基础工程设计(华科)

《基础工程》
课程设计
学校：华中科技大学
学院：文华学院
专业班级：05土木工程1班
*名：**
学号：************
指导教师：张光永 (老师)
时间：2008年6月
《基础工程》课程设计任务书
一、设计题目：柱下钢筋混凝土预制桩基础
二、工程地质资料
建筑场地土层按其成因、土性特征和物理力学性质的不同，自上而下划分为4层，物理力学性质指标见表1-1，勘察期间测得地下水水位埋深为2.0m。

地下水水质分析结果表明，本场地地下水无腐蚀性。

三、桩基础设计资料
（1）地基基础设计等级为乙级；
（2）已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：轴力F k=(3200+20n)kN，弯矩M k=(400+10n)kN⋅m，剪力H k=(50+2n)kN。

（其中，M k、H k沿柱截面长边方向作用；n为学生学号最后两位数）；
（3）柱的截面尺寸为：400mm⨯600mm；
（4）承台底面埋深：d=2.0m；
（5）根据地质资料，以灰黄色粉质粘土为桩尖持力层，钢筋混凝土预制桩断面尺寸300⨯300mm，桩长10.0m；
（6）桩基沉降量容许值：[s]= 200（mm）；
（7）沉桩方式：静压；
（8）桩静载荷试验数目为3，其中极限承载力最小的一个桩其Q-s曲线如图1所示。

四、设计内容及要求
（1）确定单桩竖向承载力特征值；
（2）确定桩数，桩的平面布置，承台平面尺寸，单桩承载力验算；
（3）软弱下卧层承载力验算；
（4）桩基沉降验算；
（5）桩身结构设计及验算；
（6）承台结构设计及验算；
（7）桩及承台施工图设计：包括桩平面布置图、桩身配筋图、承台配筋图、节点详图、钢筋图、钢筋表和必要的施工说明；
（8）需提交的报告：计算说明书和桩基础施工图。

建议图纸采用A3幅面，表达要清楚；计算说明书一律用A4幅面；装订顺序：封面（包含信息：《基础工程》课程设计，专业班级，学号，姓名，日期），设计任务书，计算说明书，施工图（图纸折叠成A4大小）。

五、参考文献
(1)中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）.北京：中国建筑工
业出版社.2002
(2)中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范（JGJ94-94）.北京：中国建筑工业出版社.1995
(3)中国建筑科学研究院.建筑结构荷载规范（GB50009-2002）.北京：中国建筑工业出
版社.2002
(4)中国建筑科学研究院.混凝土结构设计规范（GB50010-2002）.北京：中国建筑工业
出版社.2002
(5)《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册.北京：中国建筑工业出版社，1997
(6)莫海鸿，杨小平主编.基础工程.北京：中国建筑工业出版社，2003
(7)张克恭，刘松玉主编.土力学.北京：中国建筑工业出版社，2001
(8)袁聚云等.土木工程专业毕业设计指南—岩土工程分册.北京：中国水利水电出版社，
1989
设计说明书
（一） 荷载情况
已知上部框架结构由柱子传至承台顶面的荷载效应标准组合：
轴力F k =3200+20⨯36=3920kN ，弯矩M k =400+10⨯36=760kN ⋅m ，剪力H k =50+2⨯36=122kN 。

（其中，M k 、H k 沿柱截面长边方向作用。

） （二） 确定单桩竖向承载力特征值 1. 按经验公式计算
左图图1.所示为经验公式原理图
由中建书式（4-22）k p p si i
R q A u
q l
=+∑
桩尖处为灰黄色粉质粘土层，液性指数L I =0.6（可塑性），桩的入土深度为10m ，由表可查得
p q =（900 1100）kpa,用直线插值法可得：p q =980kpa
桩侧土的摩擦力，查表可得： 灰色粘土：当0.75 1.0L I <≤ s q =17
24，取s q =17kpa;
灰黑色粘土：当0.50.75
L I <≤ s q =24
31，用直线插入，可得s q =29kpa ，将有关数值代
入中建书式（4-22）：()2
9800.340.317928.21305.64R kpa kpa ⎡⎤=⨯+⨯⨯+⨯=⎣⎦
2. 根据静荷载Q-s 曲线：
550
550,275, 1.23302
u u k k Q Q kN R kN kN R R kN k ==
==== 综上，最终取单桩承载力设计值为R=330kN 。

结构示意图 图2.
（三） 确定桩数、
桩的平面布置、承台平面尺寸及单桩承载力验算
1. 确定桩数
初步拟定桩的布置如图所示，按行列式排列，承台尺寸为：4.6⨯2.62
m 。

上部传来的轴力
k F =3920kN ，承台
及其以上覆土的平均重度取为γ=203
/kN m ，承台埋深已知为d=2.0m ，则有：
G=2.6⨯4.6⨯2.0⨯20kN=478.4kN 按中心受压确定桩的数量：3920478.4
13.33330
k F G n R ++'=
==根， 因为承台顶面有弯矩760k M kN m =⋅及122k H kN =作用，则承台地面有：
760122 1.5943k k M M H d kN m '=+=+⨯=⋅ 由于偏心作用，故取
n=（1.1~1.2）n '=14.63~15.9根，取n=15根。

2. 桩的平面布置及承台平面尺寸
桩距：330.30.9S d ==⨯= 取S=1.0m ，承台边长：a=2⨯（300+1000+1000）=4600mm ， b=2⨯（300+1000）=2600mm ，承台高度：h=1.5m ，桩顶伸入承台50mm ，钢筋保护层取70mm ，承台有效高度0 1.50.07 1.431430h m mm =-==，桩布置及承台见下图图3.所示：
3. 单桩承载力验算 单桩所受平均作用力：3920478.4
293.2333015
k k a F G Q kN kN R kN n ++=
==<= ()()max max
min
2
227601221.52356.11.2396293.23230.106(21)
k k k k k
i M H h x R kN a Q
Q kN
x ++⨯⨯⎧<==±=±=
⎨
>⨯+⎩∑
综上所述，单桩承载力满足要求。

（四） 软弱下卧层承载力验算
由灰黄色粉质粘土与黑色淤泥粘土压缩模量之比：
127.0 1.514.65S S E E ==，13
0.52.6
z b => 所以两层土压缩模量比值小于3，可按均匀土层考虑应力分布，不使用应力扩散角，即θ=0
下卧层顶面处附加应力：（由中建书 式4-28）
0000
2()3920478.42(4.6 2.6)(17928.2)
4.6 2.6
sik i
z F G a b q l a b σ+-++-+⨯⨯+=
=
⨯∑=149kPa
下卧层顶面处的自重应力：8.9949.6118.5z σ=⨯+⨯=kPa ，下卧层承载力特征值：
286.1
19.07294
cz
m d z
σγ=
=
=+++，az f =100+1.6⨯19.07⨯（15-0.5）=542.5kPa
cz z σσ∴+=148.63+118.5=267.1kPa az f <
故下卧层承载力满足要求 （五） 桩基沉降验算
竖向荷载标准值为：F=3920kN
基底处平均压力为：392020 4.6 2.62
367.84.6 2.6F G P kPa A ++⨯⨯⨯=
==⨯ 基底自重压力为：18.822
237.62
d kPa γ⨯=⨯=
∴基底处附加应力为：0P =P -d γ=367.8-37.6=330.2kPa ，
桩端平面下土的自重应力c σ和附加应力z σ（z σ=40P α）计算如下 ① 在Z=0m 时，
c i i h σγ=∑=18.8⨯2+（18.9-10）⨯9+（19.6-10）⨯1=127.1kPa ， / 1.8l b =
2Z
b
=0， α=0.250 ， 04z P σα==4⨯0.25⨯330.2=330.2 kPa
② 在Z=2m 时
c i i h σγ=∑=127.1+2⨯（19.6-10）=146.3kPa ，/ 1.8l b =
2Z
b
=1.5 α=0.075， 04z P σα==4⨯0.075⨯330.2=99.1kPa
③ 在Z=4.5m 时，
c i i h σγ=∑=127.1+3⨯（19.6-10）+1.5⨯（18.9-10）=169.25kPa ，/ 1.8l b =
2Z
b
=3.5 α=0.041， 04z P σα==4⨯0.041⨯330.2=54.2kPa
④ 在Z=6.5m 时。