桩基础课程设计指导
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五、设计指导
(一)设计和计算的内容、步骤和方法 1. 桩长和桩径的选择
确定桩长关键在于选择桩端持力层,设计时,先根据地质条件选择适宜的桩端持力层初步确定桩长。
一般应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端嵌入持力层的深度,对于粘性土、粉土,不宜小于2d ;对于砂土,不宜小于1.5d ;对于碎石土,不宜小于d 。当存在软弱下卧层时,桩基一下持力层厚度不宜小于3d 。
钢筋混凝土预制桩截面边长不应小于200mm ,一般为300~500mm 。 2. 选定承台的埋深
承台最小埋深为0.5m ,一般为1~2m 。 3. 单桩承载力计算
(1)单桩竖向极限承载力标准值
根据已知地质资料,按规范经验公式法计算确定:
∑+=+=pk
p i sik p pk sk uk q A l q u Q Q Q
式中:q sik ——桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值,按附表1取值,kPa ;
q pk ——桩端极限端阻力标准值,按附表2取值,kPa 。 (2)单桩竖向承载力特征值
2
uk
a Q R =
4. 确定桩数和布置桩位
基础所需桩的根数,根据承台顶面的竖向荷载和单桩竖向承载力特征值进行估算。 在轴心荷载作用下:
a
k
R F n ≥
在偏心荷载作用下: ()
a
k R F n 2.1~1.1≥ 布桩时,可按梅花式或行列式布置,桩距的选择应满足最小中心距的要求(参考教材表)。 5. 承台平面形状及尺寸设计
承台的平面形状可由桩的平面布置而定,平面尺寸设计时,应考虑桩边至承台边的最小距离的构造要求。
柱下独立桩基础承台最小宽度不应小于500mm ,边桩中心至承台边缘距离不应小于桩的直径或边长,且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm 。
承台混凝土强度等级不应低于C25。承台底面 钢筋的混凝土保护层厚度,当有混凝土垫层时,不应小于50mm ;当无混凝土垫层时,不应小于70mm 。
混凝土垫层的厚度宜为100mm ,混凝土强度等级宜为C10。 6. 桩基验算
(1)基桩竖向承载力验算
a .桩顶荷载计算
在轴心竖向力作用下: n
G F N k k k +=
在偏心竖向力作用下: 2
2i
i yk i
i xk k k ik x x M y y M n
G F N ±±+=
b .竖向承载力验算
在轴心竖向力作用下:
a k R N ≤
在偏心竖向力作用下: a k R N 2.1m a x ≤
(2)桩基沉降验算
采用实体深基础法(见图2)计算桩基沉降。
a . 计算基底附加压力
考虑扩散作用: cd k
k cd k k A
G F p p σσ-+=
-='0 b .估算沉降计算深度:
()Inb b z n 4.05.2-=
c .计算s ’:
)(111
1
--==-='∆='∑
∑i i i i n
i si
n i i z z E p s s αα d . 校核z n
验算应满足: s s n '≤'∆025.0 e .最终沉降量计算:
's s p ϕ= 图2 实体深基础
7. 桩身结构设计
(1)桩身混凝土强度验算 桩身强度应符合下式规定:
c c p f A N ϕ≤
4
tan
2ϕl b +20l a +l
式中:N ——荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值,kN ; 22m a x
i i y i i x x x M y y M n G F N +++=
A p ——桩身截面积;
f c ——混凝土轴心受压强度设计值,kPa ; φc ——施工工艺系数,对于混凝土预制桩取0.85。
(2)混凝土预制桩构造要求
预制桩最小配筋率不宜小于0.8%,一般可为1%左右。当采用静压法沉桩时,最小配筋率不小于0.6%。主筋直径不宜小于14mm ,箍筋直径可取6~8mm ,间距不大于200mm 。在打入桩顶(4~5)d 长度范围内和桩尖处箍筋应适当加密,并设置钢筋网片。当采用打入法沉桩时,直接受到锤击的桩顶应放置三层钢筋网。桩尖在沉入图层以及使用期中要克服土的阻力,因此应将所用主筋焊在一根圆钢上,或在桩尖处用钢板加强。图3为混凝土预制桩构造示意图。
预制桩的混凝土强度等级不宜低于C30,预制桩纵向钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于30mm 。
图3 混凝土预应力桩构造示意图
(3)预制桩桩身结构强度验算
预制桩除了考虑上述构造要求外,还要考虑起吊、运输和锤击过程中的强度验算。
桩在起吊和运输过程中的受力状态与梁相同,一般按两支点(桩长L<18m )或三支点(桩长L>18m )起吊和运输;在打桩架下竖起时,按一支点吊起。图4为预制桩吊装验算简图。
图4 预制桩吊装验算简图
桩身配筋验算按下列公式计算: 0
1h b
f A f x c s y ξα≤=
⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=201x h bx f M c u α
要求: u M M M ≤=21 式中:x ——混凝土受压区高度,m ;
A s ——桩身受弯一侧纵向钢筋界面面积,m 2;
α1 ——等效矩形应力图的系数,混凝土强度等级不超过C50时,取1.0; b ——桩边宽,m ;
h 0 ——桩截面有效高度,m ;
ξ——界限相对受压区高度,对Ⅰ级钢取0.614,对Ⅱ级钢取0.55; M u ——桩身界面极限承载力,kN.m ; f y ——钢筋抗拉强度设计值,kPa ;
f c ——混凝土轴心受压强度设计值,kPa 。
8. 承台设计
(1)基桩净反力设计值
计算荷载采用荷载效应基本组合设计值,扣除承台自重及其上回填土。
∑∑±±=
2
2i i y i i x i x x M y y M n F N (2)承台厚度验算:承台抗冲切验算和抗剪验算。
(二)施工图内容
1. 桩基础平面布置图:应标注柱、承台、桩的平面尺寸以及各部分相对位置和尺寸。
2. 桩及承台剖面图:包括纵向、横向剖面图。应标注承台顶面、承台底面、桩顶面、和桩尖处的标高;绘出土层的分布、标注各层面处的标高;标注柱、承台和桩的剖面尺寸以及相对位置尺寸。
3. 承台配筋平面图。
4. 桩身配筋图:应详细表示出纵筋、箍筋(及加密区)、桩顶和桩尖的特殊保护、起吊吊钩等。