基础工程课程设计

目录 .........................................................错误!未定义书签。《基础工程》课程设计..........................................错误!未定义书签。

1 工程概况 ...................................................错误!未定义书签。

工程地质资料.............................................错误!未定义书签。

荷载情况.................................................错误!未定义书签。

2 初步选择持力层，确定桩型和尺寸..............................错误!未定义书签。3确定单桩承载力标准值........................................错误!未定义书签。

4 初步确定桩数及承台尺寸 .....................................错误!未定义书签。

5 群桩基础的单桩承载力验算 ...................................错误!未定义书签。6确定群桩承载力设计值........................................错误!未定义书签。

7 降量验算 ...................................................错误!未定义书签。

8 软弱下卧层的验算 ...........................................错误!未定义书签。

9 承台设计计算 ...............................................错误!未定义书签。

承台抗弯设计验算..........................................错误!未定义书签。

承台抗冲切验算............................................错误!未定义书签。

承台剪切验算..............................................错误!未定义书签。附图1 ........................................................错误!未定义书签。附图2 ........................................................错误!未定义书签。附图3 ........................................................错误!未定义书签。附图4 ........................................................错误!未定义书签。附图5 ........................................................错误!未定义书签。

《基础工程》课程设计

设计题目：柱下钢筋混凝土桩基础

适用专业：地质15-1

一、课程设计基本要求

1、课程设计目的

利用所学基础工程课程的理论知识，能够独立完成一个较完整的基础设计与计算过程，从而加深对所学理论的理解与应用。

2、课程设计建议

在复习本学期课程理论知识后，收集并阅读相关设计规范和参考书后进行本课程设计任务。

二、课程设计设计资料

1、工程设计概况

某城市新区拟建一栋15层框架结构的办公楼，其场地位于临街地块居中部位，无其它邻近建筑物，地层层位稳定，场地地质剖面及桩基计算指标见工程地质资料。试设计柱下独立承台桩基础。

（1）地基基础设计等级为乙级；

（3）柱的截面尺寸为：450mm×600mm；

（4）承台底面埋深：d=（也可自行按规范要求选定）；

（5）根据地质资料以及上部荷载情况，自行选择桩型、桩径和桩长；

（7）桩的类型：预制桩或者灌注桩（自行斟酌设定）；

（8）沉桩方式：静压或者打入（自行斟酌设定）。

（9）方案要求尽量先选择以粉质粘土为持力层，若不满足要求，再行选择卵石或岩石层作为持力层，并作简要对比说明。

2、荷载情况

已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：轴力F=(8300-10n)kN，弯矩M x=(80+2n)kN·m，M y=(750-n)kN。（其中，M x、M y分别为沿柱截面短边和长边方向作用；n为15）。

3、工程地质资料

建筑场地土层按其成因、土性特征和物理力学性质的不同，自上而下划分为5层，地质剖面与桩基计算指标见表1，勘察期间测得地下水水位埋深为。地下水水质分析结果表明，本场地地下水无腐蚀性。

三、设计内容及要求

（1）确定单桩竖向承载力特征值；

（2）确定桩数，桩的平面布置，承台平面尺寸，单桩承载力验算；

（3）若必要，进行软弱下卧层承载力验算；

表1 地质剖面与桩基计算指标

强风化岩

四、设计成果及提交

（1）计算说明书：计算说明书一律用A4幅面；装订顺序：封面（须注明：《基础工程》课程设计，专业班级，学号，姓名，日期），目录、设计任务书，计算说明书；

五、建议的设计步骤及涵盖内容

（1）列出设计资料（包括上部结构资料、建筑场地资料）；

（2）选择桩型、桩端持力层和承台埋深；

（3）确定单桩承载力标准值；

（4）确定桩数和承台底面尺寸；

（5）确定群桩竖向承载力设计值；

（6）桩基中单桩荷载验算；

（7）桩基软弱下卧层验算（若不须验算桩基软弱下卧层沉降，建议另行设定条件自行练习）；（8）承台设计（承台尺寸及桩的布置，提出承台配筋要求）。

1 工程概况

某城市新区拟建一栋15层框架结构的办公楼，其场地位于临街地块居中部位，无其它邻近建筑物，地层层位稳定，场地地质剖面及桩基计算指标见工程地质资料。

1.1 工程地质资料

1.2 荷载情况

已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：轴力F =(8300-10*15)kN ，弯矩M x =(80+2*15)kN·m，M y =(750-15)kN 。（其中，M x 、M y 分别为沿柱截面短边和长边方向作用）。

2 初步选择持力层，确定桩型和尺寸

根据荷载和地质条件，由于卵石土承载力在300KPa~400Kpa 之间，所以初步考虑以第五层卵石做持力层。采用截面为450*600mm 的预制钢筋混凝土方桩。桩端进入持力层1，桩长25m 。

3确定单桩承载力标准值

根据单桩竖向极限承载力的标准值Q uk 公式

p pk i sik pk SK A q l q u Q Q +=+=∑uk Q

其中：

2m 27.06.045.0Ap =?= )(8.1445.0u m =?=

)k (3388)8.0120202.95.4505.914150(8.127.010000Q uk N =?+?+?+?+??+?=

)(16942

R kN Q uk

a ==

4 初步确定桩数及承台尺寸

先假设承台尺寸为3m*3m ，厚度为1m ，承台及其上的土的重度为20kN/m 3

，则承台及其上土自重的标准值为

)(36023320G kN k =???=

根据基础的竖向载荷和承台及其上自重确定桩数，当中心荷载作用时，根据公式

02.51694

360

8150n =+=+≥

a k k R G F 可取6根桩

5 群桩基础的单桩承载力验算

按照设计的承台尺寸，计算kN 36020233G k =???= 由单桩竖向力计算公式

G F k

k +=

k N 得

kN 14186

360

8150N k =+=

因为kN R N a k 1694k 1418N =<= 符合规范要求。

根据偏心荷载下的应力计算公式

∑∑==±±+=

2121ik N j

j i yk j n j i

xk k k x x M x y M n G F

求得单桩偏心荷载下最大竖向力为

）（kN 16101.11.141

.17351.11.141.11101418N 2121k max

=???+???+=+++=∑∑==j

j i yk j n j i xk k k x x M x y M n G F 根据规范要求

a R 2.1N max <

8.20322.11610N k max =<=a R

符合群桩基础的要求

6确定群桩承载力设计值

一般而言，桩的承载力主要取决于地基岩土对桩的支撑能力，但是对于端承桩，超长桩或者桩身质量有缺陷的情况，可能由桩身混凝土控制。由于与材料强度有关的设计，作用组合的效应应采用按承载能力极限状态下的基本组合的效应，所以应该满足

C c f ψp A N ≤

本次设计选用C 30混凝土预制桩，得

kN 688585.03000027.0N =??≤

7 降量验算

桩端附加应力等于

)(42.16041

.508087

1.7*1.733473608150)

tan 2)(4tan 2(F P 000k 0Kpa l a l b b

a P G c k ==??-+=

++??-+=

沉降量计算深度

m B B 18.12)1.7ln 4.05.2(*1.7)ln 4.05.2(Z 00n =?-=-=

查表可以知道

987.01=α；858.02=α；503.03=α

m 5.1z 1=；m 5.4z 2=；m 3.12z 3=

由沉降量计算公式得

4.94218.6017.8316.560

5.4*858.03.12*503.0*42.1606

.45.1*987.05.4*858.0*42.160465.1*987.0*42.160)('s 110=++=-+

-+=-=--∑）

（）（i i i i si z z E P αα

516

.1060

)

5.4*858.03.12*503.0(*42.160

6.4)5.1*98

7.05.4*85

8.0(*42.160465.1*987.0*42.160)5.4*858.03.12*503.0(*42.160)5.1*987.05.4*858.0(*42.1605.1*987.0*42.160E s =-+

-+-+-+=

∑∑si

A A 桩基础沉降量

's s p ψ=

根据建筑桩基技术规范2094-2008表808.0p =ψmm s p 2003.764.94*808.0's <===ψ所以桩基沉降量满足设计要求。

8 软弱下卧层的验算

假设卵石下有3m 厚的淤泥质土，因此需要进行软弱下卧层的验算查阅相关资料得到相关土的工程性质：

表1：土的工程参数

（1）桩端上部土的自重应力

k 9.23223*3*]8.0*)1021(2.9*)1019(5.4*)1019(5.9*)1018(8.0*)1018(18*2.0[2*3*3*20G k =-+-+-+-+-++=（2）群桩实体深基础等效底面边长

m l 1.75.46.25tan *25*26.24

tan 2b B 00=+=?+=+=φ

m l 1.75.46.25tan *25*26.24

tan

2a A 00=+=?+=+=φ

（3）基地压力

kPa A G F k k 75.2071

.7*1.79

.23228150P k =+=+=

（4）下卧层允许承载力

k c m d b a C M d M b M f ++=γγ

查阅相关资料可以知道：内摩擦角?=20k φ，查表得

;66.5;36.0;51.0M ===c d b M M m d m b m KN KN 27;6.2;/11;30C 3k ====γ

基础底面至下卧层距离z=2m ，由于25.024.0/z <=b ，因此扩散角0=θ

3m /59.98

.02.95.45.938

.0*112.9*95.4*95.9*5.88*8.018*2.2m kM =+++++++++=

则

kPa 67.27830*66.57.9*27*36.06.2*11*51.0f =++=a

（5）下卧层顶面自重压力

KN 1.23573*3*27*7.9G k ==

)(76.461

.7*1.71

.2357P 1co KPa A G k ===

)(04.2001

.7*1.73

*3*471.23578150)

tan 2)(4tan 2(**G F P 0001k k 0kPa l a l b b

a P c =-+=

++-+=

经过计算可以知道，软弱下卧层的承载力kPa kPa f a 2007.278>=，所以符合规范要求。

9 承台设计计算

承台抗弯设计验算

在承台结构计算中，取相应于作用基本组合有效的设计，可以按照下式进行计算：

k s 35.1S =

所以

)(5.11002F 35.1F k kN ==

）（kN 5.148M 35.1Mx k ==x ）（kN 25.99235.1M y ==ky M

对于承台进一步设计为：取承台厚，下设厚度为100mm 强度为C10的混凝土垫层，保护层厚度为100mm ，则承台有效高度h 0=；承台设计混凝土强度等级为C20，混凝的抗拉强度

2/1.1f m kN t =，钢筋选用HRB335二级，钢筋抗拉强度设计值为f y =300N/mm 2。承台设计图

如附图

1、各桩平均竖向力

)(75.18336

5.11002F N kN n ===

2、最大竖向力

)(05.198475.183334.1501.1*61

.1*25.99275.1833N 22max maxy kN x x M n F j y =+=+=+=

∑ )(25.18561

.1*1.1*61

.1*5.14875.1833N 2max maxx kN y y M n F j x =+=+=

∑ 3、弯矩计算以及配筋对Ⅰ-Ⅰ截面

)(25.33416.0*25.1856*3*3N M max i Y kN X N X i y i ====∑

钢筋面积应该为

)(3.88391400

*300*9.01025.3341**9.0A 260s mm h f M t Y =?==

采用13根直径为30mm 的钢筋，As=9188mm 2

,平行于x 轴布置。对Ⅱ-Ⅱ断面

)(4.2678675.0*1984*2*2M max x kN Y N Y N i x i i ====∑

钢筋面积应该为

)(14.70851400

*300*9.010*4.2678**9.0A 26

0s mm h f M t Y ===

采用11根直径为30mm 钢筋，As=，平行于y 轴布置。

承台抗冲切验算

1、柱下抗冲切验算

柱下抗冲切验算应该满足00000t )]()([2F h f a a a b t hp x c y y c x βββ+++≤ 式中

33.12

.0;43.04.1;6.0000000=+====

=x x x x x h m a λβλ 22.12

.084

.0;49.04.1675.0;675.0000

00y 0=+===

=x y y y h a m a λβλ 95.0)8001400(800

20009

.011;6.0;45.0b =----

===hp c c m a m β

则

)

(48.43304.1*1100*95.0*)]6.06.0(*22.1)675.045.0(*33.1[2)]()([20

0000kN h f a a a b t hp x c y y c x =+++=+++βββ 桩顶净反力

)(75.1833n

N kN ==

根据公式

）（kN 48.4330)(77.249675.183348.4330F l <=-=-=kN N F

符合承台设计要求 2、角桩抗冲切验算

冲切力Nl 必须不大于抗冲切力

0111121l )]2

()2

([N h f a c a c t hp x

y y x βββ+

≤ 其中

m c 45.0c 21==

33.12

.084

.0;43.04.16.0;6.0000000=+====

=x x x x x h a m a λβλ

22.12

.0;49.04.1;675.0000

00y 0=+===

=x y y y h m a λβλ 冲切力为

)(25.1856N max l kN N ==

）

（kN 25.1856)(4.28704

.1*1100*95.0*)]2/6.045.0(*22.1)2/675.045.0(*33.1[F >=+++=kN

故，承台设计满足要求。

承台剪切验算

承台剪切力V 必须大于抗剪力，即满足

0hs V bh f t αβ≤

对Ⅰ-Ⅰ断面

33.12

.084

.0;43.04.16.0;6.0000000=+====

=x x x x x h a m a λβλ 87.0)1400

800(41hs ==β

剪切力为

)(39681984*2N *2V maxy kN ===

抗剪切力为kN bh f t 3968kN 8.53454.1*3*1100*33.1*87.00hs >==）（

αβ 所以承台设计满足要求对Ⅱ-Ⅱ断面

19.11

.1;49.04.1675.0;675.0000

00y 0=+===

=x y y y h a m a λβλ 剪切力为

)(5.371225.1856*2N *2V maxx kN ===

抗剪切力为kN bh f t 5.3712kN 086

.47834.1*3*1100*19.1*87.00hs >==）（αβ 所以承台设计满足要求。

附图1

附图2

附图3

附图4

附图5