桩筏基础沉降计算算例
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浅谈某高层建筑桩筏基础设计及沉降计算彭奇华(衡阳天翔工程咨询有限公司,湖南衡阳421000)摘要:结合实际工程,介绍了软土地基中为控制沉降而设置桩基的深基础设计方法及采用电算软件进行沉降计算的设计手法,对沉降计算结果进行了分析,从而解决了软土中桩筏基础的沉降计算问题。
关键词:桩筏基础,沉降计算,弹性地基梁板一、工程概况本工程位于某市,为一栋集商业、写字楼、公寓于一体的高层建筑综合大楼,其地下4层,用作车库、超市及设备房;地上裙房6层,主要用作商场;两栋塔楼(分缝后)分别为商务公寓和商务写字楼,总层数为25层,基本层高3.3m和3.6m,建筑总高度为98.50m。
二、基础设计(一)地质条件及基础选型本区大地构造属于雷一琼喜山沉降带北部某区。
场区内第四纪地层发育,厚度达数百米,区域稳定性较好。
勘察发现场区及附近均为第四系松散沉积层覆盖,地表未发现有明显的构造形迹出露,场地地形平坦,不存在高陡边坡、崩塌等不良工程地质现象本次钻探最大深度为85.0m,揭露土层上部为填土,全新统沼泽相沉积淤泥质黏土及中更新统北海组粉土,下部为下更新统湛江组海陆交互沉积地层,按成因类型及岩土工程特性划分为16个主要单元层。
据钻探资料揭示,场地⑧中砂及其以下土层中⑨,⑩,⑩黏土强度相对较低,其余土层的承载力特征值在250kPa以上;其中⑥粉质黏土及⑩中砂层分布稳定,厚度较大,为硬塑~坚硬或中密~密实状,承载力特征值在280kPa以上,其下无软弱下卧层分布,是理想的桩基础桩端持力层。
根据湛江地区经验,桩的类型可考虑选择预应力管桩或钻孔灌注桩。
结合本工程特点,采用钻孔灌注桩基础的桩筏基础结构形式。
(二)基础设计桩基的布置:根据主楼与裙楼基础的受力特点,主楼采用长桩基,裙房则采用天然地基加短桩基的设计思路,采用不同桩长的形式进行布桩。
主楼桩基主要以承受上部竖向荷载为主,柱下布置群桩,桩径有800眦1,1000眦1两种,大部分有效桩长为40m,桩端持力层为粉质黏土层;核心筒下布置群桩,桩径1500FD./TI,有效桩长50m,桩端持力层为中砂层;裙楼则主要以抵抗水浮力为主,柱下布置单桩,桩径1000FD./TI,有效桩长25m,桩端持力层为中砂层。
桩筏基础沉降计算算例假设有一座桥梁需要建设,我们需要设计桥梁的基础沉降计算,以确保桥梁的稳定性和安全性。
首先,我们需要进行现场勘察和土壤试验,以获取有关该区域土壤的相关参数。
根据土壤参数的不同,可以选择不同的基础类型,如桩基础或桩筏基础。
在这个算例中,我们将使用桩筏基础。
假设该区域土壤为粉土。
根据土壤试验结果,我们得到土壤的重度γ=18kN/m³,饱和度S=70%。
此外,根据地质调查,我们发现该地区地下水位高度为1.5m。
在进行桩筏基础设计时,首先需要确定桩的长度和直径。
根据桥梁荷载和土壤参数,我们估计桩的长度为30m,直径为1m。
接下来,我们需要计算桩的侧阻力。
根据经验公式,侧阻力可以通过以下公式计算:Rs=ΣCi*Ai其中,Rs表示侧阻力,Ci表示桩身周围单位长度土壤对桩侧面的侧阻力系数,Ai表示单根桩身周围单位长度土壤对桩侧面的面积。
假设该区域土壤的侧阻力系数为60kPa,根据桩的直径,可以计算出桩侧面的面积为3.14平方米。
那么,侧阻力Rs=3.14*60=188.4kN/m。
接下来,我们需要计算桩的端承力。
根据经验公式,端承力可以通过以下公式计算:Rp = Ap * (Nc * qn + Ng * qg + Nd * γd * d)其中,Rp表示桩的端承力,Ap表示桩顶面积,Nc表示土壤的内摩擦角,qn表示正常压力,Ng表示水平压力系数,qg表示地下水压力,Nd表示地震作用系数,γd表示地震作用时的土壤重度,d表示桩的埋深。
最后,我们可以计算桩的总荷载,并通过以下公式计算基础的沉降量:P=Rp+Rsδ=P/(E*A)其中,P表示桩的总荷载,E表示土壤的弹性模量,A表示基础的截面面积,δ表示基础的沉降量。
根据上述算例,我们完成了桩筏基础的沉降计算。
通过设计合适的桩长度和直径,并计算出桩的侧阻力和端承力,我们可以预测基础的沉降量,以确保桥梁的稳定性和安全性。
这些计算结果可以为工程师和设计师提供有关桥梁基础设计的重要参考。
&2垂直荷载地基应力σp(一)计算图式如图[1]1.空心桩外荷载P=40547(KN )i.50m T 梁支座反力 P 1=36960(KN ) ii.长16.60m 冒 梁 P 2=2291 (KN ) iii. φ2.30m 双桥墩柱 P 3=1296 (KN )2.空心桩自重G 桩=31490(KN )G 1=15 4×2=308×[25KN/方]=7700(KN )G 2=6 8 ×2=136×[25KN/方]=3400(KN )G 3=62.7×4=250×[25KN/方]=6270(KN )G 4=50.1×4=200×[25KN/方]=5000(KN )G 5=9 5 ×4=380×[24KN/方]=9120(KN )3.桩底垂直荷载(恒载)总和∑G 0=P+G=40547+31490=72037(KN )(二)按土壤扩散角计算桩底应力1.如图4-2 土坡扩散角θ=4ϕ=154︒=3.75° 桩长16m 扩散角锥体底面直径如下:D=d+h ·tan θ=11+(16×0.0655) ×2=11+(1.05×2=2.10)=16.10(m )A D =16.102×4π =204(m 2)2.地层不同深度的允许应力(JTGD63-2007)[f a ]=[ f a 0]+k 1r 1(b-2)+ k 2r 2(h-3) --(3.3.4)粉粘土承载力基本容许值[ f a 0]=0.20(MPa )=200(KN/m 2)宽度修正系数k 1=0 深度修正系数k 2=1.5基底埋置深度h=16(m )[ f a h ]=0.200+1.5×1.97×(16-3)=0.200+0.38=0.58(MPa )=580(KN/m 2)3.挖孔桩外形体积∑V g =1957(方)V 1=φ1 4 ×2=154×2=308(方)V 2=φ13.5×2=143×2=286(方)V 3=φ1 3 ×4=133×4=531(方)V 4=φ1 2 ×4=113×4=452(方)V 5=φ1 1 ×4=9 5×4=380(方)4.桩长h=16m 中锥体体积V 0=141615420416286422φφ++=⨯=(方)土的体积V 土= V 0-V g =2864-1957=907(方)土重G 土=907 ×[19.7t/方]=17868(KN)5.桩端水平线上桩自重,垂直重量在直线D=16.10(m )中的应力∑Q g =G 桩+ G 土=31490+17868=49358(KN)应力σg =gDQA ∑=49358204=242(KN/m 2)6.考虑桥墩及上部构造恒载后应力∑Q p = ∑Q g + P=49358+40547=89905(KN)σp = p D Q A ∑= 89905204=441(KN/m 2) <[580 KN/m 2]故安全。
单桩、单排桩、桩中心距大于6倍桩径的疏桩基础的沉降计算例题(JGJ94-2007 5.5.14条和附录F)3.87某高层为框架-核心筒结构,基础埋深26m(7层地下室),核心筒采用桩筏基础。
外围框架采用复合桩基,基桩直径1.0 m,桩长15 m,混凝土强度等级C25,桩端持力层为卵石层,单桩承载力特征值为R a= 5200 kN ,其中端承力特征值为2080kN,梁板式筏形承台,筏板厚度h b=1.2 m,梁宽b l=2.0 m,梁高 h l=2.2 m(包括筏板厚度),承台地基土承载力特征值f ak=360kP a,土层分布:0~26 m土层平均重度=18 kN/m3;26m~27.93 m为中沙⑦1,=16.9kN/m3; 27.93m~32.33 m 为卵石⑦层,=19.8kN/m3,E S=150MP a; 32.33m~38.73m为粘土⑧层,=18.5kN/m3,E S=18Mp a; 38.73m~40.53 m为细砂⑨1层,=16.5kN/m 3,ES=75MP a; 40.53m~45.43 m为卵石⑨层,=20kN/m3,E S=150MP a; 45.43m~48.03 m为粉质粘土⑩层,=18kN/m3,E S=18MP a; 48.03m~53.13 m为细中砂⒀层,=16.5kN/m3,E S=75MP a;桩平面位置如图3—61,单柱荷载效应标准值F K=19300 kN,准永久值F=17400 kN。
试计算0±1桩的最终沉降量。
图3—61基础平面和土层剖面图解:1 按5.2.5条计算基桩所对应的承台底净面积A C:A C=(A-nA PS)/nA为1/2柱间距和悬臂边(2.5倍筏板厚度)所围成的承台计算域面积(图3-61),A=9.07.5 m=67.5㎡ ,在此承台计算域A内的桩数n=3,桩身截面积A ps=0 .785㎡,所以A C=(67.5-30.785)/3=65.14/3=21.7㎡2 按已知的梁板式筏形承台尺寸计算单桩分担的承台自重G K:G K=(67.5 1.2+92 1.0+(3.5+2)2 1.0)24.5/3 =106⨯24.5/3=866 kN(898)3 计算复合基桩的承载力特征值R ,验算单桩竖向承载力:为从表5.2.5查承台效应系数ηc ,需要s a/d和B c/l,故先计算桩距桩距/按表5.2.5 内插得:0.27考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值R 及荷载应 标准组合轴心竖向力作用下,复合基桩的平均竖向力N k :52000.2736021.7520021093193003866 满足要求4 沉降计算,采用荷载效应准永久值组合.31740038666666kN 承台底土压力21.7(若根据5.5.14 条按取值:=0.27360应该说这两种取值方法都不尽合理,此处用67.6kP a ) 5 0#桩的沉降按公式(5.5.14-2、3、4、5)计算:1uzci k i ck k p σα==∑在荷载效应准永久组合作用下,桩顶的附加荷载:6666kN j Q =第j 桩总桩端阻力与桩顶荷载之比:以0# 桩为圆心、以0#桩的沉降有0.60.6159.0l m =⨯=,在此范围内有9根桩分别为1#和1`桩(n 1= =0.2);2#桩(n 2=0.25);3#、3′桩(n 3=0.44);4#、4′桩(n 4=0.41)和5#、5′桩(n 5=0.6)。
附录R 桩基础最终沉降量计算R.0.1 桩基础最终沉降量的计算采用单向压缩分层总和法:∑∑==∆=mj n i isj ij i j p jE h s 11,,,σψ (R.0.1)式中:s ——桩基最终计算沉降量(mm);m ——桩端平面以下压缩层范围内土层总数;E sj,i ——桩端平面下第j 层土第i 个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量(MPa);n j ——桩端平面下第j 层土的计算分层数;Δh j,i ——桩端平面下第j 层土的第i 个分层厚度(m);σj,i ——桩端平面下第j 层土第i 个分层的竖向附加应力(kPa),可分别按本附录第R.0.2条或第R.0.4条的规定计算;ψp ——桩基沉降计算经验系数,各地区应根据当地的工程实测资料统计对比确定。
R.0.2 采用实体深基础计算桩基础最终沉降量时,采用单向压缩分层总和法按本规范第5.3.5条~第5.3.8条的有关公式计算。
R.0.3 本规范公式(5.3.5)中附加压力计算,应为桩底平面处的附加压力。
实体基础的支承面积可按图R.0.3采用。
实体深基础桩基沉降计算经验系数ψps 应根据地区桩基础沉降观测资料及经验统计确定。
在不具备条件时,ψps 值可按表R.0.3选用。
注:表内数值可以内插。
图R.0.3 实体深基础的底面积R.0.4 采用明德林应力公式方法进行桩基础沉降计算时,应符合下列规定:1,采用明德林应力公式计算地基中的某点的竖向附加应力值时,可将各根桩在该点所产生的附加应力,逐根叠加按下式计算:()∑=+=nk k zs k zp i j 1,,,σσσ (R.0.4-1)式中:σzp,k ——第k 根桩的端阻力在深度z 处产生的应力(kPa):σzs,k ——第k 根桩的侧摩阻力在深度z 处产生的应力(kPa)。
2,第k 根桩的端阻力在深度z 处产生的应力可按下式计算;k p k zp I l Q,2,ασ=(R.0.4-2)式中:Q ——相应于作用的准永久组合时,轴心竖向力作用下单桩的附加荷载(kN);由桩端阻力Q p 和桩侧摩阻力Q s 共同承担,且Q p =αQ ,α是桩端阻力比;桩的端阻力假定为集中力,桩侧摩阻力可假定为沿桩身均匀分布和沿桩身线性增长分布两种形式组成,其值分别为βQ 和(1-α-β)Q ,如图R.0.4所示; l ——桩长(m);I p,k ——应力影响系数,可用对明德林应力公式进行积分的方式推导得出。
第四章桩基沉降计算第四章内容为桩基沉降计算。
桩基沉降是指在桩基施工之后,由于土体的沉降而引起的桩基沉降现象。
桩基沉降的计算是土木工程中一个重要的计算问题,对工程的安全性和稳定性具有重要影响。
下面将从桩基沉降的计算方法、影响因素以及计算实例三个方面来展开阐述。
一、桩基沉降的计算方法桩基沉降的计算方法主要有经验法和理论法两种。
经验法通常是根据历史工程的经验数据和实测数据,通过统计分析得到的经验公式来进行计算。
这种方法虽然简单,但缺乏理论依据,适用范围有限。
理论法则是基于土力学和弹性力学的理论,通过计算地基土体的变形来估算桩基的沉降。
桩基沉降的计算方法一般有弹性计算方法和弹塑性计算方法两种。
弹性计算方法适用于土体的变形较小的情况下,一般认为土体的应力-应变关系服从线性弹性假设;弹塑性计算方法适用于土体的变形较大的情况下,考虑土体的弹性和塑性特性。
二、桩基沉降的影响因素桩基沉降的影响因素主要包括桩基自重、土体重应力改变、桩侧土体的变形和桩身上的加荷等。
具体而言,桩基自重是引起桩基沉降的主要因素之一,因为桩基自身的重力会导致土体的压实和沉降;土体重应力改变是指桩基施工前后由于荷载的引入或移除而导致的土体重应力的改变,也会影响桩基的沉降;桩侧土体的变形是指由于桩身的施工而引起的土体变形,也会对桩基沉降产生影响;桩身上的加荷是指桩体在使用过程中受到的荷载,也是产生桩基沉降的重要因素之一三、桩基沉降的计算实例以工程中的桩基沉降计算为例,假设桩基直径为1.2m,桩的长度为20m,桩体所在的土体为黏性土,桩侧土体的变形系数为0.3、根据经验公式得到的桩基沉降计算公式为:δ=0.047Hs,其中,δ为桩基沉降,H 为桩的长度,s为黏性土的塑性指数。
根据给定的参数,代入公式计算得到桩基沉降为:δ=0.047*20=0.94m。
即桩基沉降为0.94m。
以上就是关于第四章桩基沉降计算的内容,主要包括桩基沉降的计算方法、影响因素以及计算实例的阐述。