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水泥罐基础设计方案

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2020年4月19日
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目 录

一、编制依据 2
二、工程概况 2
三、地基处理及施工方法 3
四、水泥罐基础设计 4
1、 参数信息 4
2、 基础最小尺寸计算 5
3、 基础承载力计算 5
4、 垫层宽度验算 6
5、 垫层厚度验算 7
6、 地基基础承载力验算 8
7、 受冲切承载力验算 8
8、 抗倾覆力矩计算： 9
9、 承台配筋计算 10
五、水泥罐基础配平面位置及配筋图详见附后图 11
六、水泥罐基础施工技术要求 11
1、 水泥罐基础持力层的验收方法 11
2、 材料要求 11
3、 基础验收要求 11

一、编制依据
1．《建筑地基基础设计规范》(GB5007- )；
2.《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31- )；
3.《建筑结构荷载规范》(GB50009- )；
4. 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79- )；
5.《混凝土结构设计规范》(GB50010- )( )；
6.《简明钢筋混凝土结构计算手册》；
7. 岩土工程勘查报告；
8. 《建筑地基与基础施工手册》(第二版,江正荣主编)。
二、工程概况
第一节 工程简介
龙归保障性住房项目施工总承包（标段九）工程，建设地点位于广州市白云区龙归镇。主要结构为钢筋混凝土框架结构，地下室2层，地下裙楼3层、4栋31层塔楼建筑高度为99.85m.建筑总面积为130924㎡，其中地上为91900㎡，地下为30924㎡ 。基坑总面积约为22190㎡，周长为604米，基坑深度为10.95米，其中基坑支护不在本工程承包范围内。建设单位为广州市住房保障办公室，设计单位为中信华南（集团）建筑设计研究院，勘察单位为广州市城市规划勘测设计研究院，监理单位为广州市广州工程建设监理有限公司，施工单位为广东省第一建筑工程有限公司。
建筑设计使用年限为二类（50年以上）；建筑物防火为一类、耐火等级为一级；建筑物抗震设防烈度为7度；建筑物屋面防水等级为二级；建筑物地下室防水等级为二级。
按照广州市有关文件管理规定，本工程全部使用散装水泥，项目部根据本工程水泥量的需要情况，并结合施工现场实际情况需要安装2个90T的散装水泥罐。西边自编号为1#水泥罐（坐标为：X=45984.350，Y=43116.542，Z=19.604）距离基坑排水沟13.8m，东边自编号为2#水泥罐（坐标为：X=45968.756，Y=43193.140，Z=19.598）距离基坑排水沟13.3m（具体位置见现场平面布置图）。根据本工程地质勘察报告，水泥罐位置地质情况从上到下依次为：人工回填土，厚度1.59m，由于此处为地下为市政管道，回填土经压实后已达半年，根据经验一般粘性土经回填压实后承载力特征值的经验值取80KPa；粉质粘土，厚度6.1m，地基承载力特征值为150KPa；强风化泥质粉砂岩，厚度0.9m，地基承载力特征值为1.8MPa；中风化泥质粉砂岩，厚度1.3m，地基承载力特征值为2.3MPa；微风化风化泥质粉砂岩，厚度5.7m，地基承载力特征值为6MPa。
三、地基处理及施工方法
由于地表层1.14m内为人工填土，为了满足作为水泥罐基础承载力的要求，现对地表部分土层用砂和砂碎石垫层作换土处理，换土厚度为500mm，砂及砂碎石垫层经分层夯实，作为水泥罐基础的持力层。为了增强地基基础的承载力，在基础垫层底下的回填土4m×4m区域内每50cm×50cm的间距布置一条长为3.5m的木桩，木桩进入粉质粘土层1m，木桩尾径不小于10cm，共60条（如下木桩示意图所示）。
材料要求
（1）砂：宜用颗料级配良好，质地坚硬的中砂或粗砂，砂中不得含有杂草、树根等有机杂质，含泥量应小于5%。
（2）砂碎石：自然级配的砂碎石混合物，料级应在50㎜以下，其含量应在50%以内，不得含有植物残体、垃圾等杂物，含泥量小于5%。
2、施工要点
（1）测量放线，人工挖土至地表下1.0m处。
（2）铺设垫层前应验槽，将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净，两侧设一定坡度，防止振捣时塌方。
（3）垫层分层铺设，每层铺设厚度为200~250㎜，并注意充分捣实。
（4）人工级配的砂碎石，应先将砂、碎石拌和均匀后，再铺夯压实。
（5）垫层铺设时，严禁扰动垫层下卧层及侧壁的软弱土层，防止被践踏、受浸泡而降低其强度。如垫层下有厚度较小的淤泥或淤泥质土层，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时，可采取挤淤泥处理。先在软弱土面上堆填块石、片石等，然后将其压入以置换和挤出软弱土，再做垫层。
（6）垫层应分层铺设，分层夯或压实。基坑内预先安好1×1m网格标桩，控制每层砂垫层的铺设厚度。每层铺设厚度200~250㎜、砂石最优含水量控制在15~20%，施工机具采用平板式振捣器往复振捣，振捣器移动时，每行应搭接三分之一，以防振动面积不搭接。
（7）垫层铺设完后，应进行基础施工与基坑回填，严禁小车及人在砂碎石层上面行走，必要时应在垫层上铺板行走。
3、质量控制
（1）砂、碎石等原材料质量、配合比应符合设计要求，砂、碎石应搅拌均匀。
（2）施工过程中必须检查分层厚度，搭接部分的压实情况、压实遍数。
（3）砂和砂碎石地基的质量验收标准应符合《建筑地基处理技术规范》(JGJ79- )的要求。
4、砂及砂碎石地基承载力特征值的取值
查《建筑地基与基础施工手册（第二版）》表6-10 ，得知稍密砂夹石垫层承载力特征值为200~250KPa，本工程取fak=180 KPa。
四、水泥罐基础设计
1、 参数信息
水泥罐自重F1=90T，高度H=11.0m，水泥罐尺寸d=3m， 水泥罐基础混凝土强度等级：C35，
基础宽度Bc=3.5m，基础埋深D=0.5 m ，垫层宽度B`=4.0m， 垫层厚度D`=0.5m。
2、 基础最小尺寸计算
基础的最小厚度取：H=0.5m
基础的最小宽度取：Bc=3.5m
3、 基础承载力计算
依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007- )第5.2条承载力计算。
计算简图：

木桩示意图
基础设计值计算公式：

当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式：

式中 F──水泥罐作用于基础的竖向力F=1.2×900=1080kN；
G──基础自重与基础上面的土的自重，G=1.2×25.0×Bc×Bc×Hc =183.75kN；
Bc──基础底面的宽度，取Bc=3.5m；
W──基础底面的抵抗矩，W=Bc×Bc×Bc/6=7.15m3；
M──倾覆力矩，由水平风荷载产生的力距；

经计算得到，风荷载标准值Wk = 0.7×0.500×1.000×0.74 = 0.259kN/m2。
M=1.4×3×11× Wk×5.5=65.8kN.m
a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m)，按下式计算：

a=3.5/2-65.8/(1080+183.75)=1.70m。
经过计算得到：
最大压力设计值 Pmax=(183.75+1080)/3.52+65.8/7.15=112.37kPa
最小压力设计值 Pmin= (183.75+1080)/3.52-65.8/7.15=93.96kPa
偏心距较大时压力设计值 Pkmax=2×(183.75+1080)/(3×3.5×1.70)=141.60kPa
4、 垫层宽度验算
依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79- )第4.2.1条计算。
垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求,可按下式计算：

B`≥Bc+2Ztgθ
Z──基础底面下垫层的厚度(m)
θ──垫层的压力扩散角(经查表取θ=20o)
B`≥Bc+2Ztgθ=3.5+2×0.5×tg20o=3.86
因此取B`=4m满足要求
5、 垫层厚度验算
垫层的厚度验算公式：PZ+PCZ≤fa
即作用在垫层底面处的土的重压力值与附加压力值之和不大于软弱土层经深度修 正后的地基承载力特征值。垫层的厚度一般为0.5~2.5m,现在取D`=0.5m,
PZ+PCZ=3.5×3.5×【（1080+183.75）/(3.5×3.5)-0】/（3.5+2×0.5×tg20o）^2=84.64KPa≤fa=90 KPa经计算垫层厚度满足要求。
式中 PZ──垫层底面处的附加压力值（KPa）；
PZ = Bc×Bc（PK-PC）/（Bc+2 D`tgθ）2
PK──基层底面处的平均压力（KPa）；
PCZ──垫层底面处土的自重压力值（KPa）；
fa──垫层底面处土层（回填土）的修正后的地基承载力特征值(kN/m2)，垫层底面处土层（回填土）的修正后的地基承载力特征值计算：

其中 fak──垫层底面处土层地基承载力特征值，取80.00kN/m2；
b──基础宽度地基承载力修正系数，取0.00；
d──基础埋深地基承载力修正系数，取1.00；
──基础垫层底面以下土的重度，取20.00kN/m3；
γm──基础垫层底面以上土的重度，取20.00kN/m3；
b──基础底面宽度，取4.00m；
d──基础埋深度,取1.0m。
解得地基承载力设计值 fa=80+0+1×20×（1-0.5）=90kPa
经计算PZ+PCZ=84.64KPa≤fa，因此垫层厚度取值满足要求。
6、 地基基础承载力验算
地基基础承载力特征值计算依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007- 第5.2.3条。
计算公式如下：

其中 fa──修正后的地基承载力特征值(kN/m2)；
fak──地基承载力特征值，取150.00kN/m2；
b──基础宽度地基承载力修正系数，取3.00；
d──基础埋深地基承载力修正系数，取4.40；
──基础底面以下土的重度，取20.00kN/m3；
γm──基础底面以上土的重度，取20.00kN/m3；
b──基础底面宽度，取3.50m；
d──基础埋深度,取0.50m。
fa=150+3×20×（3.5-3）+4.4×20×（0.5-0.5）
解得地基承载力修正扣特征值 fa=180kPa
实际计算取的地基承载力特征值为：fa=180kPa
地基承载力特征值fa大于最大压力设计值Pmax=112.37kPa，满足要求！
地基承载力特征值1.2×fa大于偏心距较大时的压力设计值Pkmax=141.60kPa，满足要求！
7、 受冲切承载力验算
依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007- 第8.2.7条。
验算公式如下：

式中 hp──受冲切承载力截面高度影响系数，取 hp=1；
ft──混凝土轴心抗拉强度设计值，取 ft=1.57kPa；
am──冲切破坏锥体最不利一侧计算长度：

am=[2+(2 +2×0.45)]/2=2.45m；
h0──承台的有效高度，取 h0=0.45m；
Pj──最大压力设计值，取 Pj=141.6kPa；
Fl──实际冲切承载力：

Fl=141.6×(3.5+2.9)×0.3/2=135.94kN。
允许冲切力：
0.7×1×1.57×2450×450=1211647N=1211.647kN
实际冲切力不大于允许冲切力设计值，因此能满足要求！
8、 抗倾覆力矩计算：
F──水泥罐作用于基础的竖向力，它包括水泥罐自重F=1.2×900=1080kN；
G──基础自重与基础上面的土的自重，G=183.75+0=183.75KN
Bc──基础底面的宽度，取Bc=3.5m；
M1──倾覆力矩，包括风荷载产生的力距和最大起重力距，M=65.8KN.m
根据已知条件可计算出抗倾覆力矩M
M=1/2(F＋G)×Bc=1/2×(1080＋183.75)×3.5=2211.56KN.m
M/M1=2211.56/65.8﹥1.6
因此本水泥罐基础抗倾覆力矩满足要求。
9、 承台配筋计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007- 第8.2.7条。
1.抗弯计算，计算公式如下：

式中 a1──截面I-I至基底边缘的距离，取 a1=0.75m；
P──截面I-I处的基底反力：

P=141.6×(3×1.7-0.75)/(3×1.7)=120.78kPa；
a'──截面I-I在基底的投影长度,取 a'=2m。
经过计算得 M=0.752×[(2×3.5+2)×(141.6+120.78-2×183.75/3.52)+( 141.6-120.78)×3.5]/12
=101.45kN.m。
2.配筋面积计算,公式如下：
依据《混凝土结构设计规范》GB 50010-

式中 1──系数，当混凝土强度不超过C50时，1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，
1取为0.94,期间按线性内插法确定；
fc──混凝土抗压强度设计值16.7N/mm^2；
h0──承台的计算高度。
经过计算得 s=101.45×106/(1.00×16.7×3.5×103×4502)=0.0086
=1-(1-2×0.0086)0.5=0.0086
s=1-0.0086/2=0.9957
As=101.45×106/(0.9957×450×300.00)=754.73mm2。
由于最小配筋率为0.15%，因此最小配筋面积为：500×3500×0.15%=2625mm2。
实配双层Ф16@200钢筋，基础底面双向根数38根 As=38×201.1=7641.8mm2>As2
As=7641.8mm2，符合要求
五、水泥罐基础配平面位置及配筋图详见附后图
六、水泥罐基础施工技术要求
1、 水泥罐基础持力层的验收方法
水泥罐基础土方开挖到达持力层后，要求马上对基槽进行验收，验收时主要采用钎探方法，验槽后需马上进行砂及砂碎石垫层的施工，垫层施工完后，应检验垫层的承载力。
2、 材料要求
水泥罐基础的地脚螺栓必须由正规专业的厂家生产，产品必须有合格证。
3、 基础验收要求
水泥罐基础施工过程中需及时办理如下验收：①基础验槽记录；②基础隐蔽验收记录；③基础验收等。