地基基础课程设计

1、土力学与地基基础课程设计一、 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ES素填土5.0淤泥质土1

2、.0462.41.083.8粉砂0.8127.6147.5粉质粘土0.7931.20.749.2粉砂层0.583116.8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60900粉砂层752400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30m，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400mm×400m

3、m，横向承重，柱网布置如 图2.1中所示。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：Fk=1350kN;Mk=185kN·m，Vk=126kN.B轴荷载：Fk=1900kN;Mk=193kN·m，Vk=135kN.C轴荷载：Fk=1640kN;Mk=203kN·m，Vk=114kN.柱底荷载效应基本组合值为：A轴荷载：Fk=1840kN;Mk=205kN·m，Vk=154kN.B轴荷载：Fk=2800kN;Mk=210kN·m，Vk=145kN.C轴荷载：Fk=2200kN;Mk=243kN·m，Vk=140k

4、N.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，桩长为13m.1) 单桩竖向极限承载力标准值计算：Quk=Qsk+Qpk=upqsikli+Apqpk由于Qsk=3.14×400×0.7&

5、#215;22+3.3×28+6.6×45+2.4×60=689.64kNQpk=14×3.14×0.42×900=113.1kNQuk=113.1+689.64=802.74kN2) 桩基竖向承载力设计值计算R=Ra=QukK=802.72=401.37kN根据上部荷载估计桩数n=FkRa=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，不需要进行

6、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2.2m×2.2m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。图2.2承台及其上填土的总重为Gk=2.2×2.2×1.25×20=121kN计算式取荷载的标准组合值，则Nk=Fk+Gkn=367.75 kN <R=401.37kNNikminikmax=Nk+Mymaxy2=367.72±95.32=272.4kN>0463.04kN<1.2R=481.6kN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

7、及构造要求，承台尺寸为2.2m×2.2m，初步设计承台后0.65m见图2.3 ，承台混凝土选用C25，ft=1.27N/mm2,fc=11.9 N/mm2 ,承台钢筋选用HRB335级，fy=300 N/mm2 。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N'minmax=Fn±Myyiyi2=18404+(205+154×0.65)×0.74×0.72=351.04kN568.96kNN'=Fn=18404=460kN2) 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

8、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=0.8d=0.8×400=320mm图2.4a) 柱对承台冲切承台受柱冲切的承载力应满足下式：Ft20x（bc+a0y）+0y（hc+a0x）hpfth0由于Fl=F-Ni=1840kN，则冲垮比为0x=0y=a0xh0=0.240.59=0.58冲切系数为：0x=0y=0.840y+0.2=0.840.58+0.2=1.0820xbc+a0y+0yhc+

9、a0xhpfth0=2×1.08×0.4+0.34+1.08×0.4+0.34×1×1270×0.59=2395.36kN>Fl=1840kN故厚度为0.65m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。b) 角桩冲切验算承台受角桩冲切的承载力应满足下式：Nl1Xc2+a1y2+1yc1+a1x2hpfth0由于Fl=N'max=568.96kN，从角桩内边缘到承台为边缘距离为：c1=c2=0.56ma1x=0.34ma1y=0.34m1x=1y=a1yh0=0.340.59=0.581x=1y=0.560.58+0.2=0.72

10、1Xc2+a1y2+1yc1+a1x2hpfth0=0.72×0.56+0.342+0.72×0.56+0.342×1×1270×0.59=787.66kN>568.96kN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，0y=a0yh0=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hs=800h00.25=1(h0<800)截面剪力为V=2×N'ma

11、x=2×568.96=1137.92kN则hsftbh0=1×1.11×1.27×103×2.2×0.59=1829.79kN>1137.92kN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N'max=568.96kNMx=Niyi=2×568.96×0.5=568.96kN·mAs=Mx0.9fyh0=568.96×1060.9×300×590=3571.63mm2因此，承台一边为B16110，则钢筋的根数为n=2200/110+1=2

12、1,实配钢筋As=21×201.1=4222mm2对于2-2截面，取桩基净反力平均值N'=460kN进行计算。h0=650-80=570mmMy=Nixi=2×460×0.5=460kN·mAs2=My0.9fyh0=460×1060.9×300×570=2989mm2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=21×153.94=3232.7mm2e) 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，

13、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轴向压力应符合下列规定：Nmax=F+Gn+Myyiyi2=1840+1.2×1214+205+154×0.65×0.74×0.72=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

14、；C30级混凝土，fc=1403N/mm2cfcA=1×0.8×14.3×106×0.25×3.14×0.42=1196kN>605.26kN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=Hkn=1264=31.5kN桩身按构造要求配筋，桩身配6A12纵向钢筋，As=67806mm2,则桩身配筋率为g=AsA=678.60.25×3.14×4002=0.54%满足0.2%0.65%之间的要求。对于配筋率小于0.65%的灌

15、注桩，单桩水平承载力特征值按下列计算：Rha=0.75mftW0M1.25+22g(1+NNkmftAn)桩身为圆形截面，故m=2，N=0.5。由于=5mb0EI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=0.9×1.5d+0.5=0.9×1.5×0.4+0.5=0.99m根据EI=0.85EcI0I0=W0d/2E=EsEcEc=3.0×104N/mm2=3.0MN/m2Es=2.1×104N/mm2=2.1MN/m2扣除保护层后的桩直径为d0=0.4-0.7=0.33mW0=3.

16、14×0.432d2+2E-1gd02=3.14×0.4320.42+2×213.0-1×0.54%×0.332=6.545×10-3m3I0=W0d/2=6.545×10-3×0.4/2=1.309×10-3m4EI=0.85EcI0=0.85×3.0×13.17=31.61 MN/m2则=5mb0EI=0.933m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=0.933×15=11.436>4,取h=4，得M=0.926。An=3.14&#

17、215;d241+E-1g=3.144×0.42×1+213.0-1×0.54%=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Rha=0.75mftW0M1.25+22g(1+NNkmftAn)=0.75×0.952×2×1.43×106×6.583×10-30.926×1.25+22×0.0054×1+0.5×272.4×1032×1.27×0.13×106=31971N=31.9kN>Hik=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=420mm。4) 箍筋设置采用A6200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