岩土工程综合课程设计-大学论文.doc

河南理工大学本科课程设计 目录

土木工程专业课程设计

岩土工程综合课程设计

专业名称：
岩土工程
年级班级：
1202班
学生姓名：
祝陆彬
指导教师：
马东方

河南理工大学土木工程学院
二○一五年六月

目录
第1章 柱下独立基础设计 1
1.1 设计题目 1
1.2设计资料 1
1.2.1 地形 1
1.2.2工程地质条件 1
1.2.3基础设计技术参数 1
1.2.4水文地质条件 1
1.2.5 上部结构资料 2
1.3 柱下独立基础设计 3
1.3.1 选择基础材料 3
1.3.2 选择基础埋置深度 3
1.3.3 求地基承载力特征值 3
1.3.4 初步选择基底尺寸 4
1.3.5 验算持力层地基承载力 4
1.3.6 计算基底净反力 5
1.3.7基础高度（采用阶梯形基础） 5
1.3.8 变阶处抗冲切验算 6
1.3.9 配筋计算 7
1.3.10 基础配筋大样图 9
1.3.11 确定两轴柱子基础底面尺寸 9
1.3.12 两轴持力层地基承载力验算 10
1.4设计图纸 10
第2章 桩基础设计 11
2.1设计题目 11
2.2设计资料 11
2.2.1 地形 11
2.2.2工程地质条件 11
2.2.3 岩土设计技术参数 11
2.2.4水文地质条件 12
2.2.5上部结构资料 12
2.2.6 上部结构作用 12
2.3 灌注桩基设计 13
2.3.1单桩承载力计算 13
2.3.2基桩竖向荷载承载力设计值计算 14
2.3.3桩基验算 14
2.3.4承台设计 15
2.2.4.1 承台内力计算 15
2.3.4.2承台厚度及受冲切承载力验算 16
2.3.4.3承台受剪承载力计算 17
2.3.4.4承台受弯承载力计算 18
2.3.5桩身结构设计 19
2.3.5.1桩身轴向承载力验算 19
2.3.5.2桩身水平承载力验算 19
2.3.5.3配筋长度计算 21
2.3.6 估算轴线柱下桩数 21
2.3.6.1 桩数估算 21
2.3.6.2 承台平面尺寸确定 22
2.4 设计图纸 23
参考文献 24

I

河南理工大学本科课程设计 第一章 柱下独立基础设计

III

第1章 柱下独立基础设计

1.1 设计题目
取柱下独立基础课程设计任务书中1题号轴荷载，做柱下独立基础的设计。
1.2设计资料
1.2.1 地形
拟建建筑场地平整
1.2.2工程地质条件
自上而下土层依次如下：
①号土层：杂填土，层厚约0.6m，含部分建筑垃圾。
②号土层：粉质粘土，层厚1.0m，软塑，潮湿，承载力特征值。
③号土层：黏土，层厚1.4m，可塑，稍湿，承载力特征值。
④号土层：细砂，层厚2.5m，中密，承载力特征值。
⑤号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值。
1.2.3基础设计技术参数
地基岩土物理力学参数如表1.1所示。
1.2.4水文地质条件
（1）拟建场区地下水对混凝土结构无侵蚀性。
（2）地下水位深度：位于地标下2.0m。
表1-1：地基岩土物理力学参数
土
层
编
号

土 的
名 称

重度

孔隙
比e

液性
指数

黏聚力c
（kPa）
内摩
擦角
（。）
压缩
模量

（MPa）
标准贯入 锤击数
N
承载力特征值 （kPa）
①
杂填土
18

②
粉质粘土
20
0.65
0.84
34
13
7.5
6
130
③
黏土
19.4
0.58
0.78
25
23
8.2
11
180
④
细砂
21
0.62

30
11.6
16
240

⑤
强风化砂质泥岩
22

18

22

300

1.2.5 上部结构资料
拟建建筑物为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为。室外地坪标高同自然地面，室内外高差。柱网布置如图1.1所示。

图1.1 柱网平面图

1.2.6 上部结构作用
本设计取 1号题轴柱底荷载：
1.柱底荷载效应标准组合值:，，。
2.柱底荷载效应基本组合值:，，。
持力层选用号土层，承载力特征值
1.3 柱下独立基础设计
1.3.1 选择基础材料
基础采用混凝土，钢筋采用，预估基础高度。
1.3.2 选择基础埋置深度
根据柱下独立基础课程设计任务书要求和工程地质资料选取。
本设计取号土层为持力层，基础地面高取至持力层下。所以考虑取室外地坪到基础底面为Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.。
由此得基础剖面示意图如下：
VK
MK
FK

图1-2：基础剖面示意图
1.3.3 求地基承载力特征值
根据细沙土，查表1-1得 ，。
基底以上土的加权平均重度。

持力层承载力特征值（先不考虑对基础宽度修正）

（上式按室外地面算起）
1.3.4 初步选择基底尺寸
取柱底荷载标准值：，...
计算基础和回填土重时的基础埋深：

基础底面积：

由于偏心不大，基础底面积按20％增大，即：

初步选定基础底面面积，且不需要再对进行修正。
1.3.5 验算持力层地基承载力
回填土和基础重为：

偏心距为：
，满足要求。
基底最大压力：

所以，最后确定基础底面面积长，宽。
1.3.6 计算基底净反力
取柱底荷载效应基本组合设计 。
净偏心距为：
基础边缘处的最大和最小净反力：

1.3.7基础高度（采用阶梯形基础）
柱边基础截面抗冲切验算（见图1-3）

图1-3 冲切验算简图
柱下冲切 变阶处冲切
，，，
初步选定基础高度，分两个台阶，每阶高度均为400。
（有垫层），则
，取

因偏心受压，取
冲切力：
=

抗冲切力：

满足要求
1.3.8 变阶处抗冲切验算

如图1-3，，，

取，因此，可得

冲切力：
=

抗冲切力：
=，满足要求。
1.3.9 配筋计算
选用的HPB235 级钢筋，
（1）基础长边方向如图1-4和1-5所示，

图1-4 配筋截面图 图1-5 偏心受压基底受力分布图
І-І截面（柱边），柱边净反力：

悬臂部分净反力平均值：

弯矩：

对于Ⅲ-Ⅲ 截面（变阶处），有

比较和，应按配筋，实际配
则钢筋根数：，
（2） 基础短边方向。因为该基础受单项偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取

对于Ⅱ-Ⅱ截面（柱边）

Ⅳ-Ⅳ 截面（变阶处）

比较和，应按配筋，实际配。
则钢筋根数：
，满足要求。

1.3.10 基础配筋大样图

基础配筋大样图如图1-6所示。
10

1.3.11 确定两轴柱子基础底面尺寸
由柱下独立基础课程设计任务书得，号题两柱子基底荷载分别如下：
轴：
轴：
由前面计算得持力层承载力特征值
图1-6：基础配筋大样图
计算基础和回填土重时的基础埋深
轴基础底面积为
由于偏心不大，基础底面积按20％增大，即：

初步选定基础底面面积，且不需要再对进行修正。
轴基础底面积为
由于偏心不大，基础底面积按20％增大，即：

初步选定基础底面面积，且不需要再对进行修正。
1.3.12 两轴持力层地基承载力验算
轴持力层地基承载力验算
回填土和基础重为：

偏心距为：
，满足要求。
基底最大压力：

所以，最后确定基础底面面积长，宽。
轴持力层地基承载力验算
回填土和基础重为：

偏心距为：
，满足要求。
基底最大压力：

所以，最后确定基础底面面积长，宽。
1.4设计图纸
根据以上计算，绘制出基础平面布置图和轴柱子基础大样图，见柱下独立基础施工图。
河南理工大学本科课程设计 第二章 桩基础设计

第2章 桩基础设计

2.1设计题目
取课程设计任务书中1题号轴荷载，进行灌注桩基设计。
2.2设计资料
2.2.1 地形
拟建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾
2.2.2工程地质条件
自上而下土层依次如下：
①号土层：素填土，层厚1.4m，稍湿，松散，承载力特征值
②号土层：淤泥质土，层厚3.5m，流塑，承载力特征值
③号土层：粉砂，层厚6.4m，稍密，承载力特征值
④号土层：粉质黏土，层厚4.0m，湿，可塑，承载力特征值
⑤号土层：粉砂层，钻孔未穿孔，中密-密实，承载力特征值
2.2.3 岩土设计技术参数
地基岩土物理力学参数如表2-1和表2-2所示。
表2-1 地基岩土物理参数
土层
编号
土的
名称
孔隙比
e
含水率W（％）
液性指数
L
标注灌入锤击数
Ｎ（次）
压缩模量
（MPa）
①
素填土
—
—
—
—
5
②
淤泥质土
1.04
62.4
1.08
—
3.8
表2-1（续）
土层
编号
土的
名称
孔隙比
e
含水率W（％）
液性指数
L
标注灌入锤击数
Ｎ（次）
压缩模量
（MPa）
③
粉砂
0.81
27.6

14
7.5
④
粉质粘土
0.79
31.2
0.74
—
9.2
⑤
粉砂层
0.58
—
—
31
16.8

表2-2 桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值 单位：
土层编号
土的
名称
桩的侧阻力
桩的端阻力
①
素填土
22
—
②
淤泥质土
28
—
③
粉砂
45
—
④
粉质粘土
60
900
⑤
粉砂层
75
2400
2.2.4水文地质条件
（1）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。
（2）地下水位深度：位于地表下3.0m。

2.2.5上部结构资料
拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m，宽9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400mm×400mm，横向承重，柱网布置如图2-1所示。

2.2.6 上部结构作用
本设计取 1号题轴柱底荷载：
1.柱底荷载效应标准组合值:，，。
2.柱底荷载效应基本组合值:，，。
持力层选用号土层粉砂层为持力层

图2-1：柱网布置图
2.3 灌注桩基设计
建筑物基础设计方案采用混凝土沉管灌注桩。具体设计方案如下：室外地坪标高为-0.45m，自然地坪标高同室外地坪标高。由《建筑桩基设计规范》“场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层或7层以下的一般建筑”之设计等级为丙级可知该建筑桩基应按丙级设计，不再进行沉降计算，拟采用直径为400mm的混凝土沉管灌注桩。
选用第五层土粉砂层为持力层，由《建筑桩基设计规范》可知，桩尖深入持力层的长度不宜小于1.5（1.5d=0.600m），这里取0.6m，设计桩长14.8m，预制桩尖长0.5m,初步设计承台高0.90m，承台底面埋置深度-1.50m，桩顶伸入承台50mm。
2.3.1单桩承载力计算
根据以上设计，桩顶标高 -1.5m，桩底标高为 -16.3m,桩长为14.8m。
单桩竖向极限承载力标准值计算：

2.3.2基桩竖向荷载承载力设计值计算
承台底部地基土较为松软的填土，压缩性大，因此不需考虑承台土效应，即

根据上部荷载初步估计桩数为：
则初步设计桩数为4根。布置图如图2-2所示。

图2-2 承台平面布置图
2.3.3桩基验算
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008），当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取效应的标准组合值，由于装机所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土、粉土问题，因此可不进行地震效应的竖向承载力验算。
根据初步设计桩数采用正方形承台，桩间距为设计为1.4m，桩中心距承台边缘均400mm，则承台初步设计为2.2m×2.2m。
承台及其上填土的总重为：

计算时取荷载标准组合，则

满足设计要求，故此次设计是合理的。
2.3.4承台设计
根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为2.2m×2.2m，初步设计承台厚0.90m，承台混凝土选用C25，ft=1.27N/mm2,fc=11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB335级，fy=300N/mm2。
2.2.4.1 承台内力计算
承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反设计值为：

2.3.4.2承台厚度及受冲切承载力验算
承为防止承台发生冲切破坏，承台应具有一定的厚度，初步设计承台厚0.90m，保护层厚度50mm，则h0=900-50=850mm。
由于基桩为圆形桩。计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截，见图2-3。
（1)柱对承台冲切
由《建筑桩基设计规范》（JGJ94-2008）承台受桩冲切的承载力应满足：

柱边至最近桩边水平距离：

图2-3 承台计算简图

冲垮比： （在0.25～1.0之间）
冲切系数：

故厚度为0.90的承台能够满足柱对承台的冲切要求
(2)角桩冲切的验算
承台受角桩冲切的承载力应满足：

由于,
角桩内侧边缘至承台外边缘距离：
柱边与桩内边缘连线水平距离：，
角桩冲垮比：

（在0.25～1.0之间）
角桩冲切系数：

则有:

故厚度为0.90m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求
2.3.4.3承台受剪承载力计算
承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，

计算截面剪跨比： (在0.25-3.0之间)
受剪面承载力截面高度影响系数：

剪切系数：

故满足抗剪切要求
2.3.4.4承台受弯承载力计算
承台计算截面弯矩如下
对于截面，取基桩净反力最大值

因此，承台方向选用Ф14@100，则钢筋根数为
实际钢筋满足要求
对于Ⅱ-Ⅱ截面，取基桩净反力平均值进行计算
此时

因此，承台Ⅱ-Ⅱ边方向选用Ф14@110，则钢筋根数为
实配钢筋满足要求。

2.3.5桩身结构设计

沉管灌注桩基选用C25混凝土，预制桩尖选用C30混凝土，钢筋选用HPB235级。
2.3.5.1桩身轴向承载力验算
根据《建筑桩基技术规范》，桩顶轴向压力应符合下列规定

计算桩身轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系：
基桩施工工艺系数： C25混凝土:
则

故桩身轴向承载力满足要求。
2.3.5.2桩身水平承载力验算
由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为，则
每根基桩承受水平荷载为

桩身按构造要求配筋，由于受水平荷载影响，则桩身配6Φ12纵向钢筋，
As=678.6mm2
桩身配筋率为：

满足0.2%-0.65%之间的要求
由于0.57%<0.65%,则单桩水平承载力特征值计算公式：

桩身为圆形截面，故

根据灌注桩桩周主要土层的类别，取桩侧土水平抗力系数的比例系数
m=25MN/m4
圆形桩桩身的计算宽度为:

对于C25级混凝土:

对于HPB235级钢筋:

扣除保护层后的桩直径为

则
桩顶最大弯矩系数vM取值：由于桩的入土深度h=15.0m，桩与承台为固接，故而取
则

Nk取荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载力特征值最小），则

故桩身水平承载力满足要求。
2.3.5.3配筋长度计算
由于侧阻力起主要作用，基桩为端承摩擦型桩，配筋长度应不小于桩长的2/3（即），同时不宜小于，则配筋长度取10m。钢筋锚入承台35倍主筋直径，即
35×12=420mm
箍筋配置：采用Φ6@200螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m，需要每隔2m设一道Φ12焊接加劲箍筋。如图2-4所示。

2.3.6 估算轴线柱下桩数

2.3.6.1 桩数估算

设计，轴线下桩基础的方法与轴线下相同。
单桩极限承载力标准值为1153kN,基础竖向承载力特征值为576.5kN。
轴柱下荷载标准值为： 图2-4桩身配筋

根据轴荷载初步估计轴柱下桩数，即

则轴下设计桩数为5根。
轴柱下荷载标准值为：
根据轴荷载初步估计轴柱下桩数,即

则轴下设计桩数为6根。

2.3.6.2 承台平面尺寸确定

根据估算的桩数，和承台构造要求，设计轴线承台平面尺寸为，桩最小中心距为1.4m,桩心与承台边缘距为0.4m。
设计轴线承台平面尺寸为，桩最小中心距为1.4m,桩心与承台边缘距为0.4m。
轴承台布置如图2-5所示，轴承台布置如图2-6所示，
图2-5 轴承台布置示意图

2.4 设计图纸

根据以上计算，可以绘制出桩基平面布置图和桩基大样图，施工图详见桩基础施工图。

图2-6 轴承台布置示意图

24

参考文献

[1] 莫海鸿, 杨小平. 基础工程, 2版. 北京:中国建筑工业出版社, 2008。
[2] 夏力农. 基础工程,. 北京:中国建材出版社, 2012。
[3] 史佩栋. 桩和桩基础手册,北京:人民交通出版社, 2008。
[4].赵明华，《土力学与基础工程》（第2版）武汉理工大学出版社，2003。
[5].《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2002），中国建筑工业出版社，2002。
[6].《建筑桩基技术规范》（JGJ92—2008），中国建筑工业出版社，2008。
[7].《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2002），中国建筑工业出版社，2002。
[8].《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002），中国建筑工业出版社，2002。
[9]周景星，《基础工程》（第2版），清华大学出版社，2007。