基础工程课程设计

基础工程课程设计姓名：**学号：**班级：**指导教师：**一、设计任务书（一）、设计资料1、建筑场地土层按其成因土的特征和力学性质的不同自上而下划分为5层，物理力学指标见下表。勘查期间测得地下水混合水位深为2.1m,本场地下水无腐蚀性。建筑安全等级为2级，已知上部框架结构由柱子传来的荷载。承台底面埋深：D=2.1m。附表一：土层主要物理力学指标土层代号名称层底埋深厚度m含水量w%天然重度rKN/m3孔隙比ePSMPa液性指数IL直剪试验（快剪）压缩模量Es(kPa)承载力标准值fk（kPa）内摩擦角°W°粘聚力C(kPa)1杂填土1.81.817.52灰褐色粉质粘土10.18.33318.40.900.340.9521.116.75.41253灰色淤泥粉质粘土22.112.03417.81.060.61.1018.614.23.8954黄褐色粉质粘土27.45.33019.10.881.00.7023.318.411.51405灰-绿色粉质粘土>27.42619.70.720.4626.836.58.6210（二）、设计要求：1、单桩竖向承载力标准值和设计值的计算；2、确定桩数和桩的平面布置图；3、群桩中基桩的受力验算4、承台结构设计及验算；5、桩及承台的施工图设计：包括桩的平面布置图，桩身配筋图，承台配筋和必要的施工说明；6、需要提交的报告：计算说明书和桩基础施工图。二、桩基持力层，桩型，桩长的确定根据设计任务书所提供的资料，分析表明，在柱下荷载作用下，天然地基基础难以满足第2页设计要求，故考虑选用桩基础。由地基勘查资料，确定选用第四土层黄褐色粉质粘土为桩端持力层。根据工程请况承台埋深2.1m，预选钢筋混凝土预制桩断面尺寸为450mmX450mm。桩长21.1m。三、单桩承载力确定(一)、单桩竖向承载力的确定：1、根据地质条件选择持力层，确定桩的断面尺寸和长度。根据地质条件以第四层黄褐色粉土夹粉质粘土为持力层，采用截面为450X450mm的预置钢筋混凝土方桩，桩尖进入持力层1.0m；镶入承台0.1m，桩长21.1m。承台底部埋深2.1m。2、确定单桩竖向承载力标准值Quk可根据经验公式估算：Quk=Qsk+Qpk=pEqsikli+qpkAp桩周长：p=450X4=1800mm=1.8m桩横截面积：Ap=0.452=0.2025E桩侧土极限摩擦力标准值qsik:查表得：用经验参数法：粉质粘土层：'l=0.95，取qsk=35kPa淤泥质粉质粘土：qsk=29kPa粉质粘土：'l=0.70，取qsk=55kPa桩端土极限承载力标准值qpk,查表得：qpk=2200kPa用经验参数法求得Quk1=1.8X(35X8.0+29X12.0+1.0X55)+2200X0.2025=1674.9KN用静力触探法求得Quk2=1.8X(36X8.0+43X12.0+1.0X111)+1784.5X0.2025=2008.4KN3、确定单桩竖向承载力设计值R，并且确定桩数n和桩的布置先不考虑群桩效应，估算单桩竖向承载力设计值R为：R=Qsk/rs+Qpk/rp用经验参数法时：查表rs=rp=1.65R1=Qsk/rs+Qpk/rp=1229.4/1.65+445.5/1.65=1015.09KN用静力触探法时：查表rs=rp=1.60R2=Qsk/rs+Qpk/rp=1647/1.60+361.4/1.60=1255.25KNRz=min(R1,R2)=1015.09KN四、桩数布置及承台设计根据设计资料，以轴线⑦为例。1、⑦轴A柱：Nmax=4239,Mmax=193KN.m，Vmax=75KN.m柱的截面尺寸为：600X600mm；按照轴力P和R粗估桩数n1为：n1=P/R=4239/1015.09=4.18,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷载作用桩数山=1.1%=4.625根由于n1>3，应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R先取桩数n=5根，桩的布置按梅花式排列，桩距Sa=(3〜4)d=(3〜4)X0.45=1.35〜1.8m,取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.45m2、⑦轴D柱：Nmax=4159,Mmax=324KN.m，Vmax=79KN.m柱的截面尺寸为：600X600mm；按照轴力P和R粗估桩数n1为：n1=P/R=4159/1015.09=4.10,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷载作用桩数41.1%=4.51^5根由于n1>3，应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R先取桩数n=5根，桩的布置按梅花式排列，桩距Sa=(3〜4)d=(3〜4)X0.45=1.35〜1.8m,取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.45m。五桩承台布置图如下：3、⑦轴B、C柱(因为柱距近，故设置复合桩基)：Nmax=8782KN,Mmax=593KN.m,Vmax=165KN.m⑴柱的截面尺寸为：600X900mm；按照轴力P和R粗估桩数n1为：n1=P/R=8782/1015.09=8o7,由于没有考虑弯矩M,基础及承台上土重,以及承台底土分担荷载作用桩数41.1%=9.57孑10根由于n1>3，应按考虑群桩效应和承台效应确定单桩竖向承载力设计值R先取桩数n=10根，桩的布置排列见图5,桩距Sa=(3〜4)d=(3〜4)X0.45=1.35〜1.8m，取边桩中心至承台边缘距离为1d=0.45m。承台布置如下图：2JUU1400450五：复合桩基荷载验算根据上面承台布置，按下式计算复合桩基。+npypR小与+n纭+nQs八AQck=qck写1、5桩承台Qpk+门YP+npypQpk+门YPA=2.92-5x0.452=7.40m2Ai=2.452-5x0.452=4.99m2cAe=0.225x2.9x2+0.225x2.45x2=2.41m2由B/1=2.9/21=0.138<0.20及S/d=1.35/0.45=3，查表8.16：n=0.80,n=1.64；查表8.17：叩=0.11,ne=0.63TOC\o"1-5"\h\zcC4Ae4.99,2.41得：n=n—+n—=0.11x——+0.64x—=0.283ccAcA7.407.40ccQk=q==125x号=185kN查表：预制桩Y=Y=1.65,y=1.70R=nd+nQ^+n幻=0.80x1229.4+1.64x4455+0.283x185=1069.67kNsYpYcy1.651.651.7按中心荷载计算=918.5kN<1069.67kNU=1.0x4239.1+技x20"1x2.92=918.5kN<1069.67kN按偏心荷载计算Nmax=yxfW土^Xmin0nEy2i八f4239.1+454(100+52x0.7)x1.00)=950.3kN<1.2R=1283.6kN879.5=950.3kN<1.2R=1283.6kN879.5kN>02).D柱单桩承载力与A柱相同，但外荷载小于A柱，且承台设计与A柱相同，因此，D柱单桩受力验算也符合要求。2、联合承台r=n勺+nQp^+n乌sYpYcyA=6.5x2.3-10x0.452=12.925m2A，=6.05x1.85-10x0.452=9.1675m2cA。=0.225x6.5x2+0.225x1.85x2=3.7575m2由B/1=2.3/21=0.110<0.20及S/d=1.40/0.45=3，查表8.16：

七=0.80,np=1.64；查表8.17：TOC\o"1-5"\h\z叩=0.11,ne=0.63cCgA'Ae^「9.1675c〜3.7575得：n=ni—c+ne—c=0.11X+0.64x=0.264ccAcA12.92512.925ccQ=q4=125x12.925=161.6Sckckn5查表8.9：预制桩Y,=Y=1.65,y=1.70R=nQ+n%+n幻=0.80X1229,4+1.64X4455+0.264X1616=1064.0kNsYpYcy1.651.651.7桩基验算：按中心荷载计算10N=yF+L=1.0x5444+3338+技x20x尘2.3x竺=941保<睥保0n（4）按偏心荷载计算'F+F+G10（4）按偏心荷载计算'F+F+GM•y±TENmax=yX

min01.0xmax±亍max=y2乙x2,ii/'5444+3338+627.9x1.2±(5444x1.2-3338x1.8)x2.8、-4x(2.82+1.42)10(479+114+107x1.0+193x1.0)x0.7土k10X0.72=1106.0kN<1.2R=1276.8kN776.0kN>0满足要求。六、桩身设计混凝土为C30，轴心抗压强度设计值f=14.3MPa，抗拉强度设计值为f=1.43MPa,主筋采用：4①16，强度设计值：f=310Mpa。其余按结构图集《预制钢筋混凝y土方桩》要求。七：承台设计承台设计选C30混凝土，轴心抗压强度设计值为f=14.3MPa，轴心抗拉强度设计值为

f=1.43MPa。t1、五柱承台A柱：柱对承台得冲切4239.1F1=F-£N=4239.1-―^—=3391.28Wh=0.7m人=X=a/h=0.475/0.7=0.679(a=0.475>0.2h=0.2x0.7=0.14)ox(oyox0ox0P=P=0.72/(X+0.2)=0.72/(0.679+0.2)=0.819b=h=0.6my0人=1.0x3391.28=3391.28kN2rp(b+a)+p(h+a)]fh=2「0.819x(0.6+0.475)+0.844x(0.6+0.475)]-oxcoyoycoxt0L」x1.43x103x0.7=3532.22kN(b+a)+P(h+a)]fh满足要求。oxcoyoycoxt0角柱对承台的冲切M=4239.1/5=847.92kNa0.4750.71x==0.679h00.48=0.546X+0.20.6790.70.48=0.546X+0.20.679+0.21/2)+p(c+a/2)]fh=—1x21y1y11xt0「0.546(0.675+0.475/2)+0.546(0.675+0.475/2)]x1.43x103x0.7=997.45kN^c+a/2)+料(c1+a1/2)1fhP1x=p1y0.48「P(c+ay0N]<「p满足要求。D柱：和A柱受力近似，故可以不验算承台抗冲切。2、联合承台单独考虑每个柱对承台得冲切B柱F1=F-ZN=3338-0=3338kNh0=0.8m

a/h0.475/0.80.594a0.4750.210.20.80.16ox1ox10ox10ox10.72/ox10.20.72/0.5940.21.071ox2a2/h00.8/0.81a21.275h00.8故取a20.8ox20.72/ox20.20.72/1.00.20.6oyaoy/h00.175/0.80.219aoy0.1750.2i00.20.80.16oy0.72/oy0.20.72/0.2190.21.718bch0.6n0F11.03391.283338kNox1bcaoyoyhc%1+ox2bcaoyoyhc%2fht01.0710.60.1751.7180.60.475+0.60.60.1751.7180.60.81.431030.86345kN0F1ox1bcaoyoyhcaox1+ox2bcaoyoyhcafhox2t0满足要求。C柱F2FN.544405444kNh0.8na3/h00.525/0.80.656a30.5250.2100.20.80.16ox30.72/ox3a4/100.8/0.8ox40.72/ox40.20.72/0.6560.1a40.99250.20.72/1.00.220.841100.8故取a40.80.6a/h00.175/0.80.219a0.1750.2100.20.80.160.72/0.20.72/0.2190.21.718b0.6n,h0.9n0Fox30.72/ox3a4/100.8/0.8ox40.72/ox40.20.72/0.6560.1a40.99250.20.72/1.00.220.841100.8故取a40.80.6a/h00.175/0.80.219a0.1750.2100.20.80.16ox3coyoycox3ox4coyoycox4t0=[0.841x(0.6+0.175)+1.718x(0.9+0.525)+0.6x(0.6+0.175)+1.718x(0.9+0.8)]x1.43x103x0.8=7419kN)]炊满足要求。(b+a)+P(h+a)+P(b+a)+P(h+aox3coyoycox3ox4coyoyc)]炊满足要求。考虑B、C柱共同作用对承台的冲切作用F=F+FN=3338+5444-0=8782kN=0.8m力oxi=aoxi力oxi=aoxi/h0=0.475/0.8=0.594(a1=0.475>0.2h0=0.2x0.8=0.16)P=0.72/(X+0.2)=0.72/(0.594+0.2)=0.907ox1ox1力ox2力ox2=a2/h0=0.8/0.8=1(a2=0.9925>h0=0.8，故取a2=0.8)P2=0.72/(X2+0.2)=0.72/(1.0+0.2)=0.6X=a/h0=0.175/0.8=0.219(=0.175>0.2匕=0.2x0.8=0.16)P=0.72/(X+0.2)=0.72/(0.219+0.2)=1.718b=0.6m,h=3.75mY0F=1.0x8782=8782kNP(b+a)+P(h+a)+P(b+a)+P(h+a)]fh=-ox1coyoycox1ox2coyoycox2」t0-0.907x(0.6+0.175)+1.718x(3.75+0.475)+0.6x(0.6+0.175)+1.718x(3.75+0.8)]x1.43x103x0.8=18582kN)]fth0满足要求。。+a)+P(h+a)+P(b+a)+P(h+aoxX=a/h0=0.175/0.8=0.219)]fth0满足要求。角柱对承台得冲切作用—=1106.0-861=1019.9kN10柱1：a=475mm1xa=175mmiyc=450mm11

c=450mm21力1x髦=些5=0.594h00.8力ly0.80.48=0.605七+0.20.594+0.20.48P1y0.48=1.146七+0.20.219+0.20.48[P(s+a[0.546(0.450+/2)+p(c+a/2)]fh=1y111xt00.175/2)+1.146(0.450+0.475/2)]x1.43x103x0.8=1237kN2)+P(c+a/2)]fh满足要求1y111xt0a2x=925mma=175mm2yc12=450mmc=450mm22力2xa=—1xh0_0.925=1.1560.8力2ya=—2yh00.175=0.2190.80.48柱2：2x+a/lx21冬=0.354气+0.21.156+0.2P2y0.480.48=1.146气+0.20.219+0.2/2)邛(c12+a2x/2)]fth=['2xC?*%y2y122x-1-t0[0.354(0.450+0.175/2)+1.146(0.450+0.925/2)]x1.43x103x0.8=17=1414W(c+a/2)+P(c+a/2)]fh满足要求2x222y2y122xt02x八、沉降计算1、五桩承台A柱：由于弯矩较小，故可按轴心受压计算。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。基底接触压力：P=与Q=3261+：0：2；；10021=4\7.7\7kpaA2.9x2.9基底附加应力__d_417717-1.8x17.5+0.3018.4+8x8.4+12x7.8+1.0x9.103^P0_P~_m-■-231X._210.797kpa确定地基手压层深度：z=b(2.5-0.4lnb)=2.9x(2.5-0.4xln2.9)=6.015m气=11.5MpaE=8.6Mpas2故分两层，第一层：4.3mY气=11.5MpaE=8.6Mpas2地层深度（m）l/bz/ba'Za'cacZacP(kpa)02.9/2.9=100.251.00—210.7974.314.3/(2.9/2)=2.970.04470.17880.13690.547637.6916.01516.015/(2.9/2)=4.150.02530.10120.10900.43621.333第二层：1.715mY2=19.1kN/m3（4）计算基础中心下地基中的附加应力:（5）计算压缩模量:1.0+0.1788…0.1788+0.10121:x4.3+:x1.715ZEsi1.0+0.1788八0.1788+0.1012=ZEsix4.3+x1.7152x11.52x8.6（6）软土地区且桩端无良好持力层时，当桩长l<25m时,w取1.7；查附表H：S/d=3.0;l/d=21/0.45=46.67;L/B=2.9/2.9=1.0C0=0.0387;C=1.695;C2=11.707nb=yjn-B/L=d5x（6）查附表H：桩基等效沉降系数=0.101n_12.24_=0.101广0C(n_1j+C—,1.695x(2.24—1)+17.7071b2（7）计算A桩基沉降量:tza_z、a,、s=4中叩-pZ4__(，T)(，T)=1.7x0.101x210.797xi=1six0.5476—06.015x0.436—4.3x0.5476、11.58.6(+)=8.538mm

D：柱11.58.6由于弯矩较小，故可按轴心受压计算。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。（1）基底接触压力：P=勺9=3199+2°：2；：10021=410.345kpaA2.9x2.9（2）基底附加应力：p=ptd=410.345-技X竺+°.3X住土8X空土12X空土业X91023.10m23.1=203.425kpa(3)确定地基手压层深度：z=b(2.5-0.4lnb)=2.9x(2.5-0.4xln2.9)=6.015m气=11.5Mpa故分两层，第一层：4.3mY]=17.8kN/m3第二层：1.715mY2=19.1kN/m3E2=8.6Mpa（气=11.5Mpa地层深度（m）l/bz/ba'Za'cacZac02.9/2.9=100.251.00—4.314.3/(2.9/2)=2.970.04470.17880.13690.54766.01516.015/(2.9/2)=4.150.02530.10120.10900.436（5）计算压缩模量:1.0+0.1788…0.1788+0.10121x4.3+X1.715U-ZEsi1.0+0.1788八0.1788+0.1012U-ZEsix4.3+X1.7152X11.52x8.6（6）软土地区且桩端无良好持力层时，当桩长l<25m时,w取1.7；查附表H：S/d=3.0;l/d=21/0.45=46.67;L/B=2.9/2.9=1.0C0=0.0387;C=1.695;C2=11.707"=』n•Bc/L=J5x2.9/2.9=2.24查附表H：桩基等效沉降系数=0.101n-12.24-=0.101广0C(n-1j+C一，1.695x(2.24-1)+17.7071b2（7）计算A桩基沉降量:

tza-z、q、S=4中叩-py4__（，T）（，T）=1.7X0.101X203.425xTOC\o"1-5"\h\zi=1si=8.239mmx0.5476-06.015x0.436-4.3x0.5476、=8.239mm（+）11.58.62、联合承台B、C桩基可认为是承受沿7轴线方向的偏心。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。NB=2568kN;NC=4188kN4188x1.5-2568x1.5N=4188+2568=6756kN;e==0.360m6756（1）求基底接触压力：N+GN-e6756+20x2.1+10x216756x0.360Pmin=+=+

maxAW2.3x6.52.3x6.526=305.948kpa606.292（2）求基底附加压力71.8x17.5+0.3x18.4+8x8.4+12x7.8+1.0x9.1Pmin=pmin—yd=305.948—0maxmaxm606.29223.1x23.1=99.028kpa399.372求出最大附加压力处的沉降和最小附加压力处的沉降，便可求出沉降差（略）（3）确定地基手压层深度：z=b（2.5-0.4lnb）=2.9x（2.5-0.4xln2.9）=6.015m气=11.5MpaE=8.6Mpas2故分两层，第一层：4.3my]气=11.5MpaE=8.6Mpas2地层深度(m)l/bz/ba'Za'cacZac06.5/2.