地基基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

1、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)資料1. 地形擬建建筑場地地勢平坦，局部堆有建筑垃圾。2. 工程地質(zhì)條件自上而下依次是號土層：素填土，層厚1.5m，稍濕，松散，承載力特征值fak=95kPa。號土層：淤泥質(zhì)土，層厚3.3m，流塑，承載力特征值fak=65kPa。號土層：粉砂，層厚6.6m，稍密，承載力特征值fak=110kPa。號土層：粉質(zhì)粘土，層厚4.2m，濕，可塑，承載力特征值fak=165kPa。號土層：粉砂層，鉆孔未穿透，中密密實(shí)，承載力特征值fak=280kPa。3. 巖土設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)土層編號土的名稱孔隙比e含水率W(%)液性指數(shù)IL標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)壓縮模量ES素填土5.0淤泥質(zhì)土1

2、.0462.41.083.8粉砂0.8127.6147.5粉質(zhì)粘土0.7931.20.749.2粉砂層0.583116.8地基巖土物理力學(xué)參數(shù)土層編號土的名稱樁的側(cè)阻力樁的端阻力素填土22淤泥質(zhì)土28粉砂45粉質(zhì)粘土60900粉砂層752400樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和端阻力標(biāo)準(zhǔn)值4. 水文地質(zhì)條件1) 擬建場區(qū)地下水對建筑結(jié)構(gòu)無腐蝕性。2) 地下水深度：位于地下3.5m5. 場地條件建筑場地所處的抗震設(shè)防烈度為7級，場地內(nèi)無可液化沙土。6. 上部結(jié)構(gòu)資料擬建建筑為六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，長30m，寬9.6m。室外地坪標(biāo)高同自然地面，室內(nèi)外高差450mm，柱截面尺寸為400mm×400m

3、m，橫向承重，柱網(wǎng)布置如 圖2.1中所示。圖2.1二、 設(shè)計(jì)荷載，題號2柱底荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合值為：A軸荷載：Fk=1350kN;Mk=185kN·m，Vk=126kN.B軸荷載：Fk=1900kN;Mk=193kN·m，Vk=135kN.C軸荷載：Fk=1640kN;Mk=203kN·m，Vk=114kN.柱底荷載效應(yīng)基本組合值為：A軸荷載：Fk=1840kN;Mk=205kN·m，Vk=154kN.B軸荷載：Fk=2800kN;Mk=210kN·m，Vk=145kN.C軸荷載：Fk=2200kN;Mk=243kN·m，Vk=140k

4、N.三、 灌注樁基設(shè)計(jì)建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案采用混凝土沉管灌注樁，具體方案為：室外地坪標(biāo)高為-0.45m，自然地面標(biāo)高同室外標(biāo)高，根據(jù)上表可得，該建筑樁基屬于丙級建筑樁基，擬采用直徑為400mm的混凝土沉管灌注樁，選用4號土層為持力層，樁尖伸入持力層2.4m，設(shè)計(jì)樁長13m，預(yù)制樁尖0.5m，初步設(shè)計(jì)及承臺(tái)高0.65m，承臺(tái)底面埋置深度-1.25m，樁頂伸入承臺(tái)50mm。1. 根據(jù)以上設(shè)計(jì)，樁頂標(biāo)高為-1.25m，樁底標(biāo)高為-14.25m，樁長為13m.1) 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算：Quk=Qsk+Qpk=upqsikli+Apqpk由于Qsk=3.14×400×0.7&

5、#215;22+3.3×28+6.6×45+2.4×60=689.64kNQpk=14×3.14×0.42×900=113.1kNQuk=113.1+689.64=802.74kN2) 樁基豎向承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算R=Ra=QukK=802.72=401.37kN根據(jù)上部荷載估計(jì)樁數(shù)n=FkRa=1350401.27=3.4所以設(shè)計(jì)樁數(shù)為4根。2. 樁基驗(yàn)算根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ942008），當(dāng)按單樁承載力特征值進(jìn)行計(jì)算、時(shí)，荷載應(yīng)取其效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值，由于樁基所在的場地處于抗震設(shè)防為7級，且場地內(nèi)無液化沙土問題，因此，不需要進(jìn)行

6、地震效應(yīng)的豎向承載力驗(yàn)算。下面進(jìn)行基樁豎向承載力驗(yàn)算。根據(jù)樁數(shù)設(shè)計(jì)承臺(tái)，邊長為2.2m×2.2m的正方形，樁中心距取1.4m，樁心距離承臺(tái)邊緣為400mm，見圖2.2。圖2.2承臺(tái)及其上填土的總重為Gk=2.2×2.2×1.25×20=121kN計(jì)算式取荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合值，則Nk=Fk+Gkn=367.75 kN <R=401.37kNNikminikmax=Nk+Mymaxy2=367.72±95.32=272.4kN>0463.04kN<1.2R=481.6kN滿足設(shè)計(jì)要求。故初步設(shè)計(jì)是合理的。3. 承臺(tái)設(shè)計(jì)根據(jù)以上樁基設(shè)計(jì)

7、及構(gòu)造要求，承臺(tái)尺寸為2.2m×2.2m，初步設(shè)計(jì)承臺(tái)后0.65m見圖2.3 ，承臺(tái)混凝土選用C25，ft=1.27N/mm2,fc=11.9 N/mm2 ,承臺(tái)鋼筋選用HRB335級，fy=300 N/mm2 。圖2.31) 承臺(tái)內(nèi)力計(jì)算承臺(tái)內(nèi)力計(jì)算荷載采用荷載效果基本組合值，則基樁凈反力設(shè)計(jì)值為N'minmax=Fn±Myyiyi2=18404+(205+154×0.65)×0.74×0.72=351.04kN568.96kNN'=Fn=18404=460kN2) 承臺(tái)厚度及受沖切承載力驗(yàn)算為防止承臺(tái)產(chǎn)生沖切破壞，承臺(tái)應(yīng)具有

8、一定的厚度，初步設(shè)計(jì)厚度0.65m，承臺(tái)保護(hù)層厚50mm，則h0=650-60=590mm，分別對柱邊沖切和腳樁沖切進(jìn)行計(jì)算，以驗(yàn)算承臺(tái)厚度的合理性。由于基樁為圓形，計(jì)算時(shí)應(yīng)將截面換成方形樁如圖2.4所示，換成的方形樁的寬度為bp=0.8d=0.8×400=320mm圖2.4a) 柱對承臺(tái)沖切承臺(tái)受柱沖切的承載力應(yīng)滿足下式：Ft20x（bc+a0y）+0y（hc+a0x）hpfth0由于Fl=F-Ni=1840kN，則沖垮比為0x=0y=a0xh0=0.240.59=0.58沖切系數(shù)為：0x=0y=0.840y+0.2=0.840.58+0.2=1.0820xbc+a0y+0yhc+

9、a0xhpfth0=2×1.08×0.4+0.34+1.08×0.4+0.34×1×1270×0.59=2395.36kN>Fl=1840kN故厚度為0.65m的承臺(tái)能夠滿足柱對承臺(tái)的沖切要求。b) 角樁沖切驗(yàn)算承臺(tái)受角樁沖切的承載力應(yīng)滿足下式：Nl1Xc2+a1y2+1yc1+a1x2hpfth0由于Fl=N'max=568.96kN，從角樁內(nèi)邊緣到承臺(tái)為邊緣距離為：c1=c2=0.56ma1x=0.34ma1y=0.34m1x=1y=a1yh0=0.340.59=0.581x=1y=0.560.58+0.2=0.72

10、1Xc2+a1y2+1yc1+a1x2hpfth0=0.72×0.56+0.342+0.72×0.56+0.342×1×1270×0.59=787.66kN>568.96kN故厚度為0.65m的承臺(tái)能夠滿足角樁對承臺(tái)的沖切要求。c) 承臺(tái)受剪承載力計(jì)算承臺(tái)剪切破壞發(fā)生在柱邊與莊邊連線所形成的斜截面處，如圖2.4，對于截面，0y=a0yh0=0.340.59=0.58剪切系數(shù)為=1.75+1=1.750.58+1=1.11受剪切承載力高度影響系數(shù)為hs=800h00.25=1(h0<800)截面剪力為V=2×N'ma

11、x=2×568.96=1137.92kN則hsftbh0=1×1.11×1.27×103×2.2×0.59=1829.79kN>1137.92kN故滿足抗剪條件。d) 承臺(tái)受彎承載力計(jì)算對于截面，取基樁凈反力最大值N'max=568.96kNMx=Niyi=2×568.96×0.5=568.96kN·mAs=Mx0.9fyh0=568.96×1060.9×300×590=3571.63mm2因此，承臺(tái)一邊為B16110，則鋼筋的根數(shù)為n=2200/110+1=2

12、1,實(shí)配鋼筋A(yù)s=21×201.1=4222mm2對于2-2截面，取樁基凈反力平均值N'=460kN進(jìn)行計(jì)算。h0=650-80=570mmMy=Nixi=2×460×0.5=460kN·mAs2=My0.9fyh0=460×1060.9×300×570=2989mm2因此，因此，承臺(tái)一邊為B14110，則鋼筋的根數(shù)為n=2200/110+1=21,實(shí)配鋼筋A(yù)s=21×153.94=3232.7mm2e) 承臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土樁樁頂伸入承臺(tái)長度為50mm。承臺(tái)間設(shè)置連系梁，梁頂面標(biāo)高-0.6m，與承臺(tái)頂齊平，

13、梁寬250mm，梁高400mm，梁內(nèi)主筋上下共4A 12通長筋，箍筋采用A8200.承臺(tái)底作100mm厚的C10素混凝土墊層，墊層挑出承臺(tái)邊緣100mm。4. 樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沉管灌注樁選用C30混凝土，預(yù)制樁尖選用C40混凝土，鋼筋用HPB235級。1) 樁身軸向承載力驗(yàn)算樁頂軸向壓力應(yīng)符合下列規(guī)定：Nmax=F+Gn+Myyiyi2=1840+1.2×1214+205+154×0.65×0.74×0.72=496.3+108.96=605.26 kN 計(jì)算樁身軸心抗壓強(qiáng)度時(shí)，一般不考慮取壓影響，故取穩(wěn)定系數(shù)為=1對于擠土灌注樁，基樁施工工藝系數(shù)c=0.8

14、；C30級混凝土，fc=1403N/mm2cfcA=1×0.8×14.3×106×0.25×3.14×0.42=1196kN>605.26kN樁身軸向承載力滿足條件。2) 樁身水平承載力驗(yàn)算有設(shè)計(jì)資料得樁底傳至承臺(tái)頂面的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為126kN，每根樁承受水平荷載為：Hik=Hkn=1264=31.5kN樁身按構(gòu)造要求配筋，樁身配6A12縱向鋼筋，As=67806mm2,則樁身配筋率為g=AsA=678.60.25×3.14×4002=0.54%滿足0.2%0.65%之間的要求。對于配筋率小于0.65%的灌

15、注樁，單樁水平承載力特征值按下列計(jì)算：Rha=0.75mftW0M1.25+22g(1+NNkmftAn)樁身為圓形截面，故m=2，N=0.5。由于=5mb0EI根據(jù)灌注樁周主要土層的類型，取樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m=25MN/m4。圓形樁樁身的計(jì)算寬度為b0=0.9×1.5d+0.5=0.9×1.5×0.4+0.5=0.99m根據(jù)EI=0.85EcI0I0=W0d/2E=EsEcEc=3.0×104N/mm2=3.0MN/m2Es=2.1×104N/mm2=2.1MN/m2扣除保護(hù)層后的樁直徑為d0=0.4-0.7=0.33mW0=3.

16、14×0.432d2+2E-1gd02=3.14×0.4320.42+2×213.0-1×0.54%×0.332=6.545×10-3m3I0=W0d/2=6.545×10-3×0.4/2=1.309×10-3m4EI=0.85EcI0=0.85×3.0×13.17=31.61 MN/m2則=5mb0EI=0.933m樁頂最大彎矩系數(shù)M取值：由于樁的如圖深度h=12m，樁與承臺(tái)為固定，h=0.933×15=11.436>4,取h=4，得M=0.926。An=3.14&#

17、215;d241+E-1g=3.144×0.42×1+213.0-1×0.54%=0.13m2Nk取在荷載效果應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下樁頂?shù)淖钚∝Q向力，由前面計(jì)算得Nk=272.4kN,則Rha=0.75mftW0M1.25+22g(1+NNkmftAn)=0.75×0.952×2×1.43×106×6.583×10-30.926×1.25+22×0.0054×1+0.5×272.4×1032×1.27×0.13×106=31971N=31.9kN>Hik=31.5kN故樁身水平承載力滿足要求。3) 配筋長度計(jì)算基樁為端承摩擦樁，配筋長度應(yīng)不小于樁長的2/3，同時(shí)不小于4/=4.3m，則配筋長度取8m。鋼筋錨入承臺(tái)35倍主筋直徑，即35×12=420mm。4) 箍筋設(shè)置采用A6200螺旋式箍筋，由于鋼筋籠長度超過4m，每隔2m設(shè)一道A12焊接加勁鋼筋。5. 估算B， C軸線柱下樁數(shù)1) 設(shè)計(jì)B， C軸線