西南交通大学《基础工程A》课程设计

姓名：赵炳琳

学号：20120323

班级：土木十班

指导教师：周立荣

2015年6月目录

第一篇概述 (1)

第1章概述 (1)

1.1设计任务 (1)

1.2设计质料 (2)

1.3设计依据 (4)

第二篇扩展基础设计 (5)

第2章方案设计 (5)

2.1基础类型选择 (5)

2.2确定基础埋深和持力层 (5)

第3章技术设计 (5)

3.1基础底面尺寸的初步设计 (6)

3.2地基验算 (6)

3.3基础立面设计 (6)

第4章施工方案（初步） (8)

4.1基础施工方式 (8)

4.2主要施工机具 (9)

第三篇桩基础设计 (9)

第5章桩基础方案设计 (9)

5.1材料选择及设计荷载 (9)

5.2持力层选择 (10)

5.3桩承载力计算 (10)

第6章桩基础及承台验算 (11)

6.1桩承载力验算 (11)

6.2.承台验算 (12)

第7章桩基础施工方案（初步） (13)

附图一扩展基础平面布置图

附图二扩展基础施工图

附图三桩基础平面布置图

附图四桩基础施工图

第一篇基础质料

第1章概述

1.1 设计任务

本设计对象为某机械厂的装配车间。厂房基础顶面以上部分的建筑和结构设计工作已经完成。本课程设计的任务是完成柱下基础与地基的设计与检算。

某装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图2-1。规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。

图2-1 装配车间平面图/mm本人所承担的是4号边柱基础的设计第三组荷载。

1.2设计质料

1.2.1 地基勘察质料

简化后的建筑场地“工程地质勘察报告”如下。

XX工程地质勘察报告

拟建工程为XX机械厂的装配车间，建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为42m 24m，采用钢筋混凝土排架结构，结构的设计跨度为24m，柱距为6m。

勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。自X年X月X日开始，至X年X月X日结束。共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样X个进行了室内土工实验。

场地处地面平坦。据钻探揭露，各地层的情况如下：

第①层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.5~1.2m，结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m3。

第②层：粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度9.5~10.1m。硬塑~可塑，土质较均匀。

第③层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上。土质均匀，可塑~硬塑。

场区地下水属潜水，初见水位在2.5~3.1m深处，稳定水位在2.9~3.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。

根据钻探及室内土工实验的情况分析，第①层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第②层粉质粘土或第③层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：第②层：f k=200kPa

第③层：f k=220kPa

建议：

基础设计采用两种方案，即浅基础和桩基础。基础形式可采用柱下预制基础、柱下现浇基础、沉管灌注桩基础或预应力管桩基础。设计桩基时不宜采用大直径桩（如大直径灌注桩），而宜采用小直径桩（如预应力管桩）。

在桩基础设计时，桩径或边长建议取值范围为300～400mm，即选择桩径（或边长）为300mm、350mm、400mm的圆桩（方桩）。

钻探点布置见图2-3，地质剖面见图2-4~图2-6，土工试验成果见表2-1，地质柱状图略。

报告人：XXX X年X月X日

图1-4 I—I地质剖

由以上数据可以得出，4号柱下底层分布情况为（以室内地面为参考点）：

土层号①②③厚度/m 0.67 9.80 >10

1.3 设计依据

本次课程设计的依据为本课程设计指导书和相关规范。

GB50007-2002建筑地基基础设计规范；

GB50010-2002 混凝土结构设计规范；

JGJ 94-2008建筑桩基技术规范。

1.4设计荷载

第二篇 扩展基础设计

第2章 方案设计

2.1基础类型选择

4号柱所在地面处的截面内力为kN H m kN F m kN M k k k 50,1500,292=⋅=⋅=，显然荷载相对较大，若采用无筋扩展基础虽然形式简单、造价较低但材料本身的特点决定了它所能承受的荷载有限，并且需采用较大的高度，加大了基础的埋深，显然是不经济的。相比之下以钢筋混凝土为材料的扩展基础可以采用相对较小的高度。故采用扩展基础。

2.2 确定基础埋深和持力层

荷载组合：确定基础底面积和埋深应采用荷载的标准组合值

基础梁传给基础的荷载标注值为 kN m m kN F k 1806/301=⨯=，作用在柱截面上的荷载标准值为kN H m kN F m kN M k k k 50,1500,292=⋅=⋅=。

根据地勘报告，①层土土质疏松，不适合作为持力层。②层土土质较为密实、均匀，且厚度较大，不宜再向下寻找持力层，故选取②层土作为持力层。且考虑无筋扩展基础埋深较深,因此，基础计算埋深d 初拟为1.5m(以室外地面标高为基准线)，在地下水位以上。

第3章技术设计

3.1基础底面尺寸的初步设计

A 、因基底尺寸尚待确定，故先计算深度修正 3/24.195

.1)43.05.1(1.20)15.058.0(1.17m kN m =-⨯+-⨯=γ 持力层 中，250.0,331.0==L I e ，查表的6.1,3.0==d b ηη

所以，kPa d f f m d ak a 78.230)5.0(=-+=γη。

B 、确定基底尺寸。先按中心荷载 21137.9m H

f F F A G a k k =-+=γ 将基底尺寸扩大 2104.1037.92.12.1m A A =⨯==基底尺寸25.1035.3m m m l b =⨯=⨯基

底最小尺寸为3.0m 等于3.0m ，故前面计算得到的a f 不需进行宽度修正。

C 、承载力及偏心距验算

竖向力 kN G F F F k k k k 1995205.15..1018015001=⨯⨯++=++='

弯矩 m kN M M k k

⋅=+⨯+++⨯+='6.490)15.05.1(50)5.002.02/25.0(180 承载力验算 kPa f kPa A

F p a k k 78.230190=<='= 满足要求 kPa f kPa W

M A F p a k k k 94.2762.11.270max =<='+'= max k p 与a f 2.1相差不大，满足要求 偏心距验算 09.109min >='-'=kPa W

M A F p k k k 满足要求 因此选用25.1035.3m m m l b =⨯=⨯是可以满足要求的。故选用m m m l b 5.100.35.3=⨯=⨯

3.2地基验算

由于该建筑属一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级。由《地基规范》知，该地基在可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围。而且其地基承载力特征值大于130kPa,所以可不进行地基变形验算。

由于该地层处不存在软弱下卧层，所以无需进行软弱下卧层承载力验算。

3.3基础立面设计

在计算基础内力、确定基础高度，进行配筋计算等基础结构设计时采用基本组合。

3.3.1基础高度计算

采用20C 混凝土22/1.1,/6.9mm N f mm N f t c ==。且kN H kN F m kN M 60,2300,410==⋅=

A 、计算基底净反力

kN F 254335.11802300=⨯+='

m kN M ⋅=++⨯⨯++⨯+='74.655)

5.002.02/25.0(35.1180)15.05.1(60410 kPa W

M A F p kPa W M A F p j j 50.133,88.350min max =-==+=

B 、确定基础高度 初步拟定基础高度mm h 700=,则mm h 65010407000=--=

抗冲切破坏验算：

m l m h a a t b 0.37.165.024.020=<=⨯+=+=，故m a b 7.1= 22003775.12

2-)22(m h a l l h b b A t t l =----=）（ 近似取kPa p p j j 88.350max ==

kN A p F l j l 34.483==

由于mm mm h 8006500<=，所以 0.1=ho β。 m a a a b t m 05.12

7.14.02=+=+= kN kN h a f m t hp 34.48353.52565.005.1101.10.17.07.030>=⨯⨯⨯⨯⨯=β

所以mm h 700=，能够满足抗冲切承载力的要求。

3.3.2基础配筋计算

采用HPB335级钢筋，2/300mm N f y =

A 、内力计算

台阶宽高比为,5.279.12<=-h

b b

c 且偏心距6b e < B 、基础计算简图及弯矩计算

显然，控制截面在柱边处（如图中I -I ，II -II 截面），此时有

m b b a m b b m a a t t 25.12,0.1,4.0='-=

=='=='I kPa p p b a b p p j j j 24.273)(min max max =--+

=I I []

m kN l p p p p a l a M j j ⋅=++'+=I I I I 43.550)-())(2(121max max 2

m kN p p b b a l M j j ⋅=+'+'-=

I I 73.545))(2()(48

1min max 2

C 、抗弯钢筋配置

沿长边方向，由mm h m kN M 650,43.5500=⋅=I I ，宽度为3000mm

按梁进行配筋： 09.0h f M A y s =

得235.3136mm A s =I %15.0%149.0min =<==ρρhl

A SI （建筑地基基础设计规范GB50007-2011） 故应按照最小配筋率来配筋 2min 3150mm hl A SI ==ρ

选配16B 16@190，实际配筋236.3215mm A s =I

沿短边方向，钢筋置于长边钢筋之上，有mm h m kN M 650,73.5450=⋅=I I I I ，宽度为3500mm

按梁进行配筋 0

9.0h f M A y s = 得257.3109mm A s =I I %15.0%127.0min =<==ρρhb

A SII 故应按照最小配筋率进行配筋。2min 3675mm hb A SII ==ρ

选配24B 14@150，实际配筋2.3692mm A s =I I 。

以上配筋均满足《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》，底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm ，间距不宜大于200mm ，也不宜小于100mm 。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不宜小于8mm ；间距不宜大于300mm 。

扩展基础平面布置图见附图一。

扩展基础施工图见附图二。

第4章 施工方案（初步）

4.1基础施工方式

1.建筑定位：根据房屋建筑的布置由建筑总平面图确定。宜先确定主轴线然后逐步进行细部定位。

2.基础放线：在不受施工影响的地方设置基线和水准点，布置测量控制网。根据轴线，放出

基槽开挖的边线。考虑到上步填土层，故采用适当放坡，根据现场开挖实际调整，但不宜过大。

3.土方开挖：由于设计地面高于实际地面，故开挖的土方宜在周围堆积保留，由于基坑小而数量多且基坑较浅，故宜分组人工开挖。

4.基槽验收：开挖完成后由勘察、设计、施工人员共同进行。检查槽平面位置、断面尺寸、底部高程等是否符合要求。特别注意是否有古河道、古墓穴等地基土异常情况，并做好记录。

5.基础施工：验槽完成后应及时施做垫层，防止水对基地土扰动和浸泡，然后再垫层上定出基础的外边线。然后支侧模板，放置钢筋，最后浇注混凝土，浇注前进行隐蔽工程验收。

6.基槽回填：基础施工完成后，应及时进行回填。回填应时与地下管线的埋设等工作统筹安排。最后进行压实。就此开始上部主体结构的的施工。

4.2基础施工机具

主要施工机具：铁铲等人工挖土器具、卷尺、测量仪器。挖掘机、推土机、卡车、吊车。混凝土搅拌器、混凝土罐车、振捣器、模板。

第三篇 桩基础设计

第5章 桩基础方案设计

5.1材料选择及设计荷载

初步选择承台材料为C20混凝土，HRB335级钢筋。桩身采用C30混凝土，HRB335级钢筋。

根据设计资料，4号柱的第三组荷载，具体如下：

kN H kN F m kN M K K K 50,1500,292==⋅=

kN H kN F m kN M 60,2300,410==⋅=

基础梁作用在基础的荷载为：kN F kN F k 24318035.1,1800.63011=⨯==⨯=。

5.2、持力层的选择

该工程中桩基础选用低承台，初步确定承台的埋深为1.5m （相对与外部地面且在地下水位以上）。初步选定采用混凝土预制圆桩，桩身的截面半径为400mm 。 根据2孔-3粘土层土样，其液性指数为25.0=L I ,压缩性指数为

MPa MPa 5.019.0<，可见 号土层（粉质粘土）属于硬塑低压缩性土，可作为持力层，桩身进入粘性土不宜小于2d ，故选桩长为8米。

5.3、桩承载力的计算

1、初选桩的数目

由于桩长为8米，承台埋深为1.5m ，则桩身全部在 土层中。根据2孔-1、2

孔-2的土工试验结果412.0,25.021==L L I I ,取其均值为331.0=L I 。

根据331.0=L I ，查表得kPa q sk 80=并考虑埋深修正系数0.8

根据m h 5.9=，查表得kPa q kPa q pk pk 2800,3000~2300==取。

则 kN l q u Q i sik uk 1.38.0804.0=⨯⨯⨯==∑π

kN A q Q P pk pk 68.35128002.02=⨯⨯==π

kN Q Q Q pk uk u 78.994=+= 单桩竖向承载力的特征值为kN Q K Q R u u a 39.4972===

初步选定桩的数目为根，取437.3a

1==+>n R F F n k k 2、确定桩位布置和承台尺寸

因桩间间距m s m d s a a 5.1,6.1~2.1)4~3(===取，承台边缘至桩边缘的净距不宜

小于0.5d=0.2m ，取承台边缘至桩边缘的净距为0.5m 。则承台的尺寸为

m m l b 5.25.2⨯=⨯。承台高度为0.8m 。m h 715.0085.08.00=-=。

桩基计算示意图如图所示。

桩基计算示意图

3、考虑承台效应的复合桩基竖向承载力特征值计算。 3125.085.2,75.34.05.1,4.0,5.1======l B d s m d m s C a a 根据l

B d s c a 和查表得12.0=c η。由地质资料知 土层kPa f ak 200= 22

44.14

2.04m A A c =⨯⨯-=π 所以kN A f R R C ak c a 95.531=+=η 验算桩数：466.31<=++=R

G F F n k k k ,满足要求。 第六章、桩基础及承台验算

6.1桩基承载力验算

1、计算桩顶荷载

m kN M k ⋅=⨯+++⨯+=1.4835.150)02.05.02/25.0(180292 kN R kN n

G F N k k 95.53188.466k =<=+=

满足要求。 kN R kN x x M n G F N i k k k

k 34.6382.191.6272max max =<=++=∑ 满足要求。 084.3502min min >=-+=∑kN x x M n G F N i

k k k k 满足要求。 2、桩基沉降验算

由于该桩基础中桩端平面以下受力层范围内不存在软弱下卧层，且以下各层均为

黏土层。

2孔-3 MPa MPa a I L 5.017.025.032<==-，

2孔-4 MPa MPa a I L 5.023.0,21.042<==- 可知该土层为硬塑粘土，承载力高，可不

进行沉降验算。

3、桩基水平承载力验算

kN H k 50=，水平力和竖向力的合力与铅垂线夹角

570.1180

150050arctan <=+=θ根据《桩基规范》可以不验算水平承载力。

6.2.承台计算

由上诉知，承台的平面尺寸为m m l b 5.25.2⨯=⨯，承台选用C20混凝土，HRB335

级钢筋。222/300,/1.1,/6.9mm N f mm N f mm N f y t c ===。

1、 柱下对承台的冲切验算 圆桩直径保持形心不变进行折算 mm d b c 3208.0==。

12.12.084.087.12.084.025.025.012.00.1~25.055.009.0,39.0000x 0000000000=+=

=+=

=<==

==

==y y x x x x y y x y h a h a m

a m a λβλβλλλ取之间）（在

m b m h c c 4.0,0.1== 由于h=800mm ，取0.1=ho β。

kN kN F l 11.4244715.011000.1)]09.11(12.1)39.04.0(87.1[225432432300=⨯⨯⨯+⨯++⨯<=+= 满足要求。

2、角桩冲切验算 855.02.056.0244.12.056.0,,625.011110110101210=+=

=+=

======u y x x y y x y

y x x x a a a a m

c c λβλβλλλλ

kN

kN x Mx n F N i 71.1249715.011000.1)]2/09.066.0(75.0)2/39.066.0(24.1[66.8542max max =⨯⨯⨯+⨯++⨯<=+=∑

满足要求。

3、承台受剪验算

对I-I 斜截面，剪跨比与冲切剪跨比相同，即 0.1800,800715,25.0000==<===hs x x mm h mm h βλλ，故取由于

4.11

75.1x =+=λα 则

kN N kN h b f t hs 32.1709275.2752715.05.211004.10.1max 00=>=⨯⨯⨯⨯=αβ 满足要求。

对II-II 斜截面

0.1800,800715,55.0000y ==<===hs y mm h mm h βλλ，故取由于

13.11

75.1y =+=λα 则

kN N kN h b f t hs 32.170922.2202715.05.2110012.10.1max 00=>=⨯⨯⨯⨯=αβ 满足要求。

4、承台受弯计算

∑⋅=⨯⨯==m kN x N M i i y 59.43725.066.8542

2s 2min 203000300080025000015.072.22669.0mm A mm bh mm h f M A y S ==⨯⨯=<==

，故取ρ

选配20B 14@130，22.3077mm A sx =。

在y 方向上选配直径为20mm 的钢筋

∑⋅=⨯⨯==m kN n

F y N M i i x 13.94055.02 2

s 2min 2048.4988300080025000015.048.4988)

2/20149.0mm A mm bh mm h f M A y S ==⨯⨯=>=--=故取，（ρ

选配16B 20@150，2y 5024mm A s =

第七章 桩基础施工方案

1.桩基础施工方案

桩施工采用静压沉入方式。

2.施工流程

测量放线→安装桩尖→检查桩位→桩机就位→调整桩机水平度→调整桩机垂直度→桩基吊桩→对位→施压→计压力值→测量贯入度→测回弹值→受压→下一桩位。承台施工参照扩展基础的施工方案。

注意：由于该桩基础所在持力层为黏土层，在桩基础施工过程中黏土的颗粒结构被破坏。所以桩基础施工完成之后应使桩基础静置一段时间之后方可施工上部建筑。切不可立即施工上部建筑，否则会引起桩基础的沉降。

3.施工工具

压桩机，挖掘机，水准仪，经纬仪，发电机。

5.施工图

桩基施工图见附图四。

桩基平面布置图见附图三。