基础工程课程设计-secret.doc

题 目：柱下桩基础设计
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目录

第1章 概述----------------------------------------------------------------------1
1.1设计任务--------------------------------------------------------------------------------------------------1
1.2设计资料--------------------------------------------------------------------------------------------------2
第2章 浅基础设计-------------------------------------------------------------7
2.1选择基础类型及地持力层 --------------------------------------------------------------------------- 7
2.2确定柱下独立基础地面尺寸 ----------------------------------------------------------------------- -7
2.3基础立面设计--------------------------------------------------------------------------------------- ----9
2.4地基沉降计算----------------------------------------------------------------------------------- -------12
2.5地基稳定性验算------------------------------------------------------------------------------ ---------12
2.6浅基础施工方案------------------------------------------------------------------------------- --------13
第3章 桩基础设计-----------------------------------------------------------14
3.1确定桩端持力层和承台埋深------------------------------------------------------------- -----------14
3.2确定单桩竖向极限承载力标准值-------------------------------------------------------------------15
3.3初步估计所需桩数-------------------------------------------------------------------------- ----------15
3.4桩位置布置和承台尺寸------------------------------------------------------------------- -----------15
3.5计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值R并验算桩数是否合适-------------------16
3.6求算桩顶荷载-------------------------------------------------------------------------------------------17
3.7基桩竖向抗压承载力验算----------------------------------------------------------------------------17
3.8基桩的水平承载力验算 ------------------------------------------------------------------------------17
3.9承台抗冲切验算----------------------------------------------------------------------------------------18
3.10承台斜截面受剪验算---------------------------------------------------------------------------------19
3.11受弯计算------------------------------------------------------------------------------------------------20
3.12承台的配筋计算---------------------------------------------------------------------------------------20
3.13桩基础施工方案---------------------------------------------------------------------------------------21
附录1扩展基础平面图
附录2扩展基础施工图
附录3桩基础平面图
附录4桩基础施工图

第1章 概述

1.1设计任务
一、设计题目
建筑方案为五层框架建筑，框架柱间距为6～7.5m，基础底面设计埋深为1.4m，
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》。

1.2 设计资料
⑴ 地质勘察资料
勘察工作按施工图设计阶段的要求进行，共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样X个进行了室内土工实验。
场地处地面平坦。据钻探揭露，各地层的情况如下：
第①层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.5~1.2m，（其中3号柱下为1.17m，10号柱下为0.65m.）。结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m3。
第②层：粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度9.5~10.1m，（其中3号柱下为10m，10号柱下为10.1m.）。硬塑~可塑，土质较均匀。
第③层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上。土质均匀，可塑~硬塑。
场区地下水属潜水，初见水位在2.5~3.1m深处，稳定水位在2.9~3.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。
根据钻探及室内土工实验的情况分析，第①层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第②层粉质粘土或第③层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：
第②层：fk=200kPa
第③层：fk=220kPa
钻探点布置见图1-3，3号，10号柱地质剖面见图1-4~图1-5，土工试验成果见表1-1，地质柱状图略。

图1-3 地质钻孔平面布置图

图1-4 I—I地质剖面（m）

图1-5 II—II地质剖面（m）

表1-1 某机械厂装配车间土工试验结果汇总表
试样
编号
取样深度
/m
土的分类
名称
天然含
水量
/%
天然重度/kN/m3
比重
天然孔
隙比
液限
/%
塑限
/%
塑性
指数
液性指数
压缩系数/MPa-1
内摩擦角
粘聚力/kPa
1孔-1
3.00~3.40
粉土
32.9
19.5
2.72
0.854
32.6
26.4
6.2
1.05
0.39
16°1′
5.62
-2
9.00~9.40
粉质粘土
29.06
19.4
2.74
0.81
30.49
20.17
10.32
0.861
0.33
23°39′
5.96
-3
16.60~17.00
粘土
26.1
20.2
2.75
0.718
43.15
20.65
22.5
0.242
0.27
19°20′
5.40
-4
21.00~21.40
粘土
27.12
19.7
2.73
0.786
39.08
21.76
17.32
0.309
0.25
15°48′
7.22
2孔-1
2.60～3.00
粉质粘土
24.4
20.1
2.7
0.681
33.81
21.31
12.5
0.25
0.19
25°15′
6.22
-2
8.00～8.40
粉质粘土
25.35
20.3
2.71
0.687
31.57
21
10.57
0.412
0.22
16°55′
8.64
-3
11.00~11.40
粘土
25.51
20.4
2.72
0.669
37.71
20.11
17.6
0.25
0.17
18°41′
8.84
-4
15.00~15.40
粘土
26.59
19.9
2.7
0.718
43.1
22.19
20.91
0.21
0.23
16°12′
9.26
3孔-1
5.00~5.40
粉质粘土
23.08
20.1
2.71
0.629
33.96
20.04
13.92
0.218
0.21
20°15′
6.22
4孔-1
4.10~4.50
粉质粘土
22.94
19.9
2.73
0.687
37.43
23.96
13.47
<0
0.21
22°29′
6.04
5孔-1
7.50～7.90
粉质粘土
26.64
20.1
2.72
0.741
30.8
19.27
11.53
0.639
0.23
20°27′
7.26
-2
13.10~13.50
粘土
28.95
19.5
2.73
0.805
48.3
29.64
18.66
<0
0.23
16°51′
9.60
6孔-1
3.20~3.60
粉质粘土
24.50
20.1
2.71
0.692
30.3
19.85
10.45
0.445
0.22
20°56′
7.08

(2) 设计荷载
① 3号柱在地面处的截面内力取值如下：
边柱 Z1：（横向计算）
荷载组合编号： 标准组合L11 基本组合L12

基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30kN/m计算，由此可知基础梁荷载：
3号柱下作用基础梁荷重如下：30× ( 3+3 ) = 180kN。

图1-6 3号柱下作用基础梁荷载示意图

（4）设计依据
1. 中华人民共和国国家标准．建筑地基基础设计规范，GB 50007—2002
2. 中华人民共和国国家标准．建筑桩基技术规范，JGJ94-94
3. 中华人民共和国行业标准．铁路桥涵地基和基础设计规范，TB 10002.5－2005
4. 吴兴序主编. 基础工程．西南交通大学出版社，2007
5. 赵明华主编，徐学燕副主编．基础工程．高等教育出版社，2003
6. 李克钏主编，罗书学副主编．基础工程．中国铁道出版社，2000

第2章 3号柱下独立浅基础设计

2.1 选择基础类型及地基持力层
由于第②层土层较厚且土质较好，同时地下水稳定水位为，故初步拟定基础持力层取为第②层粉质粘土。基础类型采用柱下钢筋混凝土独立基础。初步拟定基础形式如下图：

图2-1 基础类型图

2.2 确定柱下独立基础地面尺寸
⑴ 地基承载力计算：
假定埋深。以室外地面标高为基准线。
由于第②层粉质粘土的天然孔隙比, 液性指数，查表得，。
稳定水位为，对于基底以上土不考虑地下水的影响。
基底以上土的加权平均重度为：

因基底尺寸尚待确定，故先计算深度修正后的承载力：

⑵ 确定基础地面尺寸确：
将基础梁上集中到柱子的竖向力180kN向柱子中心简化。先按中心荷载计算，有

考虑偏心荷载的影响将基础底面扩大20％

考虑到柱子尺寸为，可取基础底面尺寸为。基底截面最小边长为3m，故前面计算得到的不需再进行宽度修正。
基底实际面积为
⑶ 承载力及偏心距验算：
竖向力
弯矩
得

满足要求。

满足要求。
因此，基础底面尺寸取为：能满足承载力要求。

2.3 基础立面设计
⑴ 确定基础高度。
① 计算基底净反力：
在计算基础内力、确定基础高度、进行配筋等基础结构的设计工作时，采用承载力极限状态下荷载效应的基本组合。

基底净反力：

② 确定基础高度：
初步拟定，按《地基规范》要求，铺设垫层时保护层厚度不小于因此假设钢筋重心到混凝土外表面的距离为，故钢筋的有效高度为。
抗冲切破环验算公式为
首先计算。如下图所示：

图2-2 基础尺寸图

故
近似地取

式中，，故，基础混凝土采用C30，其

故能够满足抗冲切承载力的要求。
⑵ 内力计算及基础配筋。
① 内力计算：
台阶的宽高比为
且偏心距
显然，控制截面在柱边处，此时有

② 抗弯钢筋的配置。
采用HPB235级钢筋，其。沿长边方向，，，宽度，按梁进行配筋。可得

采用17A20@250（钢筋总面积5341mm2）。
故实际的，等于原先假定的，故上述配筋满足要求。
沿短边方向，钢筋通常布置与长边钢筋之上，，，宽度，按梁进行配筋，可得

采用14A20@200（钢筋总面积）。
故实际的，等原先假定的，故上述配筋满足要求。

2.4 地基沉降计算
由于场地和地基条件较为简单，地基承载力特征值大于130kPa,且为体型简单的一般工业建筑，承载力条件亦得到满足，故不必进行地基沉降计算。

2.5 地基稳定性验算
因为该厂房为单层厂房，且拟修建地址较平，故无需进行稳定性验算。
2.6 浅基础施工方案
一、施工措施
土方开挖采用机械开挖结合人工开挖，为防止超挖，机械开挖至持力层，予留30cm厚土层用人工开挖。由于基坑较浅，无需采取支挡措施。回填土采用级配良好的，经碾压的土，分层夯实。
二、施工流程
测量定点、标识→土方开挖→浇筑100mmC10素混凝土垫层→绑扎钢筋→钢筋验收→安装模板→浇筑混凝土→养护→拆除模板→基础验收→土方回填。
三、施工工具
主要机具有：挖掘机，蛙式或柴油打夯机、手推车、木耙、铁锹（尖头与平头）、2m靠尺、胶皮管、小线和木折尺等。。
四、施工图
施工图见附录。

第三章 桩基础设计

3.1 确定桩端持力层和承台埋深
由土层地质资料确定承台埋深为，采用预制桩，方桩，尺寸为300mm*300mm。由于地面下很大深度没有基岩，所以采用摩擦型桩。选取第②层粉质粘土作为持力层。桩端进入持力层的深度，对于黏性土不小于2倍桩径，取承台底面以下桩的长度为8m。桩基的安全等级为二级。

图3-1 桩基地质剖面图
人工填土：厚度1.5m ，
粉质粘土：厚度9.41m，硬塑~可塑，土质较均匀。土质指标：=24.4%,=20.1kN/m,=2.70,=0.681,=33.81%，=21.31%,=12.5,=0.25,=0.19,=25°15′,=6.22kPa。
3.2 确定单桩竖向极限承载力标准值
单桩总侧阻力：

单桩总端阻:

3.3 初步估计所需桩数n
由于桩的布置和桩数未知，先不考虑承台效应和群桩效应，

确定桩数时，由于承台尺寸尚未确定，可根据单桩承载力设计值和上部结构物荷载初步计算确定，偏心荷载时，估计桩数,式中为经验系数，本设计取，
则得

为方便桩的布置，取。

3.4 桩位布置和承台尺寸的确定
根据规范桩的最小中心距应满足，取x方向的中心间距为1.05m，y方向的中心距为1.05m；取边桩中心至承台边缘距离为0.35m，承台边缘至桩的外边缘距离为，符合有关规范要求。承台场边和短边距离分别为：

初步拟定承台高度h=800mm，为保证群桩与承台连接的整体性，桩顶嵌入承台长度为50mm，钢筋保护层厚度为35mm，承台的有效高度

桩的布置和承台平面尺寸如下图所示。

图3-2承台平面与剖面图

3.5 计算考虑群桩效应下的基桩竖向承载力设计值并验算桩数是否合适

⑴ 求系数。可以根据和查表求得。

查表得，

⑵ 求。

⑶验算考虑承台土重和群桩效应下的桩数。
，
说明取根可以满足要求。
3.6验算桩顶荷载
桩顶竖向抗压承载力：

基桩的水平承载力验算：= kN，由于其值远小于单桩水平承载力特征值，因此无需验算考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值。

3.9 承台抗冲切验算
设计承台厚，冲切破坏锥体有效高度。
⑴ 柱对承台的冲切验算。

计算冲跨比λ和冲切系数β：

因为h=800mm，所以
采用混凝土，抗拉强度设计值，则

⑵ 角桩对承台的冲切验算。
应验算受桩顶荷载最大的角桩对承台的冲切。此时，，，，故得

承台受角桩冲切的承载力为

竖向承载力设计值
弯矩设计值

角桩冲切力设计值
所以满足要求。

3.10 承台斜截面受剪验算
如下图，可知最危险截面是截面，因为该截面下右侧的两根桩所承受的荷载最大，都是，，介于之间。

图3-3承台平面图

故剪切系数
因，故取
假设截面处的计算宽度为，混凝土的，则承台斜截面受剪承载力为
故满足要求。
2-2斜截面，其受剪切承载力更大，故验算从略。
3.11 受弯计算

3.12 承台的配筋计算
显然，截面为控制截面，所以沿轴方向钢筋置于方向钢筋之下。采级钢筋，其；混凝土强度等级为，并且采用双向均匀通长布置。

采用13A18（钢筋总面积3308mm2），沿平行于y轴方向布置.
采用15A20（钢筋总面积4712mm2），沿平行于x轴方向布置。

3.13桩基础施工方案
一、桩基础施工方案
桩施工采用静压沉入方式。
二、施工流程
测量放线→安装桩尖→检查桩位→桩机就位→调整桩机水平度→调整桩机垂直度→桩基吊桩→对位→施压→计压力值→测量贯入度→测回弹值→受压→下一桩位。
承台施工参照扩展基础的施工方案。
三、施工工具
压桩机，挖掘机，水准仪，经纬仪，发电机。
四、施工图
施工图见附录。