1、土力学与地基基础课程设计1一、 设计资料1. 地形拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。2. 工程地质条件自上而下依次是号土层：素填土，层厚 1.5m，稍湿，松散，承载力特征值 fak=95kPa。号土层：淤泥质土，层厚 3.3m，流塑，承载力特征值 fak=65kPa。号土层：粉砂，层厚 6.6m，稍密，承载力特征值 fak=110kPa。号土层：粉质粘土，层厚 4.2m，湿，可塑，承载力特征值 fak=165kPa。号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密密实，承载力特征值 fak=280kPa。3. 岩土设计技术参数土层编号 土的名称 孔隙比e含水率W(%)液性指数IL标准贯入锤击数 压缩模量
2、ES 素填土 5.0 淤泥质土 1.04 62.4 1.08 3.8 粉砂 0.81 27.6 14 7.5 粉质粘土 0.79 31.2 0.74 9.2 粉砂层 0.58 31 16.8地基岩土物理力学参数土层编号 土的名称 桩的侧阻力 桩的端阻力 素填土 22 淤泥质土 28 粉砂 45 粉质粘土 60 900 粉砂层 75 2400桩的极限侧阻力标准值和端阻力标准值4. 水文地质条件1) 拟建场区地下水对建筑结构无腐蚀性。2) 地下水深度：位于地下 3.5m5. 场地条件建筑场地所处的抗震设防烈度为 7 级，场地内无可液化沙土。6. 上部结构资料拟建建筑为六层钢筋混凝土框架结构，长 3
3、0m，宽 9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差 450mm，柱截面尺寸为 400mm400mm，横向承重，柱网布置如 图 2.1 中所示。土力学与地基基础课程设计2606060606034250961245ABC图 2.1二、 设计荷载，题号 2柱底荷载效应标准组合值为：A 轴荷载：F k=1350kN;Mk=185kNm，V k=126kN.B 轴荷载：F k=1900kN;Mk=193kNm，V k=135kN.C 轴荷载：F k=1640kN;Mk=203kNm，V k=114kN.柱底荷载效应基本组合值为：A 轴荷载：F k=1840kN;Mk=205kNm，V k=154kN
4、.B 轴荷载：F k=2800kN;Mk=210kNm，V k=145kN.C 轴荷载：F k=2200kN;Mk=243kNm，V k=140kN.三、 灌注桩基设计建筑物基础设计方案采用混凝土沉管灌注桩，具体方案为：室外地坪标高为-0.45m，自然地面标高同室外标高，根据上表可得，该建筑桩基属于丙级建筑桩基，拟采用直径为400mm 的混凝土沉管灌注桩，选用 4 号土层为持力层，桩尖伸入持力层 2.4m，设计桩长13m，预制桩尖 0.5m，初步设计及承台高 0.65m，承台底面埋置深度 -1.25m，桩顶伸入承台 50mm。1. 根据以上设计，桩顶标高为-1.25m，桩底标高为-14.25m
5、，桩长为 13m.1) 单桩竖向极限承载力标准值计算：=+=+由于 =3.14400（ 0.722+3.328+6.645+2.460） =689.64=143.140.42900=113.1=113.1+689.64=802.742) 桩基竖向承载力设计值计算R=Ra=802.72 =401.37根据上部荷载估计桩数土力学与地基基础课程设计3n=1350401.27=3.4所以设计桩数为 4 根。2. 桩基验算根据建筑桩基技术规范 （JGJ942008） ，当按单桩承载力特征值进行计算、时，荷载应取其效应的标准组合值，由于桩基所在的场地处于抗震设防为 7 级，且场地内无液化沙土问题，因此，不
6、需要进行地震效应的竖向承载力验算。下面进行基桩竖向承载力验算。根据桩数设计承台，边长为 2.2m2.2m 的正方形，桩中心距取 1.4m，桩心距离承台边缘为 400mm，见图 2.2。 407070401170704011图 2.2承台及其上填土的总重为 =2.22.21.2520=121计算式取荷载的标准组合值，则=367.75 kN 0满足设计要求。故初步设计是合理的。3. 承台设计根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为 2.2m2.2m，初步设计承台后 0.65m见图 2.3 ，承台混凝土选用 C25，f t=1.27N/mm2,fc=11.9 N/mm2 ,承台钢筋选用 HRB335
7、级，fy=300 N/mm2 。土力学与地基基础课程设计440704111650-.2图 2.31) 承台内力计算承台内力计算荷载采用荷载效果基本组合值，则基桩净反力设计值为=2=18404 +(205+1540.65)0.740.72 =568.96351.04=18404 =4602) 承台厚度及受冲切承载力验算为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定的厚度，初步设计厚度 0.65m，承台保护层厚 50mm，则 h0=650-60=590mm， ，分别对柱边冲切和脚桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。由于基桩为圆形，计算时应将截面换成方形桩如图 2.4 所示，换成的方形桩的宽度为bp=0
8、.8d=0.8 400=3204071107040113243232323403402图 2.4a) 柱对承台冲切承台受柱冲切的承载力应满足下式：土力学与地基基础课程设计5Ft 20（ +0） +0（ +0） 0由于 Fl=F ，则冲垮比为=1840=0.58 0= 0=00=0.240.59冲切系数为：0=0= 0.84 0+0.2= 0.840.58+0.2=1.0820（ +0） +0（ +0） 0=2 1.08(0.4+0.34)+1.08(0.4+0.34)112700.59=2395.36kNFl=1840kN故厚度为 0.65m 的承台能够满足柱对承台的冲切要求。b) 角桩冲切验
9、算承台受角桩冲切的承载力应满足下式：1(2+12)+1(1+12)0由于 Fl=Nmax=568.96kN，从角桩内边缘到承台为边缘距离为：c1=c2=0.56ma1x=0.34ma1y=0.34m 1x= 1y=10=0.340.59=0.581=1= 0.560.58+0.2=0.721(2+12)+1(1+12)0=0.72(0.56+0.342)+0.72(0.56+0.342)112700.59=787.66kN568.96kN故厚度为 0.65m 的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。c) 承台受剪承载力计算承台剪切破坏发生在柱边与庄边连线所形成的斜截面处，如图 2.4，对于截面，
10、0=00=0.340.59=0.58剪切系数为=1.75 +1=1.750.58+1=1.11受剪切承载力高度影响系数为(h01137.92kN故满足抗剪条件。d) 承台受弯承载力计算对于截面，取基桩净反力最大值 Nmax=568.96kN=2568.960.5=568.96= 0.90= 568.961060.9300590=3571.632因此，承台一边为 B16110，则钢筋的根数为 n=2200/110+1=21,实配钢筋 As=21mm2201.1=4222对于 2-2 截面，取桩基净反力平均值 进行计算。=460h0=650-80=570mm=24600.5=4602= 0.90=
11、 4601060.9300570=29892因此，因此，承台一边为 B14110，则钢筋的根数为 n=2200/110+1=21,实配钢筋 As=21 mm2153.94=3232.7e) 承台结构设计混凝土桩桩顶伸入承台长度为 50mm。承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.6m，与承台顶齐平，梁宽 250mm，梁高 400mm，梁内主筋上下共 4A 12 通长筋，箍筋采用A8200.承台底作 100mm 厚的 C10 素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘 100mm。4. 桩身结构设计沉管灌注桩选用 C30 混凝土，预制桩尖选用 C40 混凝土，钢筋用 HPB235 级。1) 桩身轴向承载力验算桩顶
12、轴向压力应符合下列规定：=+ +2=1840+1.21214 +(205+1540.65)0.740.72=496.3+108.96=605.26 kN 计算桩身轴心抗压强度时，一般不考虑取压影响，故取稳定系数为 =1 对于挤土灌注桩，基桩施工工艺系数 c=0.8；C30 级混凝土，f c=1403N/mm2 cfcA=1 0.42=1196kN605.26kN0.814.31060.253.14桩身轴向承载力满足条件。2) 桩身水平承载力验算有设计资料得桩底传至承台顶面的水平荷载标准值为 126kN，每根桩承受水平荷载为：Hik=1264=31.5土力学与地基基础课程设计7桩身按构造要求配筋
13、，桩身配 6A12 纵向钢筋，A s=67806mm2,则桩身配筋率为 g= 678.60.253.144002=0.54%满足 0.2%0.65%之间的要求。对于配筋率小于 0.65%的灌注桩，单桩水平承载力特征值按下列计算：=0.750 (1.25+22 )(1+ )桩身为圆形截面，故 m=2， N=0.5。由于=50根据灌注桩周主要土层的类型，取桩侧土水平抗力系数的比例系数 m=25MN/m4。圆形桩桩身的计算宽度为b0=0.9 (1.5+0.5)=0.9(1.50.4+0.5)=0.99根据EI=0.85EcI0I0=W0d/2 E=Ec=3.0 m2104/2=3.0/Es=2.1
14、m2104/2=2.1/扣除保护层后的桩直径为d0=0.4-0.7=0.33mW0=3.140.4322+2(1)20=3.140.4320.42+2(213.01)0.54%0.332=6.545 m3103I0=W0d/2=6.545 1030.4/2=1.309 m4103EI=0.85EcI0=0.85 3.013.17=31.61 m2 /则= =0.933m50桩顶最大弯矩系数 M取值：由于桩的如图深度 h=12m，桩与承台为固定，h=0.933 ,取 h=4，得 M=0.926。15=11.4364An=3.1424 1+( 1) 土力学与地基基础课程设计8=3.1440.421
15、+(213.01)0.54%=0.13m2Nk取在荷载效果应标准组合下桩顶的最小竖向力，由前面计算得 Nk=272.4kN,则=0.750 (1.25+22 )(1+ )=0.750.95221.431066.5831030.926 （ 1.25+220.0054） （ 1+0.5272.410321.270.13106）=31971N=31.9kNHik=31.5kN故桩身水平承载力满足要求。3) 配筋长度计算基桩为端承摩擦桩，配筋长度应不小于桩长的 2/3，同时不小于 4/=4.3m，则配筋长度取 8m。钢筋锚入承台 35 倍主筋直径，即 35 。12=4204) 箍筋设置采用 A6200
16、 螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过 4m，每隔 2m 设一道 A12 焊接加劲钢筋。5. 估算 B， C 轴线柱下桩数1) 设计 B， C 轴线下桩基础的方法与 A 轴线相同，单桩极限承载力标准值为802.74kN，荷载标准值为 401.37kN。根据 B 轴荷载初步估计桩数：n=1900401.37=4.63则，B 轴下设计桩数为 5 根。根据 C 轴荷载初步估计桩数：n=1640401.37=4.1则，C 轴下设计桩数为 5 根。2) 根据桩数设计承台，由于 B 和 C 的桩数相同，所以二者承台设计尺寸也相同，为2.8m ，桩最小中心距为 1.4m，桩心与承台边缘距离 0.4m，承台布置如图2.82.5。土力学与地基基础课程设计91010440 041,21010440图 2.56. 设计图纸根据以上计算，可以绘制出基桩平面布置图和桩基大样图。施工图见图 6.
