N/mm²,由于采用C30，可知f_c=14.3N/mm²

R2=ψf_c×A_p+f_y×A_s=1.0×14.3×450×450+300×803=3136KN

Min(R1,R2)=632.3KN

四、桩数布置及承台设计

根据设计资料,框架柱传递荷载：P1=1998，P2=1798，P3=1598，P4=1398，P5=1198 ，我们可以按照最大荷载值P1计算，                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

按照轴力P和R粗估桩数n1为：

   n1=P/R=1998/632.3=3.16,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷载作用桩数,n=1.1n1=3.48≈4根。

由于n1＞3，应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R

先取桩数n=4根，桩的布置按梅花式排列，桩距Sa=(3～4)d=(3～4)×0.45=1.35～1.8m,取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.45 m

承台长边：a=2*（1+0.45）=2.9m

承台短边：b=2*（1+0.45）=2.9m

桩顶深入承台70mm，钢筋保护层70mm，则承台的有效高度为：

   H₀=900-70-70=760mm

五桩承台布置图如下：

五、复合桩基荷载验算

根据上面承台布置，按下式计算复合桩基。

  

m

由

；     

 得：

 查表：预制桩 

R=0.8×536.9/1.65+1.64×506.3/1.65+0.275×237/1.7=801.8KN

按中心荷载计算：                                        

N=γ₀(G_K+F_K)/n=1.0×(1998/1.35+20×2.9×3.3)/4=508.7<R=801.8KN

六、承台受冲切承载力验算

（1）   柱对承台的冲切

F=1998KN

,

;

     

 符合要求

（2）       角桩对承台的冲切

N=F/n=1998/4=499.5KN

该承台变阶处高度为0.5m

    

         

   

=   

 满足要求。

(3)受剪切计算

七、桩的配筋

由《建筑地基基础设计规范》，桩基选用预制桩，桩身的混凝土选用强度等级为C30的混凝土，fc=14.3N/mm² ，桩中的钢筋采用HRB335，fy=300N/mm²。

由已知得桩的长细比为：l/b=25/0.45=55.56查表得：=0.221

因为

所以

=(499.5×10³-0.9×221×14.3×450²)/(0.9×0.221×300)=1281.5mm²

故纵筋选用716，A_s=1407 mm^2，  沿桩周边均匀布置

为保证桩身安全，在桩端5d范围内箍筋加密Φ6@100.

八、桩的强度验算

桩的截面尺寸为450×450，桩长为25m，配筋为7Φ16，为通长配筋，

钢筋保护层厚度选70mm。

   因桩的长度较大，桩吊运及吊立时的吊点位置宜采用同一位置，如下图所示，控制

弯矩为吊立时的情况：

        

桩的吊点位置

 ，    取动力系数为，则

   

   选用  2Φ16    

九、承台弯矩计算及配筋计算

1）承台弯矩计算：

M_x=∑N_iy_i=4 ×499.5×1=1998KN.m

2）承台配筋计算：h₀=0.76m,

配筋：         A_s=M/0.9h₀f_y=1998×10⁶÷0.9÷760÷300=9736

选配Φ12@200和Φ14@200 

 A_S=668×15=10020mm²  

十．心得感想

  

本次课程设计跟以往做的课程设计有很大的不同。以往的课程设计老师布置的作业都有严格规定，设计步骤也可以通过书上例题还有网上相似的资料作为参考，这次的课程设计是通过与同学相互讨论以及查阅资料才最终确定了做这次课程设计的步骤，相对来讲对自己本身能力的要求也较高。

这次课程设计也是很好地体现了本学期学习基础工程这门课的成果，做题时的困难也是通过努力慢慢地解决，收获颇多。尤其是在确定计算步骤的时候，那些条件必须考虑，哪些可以省略，哪些必须要重点确定，哪些可以简便书写。最后，感谢老师这一年来的教诲。

第二篇：基础工程课程设计(修订版)

课程设计(论文)

题 目 名 称 课 程 名 称 学 生 姓 名

学 号

系 、专 业

指 导 教 师

20xx年 1 月 6 日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

指导教师（签字）： 学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名

学 号

系 专业班级 路桥

题目名称 桥下桩基础设计 课程名称 基础工程 一、学生自我总结

二、指导教师评定

注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

桥下桩基础设计

设计条件：柱的截面边长bc=450mm,hc=550mm，相应于荷载效应标准组合时作用于柱底的荷载为Fk=8550KN,Mk=405KN·m, HK=173KN。混凝土强度等级取C20,配置HRB335级钢筋，试设计桩基础。土层指标及参数如下：

①填土：Υ=17KN/m3 1.9m;

②粉质黏土：Υ=18KN/m3厚

度2.2m，高压缩性，Il=0.8，

qpk=390Kpa，qs2k=58Kpa;

③黏土，高压缩性，软塑，

厚度5m, Il=0.6，

qpk=390Kpa，qs3k=40Kpa;

④硬塑性黏土，厚度4m

Es4=3.53MP内摩擦角

ψ=23,Il=0.1，qpk=2900Kpa，qs4k=85Kpa;

⑤黏土，厚度很大 Es5=1.77 Mpa桩基沉降计算经验系数ψ=22,Il=0.2，

qpk=2800Kpa，qs5k=80Kpa ,采用截面为400mm×400mm的预制混泥土方桩，桩长10m，fak=265KN。

设计如下：

1、桩型的选择

混凝土预制方桩

2、桩基几何尺寸的确定

采用混凝土强度等级取C20，查表得

钢筋

Qukfy2ft=1.10N/mm2,fc=9600 Kpa,，配置HRB335级 =300 N/mm。已知各层的qpk（极限侧阻力标准值）求得极限承载力标准值+Qrk=

=Qsk，liQsk=up?qsikli，Qrk=qpkAp 2

Qukup?qsik+ qpkAp=0.4×4（2.2×58+5×40+4×85）+2800×0.4=1516.16KN

由上式可得基础竖向承载力特征值为R=Quk/2=758.08KN

3、确定桩数

由此可确定桩基的数量：n>Fk/R=11.3（根）由于有弯矩的作用，则可得出桩基可以为16根。

初步确定承台尺寸：

由《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）我们可以确定

桩中心距最小为3倍桩直径，桩距=3×0.4=1.2m，16根桩可分成竖向4排横向4排。

承台长边=1.2×3+0.4×2=4.4m

承台短边=1.2×3+0.4×2=4.4m

5、软弱下卧层的验算

初步设定承台埋深2m承台高h=1.7m，桩顶深入承台50mm，钢筋保护层取35mm，则承台有效高度为H0=(1.7-0.05-0.035)=1615mm 基础自重标准值:

Gk=20Ad

桩顶荷载验算：取承台及其上土的平均重度γG=20KN/m3，则桩顶平均竖向力

为

Fk?Gk

nNk= =(8550+4.4×4.4×20×2) /16=582.775KN<R =758.08KN

(M?Hh)xmaxNkmax=Nk+?x2

i=582.775+1.525×（405+173×1.7）/16（1.85×1.85）

=602.244KN<1.2R=909.696KN

符合要求。

Es1

Es2=2 ,

查表（4—18）硬持力层的厚度t=2.2m，t>0.5×4.4=2.2m

fak

=265KP， ?d=1.6, ?m

rz?=

?z

ii

i

faz

=fak+?d?m（d+z-0.5）=265+1.6×[(17×1.9+18×2.2)/(1.9+2.2)]×(2-0.5)=307Kap

23?123?1

?=+12=17.

+?mz=

σz+?mz=

FK?GK?3/2(a0?b0)?qsikl(a0?2ttan?)(b0?2ttan?)

[(8550+20×4.4×4.4×2)-3/2(4.4+4.4)×(2.2×58+5×40+4×85)]/[(4.4+2×4tan17.5)×(4.4+2×4×tan17.5)]+17.5×(1.9+2.2+5)=159.95<faz=307Kap 符合要求。

6、桩基沉降的验算 A=(b0?2ttan

P0k?Pk??c?

?4

)·(a0?2ttan

?

?4

0.076) ×（4.4+18×0.076）=33.26m )=(4.4+18×

2

FK?GK

A

??m(d?t)=191.52KN

n

P0KESI

S=?s?

i?1

(Zi?i?Zi?1?i?1)=129.7mm

7、承台高度和配筋计算

由上可得承台高度1.8m符合以上所有的验算，则承台高度采用1.8m。 (1)承台受冲切计算

相应于荷载效应基本组合时作用于柱底的荷载设计值为： F=1.35Fk=11542.5KN M=1.35Mk=546.75KN.m

H=1.35Hk=233.55KN

(2)扣除承台和其上填土的自重后的桩顶竖向力设计值： N=

Fn

=721.4KN =N+

(M?Hh)xmax

Nkmax

?x

2i

=807.095KN

(3) 承台受冲切承载力验算： ①柱边冲切，按公式 查表得

?hp

=0.93

a0xh0

?为冲垮比，?0x?

a0xh0

a0yh0

，当?>1.0取1.0，当?< 0.25时取0.25.

0.84

?0x?

=0.125/1.615=0.0773 ?0x?

?0x?0.20.84

=0.84/(0.0773+0.2)=3.03

?0y?

=0.175/1.615= 0.1084 ?0y?

?0y?0.2

=0.84/(0.1084+0.2)=2.723

由以上可得?=0.25

Fl?8418.5?2?0x(bc?a0y)??0y(hc?a0x)?hpfth0

??

=8019.8KN<F(不符合要求)

改用c40混凝土，fc=19100Kpa，ft=1710Kpa 所得

Fl

=12467.2>F(能满足要求)

②角桩向上冲切，c1?c2?0.6m，a0x=0.125= a1x

?1x

=?0x=0.25， ?1y=?0y=0.25， a0y= a1y=0.175

h?800mm

所以查表?hp?0.93 =1.732, ?1Y?

0.56

?1x?

0.56

?1x?0.2c2+

a1y2

?1Y?0.2

=1.493

??1x(

Nkmax

)??1y(c1?a1x/2)

?

?hpfth0=2.174×0.93×1710×1.615=5582.7KN>

=807.095KN符合要求

(4)承台受剪切承载力计算

按公式（4—70）?1x=?0x=0.0773由于?1x=?0x<0.25则?=0.25

故冲切系数：??

?hsfth0b0?1.75??1.0?5，?hs?0.93 =0.93?1710?1.615?4.4?5=8019.6KN>2Nkmax=1614.19KN

（5）承台受弯承载力计算

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）,

规定承台布筋间距不得小于100mm，不得大于200mm

按公式Mx?

As?Mx?N=iyi=4?582.775?(0.375+1.575)=4545.645KN 64545.645?100.9fyh00.9?300?1615?10424.595mm 2

由As可得22

选用

My?

As?25 ，查表可得As=10799.8 mm2，沿平行于y轴方向均匀布置。 ?NMxixi=4?602.244?(0.375+1.575)=4577.0544KN 0.9fyh0=4577.0544?100.9?300?16156?10496.627mm 2

由As可得22

选用

25 ，查表可得As=10799.8 mm2，沿平行于x轴方向均匀布置。