土木工程設計巖土工程綜合課程設計

1、巖土工程綜合課程設計土木工程專業(yè) 專業(yè)名稱： 土木工程 年級班級： 巖土10-1 摘 要 本課程設計共分三篇，分別為：柱下條形基礎，樁基礎和擋土墻。涵蓋了基礎工程，土力學，邊坡工程等多門課程的知識，通過此次設計，不僅鞏固與運用了已學知識，還間接的學會了使用各種規(guī)范及查閱資料和手冊的能力，此外，還學會了如何去設計一個工程。第一篇是柱下條形基礎，在設計柱下條形基礎基礎梁時需計算條形基礎的內力，計算條形基礎的內力是采用反梁法基礎梁可按在均布線地基反力作用下以柱為支座的五跨等跨梁，計算內力是采用彎矩分配法和系數法，總彎矩為兩者疊加；基樁設計時先計算單樁承載力，進一步確定樁數，并驗算樁基豎向承載力滿足。

2、承臺設計時先計算承臺內力，然后進行沖切承載力驗算，角柱沖切暗算，其次依據承臺受剪受彎承載力計算配筋，最后進行吊裝驗算；擋土墻所受主動土壓力采用庫倫理論計算，首先假定破裂面交于荷載內，計算破裂角，再利用破裂角校核破裂面是否與假定相符，若與假定不符，則應根據計算的破裂角重新假定破裂面，按相應的公式重復上述計算，直至相符為止，最后根據破裂角計算最大主動土壓力。然后根據最大主動土壓力設計擋土墻截面。關鍵詞：條形基礎；基礎梁設計；樁基礎；承臺設計；破裂面；最大主動土壓力；擋土墻截面目 錄摘 要i目 錄ii第一篇 柱下條形基礎設計1第一章 設計資料21.1 設計任務要求21.2 基礎材料21.3 工程地質

3、資料2第二章 基礎尺寸確定32.1 基礎高度及埋深32.2 地基承載力特征值32.3 初步選擇基底尺寸3第三章 配筋計算53.1 基礎梁內力計算53.2 基礎底板配筋計算73.3 基礎梁配筋計算9第二篇 樁基礎設計14第一章 設計資料151.1 設計荷載151.2 地層條件及其參數15第二章 預制樁基設計182.1 單樁承載力計算182.2 基樁豎向承載力設計值計算182.3 樁基的驗算182.4 承臺設計192.5 承臺厚度及受沖切承載力驗算202.6 柱對承臺沖切202.7 角樁沖切驗算212.8 承臺受剪承載力驗算222.9 承臺配筋計算222.10 承臺構造設計23第三章 樁身結構構造

4、設計及驗算243.1 樁身結構設計243.2 樁身構造設計243.3 吊裝驗算25第四章 估算，軸線柱下樁數264.1 樁數估算264.2 承臺平面尺寸確定26第三篇 擋土墻設計28第一章 設計資料291.1 地形291.2 工程地質條件291.3 墻身及墻后填料參數291.4 荷載參數291.5 水文地質條件291.6 設計荷載29第二章 擋土墻設計302.1 主動土壓力計算302.2 設計擋土墻截面332.3 設計說明37參考文獻38第一篇柱下條形基礎設計第一章 設計資料1.1 設計任務要求圖1-1 柱網平面圖 1）柱網尺寸=5700mm，號土層地基承載力特征值=160kpa。 2）柱底的

5、豎向荷載效應標準組合值：=1730kn,=1520kn。 3）柱底的豎向荷載效應基本組合值：=2340kn，=2050kn 。 4）框架柱截面尺寸為400400, 室外地坪標高同自然地面，室內外高差450mm 。1.2 基礎材料 基礎采用c30混凝土，hpb300，rrb400級鋼筋。1.3 工程地質資料 號土層：耕植土，厚度約0.7m ，黑色，原為農田，含大量有機質。 號土層：黏土，厚度約1.8m ,軟塑，潮濕，承載力特征值=120kpa 。 號土層：粉砂，層厚約2.6m，軟塑，潮濕，承載力特征值=160kpa。 地下水位與地表下0.9m 。第二章 基礎尺寸確定2.1 基礎高度及埋深預估基礎

6、高度為：h=5700=950mm取h=1000mm 即（）l之間 。 持力層為號土層，則基礎埋置深度為: d=0.7+1.8+0.5=3.00m，由此得基礎剖面示意圖，如下圖2-1所示： 圖2-1 基礎剖面示意圖2.2 地基承載力特征值 根據號土層粉砂，查表得=2.0,=3.0。(夏力農等基礎工程表2-8) 基地以上土的加權平均重度為： =11.4 持力層承載力特征值（先不考慮對基礎寬度修正）為： =+(d-0.5)=160+=245.5kpa2.3 初步選擇基底尺寸 柱底荷載標準值為=1730kn,=1520kn ,計算基礎和回填土重時的基礎埋置平均深度為： d=3.225m 基礎底面尺寸為

7、： =57.87由于是對稱荷載，無偏心，故基礎底面積不用增大。 條形基礎的端部向外伸出： =1.9 m則基礎長度為: l=6m 基礎寬度為： b=1.52 m取b=1.6m 。第三章 配筋計算3.1 基礎梁內力計算 柱底荷載效應基本組合值。在對稱荷載作用下，由于基礎底面反力為均勻分布，因此單位長度地基凈反力為： =416kn/m 基礎梁可按在均布線荷載作用下以柱為支座的五跨等跨連續(xù)梁（超過五跨可以按五跨）計算，計算簡圖如圖（a）所示。為便于計算，把圖（a）分解為 圖（b）和圖（c）兩部分。 （1）懸臂梁在地基凈反力作用下的彎矩，剪力計算 見圖（b） 。利用彎矩分配法計算，支座a的固端彎矩為：

8、=416=751 kn/m 各支座的彎矩分配系數及計算過程如圖（b）所示。 支座剪力計算如下： =790.4kn =169.3kn =47.0kn可得彎矩圖及剪力圖見圖（b） 。 （2）五跨連續(xù)梁在均布線荷載作用下的彎矩，剪力計算。查的各跨中，支座的彎矩，剪力系數，則： 彎矩=彎矩系數 剪力=剪力系數計算結果如圖（c）所示，可得彎矩圖及剪力圖。(3) 基礎梁總彎矩，總剪力。將上述（1）,(2) 兩步所得的結果疊加，即得最終內力計算結果，如圖（d）,（e）所示。 圖3-1 基礎梁彎矩，剪力計算圖3.2 基礎底板配筋計算 基底寬1600 mm ,梁肋寬取=500,梁高取1000mm；底板外邊緣厚度

9、250，梁肋處厚度400，底板外挑長度=550?；A底板計算如下圖3-2所示:圖3-2 基礎底板計算簡圖 底板凈反力設計值為： = = = 260 取1m長度底板，則底板根部彎矩和剪力分別為： m = = =39.33knm v =143kn （1）抗剪驗算：混凝土采用c30,=1.43,=430-50=380,則有v=0.7=380.38kn143kn,滿足要求。 （2）底板配筋：鋼筋采用hrb400,=360 n/,則有 =320選用10200，=393。3.3 基礎梁配筋計算 混凝土采用c30，=14.3 n/;縱向鋼筋采用hrb400，=360n/。 (1) 正截面承載力計算。對各支座

10、，跨中分別按矩形，t形截面進行正截面承載力計算（見下表1）。表1 基礎梁支座正截面承載力計算截面位置abc彎矩m（）75111941122截面尺寸b =500=1000-50=950b =500=1000-50=950b =500=1000-50=9500.1240.2060.1920.5180.5180.518234238933630選用鋼筋422+418428+422428+422 實際配筋（mm2）2538398339832) 斜截面承載力計算。混凝土采用c30，=1.43n/,=14.3n/;箍筋采用hpb300,=270。從圖（e）中取各支座截面計算如下表2，表3所示。表2 基礎梁跨

11、中正截面承載力計算截面位置123彎矩m（）786526568截面尺寸b=1600=950b=1600=950b=1600=9500.0390.0260.0280.5180.5180.518234415591685選用鋼筋525422+116422+116 實際配筋（mm2）245417211721注: 1.=4719knmm,故跨中均為一類t形截面。 2.=max,0.002=max,0.002=0.002=bh=1000。表3 基礎梁斜截面承載力計算截面位置支座a左支座a右支坐b左剪力v(kn)790.411061268截面尺寸（mm）b=500 ,=950b=500,=950b=500,=

12、9501698v1698v1698v475.475v475.475v475.475v0.921.842.32箍筋肢數，直徑48 / 201412 / 452412 / 452計算值s(mm)218246195實配箍筋間距(mm)180180180 根據以上計算，得jl-1梁的配筋，如附圖所示。 注意：為增強基礎整體性，在，三條軸線上各布置一根基礎梁jl-2，如附圖所示 根據以上各步驟計算，繪制出基礎平面圖和基礎梁放大樣圖，施工圖見附圖。第二篇樁 基 礎 設 計第一章 設計資料1.1 設計荷載圖1-1 柱網平面圖 （1）題號：10號。 （2）柱底荷載效應標準組合值如下。軸荷載：fk=3130kn

13、 mk=323knm vk=211kn軸荷載：fk=3970kn mk=302knm vk=223kn軸荷載：fk=3950kn mk=316knm vk=230kn （3）柱底荷載效應基本組合值如下。軸荷載：f=3970kn m=393knm v=242kn軸荷載：f=5070kn m=354knm v=236kn軸荷載：f=4520kn m=325knm v=238kn 設計軸柱下樁基，,軸柱下僅設計承臺尺寸和估算樁數。1.2 地層條件及其參數1.2.1 地形 擬建建筑場地地勢平坦，局部堆有建筑垃圾。1.2.2 工程地質條件 自上而下土層依次如下： 號土層：素填土，厚度1.5m，稍濕，松散

14、，承載力特征值fak=95kpa。 號土層：淤泥質土，厚度3.3m，流塑，承載力特征值fak=65kpa。 號土層：粉砂，厚度6.6m，稍密，承載力特征值fak=110kpa。 號土層：粉質粘土，厚度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，承載力特征值fak=280kpa。1.2.3 巖土設計技術參數 表1 地基巖土物理力學參數土層編號土的名稱孔隙比 e含水量 w（%）液性指數 il標準灌入錘擊數n（次）壓縮模量 es1素填土-5.02淤泥質土1.0462.41.08-3.83粉砂0.8127.6-147.54粉質粘土0.7931.20.7

15、4-9.25粉砂層0.58-3116.8 表2 樁的極限側阻力標準值qsk和極限端阻力標準值qpk土層編號土的名稱樁的側阻力qsk樁的端阻力qpk素填土22-淤泥質土28-粉砂45-粉質粘土60900粉砂層7524001.2.4 水文地質條件 1）擬建場區(qū)地下水對混凝土結構無腐蝕性。 2）地下水位深度：位于地表下3.5m。1.2.5 場地條件建筑物所處場地抗震設防烈度度，場地內無液化砂土，粉土。第二章 預制樁基設計 建筑物基礎設計方案采用混凝土沉管預制樁，具體設計方案如下：室外地坪標高為-0.45m,自然地面標高同室外地坪標高。該建筑樁基屬丙級建筑樁基，擬采用350350的混凝土預制方樁，以號

16、土層粉質粘土為持力層，樁尖深入深入持力層2.2m（對于粘性土，粉土不小于2d=700mm）,設計樁長12.0m，初步設計承臺高1.00m，承臺底面埋置深度-2.00m，樁頂伸入承臺50mm。2.1 單樁承載力計算 根據以上設計，樁頂標高為-2m，樁底標高為-14m，樁長12m。 單樁豎向極限承載力標準值按下式計算： quk= qsk+ qpk = upqsikli+ apqpk由于 qsk=40.35（2.828+6.645+2.660）=744kn qpk=則 quk=744+110=854kn2.2 基樁豎向承載力設計值計算 承臺底部地基土為較松軟的填土，壓縮性大，因此本工程不考慮承臺土效

17、應取c=0，則有 r= ra =427kn 根據上部荷載初步估計粧數為 n= =11.12則設計粧數為12根。2.3 樁基的驗算 根據建筑樁基技術規(guī)范（jgj 94-2008），當按單樁承載力特征值進行計算時，荷載應取其效應標準組合值。由于樁基所處場地的抗震設防烈度為7度，且場地內無可液化砂土，因此不進行地震效應的承載力驗算。下面進行基樁豎向承載力的驗算。 根據樁數設計矩形承臺，邊長為3.5m4.9m，矩形布樁，樁中心距取1.4m，樁心距承臺邊緣為350mm。(見圖2-1) 。 承臺及其上填土的總重為 gk =3.54.9220=686 kn計算時取荷載的標準組合，則nk =388 knr（=

18、427 kn）nkmax= nk+=388+54=422knnkmin= nk-=388-54=334 kn圖2-1 承臺平面布置圖因此nkmax=442 kn1.2r=1.2427=512.4 kn承臺平面布置圖 nkmin=334 kn0滿足設計要求,故初步設計是合理的2.4 承臺設計 根據以上樁基設計及構造要求，承臺尺寸為3.5m4.9m，預估承臺厚1m（見圖2-2)，承臺選用c25，t=1.27n/mm2，c=11.9n/mm2；承臺鋼筋選用hrb400級鋼筋，y=360n/mm2.1.承臺內力計算 承臺內力計算采用荷載效應組合設計值，則基樁凈反力設計值為： n/max =+=+=42

19、2.5+42.2=464.7kn n/min =-=-=422.5-42.2=380.3kn n =422.5kn 圖2-2 承臺計算簡圖2.5 承臺厚度及受沖切承載力驗算 為防止承臺產生沖切破壞，承臺應具有一定厚度，初步設計厚度1m，承臺底保護層厚度50mm，則h0=1000-60=940mm。分別對柱邊沖切和角樁沖切進行計算，以驗算承臺厚度的合理性。2.6 柱對承臺沖切 承臺受樁沖切的承載力應滿足下式： fl20x（bc+aoy）+oy（bc+aox）hpth0 由于fl=f-=5070-0=5070kn，則沖垮比為 =1.091取=1.0 =0.346 沖切系數為 =0.7 =1.520

20、x（bc+aoy）+oy（bc+aox）hpth0=20.7（0.4+0.325）+1.5（0.4+1.025）0.98312700.94=6207knf1（=2556kn）故厚度為1.0m的承臺能夠滿足柱對承臺的沖切要求。2.7 角樁沖切驗算 承臺受角樁沖切的承載力應滿足下式： nl（+）+（+）hpth0 由于ft= n/max =764.4kn，從角樁內邊緣至承臺邊緣距離為c1=c2=0.525m a1x=0.940m a1y=0.940m 1x=1 1y=1 1x=0.47 1x=0.47 1x（c2+）+1y（c1+）hpth0 =0.47(0.525+)+0.47(0.525+)0

21、.98312700.94 =1098knn/max（=764.4kn）故厚度為1.0m的承臺能夠滿足角樁對承臺的沖切要求。2.8 承臺受剪承載力驗算 承臺剪切破壞發(fā)生在柱邊與樁邊連線所形成的斜截面處，對于i-i截面oy=1.09（介于0.25-3之間） 剪切系數為=0.84 受剪切承載力高度影響系數計算： i-i截面剪力為 v=3n/max=3422.5=1267.5kn tbh0=0.960.8312703.50.94=3329knv故滿足抗剪切要求。2.9 承臺配筋計算 承臺計算截面彎矩如下。 對于i-i截面，取基樁凈反力最大值n/max=464.7kn進行計算， mx=niyi=3（46

22、4.71.9+436.60.5）=3303.69knm asl=10848mm2 因此，承臺長邊方向都選用 鋼筋25150，鋼筋數為 n=3500/150+1=25 實際鋼筋as=25490.9=12272.5 mm2，滿足要求 對于ii-ii截面，取基樁凈反力平均值n=422.5kn進行計算此時 ho=1000-80=920mm則 my=nixi=4422.51.2=2028knm as2=6804mm2 因此，承臺短邊方向選用16140，鋼筋根數為n=+1=36，實際鋼筋as=36201.1=7239.6 mm2，滿足要求2.10 承臺構造設計 混凝土樁樁頂伸入承臺長度為50mm，兩承臺間

23、設置連系梁，梁頂面標高-1.0m，與承臺頂平齊，根據構造要求，梁寬250mm，梁高400mm，梁內主筋上下共412通長配筋，箍筋采用a8200.承臺底做100mm厚c10混凝土墊層，墊層挑出承臺邊緣100mm。第三章 樁身結構構造設計及驗算3.1 樁身結構設計 預制樁的樁身混凝土強度等級選用c30混凝土，鋼筋選用hrb400級。 根據建筑樁基技術規(guī)范，樁頂軸向壓力應符合下列規(guī)定： nmaxccaps nmax=+ =+ =491.1+42.2 =533.3kn計算樁基軸心抗壓強度時，一般不考慮壓屈影響，故取穩(wěn)定系數=1；對于預制樁，基樁施工工藝系數c=0.85；c30級混凝土，c=14.3n/

24、mm2，則 cca=10.8514.3103 =1489knnmax（=533.3 kn）故樁身軸向承載力滿足要求。3.2 樁身構造設計樁身按構造要求配筋，樁身配814的hrb400級鋼筋通長鋼筋；箍筋選用6的hrb300級鋼筋，間距200，距樁頂2m范圍內間距50，距樁頂24m范圍內間距100。采用打入法沉樁，樁頂設置三層650鋼筋網，層距50，樁尖所有主筋應焊接在一根圓鋼上，樁尖0.6m范圍內箍筋加密，間距50，樁身主筋混凝土保護層厚30。3.3 吊裝驗算 由于樁的長度不大，樁身吊裝是采用二點起吊，吊點位置如圖3-1所示。 起吊點距樁兩端距離為圖3-1 吊點位置 a=0.207l=0.20

25、712=2.48 則起吊時樁身最大彎矩為 =0.0214kql=0.02141.3（0.3525）12 =12.27knm 樁身配筋驗算：混凝土采用c30級，鋼筋采用hrb400級，則, 由于b=350，=350-40=310，每邊配筋314，=461，則 所以 故樁身配筋滿足吊裝要求。第四章 估算，軸線柱下樁數4.1 樁數估算 設計、 軸線下的樁基礎的方法和軸線下相同。單樁極限承載力標準值為854kn，基樁豎向承載力特征值為427kn. 軸柱下荷載標準組合值為fk=3130kn,mk=323kn,vk=211kn。 根據軸下荷載初步估算軸柱下根數， n=8.06 取n=9則a軸下設計樁數為9

26、根。 軸柱下荷載標準組合值為fk=3950kn，mk=316kn，vk=230kn。 根據軸下荷載初步估算軸柱下根數， n=10.18 取n=11則b軸下設計樁數為11根。4.2 承臺平面尺寸確定 根據估算的樁數和承臺構造要求，設計軸線承臺平面尺寸為3.5m3.5m，樁中心距取1.4m，樁心與承臺邊緣距離350mm;設計軸線承臺平面尺寸為2.7m6.7m，樁中心距取1.4m，樁心與承臺邊緣距離350mm。 ，軸承臺布置示意圖如圖4-1所示。 （a） （b） 圖4-1 ，軸承臺布置示意圖（a） 軸承臺 （b） 軸承臺 根據以上計算，可繪制出樁基平面布置圖和樁基大樣圖。第三篇擋 土 墻 設 計第一

27、章 設計資料1.1 地形 平原山地過渡地帶，為一系列呈帶狀延伸的平行嶺谷分布區(qū)，以丘陵、臺地為主。1.2 工程地質條件 自上而下土層一次如下：號土層：人工填土，層厚約，黃褐色，含雜質較多。號土層：含砂粉質黏土，層厚，地基容許承載力。號土層：中風化泥巖，厚度為揭露，地基容許承載力。1.3 墻身及墻后填料參數 墻身容重填料容重?；啄Σ料禂?，擋墻墻身的容重為，截面容許應力，。填土邊坡。1.4 荷載參數 車輛荷載換算等代土層厚度為，布置在全寬的路基上。1.5 水文地質條件 本次勘探未見到地下水，可不考慮地下水的影響。1.6 設計荷載 本次設計選用擋土墻高，墻后填土高度為。第二章 擋土墻設計根據給定的

28、設計資料，初步確定墻身尺寸如下：擋土墻高,地基埋置深度不小于，持力層為號土層含砂粉質黏性土層，墻背仰斜角度為1:0.25（），墻面為平行于墻背的直線，墻頂寬,墻身分段長為。為增大墻身抗滑穩(wěn)定性，設置基底按坡度0.2:1內傾。如下圖2-1所示為擋土墻的基本參數資料。圖2-1 擋土墻示意圖2.1 主動土壓力計算 2.1.1 破裂角 假設破裂面交于荷載內，按表中公式計算，即： =0.844則驗核破裂面位置如下： 堤頂破裂面距墻踵距離為：（4。7+2）0.844=5.655m 荷載內邊緣距墻踵距離為： 3+4。70.25=4.175m 載外緣至墻踵距離為： 5.655+4.175=9.83m 由于4.

29、1755.6551.30 2.2.3 傾覆穩(wěn)定驗算 104.62= 104.62= 因基底傾斜，土壓力對墻趾的力臂改為： 1.64-0.1912=1.258m 0.9522+1.640.25=2.314m則 穩(wěn)定性驗算的結果表明，斷面尺寸由滑動控制，上述估計符合實際。2.2.4 基底應力驗算 =0.040m=0.317m =r（=250）2.2.5 截面應力驗算墻面與墻背為平行的直線，界面的最大應力出現于接近基點處。由基底應力驗算可知，偏心距及基底應力均滿足地基的要求，則截面 應力肯定也滿足墻身材料的要求，故可不作演算。通過上述驗算，所擬截面符合各項要求，決定采用此截面，頂寬為。 根據計算，繪制漿砌石重力式路堤墻立面圖、斷面圖及大樣圖見cad圖紙。 圖2-2 擋土墻立面