土力学地基基础课程设计

1. 设计资料

1.1上部结构资料

某教学实验楼，上部结构为7层框架，其框架主梁、次梁均为现浇整体式，混凝土强度等级C30。底层层高3.4m（局部10m，内有10t 桥式吊车，其余层高3.3m，底层柱网平面布置及柱底荷载如图2所示。

1.2建筑物场地资料

（1）拟建建筑物场地位于市区内，地势平坦，建筑物平面位置如图1所示

图1建筑物平面位置示意图

（2）建筑场地位于非地震区，不考虑地震影响。

场地地下水类型为潜水，地下水位离地表2.1m，根据已有分析资料，该场地地下水对混凝土无腐蚀作用。

（3）建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表1。

表1 地基各土层物理、力学指标表1 地基各土层物理、力学指标

土层编号土

层

名

称

层

底

埋

深

（m

）

层厚

（m

）

天然

重度

（kN/m

）

预应力管桩承

载力特征值

钻孔灌注桩承

载力特征值

压缩

模量

(MP

a)

地

基

承

载

力

(kP

a)

q sia(kP

a)

q pa(kP

a)

q sia(kP

a)

q pa(kP

a)

1 杂

填

土

1.5 1.5 15.5

2 灰

褐

色

粉

质

粘

土

9.8 8.3 17.3 13 12 5.4 110

3 灰

褐

色

淤

泥

质

粘

土

21.8 12.0 16.2 8 7 3.2 50

4 黄

褐

色

粉

土

夹

粉

质

粘

土

27.1 5.3 18.3 30 1100 24 600 11.0 148

5 灰-

绿

色

粉

质

粘

土

>27.

1

18.9 35 2500 32 2000 8.2 198

柱

号

轴力(kN)

弯矩

(kNm)

剪力(kN)

2. 选择桩型、桩端持力层、承台埋深

2.1选择桩型

根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，选择桩基础。采用预应力高强混凝土薄壁管桩，这样可以较好的保证桩身质量，并在较短的施工工期完成沉桩任务。桩截面尺寸选用：D=500mm ，壁厚

18 2547 25 14

t=50mm 。混凝土强度C30。

考虑承台埋深1.5 m ，以4层黄褐色粉土夹粉质粘土为持力层，桩端进入持力层深度2倍桩径即0.6m ，桩顶嵌入承台0.1m 。这时桩端一下持力层厚度大于4倍桩径，满足要求。 3.确定单桩承载力特征值

初步设计时，单桩竖向承载力特征值估算

sia p pa a q U q R +=i

l kN 4296.0241273.812(5.014.325.014.316002=?+?+???+??=

作施工图设计时，根据单桩竖向静荷载试验，得到单桩竖向承载力特征值kN R a 429=

4.确定桩数、桩位布置、拟定承台底面尺寸

先不计承台及承台上覆土重及偏心荷载估算桩的数量 94.5429

2547

==≥

a K R F n 取桩数n=6根 为进一步减轻挤土效应，软土中桩距取4倍径，即2m ，桩的布置如图，承台尺寸m m m 135??，满足构造要求。承台及上覆重度取

320m kN ，则

kN G K 4505.13520=???= 现在按偏心受荷，验算桩数 86.5242

254292.1450

25472.12

2

max =??-?+=-+≥

∑i

i yk K K x x M R G F n

取n=6是合理的

5.确定复合基桩竖向承载力设计值

该桩属于非端承桩，并n>3，承台底面下并非欠固结土、新填土等，故承台底面不会与土脱离，所以宜考虑桩群土承台的相互作用效应，按复合基桩计算竖向承载力设计值 5.1六桩承台承载力计算

承台净面积222.1425.014.3435m A c =??-?= 承台底地基土极限阻力标准值

kPa

f q k ck 22011022=?==

6桩顶作用验算

荷载取A 柱的max N 组合：F=2547kN ,M=25m kN ?，Q=14kN 承台高度1m 等厚，荷载作用于承台顶面。建筑物的重要性系数

0.10=λ

作用在承台底型心外的竖向力有F,G ，但是G 的分项系数取1.2 F+G=30872.1205.1352547=????+kN 作用在承台底型心处的弯矩 ∑?=?+=m kN M 8.412.11425

桩顶受力计算如下： kN y y M n G F N i 52875.0475

.08.41630872

2max max =??+=?++=

∑∑ kN y y M n G F N i

50175.0475

.08.41630872

2max min =??-=?-+=∑∑ kN n G F N 5156

3087==+=

kN N 528max 0=γ<1.2R=1025kN 0min 0>N γ

kN R kN N 2.854515=<=γ 满足要求

7.桩基承降验算 8.桩身结构设计计算 9.承台设计 9.1桩承台抗弯验算

承台抗弯计算截面位于柱边，桩的竖向力设计值i N 计算时应扣除承台上覆土自重。

承台右侧第1列桩的竖向力值1N 为 kN x x M n F N i i k 42824225425472

21=??+=+=

∑ 承台中间第2列桩的竖向力值N 2为

N 2=

n

F

=425kN 承台左侧第3列桩的竖向力值3N 为 kN x x M n F N i i k 4212

422562547322=??-=-=

∑ 柱边计算截面弯矩 ∑=??==kN x N M i i y 149875.14282 ∑=??==kN y N M i i x 94775.04213 沿x 轴，y 轴方向配筋都可计算

设承台混凝土强度等级为25C ,轴心抗压强度设计值c f MPa 9.11=，保护层厚度0.1m ，钢筋为HRB335，强度设计值MPa f y 300=，承台有效高度m h 1.10=，承台截面宽度b=2m 。根据《混凝土结构设计规范》，有

沿x 轴方向配筋 b=3m 则 )2

(01x

h bx f M c y -≤α

1498)2

9.0(310009.111x x -???≤ 得到受压区高度 m x 048.0= 钢筋截面积 215712300

048

.039.111mm f bx

f A y

c s =???=

=α

选配200@328Φ

沿Y 轴方向配筋 b=5m ，则

)2

(01x

h bx f Mx c -≤α

947=1?11.9?1000?5?x （0.9-0.5x ）

X=0.018

213570300

018

.059.111mm f bx

f A y

c s =???=

=

α

9.2承台抗冲切验算

500φ的周桩按周长等效为边长400mm 的方桩，包括柱冲切、角桩冲切 a. 柱冲切

[]o t ph ox c oy oy c ox l h f a h a b F βββ)()(2+++≤ i l Q F F ∑-=

)2.0/(84.00+=x ox λβ )2.0/(84.00+=y oy λβ

--l F 扣除承台和其上填土自重，作用在冲切破坏椎体上相应于荷

载效应基本组合的冲切设计值；

--ph β受冲切承载力截面高度影响系数，h 不大于800mm 时，ph β取

1.0；当h 大于2000mm 时，ph β取0.9，其间线性内插； --ββ,冲切系数；

--oy ox λλ,冲跨比，o

oy oy o ox

ox h a h a =

=λλ,，oy ox a a ,为柱边或变阶处至桩边的水平距离；当25.0,oy ox λλ时，取0.1,=oy ox λλ 方向的柱截面的边长

分别为y x b h c c .,-- --∑i Q 冲切破坏椎体范围内各桩的净反力设计值之和; --F 柱根部轴力设计值。

67.19.055

.1===

o ox ox h a λ 6.09

.055.0===o oy oy h a λ 7.02

.0184

.0=+=

ox β oy β=

2

.084

.0+oy λ=1.05 []

o t hp ox c oy oy c ox h f a h a b βββ)()(2+++

=

[]kN

F kN l 254754139.0100027.182.0)55.15.0(05.1)55.05.0(7.02=≥=????+++? 满足要求 b. 角桩冲切

o t ph X y y c x l h f a c a c N βββ?????

?+++≤)2()2(111121

--l N 扣除承台和其上覆土自重后角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值；

--y x 11,λλ角桩冲跨比，其值满足0.2—1.0，o

y y o x

x h a h a 1111,=

=λλ； --,ββ角桩冲切系数；

--21,c c 从角桩内边缘至承台外边缘距离；

--y x a a 11,从承台底角桩内边缘引 45冲切线于承台底面或承台变阶处相交点至角桩内边缘的水平距离。 λ

1x =a 1x /h 0=1.6711取

β1x =0.56/(λ1x +0.2)=0.56/(1+0.2)=0.467 λ1y =a 1y /h 0=0.55/0.9=0.6

β

1y =0.56/(λ1y +0.2)= =0.56/(0.gt6+0.2)=0.7

9.3承台抗剪切验算

抗剪切验算时，圆桩按周长等效为方桩（同抗冲切验算）。 λx = a x / h 0=1.55/0.9=1.67

βx =1.75/(λx +1.0)= 1.75/（1.67+1.0）=0.66 βhs =(0.8/h 0)1/4=(0.8/0.9)1/4=0.97

βhx βx f t b 0 h 0=0.97×0.66×1.27×1000×3×0.9=2195kN>V=2×428=856kN 满足要求。

λy = a y /h 0=0.55/0.9=0.6 βy =1.75/(λy +1.0)=1.09

βhs βy f t b 0 h 0=0.82×1.09×1.27×1000×5×0.9=5108kN>V=3×425=1275kN 满足要求。

9.4承台局部受压承载力验算

由于承台混凝土强度等级低于柱及桩的混凝土强度等级，需要《混凝土结构设计规范》验算承台局部受压承载力。柱子边长

mm 500mm 500?，柱混凝土强度等级

C30.

ln 35.1A f F c c l l ββ≤

--l F 局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值； --l β混凝土局部受压时的强度提高系数，l

b

l A A =

β； --c f 混凝土轴心抗压强度设计值，2/9.11mm N f c =；

--c β混凝土强度影响系数，混凝土强度不超过C50时，0.1=c β；

混凝土强度为C80时，8.0=c β，其间线性内插； --l A 混凝土局部受压面积；

--b A 混凝土局部受压的计算底面积； --ln A 混凝土局部受压净面积。

225.05.05.0m A l =?= ， 2225.2)35.0(m A b =?= 325

.025.2===l

b l A A β

)

(25471204925.010009.1130.135.135.1ln 满足要求kN F kN A f l c c l =>=?????=ββ

7 .桩基础沉降验算

7.1 7号柱柱沉降验算

采用长期效应组合的荷载标准值进行桩基础的沉降计算。由于桩基础的桩中心距小于6d ，所以可以采用分层总和法计算最终沉降量。 竖向荷载标准值F=2547kN

基底自重压力σ=γd=15.5×1.5+17.3×0.5=31.9kN 基底处压力：P=(F+G)/A=（2547+150）/5×3=180kPa 基底处的附加应力：P 0=P-γd=180-31.9=148.1kN

桩端平面下的土的自重应力c σ和附加应力z σ（04p z ασ=）

在z=5.2m 处，c σ/

z σ=34.76/217.13=0.16，所以本基础取Z=5.2m 计算沉降量。

计算如下表

S ’=∑△Si=67.53mm

Es=8.5MPa <=10 Es=11MPa 查表得ψ=1.18 S a /d=3 Lc/Bc=1 L/d=21/0.5=42 查表得 C 0=0.0424 C 1=1.6508 C 2=10.8864

ψe =[C o +(nb-1)]/[C 1(nb-1)+C 2]= [0.0424+(2-1)/[1.6508(2-1)+10.8864]=0.1222 S=ψψe S ’=1.18×0.1222×67.53=9.74mm 满足要求