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某单层厂房7号柱下基础设计

指导教师：
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班 级 ：

2015年6月

目录
第一章 概述 1
1.1 设计任务 1
1.2 地质资料 2
1.3 设计依据 3
第二章 方案比选 4
第三章 柱下独立基础设计与施工 5
3.1 确定地基持力层及基础埋深 5
3.2 确定持力层的承载力 5
3.3 确定基底尺寸 5
3.4 承载力及偏心距验算 5
3.5 确定基础高度和冲切验算 6
3.6 柱下独立基础施工方案 8
第四章 桩基础设计与施工 9
4.1 确定桩端持力层，桩型和承台埋深 9
4.2 确定单桩竖向极限承载力标准值 9
4.3 初步估计所需桩数n 9
4.4 进行桩位布置和确定承台尺寸 9
4.5 计算考虑承台效应的复合基桩的承载力特征值R并验算桩数是否合适 10
4.6 求算桩顶荷载 10
4.7 基桩竖向抗压承载力验算 11
4.8 验算基桩水平承载力 11
4.9 承台抗冲切验算 11
4.10 承台斜截面受剪验算 12
4.11 受弯计算 12
4.12 桩身配筋 13
4.13 桩基础施工方案 13
附图……………………………………………………………………

第一章 概述
1.1 设计任务
设计题目：某单层厂房7号柱下基础设计
某装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图1-2。规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。
柱子编号为（1）~（20），本人承担的课程设计任务为7号柱下基础设计。根据布置的位置和功能来分，柱子的类别主要有边柱Z1、角柱Z2及抗风柱Z3三类。各柱在基础顶面处的截面形状为矩形，尺寸为：
边柱Z1： 长´宽=1000´400mm；

角柱Z2： 长´宽=1000´400mm；
抗风柱Z3： 长´宽=700´400mm；
基础梁的横截面尺寸如图1-1，梁与柱之间的净距为20mm，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。

图1-1 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：mm）

图1-2 装配车间建筑平面图
1.2 地质资料
1.2.1 地基勘查资料
依据工程地质勘察报告，其中共有6个钻孔的原状土的室内土工实验分析资料，由于距第7号柱最近的为4#钻孔，所以以4#钻孔所反映的资料为基础进行分析。
场地处地面平坦。无重大不良地质现象，场地稳定性良好，适宜建筑。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，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。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

图1-3质钻孔平面布置图

图1-4 I—I地质剖面（m）
可内插得7号柱处的杂填土厚度为0.75m。

表1.1土样资料表
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
4孔-1
4.10~4.50
粉质粘土
22.94
19.9
2.73
0.687
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
37.43
23.96
13.47
<0
0.21
22°29′
6.04

1.2.2 设计荷载
基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30kN/m计算，7柱下作用基础梁荷重：30×(3+3)=180kN
各柱底位于室内地面以下0.5m处，7号柱为边柱，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： L11 L12

1.3 设计依据
本次课程设计依据为：
1.吴兴序. 基础工程.西南交通大学出版社.2007年
2.西南交通大学岩土工程教研室.基础工程课程设计指导书. 2007年
3.中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范，GB_50007-2011
4.中华人民共和国国家标准.建筑桩基技术规范，JGJ94-2008

第二章 方案比选
浅基础是指埋置深度较小而且施工工艺比较简单的基础，通常包括独立基础、条形基础、筏型基础和箱形基础等。
无筋扩展基础：较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高；
扩展基础：较强的抗弯、抗剪能力适合于荷载大且有力矩荷载的情况或地下水位以下基础；
条形基础：布置在一条轴线上且与两条轴线相交，有时也和独立基础相连，但截面尺寸与配筋不尽相同，横向配筋为主要受力筋，纵向为次要或分布筋；筏形基础：整体刚度大，能很好的调整不均匀沉降；
箱型基础：能显著减小基础沉降量，具有很大的空间刚度、能抵抗地基和荷载分布不均匀引起的差异沉降和架越不太大的地下洞穴、抗震性较好；扩展基础：抗弯抗剪性能良好，可在竖向荷载较大地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。
深基础是埋深较大，以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础，其作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层，而不像浅基础那样，是通过基础底面把所承受的荷载扩散分布于地基的浅层。主要有桩基础和沉井基础。
桩基础：抗地震性能好。桩的静力特性主要研究其强度和沉降，桩的抗震性能主要决定于其刚度和稳定性，基础刚度大抗震性能好。②沉降量小和承载力高，桩的沉降量由三部分组成，桩身弹性压缩；桩侧摩阻力向下传递，引起桩侧土的剪切变形和桩端土体压缩变形。③可以解决特殊地基土的承载力。④施工噪音小，适用于城市改造和人口密集场地。
沉井基础：埋深较大,整体性好,稳定性好,具有较大的承载面积,能承受较大的垂直和水平荷载.此外,沉井既是础,又是施工时的挡土和挡水围堰结构物,其施工工艺简便,技术稳妥可靠,无需特殊专业设备,并可做成补偿性基础,避免过大沉降,在深基础或地下结构中应用较为广泛,但沉井基础施工工期较长,对粉砂、细砂类土在井内抽水时易发生流砂现象,造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大,也将给施工带来一定的困难.
综合以上几种方案的比较，为了更好地学习基础的设计，本次方案选择柱下柱下现浇钢筋混凝土独立基础和桩基础。

第三章 柱下独立基础设计与施工
3.1 确定地基持力层及基础埋深
根据地勘资料，第②层土层较厚且土质较好，故初步拟定基础持力层取为第②层粉质粘土。场地初见水位在2.5~3.1m深处，稳定水位在2.9~3.9m深，基础通常应选在地下水位以上，所以取基础埋深1.5m，基底标高为-1.65m，基础类型为柱下现浇钢筋混凝土独立基础。
3.2 确定持力层的承载力
3.2.1确定地基承载力
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2.9-3.9m，对于基底以上土不考虑地下水的影响。不考虑基底宽度修正，只计算深度修正后的承载力

图3-1 土层情况图
3.3 确定基底尺寸
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。
基底宽度修正后
3.4 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：3500mm2700mm，能满足承载力要求。
3.5 确定基础高度和冲切验算
3.5.1计算基底净反力
初定基础高度为600mm，。

图3-2 冲切破坏计算图
3.5.2确定基础高度

由于，取，采用C30混凝土，。

故h=600mm能够满足抗冲切承载力的要求。
3.5.3内力计算。台阶高宽比为且偏心距

3.5.4抗弯配筋的配置。采用HRP335级钢筋。
沿长边方向：

选用31Φ12@90，钢筋总面积为。
沿短边方向：取

选用38Φ8/10@95，钢筋总面积为。

3.6 柱下独立基础施工方案

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，预留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100mm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
见附录图纸1、2。

第四章 桩基础设计与施工

4.1 确定桩端持力层，桩型和承台埋深
根据地质资料,人工填土厚0.75m，初步确定承台的埋深为1.5m，并选定采用钢筋混凝土预制方桩，桩的截面尺寸选为350mm×350mm。由地质勘查资料报告,第二层粉质黏土深度在4米左右的地方液性指数，压缩系数= ，坚硬低压缩性土，可选作持力层，对于粘性土不小于2倍桩径，初步确定承台底面以下桩的长度为5m。
4.2 确定单桩竖向极限承载力标准值
由于承台底部为粉质粘土，，查桩的极限侧阻力标准值得，由于混凝土预制桩的桩长是8m查桩的极限端阻力标准值得

4.3 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，查得，故得

初步拟定承台面积为10m2，估计桩数为

对称排列，取n=6.
4.4 进行桩位布置和确定承台尺寸
桩在平面上采用行列式布置，桩中心距，m，采用矩形形式， 桩深入承台50mm，取边桩中心至承台边缘的距离为0.55m>d，则承台边缘至桩外边缘为375mm。桩的布置和承台平面尺寸如图所示。

图4-1 桩的布置和承台平面尺寸图
4.5 计算考虑承台效应的复合基桩的承载力特征值R并验算桩数是否合适
单桩竖向承载力特征值

由，

验算桩数

满足要求。
4.6 计算桩顶荷载
竖向力：;
设承台高度h为1.0m，则承台底所受的弯矩为

各基桩所受竖向压力设计值为

基桩最大和最小竖向压力设计值为

4.7 基桩竖向抗压承载力验算

验算符合要求。
4.8 验算基桩水平承载力
由于水平力和竖向力的合力与铅垂线的夹角
可以不验算基桩的水平承载力。
4.9 承台抗冲切验算
假设计承台厚1.0m，冲切破坏椎体有效高度h0=0.95m。
4.9.1 柱对承台的冲切验算。
承台混凝土选用C30，抗拉强度设计值
，取

满足要求。
4.9.2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

满足要求。
4.10 承台斜截面受剪验算

x方向上：
x方向受剪承载力满足要求。
y方向上：
y方向受剪承载力满足要求。
4.11 受弯计算

采用HRB335级钢筋。

在x方向上：

最小配筋率确定的钢筋面积为

选用20Φ18@160，钢筋总面积为。
在y方向上：

最小配筋率确定的钢筋面积为

选用17Φ16@130，钢筋总面积为。
4.12 桩身配筋
桩身按构造配筋，查规范，取配筋率为0.6%

取8Φ12，，沿桩四边均匀布置。
4.13桩基础施工方案
4.13.1桩基础施工方案
桩施工采用沉管灌注桩的施工方式。
4.13.2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。
4.13.3施工工具
压桩机，挖掘机，水准仪，经纬仪，发电机。
4.13.4施工图
施工图见附图3、4。

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