基础工程课程设计

1、第 1 章 柱下独立基础设计 . 1.1 设计资料 1.1.1 地形 1.1.2 工程地质条件 岩土设计技术参数 . 水文地质条件 . 上部结构资料 . 上部结构荷载作用 . 1.2 独立基础设计 . 1.2.1 选择基础材料 选择基础埋深 . 求地基承载力特征值 . 1.2.4 初步选择基底尺寸 1.2.5 验算持力层地基承载力 1.2.6 计算基底净反力 1.2.7 基础底板厚度的确定 1.2.8 变阶处抗冲切验算 1.2.9 配筋计算 基础配筋大样图 . 确定、两轴柱子基础地面尺寸 1.2.12 、©两轴持力层承载力验算 141.2.13 设计图纸 15第 2 章 预制桩基设计

2、 2.1 设计资料 . 2.1.1 设计荷载 2.1.1 地层条件及其参数如下 2.1.2 水文地质条件 2.1.3 场地条件 2.1.4 上部结构资料 2.1.5 材料 2.2 预制桩基的设计 2.2.1 单桩竖向极限承载力标准值 2.2.2 基桩竖向承载力特征值 2.2.3 桩基竖向承载力的验算 2.3 承台设计 . 2.3.1 承台内力计算 2.3.2 承台厚度及受冲切承载力验算 2.3.3 承台受弯承载力计算 2.3.4 承台构造设计 2.4 桩身结构设计 2.5 桩身构造设计 2.6 吊装验算 . 2.7估算、©轴线柱下桩数2.7.1 桩数估算 2.7.2 承台平面尺寸确定

3、： 2.8 设计图纸 . 第 3 章 重力式路堤墙设计 3.1 设计资料 3.1.1 地形 3.1.2 地层条件及其参数 3.1.3 墙身及墙后填料材料参数 3.1.4 荷载参数 3.1.5 水文地质条件 3.3 主动土压力计算 3.3.1 求破裂角 3.3.2 求主动土压力系数： 3.4 设计挡土墙截面 3.4.1 计算墙身重及其力臂 3.4.2 滑动稳定性验算 3.4.3 倾覆稳定性验算： 3.4.4 基底应力验算： 3.4.5 截面应力验算： 参考文献 . 第一章柱下独立基础设计1.1设计资料地形拟建场地平整工程地质条件自上而下土层依次如下： 号土层：杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃

4、圾。 号土层：粉质黏土，厚度1.2m,软塑，潮湿，承载力特征值 =130kPa 号土层：黏土，层厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值=180kPa号土层：细砂，层厚2.7m，中密，承载力特征值=240kPa号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值=300kPa1.1.3.岩土设计技术参数地基岩土物理力学参数如表1.1所示。表1.1地基岩土物理力学参数土土重度？孔液性黏聚力c内摩压缩标准(kN/ )准贯层的隙指数(kPa)擦角模量Es入击编名比()(MPa数号称eN杂填土18粉质黏土200.650.8434137.56黏土19.40.580.7825238.211细砂210.623011

5、.616强风化砂质泥岩2218221.14 水文地质条件(1) 拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。(2) 地下水位深度：位于地表下 1.5m。1.1.5. 上部结构资料拟建建筑物为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为500mm 500mm。室外地坪标高同自然标高，室内外高差 450mm。柱网布置图如下图所示：1.1.6. 上部结构荷载作用根据本次设计选题要求，选择4号题目，上部结构作用在柱底的荷载效应 标准组合值如下所示： 轴：Fk=1150kN，Mk=210kN m，Vk=71kN ；轴：Fk=1815kN，Mk=175kN m，Vk =73kN ；©轴：Fk=1370kN，Mk

6、=271kN m，Vk =67kN ；和上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合:轴：Fk=1469kN，Mk=274kN m，Vk=93kN ；轴：Fk =2360kN， M k =228kN m，Vk =95kN ；©轴：Fk=1782kN，M k =353kN m，Vk=88kN ；1.2独立基础设计选择基础材料基础在用独立基础的形式，材料采用 C25混凝土，HPB30C级钢筋，布置形 式如图1.1柱网平面图所示。图1.2基础剖面图1.2.2. 选择基础埋深1.2.3.求地基承载力特征值fa根据柱下独立基础课程设计任务书要求和工 程地质资料选取。本设计选择 号土层为持力层, 考虑取

7、室外地坪到基础底面为 0.5+1.2+0.5=2.2m。 由此可得基础剖面示意图，如图1.2所示。基础地面以上土的加权平均重度为如 下:（注意：地下水位以下土的有效重度为浮重度）根据号土层中黏土 e=0.58 , Il =0.78，承载力特征值修正系数按照 建筑地基基础设计规范(GB-50007-2011)规定，当基础宽度b 3m或者 基础埋置深度d 0.5m，用荷载实验或其它原位测试，经验值等方法确定的地 基承载力特征值，安照下式对特征值 fak进行修正：b=03， d =1.6。修正 后的地基承载力特征值fa (先不考虑对基础宽度的修正)为：上式中d按照室外地面算。初步选择基底尺寸取柱底荷

8、载标准值：Fk =1534kN，M=335kN m，Vk=109kN。计算基础和回填土重Gk时的基础埋置深度为：1 d=22 + 7 45 = 2 425m此处埋深d为室内外平d 2.2 2 0452均埋置深度。依据建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)，“所有建筑物的地基 计算均应满足承载力”的基本原则，按照持力层的承载力特征值计算所需的基 础地面尺寸，要求符合下式要求：式中Pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值，kPa；Pkmax 相应于荷载效应标准组合时，基础边缘的最大压力值，kPa；仁一修正后的地基承载力特征值，kPa；a轴心荷载下基础底面积为：根据偏心距的大小

9、，将基础底面积增大10唸V 30%由于偏心不大，基础底面积按20%即2A = 1.2Aq - 1.2 6.296 二 7.6m以适当比例选定基础长度和宽度n为基础的长宽比，一般对于矩形截面 n取1.2 2.0初步选定b丨=2 3.8二7.6m2,且b = 2 3m不需要对fa进行修正125验算持力层地基承载力基础和回填土重为:偏心距为：M k210l则 Pmin >0。ek”GkS50315.4143T 0.633m基底最大压力和最小压力分别为126计算基底净反力取柱底荷载效应基本组合设计值:F为荷载效应基本组合时，上部结构传至基础顶面处的竖向荷载值，kN。净偏心距为：基础边缘处的最大和

10、M 274+93"en00.245m最小基底反力分别为：1.2.7 基n max Pn min匚卷上邑空0245)=272 698lb l 2 3.83.8120.69kPaN 1496础底板厚度的确定根据建筑地基基础设计规范（GB-50007-2011）规定，扩展基础的 计算应符合下列规定：（1）对柱下独立基础，当冲切破坏锥体落在基础地面以内时，应验算柱与 基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力；（2）对基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍有效高度的柱下独立基 础，以及墙下条形基础，应验算柱（墙）与基础交接处的受剪切承载力；（3）基础底板的配筋，应按抗弯计算确定;（4）当基础的混凝

11、土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下 基础顶面的局部受压承载力；先假定基础底板厚度为im然后验算冲切能力，对于矩形基础，柱的短边 一侧冲切破坏较长边一侧危险，所以一般只需要根据短边一侧冲切破坏条件来 确定基础底板厚度，即要求对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处 以及基础变阶出的受冲切承载能力。（见图 1-3冲切验算简图）柱边基础截面抗冲切验算如图1-4所示：图1-4柱边冲切验算简图amat a2500 20002二 1250mm冲切力为:（注：在偏心荷载中pj可用pnmax直接代替）抗冲切力为:显然满足要求变阶处抗冲切验算受冲切破坏锥体面积如下图所示:图1-5变阶处冲切示意

12、图变阶处显然满足冲切要求配筋计算配筋计算如图1-6所示（1）柱边（1-1截面）：对于此处偏心荷载 Pn可以取Pnl和Pnmax的平 均值。图1-6配筋验算示意图（2）柱边（2-2截面）：基础短边方向，因为该基础单向偏心荷载作用，所以，在基础短边的基底反力可按均匀分布计算，取（3）阶梯高度变化处（3-3截面）：对于此处偏心荷载Pn可以取Pn3和Pnmax的平均值。（4）阶梯高度变化处（4-4截面）：基础短边方向，因为该基础单向偏心荷载作用，所以在基础短边的基底反 力可按均匀分布计算，取综上综上所述比较 A和A.3应该按照As1进行配筋，可采用2010180实际配筋面积为1570mnf;比较As2

13、和As4，应按照A进行配筋，可采用12 10150实际配筋面积为942mm2。基础配筋大样图如下图所示：1.2. 11确定0B、两轴柱子基础地面尺寸由柱下独立基础设计任务书可得、©两轴柱子基底荷载分别为：包：Fk =1815kN, Mk=175kN m，Vk =73kNC : Fk =1370kN, M=271kN m, Vk =67kN由前面得知持力层承载力特征值fa=224.15kPq计算基础和回填土的重Gk时 的基础埋深d = 2.425m,轴基础底面积为：基础底面积增大1.2倍，即：初步选定基础底面积为 A = I b = 4 3 = 12m2,且b = 3m,不用在对fa进

14、 行修正。©轴基础底面积为：F1370基础底 A -=7.5mm2面积增fa YGd 224.150.7X10 + 1.725乂 20大1.2 倍,即：初步确定基础底面面积 A= I b = 3 3 = 9m2，且b = 3m，不用在对fa修正。1.2. 12©、©两轴持力层承载力验算©轴基础和回填土重为:偏心距为：ekMjk1750.07560.67Fk Gk1815 4986则 Pmin - 0基底最大压力为: 显然满足要求。©轴基础和回填土重为:偏心距为:基底最大压力为:Fk+Gk丄6e 1370 + 373.5 丄 6汉 0.157pm

15、axk k(1)(1) = 254.55kPaAl93Pmax ： 1.2 fa = 268.98显然满足要求。1.2. 13 设计图纸根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图和 轴柱子基础大样图以及设计说明见附图。第二章预制桩基设计2.1设计资料设计荷载：柱底荷载效应标准组合值和柱底效应基本组合值分别如任务中表4.3、4,4所示。（1）题号：1号（2）柱底荷载效应标准组合值如下。轴荷载：Fk =1256kN, M=172kN m, Vk=123kN 轴荷载：Fk=1765kN, M=169kNm, Vk=130kN©轴荷载：Fk =1564kN, Mk=197kN m, Vk=112

16、kN（3）柱底荷载效应基本组合值如下。©轴荷载：Fk =158kN, M=198kN m, Vk=150kN© 轴荷载：Fk =2630kN, M=205kN m, Vk=140kN© 轴荷载：Fk =1910kN, M=241kN m, Vk=138kN设计©轴柱下桩基，©、©轴柱下仅设计承载尺寸和估算桩数。地层条件及其参数如下土层编号土 的 名 称含水量w(%)孔隙比e液性指数桩侧阻力桩端阻力压缩模量(MPa)标准 准贯 入击 数N杂填土一一一22一5.0一淤泥质土62.41.040.8428133.8一粉砂27.60.810.7

17、845237.514粉质黏土31.20.79一609009.2一粉砂层一0.58一75240016.831水文地质条件(1) 拟建场地地下水对混凝土结构无腐蚀性。(2) 地下水位深度：位于地表下3.5m。场地条件建筑物所处场地抗震设防烈度为 7度，场地内无可液化砂土，粉土上部结构资料拟建建筑物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,主界面尺寸均为400mm 400mm,横向承重, 柱网布置下图所示：图2-2柱网布置示意图混凝土强度等级为材料C25- C30,钢筋采用 HPB235 HPB335级。2.2预制桩基的设计:建筑物基础设计方案

18、采用混凝土预制桩，具体设计方案如下，室外地坪标高为-0.45m,自然地面比高同室外地坪标高。根据建筑桩基设计等级划分以及本 次工程概况，该建筑桩基为丙级建筑桩基，你采用 350mm350mm,的混凝土预制方桩，以号土层为持力层，桩尖伸入持力层1.2m,（对于黏性土、粉土 不小于2d=700mm）设计桩长11.5m，初步设计承台高1m,承台底面埋置深度 -1.6m，桩顶伸入承台 50mm。单桩竖向极限承载力标准值Qsk =4 0.35 (22 0.4 28 3.3 45 6.6 1.2 60) = 658.28kN则Quk 二 Qpk Qsk 二 658.28 110.25 二 768.53kN

19、基桩竖向承载力特征值承台底部地基土较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑承台土效应，即取厂°，则有：根据上部荷载初步估计桩数为：则预估设计桩数为R = R= 768.53 =384.27kN 4根。a K 2桩基竖向承载力的验算根据建筑桩基技术规范（JGJ94-211），当按单桩承载力特征值进行计 算时，荷载应去其效应的标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土、粉土问题，因此可不进行地震效应的竖向承载力 验算。根据桩数及承台尺寸构造要求初步设计正方形承台（见图），取承台边长 2m 2m。桩中心距取 3.5d，则 s 二 3.5 350 = 1225mm

20、，取 s=1300mm, 桩心距承台边缘均为350mm。图2-2承台计算简图承台及其上填土的总重为：- Fk Gk 一 1256 128_ 346kPak n4因此满足设计要求，故初步设计是合理的。2.3承台设计根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸，为2m 2m，预估承台厚度1m， （见图）承台混凝土选用 C25，ft =1.27Nmm,fc=11.9Nmm,承台钢筋选用HRB335 级钢筋，ft =300Nmm。承台内力计算承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合设计值，则基桩净反力设计值为：232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，初步设计承台厚度1m， 承

21、台保护层厚度50mm,则恰二h-60=940mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行 计算，以验算承台厚度的合理性。(1) 柱对承台冲切承台受桩冲切的承载力应满足下式：由于F =F-送Ni =1580-0 = 1580kN,贝时中垮比为：冲切系数为：则："。厂"71故厚度1m的承台满足柱对承台的冲切要求。(2) 角桩冲切验算。承台受角桩的承载力应满足下式要求：由于N| =N max =427.76kN从角桩内边缘至承台外边缘距离为：G =175 350 = 525mm '1-10.29mm(3) 承台受剪承载力计算承台受剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，处于1

22、-1截面,a 2750x = 640.29 (介于 0.25 3 之间)y h09401 75剪切系数为：一=1.361受剪切承载力高度影响系数计算：由于 ho ： 800mm ,故取：hs = 1。1-1 截面剪力为：V=2Nmax=2 427.46kN故满足抗剪要求。233承台受弯承载力计算承台计算截面弯矩如下：对于1-1截面，取桩基净反力最大值 Nmax =427.46kN，进行计算贝因此，承台长边方向若取钢筋间距为150mm,贝U应选用1 o 14® 150此时实际配筋为As1 = 1538.6mm2，满足要求。对于II - n截面，取基桩净反力平均值 n' =314

23、kN，进行计算。此时：因此，承台长边方向若取钢筋间距为150mm，为方便施工选用】"：用，此时实际配筋为A s2 = 1538.6mm2，满足要求。承台构造设计混凝土桩桩顶伸入承台深度为 50m m，两承台之间设置连系梁，梁顶面标 高-0.8m，与承台顶齐平，根据构造要求，梁宽 250mm，梁高400mm,梁内主 筋上下共斗12通长配筋，箍筋选用 8200。承台底做100mm厚C10素混凝 土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。2.4桩身结构设计预制桩的桩身混凝土强度等级选用 C30,钢筋选用HRB335。根据建计算桩身轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故稳定系数：=1对于预制桩，基

24、桩施工工艺系数'-c =0.85; C30级混凝土，fc =14.3N/mm2。故桩身轴向承载力满足要求。2.5桩身构造设计桩身按构造要求配筋，选814的HRB335级钢筋通长配筋；箍筋选用 6的HPB300,间距200mm,距桩顶2m,范围内间距50mm,距桩顶24m，范 围内间距100mm,采用打入法沉桩，桩顶设置三层650,钢筋网，层距50mm,桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖 0.6m范围内箍筋加密，间距 50mm,桩身主筋混凝土保护层厚度30mm。2.6吊装验算则起吊时图2-4吊装示意图弯矩为：J674CJ0.0214kql2 丄桩身最大桩身配筋验算:由于桩的长度小于18

25、m,桩身吊装时可采用两点起吊，起吊位置如图所示， 起吊点距桩端距离为：-0.0214 1.3 0.352 25 11.52混凝土采用则 fy =300N/mm2,A =461mnm,贝U：C30级，钢=11.27kN m筋采用 HRB33级,由于350mm, g = 350 -40 = 310mm，每边配14,所以Mu M!，桩身配筋满足吊装要求。2.7估算、©轴线柱下桩数桩数估算设计©、©轴柱下桩基与 ©轴方法相同，单桩极限承载力Quk =768.53kN , 基桩竖向承载力特征值 R= 384.27kN。CB轴荷载：Fk =1765kN, M=169

26、kN m, Vk=130kN初步估计柱下桩数为：1.2n=1.2 )=1.25.5Ra384.27则设计桩数为6根。© 轴荷载：Fk =1564kN, Mk=197kN m, Vk=112kN 初步估计©柱下桩数为：1.2n=1.2 R =1.2 385647 ".8 则设计桩数为5根承台平面尺寸确定：根据估算的桩数和承台构造要求，设计©轴线承台平面尺寸2.0mX3.3m,© 轴线承台平面尺寸2.6mX2.6m,桩中心距取1.3m,桩心与承台边缘距离0.35m。 ©、©轴承台布置如下图所示：图2-7 ©、©

27、;轴承台平面图2.8设计图纸根据以上计算，可以绘制桩基平面布置图和桩基大样图，施工详图以及设计说明见附 图。第三章重力式路堤墙设计本次设计题目浆砌片石重力式路堤墙3.1设计资料地形平原山地过渡地带，为一系列带状延伸的平行岭谷分布区，以丘陵、台地为主。地层条件及其参数自上而下土层依次如下: 号土层：人工填土，层厚约0.7m,黄褐色，含杂质较多。 号土层：含砂粉质黏土，层厚 2.1m，地基容许承载力 R=250kPa 号土层：中分化泥岩，厚度未揭露，地基容许承载力R=500kPa墙身及墙后填料材料参数3墙身容重k = 22kN/m : / 2，截面容许应力l> J-600kPa，填料容 重Y =18kN/m3,®=35，基底摩擦系数填土边坡f =0.4，填土边坡1: 1.5。荷载参数车辆荷载换算等待土层厚度为0.84m，布置在7.5m全宽路基上水文地质条件本次勘探未见地下水，可不考虑地下水影响3.2初步设计课程设计要求组号1,挡土墙高度H=4.4m,墙后填土高度3m,依据以上给定材料，初步确定墙身尺寸如下：墙背仰斜1： 0.25,不宜缓于1： 0.3。（以免造成施工困难）（-1402'），墙面为平行于墙背的直线墙顶宽度 1.8m，墙身H4 I / 11 t分段长10m，为增大墙身抗滑稳定性，设计基