桩基础课程设计作业.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date桩基础课程设计作业基础工程课程设计基础工程课程设计任务书（适用勘查13级）土木工程学院岩土教研室 2015年12月25日1. 课程设计目的和要求（1）基础工程课程设计是学生在学习土力学、钢筋混凝土和基础工程的基础上，综合应用所学的理论知识完成基础工程的设计任务。其目的是培养学生综合应用基础理论和专业知识的能力，同时培养学生独立分析和解决基础工程设计问题的能力。（2）通过课程设计，要求学生对基础工程设计内容和过程有较全面的了解和掌握，进一步掌握地基承载力验算、沉降验算、稳定性验算、基础强度验算等内容。熟悉基础工程的设计规范、规程、手册和工具书。（3）在教师指导下，独立完成课程设计任务书规定的全部内容。设计计算书要求计算正确、文理通顺、有必要的插图，施工图布置合理、表达清晰，符合制图规范要求。2. 课程设计资料（1）工程概况某高层学生公寓，建筑标准层平面如图1所示。上部结构为钢筋混凝土框架结构底层柱子截面600×600mm（砼强度等级C45），抗震设防烈度为7度，抗震等级为3级。±0.00相当于罗零高程+7.50m，室内外高差为300mm。柱底荷载见任务书附件。 图1 建筑标准层平面示意图（2）岩土工程勘察资料场地上部为人工回填的杂填土（Qml）、冲洪积的粉质粘土（Q4al+pl），淤积的淤泥和淤泥质土（Q4 al+m），下伏基岩为燕山晚期花岗岩（53）、花岗斑岩及其风化层，除拟建场地外围存在地下管线外，勘察中未见、活动性断裂、滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降等不良地质现象，未见有对本工程不利的埋藏物，如河滨、洞穴、孤石等。根据野外钻探取芯肉眼鉴别，结合原位测试及室内土工试验成果分析，场地岩土层按其成因及力学强度不同可分为8层，现将各岩土层的特征自上而下分述如下：杂填土：人工堆填（Qml），灰黑、土黄灰褐等杂色，稍湿饱和，松散稍密状，上部主要由人工回填土，主要由粘性土，生活、建筑垃圾及碎石、碎砖构成，局部为原建筑地基，为条基或条石，该层全场地均有分布，均匀性较差，上部杂填土为前期拆迁堆填，下部堆填的粘土、瓦、砾等堆积年代大于10年。该层全场均有分布，该层分布厚度约2.603.80m，平均厚度3.01m。淤泥：冲、淤积成因(Q4cal+m)，灰黑色，很湿饱和，流塑状，稍具臭味，含有少量机质及腐植质，粘性较强，切面光滑，有光泽，干强度、韧性中等，无摇震反应，局部夹少量呈透镜状及薄片状的粉细砂，含量约10%左右。该层局部相变为淤泥质土。该层场地均有分布，厚度变化大，层厚12.0017.60m，平均厚度为13.30m。粉质粘土：冲洪积成因(Q4cal+pl)，灰黄色、灰色，饱和，可塑，局部呈硬塑。含有铁锰质氧化物，以粉质粘性土为主，局部含较多的粉细砂。粘性较强，切面光滑，干强度、韧性高，无摇震反应。该层场地均有分布，厚度变化大，层厚8.3011.90m，平均厚度为10.05m。淤泥质土：冲、淤积成因(Q4cal+m)，灰黑色，饱和，流塑软塑，含腐植质，稍有臭味，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，切面光滑，局部含薄层（片）粉细砂。该层场地均有分布，厚度变化大，层厚2.908.20m，平均厚度为5.45m。粉质粘土：冲积成因(Q4cal+pl)，浅红色、深黄色、灰色，很湿饱和，可塑，局部呈硬塑。含有铁锰质氧化物，以粉质粘性土为主，局部含较多的砂粒。粘性较强，切面较光滑，干强度、韧性高，无摇震反应。该层仅在场地中均有分布，厚度为4.0010.00m，平均厚度6.32m。砂土状强风化花岗岩：燕山晚期侵入岩（53(2)），灰黄色、褐黄、灰白色，风化强烈，岩芯呈砂土状。岩芯采取率为71%，为散体状碎裂状结构，岩体完整程度为极破碎破碎，岩石坚硬程度等级为极软岩软岩，岩体基本质量等级为级。该层场地中均有分布，厚度为3.4010.50m，平均厚度6.96m。碎块状强风化花岗岩：燕山晚期侵入岩（53(2)），灰黄色、褐黄、灰白色，上部风化强烈，岩芯呈砂土状，下部风化较弱，岩芯多呈碎块状。岩芯采取率为67%，为散体状碎裂状结构，岩体完整程度为极破碎破碎，岩石坚硬程度等级为极软岩软岩，岩体基本质量等级为级。该层场地中均有分布，厚度为1.709.70m，平均厚度5.60m。中风化花岗岩：燕山晚期侵入岩（53(2)），浅砖红色、灰白色，中等风化，块状构造，含石英、长石、云母等矿物，钻进较困难，节理、裂隙少量发育，多呈闭合高倾角，岩芯多呈长柱状，少数短柱状。岩芯采取率为85-95%，RQD=50-75%，为块状结构，岩体完整程度为较完整，岩石坚硬程度等级为较硬岩坚硬岩，岩体基本质量等级为级。该层场地均有分布，普遍揭示，揭示层厚4.609.60m，平均揭示厚度为7.12m，均未揭穿。各岩土层分布情况详见工程地质剖面图。（3）场地特征状况场地水文地质情况场地上部土层淤泥、粉质粘土、淤泥质土及粉质粘土的透水性差，且局部厚度较大，隔水性能较好，可视为相对隔水层，上层滞水与下部弱承压水的联系差。根据勘察施工期间钻孔内水位观测及各岩土层性状分析，本次勘察期间测得场地地下水混合稳定水位埋深为0.901.20m，标高为5.345.49m，受季节性变化影响本场地常年水位变幅约为2.00m。近期内年最高水位约为7.00米（罗零标高）。地下水在干湿交替环境与长期浸水环境下对混凝土结构均具微腐蚀性，地下水在干湿交替环境对钢筋混凝土结构中的钢筋均具弱腐蚀性，在长期浸水环境下对混凝土结构均具微腐蚀性。场地内地基土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。对建筑材料腐蚀的防护应符合现行国家标准工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046）及建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）第3.5条桩基结构的耐久性要求。场地抗震评价根据中国地震动峰值加速度区划图和中国地震动反应谱特征周期区划图福建省区划一览表，拟建场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组，拟建物均为抗震设防类别为标准设防类（丙类），设计地震作用和抗震措施均应符合7度标准的要求。本建筑场地的场地土类型为软弱场地土，ZK1、ZK12号孔地段的建筑场地类别均为类，其特征周期为0.55s。场地埋深20m范围内不存在饱和的砂类土或粉土，可不考虑砂土液化问题。场地埋深20m范围内存在一定厚度的软土层(淤泥和淤泥质土)，本区抗震设防烈度属7度区，根据波速实测结果其剪切波速值90m/s,根据省标岩土工程勘察规范（DBJ13-84-2006）判断，可不考虑软土震陷影响。场地稳定性与适宜性评价拟建场地内杂填土中存在碎块石、条石、旧基础地梁外，场地内未发现河沟、洞穴等埋藏物，未见活动断裂，无滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降等不良地质现象，场地内存在厚层饱和软土，按照建筑抗震设计规范（GB50011-2010)第4.1.1条规定，判定本场地属抗震不利地段，采用桩基础后，可消除不良影响, 适宜拟建物的建设。根据场地工程地质条件，拟建的住宅楼基础形式建议采用桩基础方案。桩型可采用预应力管桩、方桩或冲钻孔灌注桩长桩方案。地基土层物理-力学性质指标见表1。表1 各岩土层设计计算参数表 土层编号及名称天然密度og/cm3压缩模量Es承载力特征值fak(kPa)预制桩极限承载力标准值冲钻孔灌注桩极限承载力标准值Es100-200(MPa)Es200-400(MPa)qsik(kPa)qpk(kPa)qsik(kPa)qpk(kPa) 杂填土1.70*/4.0*6025/20/淤泥1.58 1.59#2.88#5011/10/粉质粘土1.91 6.61# 9.27#15040120035/淤泥质土1.64 1.65#3.19#8018/14/粉质粘土2.02 6.65#11.17#18050120040/砂土状强风化花岗岩2.0*22*30*40014080001002800碎块状强风化花岗岩2.1*30*40*550180/1303200中风化花岗岩/1500/20080003. 设计依据及参考文献(1)建筑地基基础设计规范GB50007-2011(2)建筑抗震设计规范GB50011-2010(3)混凝土结构设计规范GB50010-2010(4)建筑桩基技术设计规范（JGJ94-2008） (5)基础工程莫海鸿2008年 建筑工业出版社 (6)基础工程闫富有2009年 中国电力出版社4. 设计内容(1) 根据任务分配，查阅相关资料。(2) 桩型、桩长和截面尺寸的选择(3) 确定单桩承载力特征值(4) 确定桩数及其平面布置(5) 桩身结构设计(6) 基桩承载力验算(7) 沉降计算(8) 承台计算(9) 绘制施工图。5. 设计成果提交要求(1) 课程设计需要同时提交电子版和纸质版。上交时间：2016年1月15日（周五）中午12点之前。(2)电子版包括：计算书电子版（word）、施工图电子版（AutoCAD）发送至邮箱kanchazuoye。邮件名称为“基础工程课程设计-某某”，word, CAD都用自己名字命名。(3) 课程设计的纸质材料装在土木学院统一的档案袋，由班长到思源楼四楼找陈志清老师领取该档案袋。每位同学一个档案袋，写上姓名、班级、学号，课程设计名称“基础工程课程设计”。指导老师写“方庆军，陈国周”。档案内包括：任务书（教师提供电子版，学生打印一份放入档案袋，A4单面打印）。指导书（教师提供电子版，学生打印一份放入档案袋，A4单面打印）。计算书(A4单面打印)，施工图(A3单面打印)。包括桩基础设计说明、桩基础平面布置图、桩身配筋图、承台配筋图。(4) 计算书格式封面：单独一页，统一格式。成绩评定表，在封面之后，单独一页，统一格式。正文：从第3页开始。详细计算内容参考指导书和教材相关内容。包括：设计资料、详细的计算步骤、计算公式、表格、插图、参考规范等。字体设置“四号宋体”，行距“单倍行距”。计算过程中至少保留小数点后二位。如果涉及到查表，可以酌情增加有效位数。计算书应有计算简图（插图），插图下面应该给出图名。6. 成绩评定(1)成绩按百分制计取，详见成绩评定表。(2)鼓励在设计过程中深入钻研，扩宽知识面。(3)评审设计成果时，如有必要，对该生进行面试答辩。4.2.2 设计过程（1）桩型、桩长和截面尺寸的选择 选择桩型 根据地质条件、上部荷载和施工条件、本工程桩基选择高强PHC管桩，桩身混凝土强度C80，截面尺寸600×600mm。 确定桩的截面尺寸 本工程采用PHC600-110AB-15型管桩，即该管桩直径为600mm，AB型，壁厚110mm，单节桩长为15m，桩身强度等级C80，抗裂弯矩标准值为224KN·m，桩身轴心受压承载力设计值为4255KN，理论质量440kg/m。 确定桩长 本工程以第成砂土状强风化花岗岩作为桩端持力层，桩端全断面进入持力层2.0d，桩端采用十字形钢桩尖。 初选承台埋深1.5m，承台厚度0.8m，桩顶嵌入承台0.10m。 ZK9持力层埋藏较浅，桩长L=35.8-6.51+4.5+1.2+0.1=35.09，ZK2持力层埋藏较深，桩长=60.3-6.42+4.5+1.2+0.139m。 （2）确定单桩承载力特征值 单桩竖向承载力特征值 根据经验参数法确定单桩竖向承载力标准值 比较ZK1ZK10，由于ZK10的软土较厚，且持力层埋藏较浅，故选用ZK10的柱状剖面图计算单桩竖向承载力特征值。单桩竖向承载力特征值安全系数K取2。 , 故 桩的入土深度h=37.5+1.238.7m 单桩水平承载力特征值 单桩水平承载力特征值为： 其中 桩侧主要影响深度 （3）确定桩数及平面布置因为建筑物左右荷载对称布置，故可取一半进行研究，如图1图1 柱子布置图 综上，四桩承台的柱，柱1，2.，3，4，5,，11 五桩承台的柱，柱6，7，8，9，12，13，14，15 六桩承台的柱，柱10 为了发挥桩的承载力以及减小挤土桩效应影响，规范规定桩距的最小值，对于挤土桩，其侧面土为饱和粘性土且桩数小于9根，其最小桩距为4d=2.4m，假定承台厚1.5、保护层100mm。 按承台的构造要求，设计承台的尺寸得：四桩承台：五桩承台： 六桩承台：（4） 桩身结构设计现场按单点起吊施工，每节桩段长为15m，考虑起吊过程中的动力影响将荷载乘以1.5的放大系数，则均布荷载：，满足要求。,满足桩身承载力的要求。(5) 桩基承载力验算1) 单桩承载力验算四桩承台由于四桩承台中柱5的竖向承载力最大，所以选择柱5进行验算。计算桩顶荷载，承台及其上覆土层的平均重度取。 单桩水平力验算：满足要求。五桩承台由于五桩承台中柱9的竖向承载力最大，所以选择柱9进行验算。计算桩顶荷载，承台及其上覆土层的平均重度取。 单桩水平力验算：满足要求。五桩承台由于五桩承台中柱9的竖向承载力最大，所以选择柱9进行验算。计算桩顶荷载，承台及其上覆土层的平均重度取。 单桩水平力验算：满足要求。七度抗震设防地区，桩基础设计时地震效应为非主控项，可不进行地震作用下的基桩承载力验算。2) 群桩沉降计算对摩擦桩应进行沉降计算。柱9：桩的纵向中心距 ，沉降计算按中心距不大于6倍桩径的桩基沉降计算方法。计算附加压力承台面积,埋深地下水位于现地表下2米，即承台底。承台下基底压力为：承台下基底附加压力为：确定沉降计算深度自中心把承台分为4部分，采用叠加原理计算土中附加应力。桩端平面处土的自重应力为：桩端平面下9m处土的自重应力为： 桩端平面下查2表得矩形面积作用均布荷载角点附加应力系数，故该处的附加应力为： 故沉降计算深度取。计算桩基沉降量。把计算深度内的土分为两层，每层的厚度分别为：查附录相关表格，得矩形面积作用均布荷载角点平均附加应力系数。4确定桩基等效沉降系数。圆形柱，柱径d=0.6m，桩长，等效桩距比为：按查附录相关表格，可得。短边布桩数，桩基等效沉降系数为：5 计算桩基的最终沉降量。查表内插，得沉降计算经验系数，桩基的最终沉降量为：柱10：柱的纵向中心距沉降计算按中心距不大于6倍桩径的桩基沉降计算方法。计算附加压力 承台面积,埋深，地下水位出现地表下2米，即承台底。承台下基底压力为： 承台下基底附加应力为：确定沉降计算深度 自中心把承台分为4部分，采用叠加原理计算土中附加应力。 ， ，。桩端平面处土的自重应力为：桩端平面下9m处土的自重应力为：桩端平面下查表的矩形面积作用均布荷载角点附加应力系数，该处的附加应力为： 故沉降计算深度取。计算桩基沉降量。把计算深度内的土分为两层，每层的厚度分别为：查附录相关表格，得矩形面积作用均布荷载角点平均附加应力系数4确定桩基等效沉降系数。圆形柱，柱径d=0.6m，桩长，等效桩距比为：按和查附录相关表格，得。短边布桩数，桩基等效沉降系数为：5 计算桩基的最终沉降量。查表内插，得沉降计算经验系数，桩基的最终沉降量为：相领柱桩基础沉降差为：(满足要求)6 承台计算 设计承台埋深、尺寸、除满足构造要求外，还要满足抗弯、抗剪、抗冲切及局部承压要求。设承台的混凝土强度等级为C30，。钢筋采用HRB400，1) 局部计算柱下承台的局部受压承载力，局部受压面上仅有荷载作用 由上可知：满足要求。桩上承台的局部受压承载力，局部受压面上仅有荷载作用。 由上可知：所以，（满足要求）2） 四桩承台抗弯、抗剪、抗冲切承载力计算 承台高度。对于圆桩，换算桩截面边长。采用柱5的柱底内力基本组合值进行计算。柱对承台冲切承载力-