基础综合重点工程优秀课程设计.docx

土木工程专业基础工程课程设计任务书
————桩基础设计
一、设计资料
1、某建筑场地在钻孔揭示深度内共有6个土层，各层土物理力学指标参数见表1。土层稳定混合水位深为地面下1.0m，地下水水质分析结果表明，本场地下水无腐蚀性。
建筑桩基设计等级为乙级，已知上部框架结构由柱子传来荷载（作用在柱底即承台顶面）：
,，H = 50kN；
柱截面尺寸为：400×400mm；
承台底面埋深：d=1.5m。
2、依据地质资料，以第4层粉质粘土为桩尖持力层，采取钢筋混凝土预制桩
3、承台设计资料：混凝土强度等级为C20，轴心抗压强度设计值为，轴心抗拉强度设计值为，钢筋采取HRB335级钢筋，钢筋强度设计值
4、《建筑桩基技术规范》(GJG94-)
二、设计内容及要求：
1、根据持力层埋深确定桩长，根据长径比40-60确定桩截面尺寸；
2、计算单桩竖向承载力极限标准值和特征值；
3、确定桩数和桩平面部署图；
4、群桩中基桩受力验算；
5、软弱下卧层强度验算；
6、承台结构计算；
7、承台施工图设计：包含桩平面部署图，承台配筋图和必需图纸说明；
8、需要提交汇报：任务书、计算书和桩基础施工图。

注：1、计算书打印，根据A4页面，上下左右页边距设置为2.0cm，字体采取宋小四号
2、图纸采取3号图幅，图纸说明即为图中说明
3、任务书、计算书和桩基础施工图装订成一册
4、将电子稿按班打包交上来，每人电子稿名称根据学号+姓名命名

表1 地 基 土 物 理 力 学 指 标 设 计 参 数 表

工程编号： 工程名称：
层
序
岩
土
名
称
/层厚(m)
含 水 量
土 重 度
孔 隙 比
土 比 重
液  
限
塑
限
塑 性 指 数
液 性 指 数
压 缩 系 数
固 快法
快剪法
无侧限 抗 压 强 度
建 议 值
凝 聚 力
摩 擦 角
凝 聚 力
摩 擦 角
压缩 模量
地基承载力特征值
预制桩
极限标准值
桩周土摩擦力
桩端土承载力
ω0
γ
e0
Gs
ωl
ωp
IP
IL
α1-2
c
φ
c
φ
qu
Es1-2
fak
qsk
qpk
(%)
(kN/m3)
(%)

(%)
(%)
(%)
(%)
(MPa-1)
(KPa)
( ° )
(KPa)
( ° )
(KPa)
(MPa)
(KPa)
(KPa)
(KPa)
1
素填土/1.5

2
粉质粘土/3.0
38.7
18.3
1.072
2.73
41.0
24.8
16.2
0.862
0.61
18.1
8.3

49.9
3.2
75
24

3
淤泥/15.0
58.5
16.5
1.632
2.74
53.8
26.6
27.2
1.181
1.29
5.5
2.0
8.0
8.8
16.1
1.9
65
14

4
粉质粘土/4.0
27.3
19.5
0.788
2.72
32.9
19.3
13.6
0.592
0.36
21.5
8.0
28.5
16.0

5.2
100
32
1600
5
淤泥质粉质粘土/6.0
42.9
17.6
1.219
2.73
41.2
26.1
14.5
1.114
0.86
7.3
3.4
10.2
11.6

2.4
75
16

6
粉砂/10.0

8.5
250
60
3000

桩基础设计计算书
一、 根据持力层埋深确定桩长，根据长径比40-60确定桩截面尺寸；
由地基土物理力学指标设计参数表，桩插入承台深度50mm。选第四层粉质粘土为持力层，设桩进入持力层深度为1.95m。则桩长度
L=0.05+3.0+15.0+1.95=2.0m。
依据长径比40-60选定桩截面边长b=450mm，显然40<450=44.4<60。
二、计算单桩竖向承载力极限标准值和特征值；
Qu= uqiskli+APqpk
=4×0.45×(24×3+14×15+1.95×32)+1600×0.452=943.92KN
Ra=QuK=943.922=472KN
三、确定桩数和桩平面部署图；
初选桩根数
N=VkRa=372=6.72根，暂取7根。
易知4.5d=450×4.5=2025mm，取桩心距s=2050mm。
采取梅花桩，平面部署以下：

承台宽度和长度分别为:
bc=2050×2+450+450=5000mm
hc=2050×2+450+450=5000mm
取承台埋深为1.5m。承台及其上填土重，地下水位以下土重度取浮重度。
Gk=γAd=（20×1.0+0.5×20-10）×5.0×5.0= 625KN
单桩竖向作用力Nk=Fk+Gkn=3200+6257=546kN〉Ra=472KN（不可行）
当n=8根时，平面部署以下：

Nk=Fk+Gkn=3200+6258=478kN〉Ra=472KN（不可行）
当n=9根时，平面部署图以下：

Nk=Fk+Gkn=3200+6259=425kN<Ra=472KN（能够）
综上，应取9根桩。
四、群桩中基桩受力验算；
1、 复合桩基竖向承载力特征值R计算。
依据Sa/d=2050/450=4.56，Bc/l=5000/0=0.25，查表得ηc=0.20
计算基桩所对应承台底净面积：
Ac=A-nApsn=25-9×0.45×0.459=2.575mm2
承台下1/2承台宽度且不超出5m深度范围内土地基承载力特征值为
fak=75Kpa，得桩基竖向承载力特征值
R=Ra+ηcfakAc=472+0.19×75×2.575=508.7KN

2、 桩基顶竖向荷载。
轴心力作用 Nk=Fk+Gkn=3200+3659=425kN
偏心竖向力作用 My=Mk+Hk×1.2=400+50×1.2=460kN∙m
Nik=Fk+Gkn±Mxyiyi2±Myxixi2
作用在桩顶最大、最小竖向力：
Nminmax=472±460×1.856×1.85^2=513.44KN<1.2R=610.4KN430.56KN>0
满足竖向承载力要求。
3、 桩基顶水平荷载。
单桩水平承载力特征值计算公式
RHa=0.75×α3EIｖXx0a
x0a=10mm，m=4.4MN/mm，C30混凝土弹性模量为EC=3×104N/mm2，HPB335级钢筋弹性模量Es=2.0×105N/mm2。
b<1m，b0=1.5b+0.5=1.5×0.45+0.5=1.175m
钢筋弹性模量和混凝土弹性模量比值：
αE=EsEc=2.0×1053×104=6.67，ρg=0.7%
方形截面：W0=b6[b2+2αE-1ρgb02]
=0.456×0.452+2×6.67-1×0.7%×1.1752
=2.341×107mm3
桩抗弯刚度EI=0.85ECI0 ,换算截面惯性矩I0=12W0b0
EI=0.85×3×104×12×2.341×107×1175=3.51×108N/m2
水平变形系数α=5mb0EI=54.4×106N/m4×1.1753.51×108=0.4302（1/m）
换算深度αh=0.4302×20=8.6m
查表得vx=2.441，
所以，RHa=0.75×0.430243×3.51×1082.441×10=85.86KN
单桩水平承载力Hk=Hn=509=5.56kN≪RHa=85.86KN（能够）

五、软弱下卧层强度验算；
桩心距〈6d，能够将桩基础是为实体基础，软弱下卧层计算公式为：
σz+γmz≤faz
淤泥质粉质粘土孔隙比<0.85，液性质数IL=0.529<0.85，故深度修正系数ηd=1.6，地下水以下土浮重度，依据公式γsat=Gs+e1+wγw及γ‘=γsat-γw
则浮重度γ‘=γsat-γw=（Gs+e1+w-1）γw
γ2‘=（2.73+1.072%1+0.378-1）×10=9.76kN/m3
γ3‘=（2.74+1.634%1+0.585-1）×10=7.39kN/m3
γ4‘=（2.73+0.788%1+0.273-1）×10=11.43kN/m3
基础底面以上土厚度加权平均重度
γm1 =（20×1.0+10×0.5+9.76×3+7.39×15+11.43×1.95）/21.45
=8.74 kN/m3
①按扩散作用基础底面处附加应力p0k：
p0k=pk-σC=FK+GK'A-σc
实体深基础底面积A=a0+2ltanφ4b0+2ltanφ4，查表φ=23°
A=4.55+2×19.5×tan23°44.55+2×19.5×tan23°4=71.86m2
p0k=3200+19-10×71.86×21.4571.86-8.74×21.45=50.11Kpa
②不考虑扩散作用时基础底面处附加应力p0k：
p0k=pk-σC=FK+Gk+GK'-2a0+b0qsialia0b0-γm1(l+d)
p0k=3200+625+20×4.55×4.55×19.5-2×9.1×344.44.55×4.55-8.74×21.45
<0（不可行）
软弱层顶面以上土厚度加权平均重度
γm2 =（20×1.0+10×0.5+9.76×3+7.39×15+11.43×4）/23.5
=8.8.97 kN/m3
两层土弹性模量之比为ES1Es2=5.22.4=2.17，查表得桩端持力层扩散角θ=18.4°。
实体基础计算宽度和长度A0=a0+2ltanφ4，B0=b0+2ltanφ4。
即有A0=B0=4.943m
软弱层顶面附加应力σz=p0k×A0+B0A0+2ttanθ(B0+2ttanθ)
=(50.11×(4.943×4.943)4.943+2×2.05×tan18.4×(4.943+2×2.05×tan18.4)
=30.78Kpa
经深度修正后地基承载力
faz=fak+ηdγm2（d-0.5）=75+1.6×8.97×（23.5-0.5）=405.10kpa
易知， σz+γmz=30.78+8.94×23.5=236.4kpa<faz=405.10kpa
下卧层满足承载力要求。
六、承台结构计算；

对应于荷载标效应组合时作用于柱底荷载设计值为：
F=1.35Vk=1.35×3200=4320kN
M=1.35Mk=1.35×400=540KN∙m
H=1.35Hk=1.35×50=67.5kN
扣除承台和其上填土自重后柱顶竖向设计值：
N=Fn=43209=480kN
在偏心荷载作用下 Nik=Fk+Gkn±Mxyiyi2±Myxixi2
Nminmax=N±（M+Hh）xmaxxi2=480±（540+67.5×1.2）×1.856×1.852=535.9kN424.0KN
1、 承台受冲切承载力验算
①柱对承台冲切承载力计算。
首先对柱边冲切进行计算
Fl=F-Ni=4320-480=3840KN
取a0x=1625mm>ho=1130mm
取a0x=ho=1130mm。ℷ0x= a0x h0=1.0
同理，a0y=aoy=1130mm，ℷ0y=ℷ0x=1
β0x=ℷ0x=0.84a0x+0.2=0.7
由线性内插法βhp=0.967
2[β0xbc+a0y+Β0y(hc+a0x)] βhpftb0
=2×0.7×0.4+1.13×2 ×0.976× 1100×1.13
=5197.2KN>Fl=3840KN
满足要求。
②角桩对承台冲切计算。
C1=C2=675mm，a1x=a1y=1625mm
ℷ1x=ℷ1y=a1x/ho=1625/1130=1.44>1.0，取ℷ1x=ℷ1y=1.0
β1x=Β1y=0.56λ1x+0.2=0.4667
[β1xC2+a1x/2+Β1y(C1+a1y/2)]βhpftb0
=[0.467×0.675+1.6252+0.467×(0.675+1.6252)]×0.976×1100×1.13
=1682.65k>Nmax=535.9kN(能够)
2、 承台受剪承载力计算。
柱下桩基础独立承台斜截面受剪承载力按下式计算：
V≤βhsβftb0h0
对A-A截面
λx=axh0=16251130=1.438 (介于0.3和3之间)
βhs=800h01/4=80011301/4=0.917
剪力系数 β=1.75/（λ+1.0）=1.75/（1.438+1）=0.7178
Βhsβftb0h0=0.917×0.7178×1100×5×1.13
=4090.7KN>(535.9×3)=1607.7KN(能够)
3、承台抗弯承载力计算
计算柱边x，y方向钢筋量。
Mx=Niyi=535.9×3×1.625=2612.5KN∙m
As=Mx0.9fyh0=2612.5×1060.9×300×1.13=8563mm2
选择1428，实际As=8620mm2，沿x轴方向均匀部署，通长配筋。
由对称关系，y方向配筋和x轴一致。
七、承台施工图设计：包含桩平面部署图，承台配筋图和必需图纸说明；

说明：承台配筋图中，其承台边缘和四角应采取加密钢筋。桩和承台连接处应确保防水结构要求。