基础工程桩基础课程设计2

目录TOC\o"1-3"\h\z1场地工程地质条件 11.1工程概况： 21.2勘察工作概况 21.3场地工程地质条件 21.3.1场地地形、地貌特征 21.3.2场地内各岩土层的分布及物理力学性质 31.3.3地下水赋存状态及侵蚀性分析 42场地类别和各岩土工程地质条件评价 52.1场地类别和场地土类型 52.2场地土工程地质条件评价 52.3各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数 62.4上部结构资料 62.5桩基基本条件 63基础方案设计计算 63.1桩型选择和持力层确定 73.2验算单桩承载力 73.3确定桩数及桩布置 83.4桩基中各单桩受力验算 133.5承台的抗冲切验算 153.6承台的剪切验算 153.7承台的配筋计算 53.8桩基的配筋计算 243.9桩基的设计说明 24参考文献 271场地工程地质条件1.1工程概况：本论文阐明了xx学院教学大楼工程地质条件和水文地质条件，确定了相关工程地质参数，在此基础上按规范进行工程地质条件详细评估,再进行基础设计。xx信华集团，受xx学院委托在滨江路建立教学园，其中6号楼高20层采用框剪结构，建有地下室一层。1.2勘察工作概况通地对场地的踏勘，确定了孔位，并制定本次的施工纲要，完成如下工作量：(1)施工钻孔135个，累计进尺2791.90m；(2)采取土样47件，其中原状土样31件，扰动土样16件，由xx市建筑设计院土工实验室测定；(3)原位测试孔24个，计原位测试130次（标准贯入，重型п）；(4)对135个钻孔进行了简易地下水测定，并在ZK6号孔采取一个全孔水样，由江西省地勘局赣西北中心实验室进行水质简易分析；(5)协助江西省防震减灾工程研究所做了4个钻孔的土层剪切波速测试，累计孔深度达100米；(6)对施工钻孔进行了平面位置及空口标高测定，以建设方提供的规划布置图为依据。1.3场地工程地质条件1.3.1场地地形、地貌特征场地位于长江南岸，xx市滨江大道南侧，庾亮北路西侧，场地内地形高差不大于，小于４.５m，属长江中下游冲积二级阶地。场地东侧靠近庾亮北路原为与长江接通的水沟，即原四码头所在地，南侧，西侧地形均较低，现已填平。南东侧有人防工程，从ZK58号深孔资料、临近的22层高的其士大酒店岩土工程勘查及区域地质资料知：该场地无全新活动断裂、地裂缝，覆盖厚度50-70米1.3.2场地内各岩土层的分布及物理力学性质通过钻探揭露知，场地内共有十四层岩土层，分别为（1）填土（）、（2）粉质粘土（）、（3）粉质粘土（）、（4）圆砾（）、（5）粘土（）、（6）细砂（）、（7）圆砾（）、（8）粘土（）、（9）砾砂（）、（10）粉粘土（）、（11）粉质粘土（）、（12）强风化泥岩（E）、（13）中风化泥岩（E）、（14）微风化泥岩（E），现自上而下分别叙述如下：（1）填土：灰黑色、黄褐色，稍湿，有臭味，主要为建筑垃圾及粘性素填土，局部为塘沟淤泥质新近填土，最大厚度达10.50m，一般厚度2.5——5.00m，图纸松散——稍秘状，欠固结，力学性质差。埋深5.0m以下的粘性素提取泥土填筑时间起过10年，承载力特征值建议为70。（2）粉质粘土：在部分钻孔中出现，灰黑色、褐黄色，软塑状，中等压缩性，粘性偏低，湿，见灰黑色松软锰质结核，从动力触探结果知承载力特征值为150，土工试验计算为176，现综合为150（3）粉质粘土：个别钻孔缺失该层，黄褐色，红褐色，可塑——硬塑状，中压缩性，厚度大于3.50m，刀切稍有光滑面，粘性较强，土中含少量铁锰质结核和团块状灰白色高岭土，从钻孔及取样观察，场地东侧、南侧、西侧该层强度较低。从动力触探结果知，该承载力特征223，土工试验计算为223，现综合为223（4）细砂：上部红褐色，底部土黄色，呈中密状，厚度不一，0.6-1.8，成分为卵石、砾石、粘土、中粗砂，卵砾石含量>50％，卵砾石为硅质岩、硅质灰岩，磨圆度较差，成棱角状，上部粘土含量较高，从动力触探结果知，承载力特征为280，土工试验计算为300，现综合为280。（5）粘土：桔黄色。部分钻孔缺失该层，最大厚度1.6m，硬塑状，低压缩性，粘性较强，土芯呈长柱状，夹薄层粉砂土，钻进速度慢，从动力触探结果知，承载力特征值295，土工试验计算为300，现综合为285（6）细砂：上部黄褐色，下部灰白色，中密状，稍湿，钻进速度快，岩芯呈短柱状，水泡搅动呈松散状，矿物成分为石英、粘土等，局部分选较好，从动力触探结果知，承载力特征值240Kpa。该层中含⑥——1砾砂透镜体和⑥——2粘土透镜体，砾砂呈中密状，砾石成分为硅质岩和硅质灰岩，粘性强，从动力触探结果知，承载力特征值为295，该层承载力特征值综合为250。（7）圆砾:土黄色,灰白色,中密状,厚度较大,大于5.0m,成分为卵石,砾石,中砂,粘土,卵砾石含量＞50%,卵砾石为硅质岩,硅质灰岩,磨圆度较好,成次圆状,从动力触探结果得知,特征承载力为360,土工试验计算为350,现综合为350（8）粘土,黄色,浅黄色,厚度小于3.0m,硬塑状,低压缩性,粘性强,土芯呈长柱状,钻进速度慢,从动力触探结果得知,特征承载力为350,土工试验计算为315,现综合为315（9）砂励:浅紫色,中密状,钻进时钻具偶有跳动,钻进难度一般,层厚4.60米,从动力触探结果知,承载力特征值为360。（10）粉砂岩：浅紫色，中密状，见浅黄色团块状砂土，夹薄层状粘土。（11）粉质粘土：灰白——土黄色，硬塑状，见紫红色细脉及斑点，夹团块状砂土，切面较光滑，底部含砾，砾石成分为石英岩。（12）强风化泥岩：层厚8.50m，褐红色，结构松散，手抓呈土状，无光泽，无敲击声。（13）中风化泥岩：层厚6.9m，褐红色，结构较紧密裂隙发育，敲击易碎，裂隙面呈土状。（14）微风化泥岩：揭穿厚度2.90m，红褐色，机构紧密，具泥质结构，矿物成分为粘土及石英，裂隙不发育，岩芯呈柱状，泥质光泽，敲击有声。1.3.3地下水赋存状态及侵蚀性分析在勘察过程中，对所有钻孔均进行了简易水文地质观测，地下水位埋藏较浅，一般埋深为2——3米，地下水为大气降水及河水补给，地下水主要为赋存于填土层中的上层滞水及圆砾、砾砂、细砂层中的孔隙潜水。场地周边无大型化工厂，根据区域性水文地质资料及ZK6号孔的全孔水样水质简易分析结果知，地下水对无结晶类和分解类腐蚀。《基础工程》课程设计长沙大学土木工程专业2场地类别和各岩土工程地质条件评价2.1场地类别和场地土类型该场地委托江西省防震减灾工程研究所进行了孔内土层剪切波速度测试,测试的钻孔为ZK4,ZK18,ZK31,ZK39,各个孔的测试深为25米,ZK4,ZK18等效剪切波速Vse为264m／s,综合评价该场地土类型属中硬土,场地类别属于п类建筑场地2.2场地土工程地质条件评价（1）填土(Q4al)该土层为建筑垃圾及粘性素填土，厚度为2—10.5米，欠固结，力学性质差，埋深5.0米以下的粘性素填土建议承载力特征值为70，在9号楼可以在该层采用灰土桩复合地基作为基础持力层。（2）粉质粘土（Q4al）软塑状，中等压缩性，场地中分布不均匀，承载力特征值为150，且埋藏较深，不选作基础持力层。（3）粉质粘土（Q3al）硬塑状，中压缩性，厚度大于2.50米，承载力特征值为223，可选作2、3、5、7号楼的基础持力层。（4）细砂（Q3al）中密状，厚度0.6-1.8米，承载力特征值为280，可选作1、4、8号楼的基础持力层。（5）粘土（Q2al）硬塑状，低压缩性，承载力特征值为295，个别孔缺失，埋藏深，不选作该场地建筑物的基础持力层。（6）细砂（Q2al）该层厚度较大，承载力特征值仅为240，埋藏深，不选作该场地建筑物的基础持力层。（7）圆砾（Q1al）该层呈中密状，厚度大于5米，场地内分布稳定，承载力特征值为350，是6、10号高层建筑良好的基础持力层。（8）粘土（Q1al）该土层呈硬塑状，低压缩性，厚度大于2米，承载力特征值为315，可作为该场地高层建筑物基础持力层的下卧层。（9）砾砂（Q1al）该土层呈中密状，厚度达4.60米，承载力特征值为360，可作为该建筑物基础持力层的下卧层。综上所述，该工程为二级工程，场地为二级场地，地基属二级地基，岩土工程勘察登记为二级。2.3各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数通过原位测试及土工试验结果计算，参照规范，各土层承载特征值fk，钻孔灌注桩、人工挖孔桩桩周极限侧阻力标准值qsik，桩端极限端阻力标准枝qpk分别为：表2—1各岩土层承载力特征值及设计预估单桩承载力参数力学指标土层名称厚度（m）承载力特征指值fk(Kpa)预制桩qsik(Kpa)人工挖孔桩qsik(Kpa)预制桩qpk(Kpa)人工挖孔桩qpk(Kpa)重度γ(k/m3)压缩模量1填土4.6702020192粉质粘土0.5150565640080020853粉质粘土2.82236767900180020934细砂1.0280585818003200271395粘土0.92955858900180020786细砂4.0240676711001200201397圆砾8.635011011024003500271808粘土2.331567671400220020789砾砂7.836012012018003000251673.1桩型选择和持力层确定表1-1各地层的厚度和主要力学参数序号土名厚度承载力特征值fk(kPa)预制桩qsik(kPa)人工挎孔桩qsik(kPa)预制桩qpk(kPa)人工挎孔桩qpk(kPa)重度()压缩模量1填土4.6702020192粉质粘土0.5150565640080020853粉质粘土2.82236767900180020934细砂1.0270585818003200271395粘土0.92856767900180020936细砂4.0220585811001200201397圆粒8.63201101102400350027180选择7号圆砾为持力层，为消除负摩阻力影响承台制于3号粉质粘土上，桩径为500桩，预制桩进入持力层深度为5d=2.5m，桩长11.2m。3.2验算单桩承载力确定单桩竖向极限承载力标准值——单桩极限摩阻力标准值（kN）——单桩极限端阻力标准值（kN）——桩的横断面周长（m）——桩的横断面底面积（）——桩周各层土的厚度（m）——桩周第i层土的单位极限摩阻力标准值（）——桩底土的单位极限端阻力标准值（）3.3确定桩数及桩布置确定单桩竖向极限承载力设计值R,并确定桩数N及其布置。假设先不考虑群桩效应,估算单桩竖向承载力设计值R为：R——单桩竖向极限承载力设计值，kN——单桩总极限侧阻力力标准值，kN——单桩总极限端阻力力标准值，kN——桩侧阻力分项抗力系数——桩端阻力分项抗力系数查表得：=1.65由上部荷载设计值：由此可知：设计7A：按轴力P和R估算桩数n1为：由于n1＞3，应考虑群桩效应和承台的效应确定R。姑且先取桩数n=4根，桩的布置按矩形排列，桩距，取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.5m，布置如图1-1，则承台底面尺寸为：2.5m×2.5m。下面按桩数n1=4，求单桩竖向承载力设计值R：其中：——侧阻群桩效应系数——端阻群桩效应系数——承台土阻力阻群桩效应系数——承台内区土阻力群桩效应系数——承台外区土阻力群桩效应系数——承台土阻力分项抗力系数——桩基中相应于每一根桩的承台底地基土极限抗力标准值（kN），——承台底1/2承台宽度的深度范围内（），地基土极限抗力标准值，可按《地基规范》中相应的地基土承载力标准值乘以2取值，（）；——承台底地基土净面积（）。——承台内区的净面积——承台外区的净面积——承载力特征值，查表得：下面验算取是否合适承台重：故取4根桩可以，确定承台底面尺寸及桩的排列如图1-1

图1-17A桩的布置及承台尺寸设计7B：按轴力P和R估算桩数n2为：由于n1＞3，应考虑群桩效应和承台的效应确定R。姑且先取桩数n=6根，桩的布置按矩形排列，桩距，取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.5m，布置如图1-2，则承台底面尺寸为：2.5m×4.0m。下面按桩数n1=6，求单桩竖向承载力设计值R：其中：查表得：下面验算取是否合适承台重：故取6根桩可以，确定承台底面尺寸及桩的排列如图1-2图1-27B桩的布置及承台尺寸设计7C：按轴力P和R估算桩数n3为：由于n3＞3，应考虑群桩效应和承台的效应确定R。姑且先取桩数n=4根，桩的布置按矩形排列，桩距，取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.5m，布置如图1-1，则承台底面尺寸为：2.5m×2.5m。下面按桩数n1=4，求单桩竖向承载力设计值R：其中：查表得：下面验算取是否合适承台重：故取4根桩可以，确定承台底面尺寸及桩的排列如图1-3

图1-37C桩的布置及承台尺寸3.4桩基中各单桩受力验算对于7A:单桩所受的平均竖向作用力为：桩基中单桩最大受力为：——作用于承台底面的外力对通过群桩形心的y轴的力矩设计值——第桩至y轴的距离，m桩基中单桩最小力为：以上二项都满足要求由于水平力。则与竖向的合力与铅锤线夹角，故可以不验算单桩竖向承载力。对于7B:单桩所受的平均竖向作用力为：桩基中单桩最大受力为：——作用于承台底面的外力对通过群桩形心的y轴的力矩设计值——第桩至y轴的距离，m桩基中单桩最小力为：以上二项都满足要求由于水平力。则与竖向的合力与铅锤线夹角=0.0875，故可以不验算单桩竖向承载力。对于7C:单桩所受的平均竖向作用力为：桩基中单桩最大受力为：——作用于承台底面的外力对通过群桩形心的y轴的力矩设计值——第桩至y轴的距离，m桩基中单桩最小力为：以上二项都满足要求由于水平力。则与竖向的合力与铅锤线夹角，故可以不验算单桩竖向承载力。3.5承台的抗冲切验算对于7A：取承台1.7m，钢筋混凝土保护层厚度100mm，构造见图1—4，选用混凝土为其。取柱的截面尺寸为：420mm×600mm（1）柱对承台的冲切验算根据公式：；；；式中：——建筑桩基重要性系数，取=1.1；——作用于冲切破坏上的冲切力设计值（），即等于作用于桩的竖向荷载设计值F减去冲切破坏锥体范围内各基桩底的净反力设计值之和；——承台混凝土抗拉强度设计值（）；——冲切破坏锥体有效高度中线处的周长（）；——承台冲切破坏锥体的有效高度（）；——冲切系数；——冲跨比，，为冲跨，即柱边或承台变阶处到桩边的水平距离，按圆桩的有效宽度进行计算。当时，取=0.20；当时，取=。F——作用于柱（墙）底的竖向荷载设计值；——冲剪破坏椎体范围内各基桩的净反力(不计承台和承台上自重)设计值之和。对于圆桩：计算时应将截面换算成方桩，取换算柱或者柱截面边宽=0.8d。可求得冲垮比与冲剪系数柱的截面尺寸为：600mm×420mm满足要求7A是四桩承台需进行角桩冲切验算对于7B：取承台1.7m，钢筋混凝土保护层厚度100mm，构造见图1—4，选用混凝土为其。（1）柱对承台的冲切验算根据公式：；；；满足要求7B非四桩承台，无需进行角桩冲切验算，所以承台不发生冲切破坏。对于7C：取承台1.7m，钢筋混凝土保护层厚度100mm，构造见图３—２，选用混凝土为其。（1）柱对承台的冲切验算根据公式：；；；满足要求7C是四桩承台，需进行角桩冲切验算。（2）角桩冲切验算对于7A和7C分析：对于四桩承台，受角桩冲切的承台应满足下式：；；；式中：——作用于角桩顶的竖向力设计值（）；——角桩的冲切系数；——角桩冲跨比，其值满足0.2～1.0，=，=；——从角桩内边缘至承台外边缘的距离（），此处应取桩的有效宽度；——从承台底角桩内边缘引一冲切线与承台顶面相交点，至角桩内边缘的水平距离；当柱或承台边阶处位于该线以内时，取由柱边或变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线。对7A：对7C：，==所以：对7A和7C均满足要求所以承台7A和7C均不发生冲切破坏。3.6承台剪切验算对7A和7C分析：对于柱下正方形独立承台，只需要对柱的一个轴进行验算承台的斜截面抗剪承载力即可。《桩基规范》规定，剪切破裂面为通过柱边和桩边连接线形成的斜截面，抗剪验算应满足：式中：——垂直于x方向斜截面的最大剪力值，可取抗剪计算截面一侧的桩顶净反力设计值总和（）；——垂直于y方向斜截面的最大剪力值，可取抗剪计算截面一侧的桩顶净反力设计值总和（）；——垂直于x方向的斜截面抗剪承载力设计值（）——垂直于y方向的斜截面抗剪承载力设计值（）=，=，——剪切系数，当时，；当时，；——计算截面剪跨比，=，。当时，取=0.3，当，取=3；——混凝土轴心抗压强度设计值（）；——承台计算截面的有效高度（）；，——承台计算截面处的计算高度（）。对于Ⅰ-Ⅰ截面抗剪验算：=1.0对7A：对7C：对7A:对7C：于Ⅱ-Ⅱ截面抗剪验算=1.0对7A：对7C：对7A和7C：所以7A和7C均满足要求对7B分析：对于Ⅰ-Ⅰ截面抗剪验算：=1.0于Ⅱ-Ⅱ截面抗剪验算Ⅱ-Ⅱ截面左侧共3根单桩其反总力为：=取=0.3=1.07C满足要求3.7承台的配筋计算混凝土采用，钢筋用=2\*ROMANII级钢筋对7A分析：承台=1\*ROMANI-=1\*ROMANI截面处最大弯矩每米宽度范围的配筋，选整个承台宽度范围内用筋根，取20根承台Ⅱ-Ⅱ截面处最大距每米宽度范围的配筋，选整个承台宽度范围内用筋根，取20根。所以整个承台7A双向布置，即（双向布置）详细见图纸对7B分析：承台=1\*ROMANI-=1\*ROMANI截面处最大弯矩每米宽度范围的配筋，选整个承台宽度范围内用筋根，取24根承台Ⅱ-Ⅱ截面处最大距每米宽度范围的配筋，选整个承台宽度范围内用筋根，取20根所以整个承台7B横向布置2418，纵向布置2014.详细见图纸对7C分析：承台=1\*ROMANI-=1\*ROMANI截面处最大弯矩每米宽度范围的配筋，选整个承台宽度范围内用筋根，取20根承台Ⅱ-Ⅱ截面处最大距每米宽度范围的配筋，选整个承台宽度范围内用筋根，取15根所以整个承台7C横向布置2014，纵向布置1518，详细见图纸7A和7C桩基7B桩基图1-4桩基的平面及剖面图3.8桩基的配筋计算混凝土采用，钢筋用——轴向压力承载力设计值；0.9——可靠度调整系数——钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数根据试验结果及数理统计可得下列经验公式：当时： =1.177当时：《混凝土设计规范》中，对于细长比较大的构件，考虑到荷载初始偏心和长期荷载作用下对构件的不利影响较大，的取值比按经验公式所得到的值还要降低一些，以保证安全。对于细长比比小于20发构件，考虑到过去使用经验，的值略微抬高一些。“规范”采用的值见表6-1——混凝土的轴心抗压强度设计值A—