巖土工程綜合設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)和基坑工程

PAGE34-巖土工程專(zhuān)業(yè)方向課程設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)基坑工程課程設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：班級(jí)：指導(dǎo)教師：大學(xué)土木工程學(xué)院目錄第一部分1.設(shè)計(jì)資料2．樁端持力層、樁型和承臺(tái)埋深的選擇3.確定單樁承載力4．確定樁數(shù)和承臺(tái)尺寸5．群樁承載力驗(yàn)算6.樁基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算7．樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算8．承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算9.繪制樁承臺(tái)施工圖10、參考文獻(xiàn)第二部分1．工程概況2．支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇3．土釘布置4．土壓力計(jì)算5、土釘布置及安全性驗(yàn)算6.土釘?shù)倪x筋7.面層的設(shè)計(jì)8、抗滑安全驗(yàn)算9、抗傾覆安全驗(yàn)算10、抗管涌穩(wěn)定安全系數(shù)(K≥1.5):11.施工圖繪制12.參考文獻(xiàn)致謝第一部分樁基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)資料某廠房上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載設(shè)計(jì)值為軸力F=2294KN，彎矩M=78KN*m,剪力Q=47KN，柱截面尺寸為1000400mm；該廠房位于城郊地區(qū)，附近建筑較少，地勢(shì)較平坦。場(chǎng)地地下水類(lèi)型為潛水，地下水位離地表2.1米，根據(jù)已有資料，該場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土沒(méi)有腐蝕性。場(chǎng)地土層分布情況及各土層物理、力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1-1.表1-1地基各土層物理，力學(xué)指標(biāo)土層編號(hào)土層名稱(chēng)層底埋深（m）層厚（m）1雜填土1.81.817.52灰褐色粉質(zhì)粘土10.18.318.40.90330.9516.721.15.41250.723灰褐色泥質(zhì)粘土22.112.017.81.06341.1014.218.63.8950.864黃褐色粉土夾粉質(zhì)粘土27.45.319.10.88300.7018.423.311.51403.445灰-綠色粉質(zhì)粘土>27.419.70.72260.4636.526.88.62102.822．樁端持力層、樁型和承臺(tái)埋深的選擇（1）選擇樁型根據(jù)施工場(chǎng)地、地基條件以及場(chǎng)地周?chē)h(huán)境條件，選擇樁基礎(chǔ)。為了較好的保證樁身質(zhì)量，并在較短的施工工期完成沉樁任務(wù)，同時(shí)，根據(jù)施工環(huán)境的要求，采用靜壓預(yù)制鋼筋混凝土方樁。（2）選擇持力層依據(jù)地基土的分布，第=3\*GB3③層是灰色淤泥質(zhì)的粉質(zhì)粘土，且比較厚，而第=4\*GB3④層是粉土夾粉質(zhì)粘土，比較適合的樁端持力層。樁端全斷面進(jìn)入持力層1.0m（>2d），工程樁入土深度為（3）承臺(tái)埋深由于第=1\*GB3①層后1.8m，地下水位為離地表2.1m,為了使地下水對(duì)承臺(tái)沒(méi)有影響，所以選擇承臺(tái)底進(jìn)入第=2\*GB3②層土0.3m，即承臺(tái)埋深為2.1m，樁基得有效樁長(zhǎng)即為23.1-2.1=21m。（4）樁尺寸的確定樁截面尺寸選用：350mm×350mm，由施工設(shè)備要求，樁分為兩節(jié)，上段長(zhǎng)11m，下段長(zhǎng)11m（不包括樁尖長(zhǎng)度在內(nèi)），實(shí)際樁長(zhǎng)比有效樁長(zhǎng)長(zhǎng)1m，這是考慮持力層可能有一定的起伏以及樁需要嵌入承臺(tái)一定長(zhǎng)度而留有的余地。樁基以及土層分布示意如圖2-1。圖2-1樁基及土層分布示意圖3.確定單樁承載力本設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法估算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。樁端的豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式其中：u――樁身截面周長(zhǎng)，m。――樁穿過(guò)第i層土的厚度。――樁身橫截面積，擴(kuò)底樁為樁底水平投影面積，，――樁端阻力修正系數(shù)，查表2.2。由于樁尖入土深度H=23.1m(15<H<30),查表2.2，由線(xiàn)性插值法求得修正系數(shù)=0.83表2-2樁端阻力修正系數(shù)值樁入土深度（m）H<1515<H3030<H600.750.75-0.90.9--為樁端全斷面以上8倍樁徑范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值，計(jì)算時(shí)，由于樁尖進(jìn)入持力層深度較淺，僅1m,并考慮持力層的可能起伏，所以這里不計(jì)持力層土的，--為樁端全斷面以下4倍樁徑范圍以?xún)?nèi)的比貫入阻力平均值。故，，為折減系數(shù)，因?yàn)?，?。?。按經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定單樁豎向承載力極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值：估算的單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值（）由于R2初步確定樁數(shù)。4．確定樁數(shù)和承臺(tái)尺寸最大軸力組合的荷載：初步估算樁數(shù),由于柱子是偏心受壓，故考慮一定的系數(shù)，規(guī)范中建議取，現(xiàn)在取1.1的系數(shù)，即：取n＝4根，樁距,樁位平面布置如圖4-1，承臺(tái)底面尺寸為圖4-1樁基礎(chǔ)5．群樁承載力驗(yàn)算（1）確定復(fù)合基樁豎向承載力設(shè)計(jì)值該樁基屬于非端承樁，并n>3,承臺(tái)底面下并非欠固結(jié)土，新填土等，故承臺(tái)底面不會(huì)于土脫離，所以宜考慮樁群、土、承臺(tái)的相互作用效應(yīng)，按復(fù)合基樁計(jì)算豎向承載力設(shè)計(jì)值。本設(shè)計(jì)用群樁效應(yīng)系數(shù)法計(jì)算復(fù)合基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值圖2-7承臺(tái)凈面積：。承臺(tái)底地基土極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值：分項(xiàng)系數(shù)因?yàn)闃斗植疾灰?guī)則，所以要對(duì)樁的距徑比進(jìn)行修正，修正如下：群樁效應(yīng)系數(shù)查表得：承臺(tái)底土阻力群樁效應(yīng)系數(shù):承臺(tái)外區(qū)凈面積承臺(tái)內(nèi)區(qū)凈面積m2查表那么，B復(fù)合樁基豎向承載力設(shè)計(jì)值R:樁頂作用驗(yàn)算荷載承臺(tái)高度設(shè)為1m等厚，荷載作用于承臺(tái)頂面。本工程安全等級(jí)為二級(jí)，建筑物的重要性系數(shù)=1.0.由于柱處于=1\*GB3①軸線(xiàn)，它是建筑物的邊柱，所以室內(nèi)填土比室外高，設(shè)為0.3m，即室內(nèi)高至承臺(tái)底2.4m，所以承臺(tái)的平均埋深。作用在承臺(tái)底形心處的豎向力有F,G,但是G的分項(xiàng)系數(shù)取為1.2.作用在承臺(tái)底形心處的彎矩樁頂受力計(jì)算如下：滿(mǎn)足要求6.樁基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算采用長(zhǎng)期效應(yīng)組合的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行樁基礎(chǔ)的沉降計(jì)算。由于樁基礎(chǔ)的樁中心距小于6d，所以采用分層總和法計(jì)算最終沉降量。豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值基底處壓力基底自重壓力基底處的附加應(yīng)力樁端平面下的土的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力（）計(jì)算如下：=1\*GB3①．在z=0時(shí)：=206.9=2\*GB3②．在時(shí)：=3\*GB3③．在時(shí)：=4\*GB3④．在時(shí)將以上計(jì)算資料整理于表6-1表的計(jì)算結(jié)果Z(m)0206.9100.25496.72225.112.10.0786156.162.8232.38130.044788.84.324614.50.021843.5在z=4.4m處，，所以本基礎(chǔ)取計(jì)算沉降量。計(jì)算如表2.5表6-1計(jì)算沉降量Z(mm)0100.250200012.10.1771342.2342.21150059.12800130.1369383.341.1115007.1430014.50.1017437.354115009.3S’=59.1+7.1+9.3=75.5mm樁基礎(chǔ)持力層性能良好，去沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。短邊方向樁數(shù)，等效距徑比，長(zhǎng)徑比，承臺(tái)的長(zhǎng)寬比，查表：所以，四樁樁基礎(chǔ)最終沉降量=滿(mǎn)足要求7．樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算兩端樁長(zhǎng)各11m,采用單點(diǎn)吊立的強(qiáng)度進(jìn)行樁身配筋設(shè)計(jì)。吊立位置在距樁頂、樁端平面0.293l(L=11m)，起吊時(shí)樁身最大正負(fù)彎矩，其中K=1.3;。即為每延米樁的自重（1.2為恒載分項(xiàng)系數(shù)）。樁身長(zhǎng)采用混凝土強(qiáng)度C30,=2\*ROMANII級(jí)鋼筋，所以：樁身截面有效高度樁身受拉主筋選用，因此整個(gè)截面的主筋胃，配筋率為％>％。其他構(gòu)造要求配筋見(jiàn)施工圖樁身強(qiáng)度滿(mǎn)足要求8．承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20由于樁的受力可知，樁頂最大反力，平均反力,樁頂凈反力：（1）柱對(duì)承臺(tái)的沖切由圖2-8，，承臺(tái)厚度H=1.0m,計(jì)算截面處的有效高度，承臺(tái)底保護(hù)層厚度取80mm.沖垮比沖切系數(shù)B柱截面取，混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值沖切力設(shè)計(jì)值(2)角樁對(duì)承臺(tái)的沖切由圖2-8，角樁沖垮比角樁的沖切系數(shù)滿(mǎn)足要求（3）斜截面抗剪驗(yàn)算計(jì)算截面為=1\*ROMANI-=1\*ROMANI，截面有效高度，截面的計(jì)算寬度，混凝土的抗壓強(qiáng)度，該計(jì)算截面的最大剪力設(shè)計(jì)值剪跨比剪切系數(shù)滿(mǎn)足要求（4）受彎計(jì)算承臺(tái)=1\*ROMANI-=1\*ROMANI截面處最大彎矩=2\*ROMANII級(jí)鋼筋每米寬度范圍的配筋，選用整個(gè)承臺(tái)寬度范圍內(nèi)用筋根，取14根，而且雙向布置，即（雙向布置）（5）承臺(tái)局部受壓驗(yàn)算B柱截面面積，局部受壓凈面積，局部受壓計(jì)算面積混凝土的局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù)滿(mǎn)足條件承臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算圖9.繪制樁承臺(tái)施工圖見(jiàn)施工圖1、2.10、參考文獻(xiàn)1.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)·《建筑樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范（JGJ94—94）》·中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20022.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)·《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007—2002）》中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20023．中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)·《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB20010—2002）》·中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20024．丁星編著·《樁基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)與設(shè)計(jì)實(shí)例》·四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，20065．王廣月編著·《地基基礎(chǔ)工程》中國(guó)水利水電出版社，20016．趙明華主編·《基礎(chǔ)工程》·高等教育出版社，20037．陳希哲編著·《土力學(xué)地基基礎(chǔ)》·清華大學(xué)出版社，20048．熊峰編著·《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》·科學(xué)出版社.2002第二部分基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)1．工程概況：（1）.河南理工大學(xué)擬建一棟綜合樓，擬建建筑物長(zhǎng)寬分別為：88米和27米，框架結(jié)構(gòu)，地上8層，地下一層?；娱_(kāi)挖深度為6m，邊坡土質(zhì)為沙土，由于受場(chǎng)地條件所限，需要對(duì)基坑周邊進(jìn)行支護(hù)處理。基坑等級(jí)為二級(jí)。（2）.工程地質(zhì)勘查資料擬建場(chǎng)地地形比較平坦，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)地土的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表2-1。表2-1地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)土層序號(hào)土層名稱(chēng)層厚h（m）（KN/m3）C（KPa）（°）Qsk(kpa)1素填層2.418.51015202細(xì)沙4.519.2032403中砂2.619.5034604細(xì)沙3.519.203270（3）．場(chǎng)地水文地質(zhì)條件根據(jù)地質(zhì)資料，本場(chǎng)區(qū)地下水屬孔隙潛水，主要以大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)及地下徑流為主要排出方式，場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)混凝土，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋無(wú)腐蝕作用。2．支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況，基坑采用大開(kāi)挖，基坑埋深6.0m，地下水位較高且豐富，為保證周邊建筑物的安全和基礎(chǔ)施工的順利進(jìn)行，需進(jìn)行有效的基坑支護(hù)。在保證安全支護(hù)的條件下，并從經(jīng)濟(jì)角度考慮，爭(zhēng)取最低造價(jià)方案，取得最佳結(jié)果。本工程基坑采用土釘墻支護(hù)方案。3．土釘布置土釘墻坡度與水平夾角85°地面超載15KPa，暫定土釘?shù)呢Q向間距和水平間距均為1.5m。土釘與水平夾角=15°。4．土壓力計(jì)算按不放坡的情況計(jì)算土壓力。地面超載=15KPa各土層重度=18.5KN/m3，=19.2KN/m3，=19.5KN/m3，=19.2KN/m3各土層內(nèi)摩角=15°，=32°，=34°，=32°各土層粘聚力,則土壓力系數(shù)：。放坡對(duì)土壓力的修正系數(shù)公式為：式中——土釘墻坡面與水平面的夾角。因此有：5、土釘布置及安全性驗(yàn)算素填土=20kPa細(xì)砂=40kPa中砂=60kPa細(xì)砂=70kPa單根土釘抗拉承載力計(jì)算應(yīng)符合下式要求式中——第j根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值——第j根土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值單根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算式中——荷載折減系數(shù)——第j個(gè)土釘位置處的基坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值、——第j根土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄酱怪遍g距——第j根土釘與水平面的夾角抗拉承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算:——式中土釘抗拉抗力分項(xiàng)系數(shù)取1.3——第j根土釘錨固體直徑——土釘穿越第j層土土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值——第i根土釘在直線(xiàn)破裂面外穿越第穩(wěn)定土體內(nèi)的長(zhǎng)度破裂面與水平面的夾角為一次布釘根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)共設(shè)置4層土釘，土釘錨固端長(zhǎng)度分別為：3m5.6m5.6m5.6m第一層土釘：=滿(mǎn)足要求。第二層土釘：滿(mǎn)足要求。第三層土釘：滿(mǎn)足要求。第四層土釘：滿(mǎn)足要求。基坑各層土釘?shù)挠?jì)算結(jié)果：土釘號(hào)C（KN）L(m)K11.00.5890.76710159.747314.51.4922.50.3070.54403239.928.65.654.081.3834.00.3070.54403251.947.65.680.801.5545.50.3070.54403273.336.15.694.541.29=174.93KN=243.88KN土釘抗拔力的安全系數(shù)：設(shè)置不合理調(diào)整布釘由于土釘受力較大是在中間布置的土釘，所以把第三層土釘調(diào)整到錨固端8.8m計(jì)算如下：第一層土釘：=滿(mǎn)足要求。第二層土釘：滿(mǎn)足要求。第三層土釘：滿(mǎn)足要求。第四層土釘：滿(mǎn)足要求。基坑各層土釘?shù)挠?jì)算結(jié)果：土釘號(hào)C（KN）L(m)K11.00.5890.76710159.747314.51.4922.50.3070.54403239.928.65.654.081.3834.00.3070.54403251.947.65.6127.001.5545.50.3070.54403273.336.15.694.541.29=174.93KN=290.08KN土釘抗拔力的安全系數(shù)：設(shè)置合理。6.土釘?shù)倪x筋：計(jì)算土釘鋼筋面積是在土釘選筋時(shí)，取局部抗拉和整體穩(wěn)定中土釘拉力的大值作為土釘面積計(jì)算的依據(jù)。土釘鋼筋計(jì)算面積：：

式中：Bs——鋼筋放大系數(shù)，系統(tǒng)默認(rèn)為1；N——局部抗拉計(jì)算的土釘拉力（kN）；R——整體穩(wěn)定計(jì)算的土釘極限抗拔力（kN）；fyk——土釘鋼筋的抗拉標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）。選用，A=605.87.面層的設(shè)計(jì)（1）面層荷載計(jì)算：面層以土釘水平間距和豎向間距為計(jì)算單元，按雙向板或單向板（假設(shè)支撐條件為簡(jiǎn)支）計(jì)算內(nèi)力，并進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。面層荷載按下式計(jì)算：式中：ｓ——為土釘水平間距和豎向間距中的較大值（ｍ）；面層板內(nèi)力：

式中：M——跨中彎矩設(shè)計(jì)值（kN.m/m）；k——彎矩系數(shù)；p——面層簡(jiǎn)化均布荷載設(shè)計(jì)值（kN/m2）；l01——Sx、Sz中的小值面層板布筋在如下的計(jì)算過(guò)程中進(jìn)行合理的估計(jì)面層的配筋方式，然后驗(yàn)算是否超筋或者少筋，并進(jìn)行調(diào)整。面層為雙向配筋，水平配筋和豎向配筋均為d6@200，面層厚度60mm，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C20，荷載的分項(xiàng)系數(shù)按1.200。具體計(jì)算為：面層板配筋采用單筋配筋方式，并按水平跨度為1m的板進(jìn)行計(jì)算。=141mm2 =141mm2判別αs與αsmax的大?。喝籀羢≤αsmax最后比較計(jì)算配筋面積與最小配筋面積的大小，兩者取大式中：M——跨中彎矩設(shè)計(jì)值（kN.m）；αs——截面抵抗矩系數(shù)；αsmax——最大截面抵抗矩系數(shù)；α1——系數(shù)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)，α1取為1.0；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，α1取為0.94，其間按線(xiàn)性?xún)?nèi)插法確定；fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；fy——鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；b——截面寬度（mm），這里b=1000mm；h——截面高度（mm）；h0——截面有效高度（mm），h0=h-as；as——受拉鋼筋的重心到截面受拉區(qū)外邊緣的距離（mm）；ξ——相對(duì)受壓區(qū)高度；ξb——界限相對(duì)受壓區(qū)高度；β1——系數(shù)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)，β1取為0.8，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，β1取為0.74，其間按線(xiàn)性?xún)?nèi)插法確定；Es——鋼筋彈性模量（N/mm2）；εcu——正截面的混凝土極限壓應(yīng)變，如果計(jì)算的εcu值大于0.0033，取為0.0033；fcu,k——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；As——受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積（mm2）；Asmin——按最小配筋率計(jì)算得到的受拉鋼筋面積（mm2）；ρmin——受拉鋼筋最小配筋率ft——板所用混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）。

若αs>αsmax應(yīng)加大截面尺寸或提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)。8、抗滑安全驗(yàn)算墻寬設(shè)計(jì)為3m由式：=1.78>1.2滿(mǎn)足要求。9、抗傾覆安全驗(yàn)算抗傾覆安全系數(shù): Mp——被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的彎矩,對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為