樁基礎課程設計作業(yè)

《基礎工程》課程設計

任務書

（適用勘查13級）

土木工程學院巖土教研室

2015年12月25日

1.課程設計目的和要求

(1)《基礎工程》課程設計是學生在學習《土力學》、《鋼筋混凝土》

和《基礎工程》的基礎上，綜合應用所學的理論知識完成基礎工程的設計

任務。其目的是培養(yǎng)學生綜合應用基礎理論和專業(yè)知識的能力，同時培養(yǎng)

學生獨立分析和解決基礎工程設計問題的能力。

(2)通過課程設計，要求學生對基礎工程設計內(nèi)容和過程有較全面的

了解和掌握，進一步掌握地基承載力驗算、沉降驗算、穩(wěn)定性驗算、基礎

強度驗算等內(nèi)容。熟悉基礎工程的設計規(guī)范、規(guī)程、手冊和工具書。

(3)在教師指導下，獨立完成課程設計任務書規(guī)定的全部內(nèi)容。設計

計算書要求計算正確、文理通順、有必要的插圖，施工圖布置合理、表達

清晰，符合制圖規(guī)范要求。

2.課程設計資料

(1)工程概況

某高層學生公寓，建筑標準層平面如圖1所示。上部結構為鋼筋混凝土

框架結構底層柱子截面600X600mm(碎強度等級C45),抗震設防烈度為7

度，抗震等級為3級。±0.00相當于羅零高程+7.50m,室內(nèi)外高差為300mm。

柱底荷載見任務書附件。

,390013900J390013900J570013900J39001390013900,

15610

圖1建筑標準層平面示意圖

(2)巖土工程勘察資料

場地上部為人工回填的①雜填土(Qml)、沖洪積的粉質(zhì)粘土(Q4al+pl),

淤積的淤泥和淤泥質(zhì)土(Q4al+m),下伏基巖為燕山晚期花崗巖(YR53)、

花崗斑巖及其風化層，除擬建場地外圍存在地下管線外，勘察中未見、活

動性斷裂、滑坡、泥石流、崩塌、地面沉降等不良地質(zhì)現(xiàn)象，未見有對本

工程不利的埋藏物，如河濱、洞穴、孤石等。

根據(jù)野外鉆探取芯肉眼鑒別，結合原位測試及室內(nèi)土工試驗成果分析，

場地巖土層按其成因及力學強度不同可分為8層，現(xiàn)將各巖土層的特征自

上而下分述如下：

①雜填土：人工堆填(Qml),灰黑、土黃?灰褐等雜色，稍濕?飽和,

松散?稍密狀，上部主要由人工回填土，主要由粘性土，生活、建筑垃圾

及碎石、碎磚構成，局部為原建筑地基，為條基或條石，該層全場地均有

分布，均勻性較差，上部雜填土為前期拆遷堆填，下部堆填的粘土、瓦、

礫等堆積年代大于10年。該層全場均有分布，該層分布厚度約2.60?3.80m,

平均厚度3.01mo

②淤泥：沖、淤積成因(Q4cal+m),灰黑色，很濕?飽和，流塑狀，稍

具臭味，含有少量機質(zhì)及腐植質(zhì)，粘性較強，切面光滑，有光澤，干強度、

韌性中等，無搖震反應，局部夾少量呈透鏡狀及薄片狀的粉細砂，含量約

10%左右。該層局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土。該層場地均有分布，厚度變化大，層

厚12.00?17.60m,平均厚度為13.30m。

③粉質(zhì)粘土：沖洪積成因(Q4cal+pl),灰黃色、灰色，飽和，可塑，

局部呈硬塑。含有鐵鎰質(zhì)氧化物，以粉質(zhì)粘性土為主，局部含較多的粉細

砂。粘性較強，切面光滑，干強度、韌性高，無搖震反應。該層場地均有

分布，厚度變化大，層厚8.30?11.90m,平均厚度為10.05m。

④淤泥質(zhì)土：沖、淤積成因(Q4cal+m),灰黑色，飽和，流塑?軟塑，

含腐植質(zhì)，稍有臭味，稍有光澤，無搖震反應，干強度中等，韌性中等，

切面光滑，局部含薄層(片)粉細砂。該層場地均有分布，厚度變化大，

層厚2.90—8.20m,平均厚度為5.45m。

⑤粉質(zhì)粘土：沖積成因(Q4cal+pl),淺紅色、深黃色、灰色，很濕?

飽和，可塑，局部呈硬塑。含有鐵鎰質(zhì)氧化物，以粉質(zhì)粘性土為主，局部

含較多的砂粒。粘性較強，切面較光滑，干強度、韌性高，無搖震反應。

該層僅在場地中均有分布，厚度為4.00?10.00m,平均厚度6.32m。

⑥砂土狀強風化花崗巖：燕山晚期侵入巖(丫53(2)),灰黃色、褐黃、

灰白色，風化強烈，巖芯呈砂土狀。巖芯采取率為71%,為散體狀?碎裂狀

結構，巖體完整程度為極破碎?破碎，巖石堅硬程度等級為極軟巖?軟巖,

巖體基本質(zhì)量等級為V級。該層場地中均有分布，厚度為3.40?10.50m,

平均厚度6.96mo

⑦碎塊狀強風化花崗巖：燕山晚期侵入巖(丫53(2)),灰黃色、褐黃、

灰白色，上部風化強烈，巖芯呈砂土狀，下部風化較弱，巖芯多呈碎塊狀。

巖芯采取率為67%,為散體狀?碎裂狀結構，巖體完整程度為極破碎?破碎,

巖石堅硬程度等級為極軟巖?軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為V級。該層場地

中均有分布，厚度為1.70-9.70m,平均厚度5.60m。

⑧中風化花崗巖：燕山晚期侵入巖(丫53(2)),淺磚紅色、灰白色，

中等風化，塊狀構造，含石英、長石、云母等礦物，鉆進較困難，節(jié)理、

裂隙少量發(fā)育，多呈閉合高傾角，巖芯多呈長柱狀，少數(shù)短柱狀。巖芯采

取率為85-95%,RQD=50-75%,為塊狀結構，巖體完整程度為較完整，巖石

堅硬程度等級為較硬巖?堅硬巖，巖體基本質(zhì)量等級為W級。該層場地均

有分布，普遍揭示，揭示層厚4.60?9.60m,平均揭示厚度為7.12m,均未

揭穿。

各巖土層分布情況詳見《工程地質(zhì)剖面圖》。

(3)場地特征狀況

①場地水文地質(zhì)情況

場地上部土層②淤泥、③粉質(zhì)粘土、④淤泥質(zhì)土及⑤粉質(zhì)粘土的透水

性差，且局部厚度較大，隔水性能較好，可視為相對隔水層，上層滯水與

下部弱承壓水的聯(lián)系差。根據(jù)勘察施工期間鉆孔內(nèi)水位觀測及各巖土層性

狀分析，本次勘察期間測得場地地下水混合穩(wěn)定水位埋深為0.90-1.20m,

標高為5.34-5.49m,受季節(jié)性變化影響本場地常年水位變幅約為2.00m0

近期內(nèi)年最高水位約為7.00米(羅零標高)。

地下水在干濕交替環(huán)境與長期浸水環(huán)境下對混凝土結構均具微腐蝕

性，地下水在干濕交替環(huán)境對鋼筋混凝土結構中的鋼筋均具弱腐蝕性，在

長期浸水環(huán)境下對混凝土結構均具微腐蝕性。場地內(nèi)地基土對混凝土結構

具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

對建筑材料腐蝕的防護應符合現(xiàn)行國家標準《工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)

范》(GB50046)及《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94-2008)第3.5條樁基結構

的耐久性要求。

②場地抗震評價

根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》和《中國地震動反應譜特征周

期區(qū)劃圖》福建省區(qū)劃一覽表，擬建場地抗震設防烈度為7度，設計基本

地震加速度值為0.10g,設計地震分組為第二組，擬建物均為抗震設防類別

為標準設防類(丙類)，設計地震作用和抗震措施均應符合7度標準的要求。

本建筑場地的場地土類型為軟弱場地土，ZK1、ZK12號孔地段的建筑場地類

別均為m類，其特征周期為0.55so場地埋深20m范圍內(nèi)不存在飽和的砂類

土或粉土，可不考慮砂土液化問題。場地埋深20m范圍內(nèi)存在一定厚度的

軟土層(②淤泥和⑥淤泥質(zhì)土)，本區(qū)抗震設防烈度屬7度區(qū)，根據(jù)波速實

測結果其剪切波速值＞90m/s,根據(jù)省標《巖土工程勘察規(guī)范》

(DBJ13-84-2006)判斷，可不考慮軟土震陷影響。

③場地穩(wěn)定性與適宜性評價

擬建場地內(nèi)雜填土中存在碎塊石、條石、舊基礎地梁外，場地內(nèi)未發(fā)

現(xiàn)河溝、洞穴等埋藏物，未見活動斷裂，無滑坡、崩塌、泥石流、地面沉

降等不良地質(zhì)現(xiàn)象，場地內(nèi)存在厚層飽和軟土，按照《建筑抗震設計規(guī)范》

(GB50011-2010)第4.1.1條規(guī)定，判定本場地屬抗震不利地段，采用樁基

礎后，可消除不良影響，適宜擬建物的建設。

根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，擬建的住宅樓基礎形式建議采用樁基礎方案。

樁型可采用預應力管樁、方樁或沖鉆孔灌注樁長樁方案。地基土層物理-力

學性質(zhì)指標見表lo

表1各巖土層設計計算參數(shù)表

沖鉆孔灌

天壓縮承載

預制樁極限注樁極限

然模量力

承載力標準值承載力標

密Es特征

土層編號準值

度值

及名稱Esi

PoES20fak

QsikQsikqPk

00-200qpk

g/c0-400(kPa(kPa(kP(kPa

(MPa(kPa)

m3(MPa)))a))

)

1.7

/4.06025/20/

0*

1.51.59

(2W2.88#5011/10/

8#

1.96.61

③^質(zhì)F占土9.27

1ft

1.61.65

鰥泥質(zhì)土8018/14/

4#3.19#

2.06.6511.17

⑤粉質(zhì)木

2##

⑥砂土狀強風2.022*30*40014080001002800

化花崗巖*

⑦碎塊狀強風2.1

30*40*550180/1303200

化花崗巖*

⑧中風化花崗

/1500//2008000

石LU

3.設計依據(jù)及參考文獻

(1)《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2011

(2)《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010

(3)《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010

(4)《建筑樁基技術設計規(guī)范》(JGJ94-2008)

(5)《基礎工程》莫海鴻2008年建筑工業(yè)出版社

(6)《基礎工程》閆富有2009年中國電力出版社

4.設計內(nèi)容

(1)根據(jù)任務分配，查閱相關資料。

(2)樁型、樁長和截面尺寸的選擇

(3)確定單樁承載力特征值

(4)確定樁數(shù)及其平面布置

(5)樁身結構設計

(6)基樁承載力驗算

(7)沉降計算

(8)承臺計算

（9）繪制施工圖。

5.設計成果提交要求

（1）課程設計需要同時提交電子版和紙質(zhì)版。上交時間：2016年1月15日

（周五）中午12點之前。

（2）電子版包括：計算書電子版（word）、施工圖電子版（AutoCAD）發(fā)送至

郵箱kanchazuoye@163.com。

郵件名稱為“基礎工程課程設計-某某"，word,CAD都用自己名字命名。

（3）課程設計的紙質(zhì)材料裝在土木學院統(tǒng)一的檔案袋，由班長到思源樓四

樓找陳志清老師領取該檔案袋。每位同學一個檔案袋，寫上姓名、班級、

學號，課程設計名稱“基礎工程課程設計”。指導老師寫“方慶軍，陳國周”。

檔案內(nèi)包括：

①任務書（教師提供電子版，學生打印一份放入檔案袋，A4單面打?。?。

②指導書（教師提供電子版，學生打印一份放入檔案袋，A4單面打印）。

③計算書（A4單面打印），

④施工圖（A3單面打印）。包括樁基礎設計說明、樁基礎平面布置圖、

樁身配筋圖、承臺配筋圖。

（4）計算書格式

①封面：單獨一頁，統(tǒng)一格式。

成績評定表，在封面之后，單獨一頁，統(tǒng)一格式。

②正文：從第3頁開始。詳細計算內(nèi)容參考指導書和教材相關內(nèi)容。

包括：設計資料、詳細的計算步驟、計算公式、表格、插圖、參考規(guī)范等。

字體設置“四號宋體”，行距“單倍行距”。

計算過程中至少保留小數(shù)點后二位。如果涉及到查表，可以酌情增加

有效位數(shù)。計算書應有計算簡圖(插圖)，插圖下面應該給出圖名。

6.成績評定

⑴成績按百分制計取，詳見成績評定表。

(2)鼓勵在設計過程中深入鉆研，擴寬知識面。

⑶評審設計成果時，如有必要，對該生進行面試答辯。

4.2.2設計過程

(1)樁型、樁長和截面尺寸的選擇

①選擇樁型

根據(jù)地質(zhì)條件、上部荷載和施工條件、本工程樁基選擇高強PHC管

樁，樁身混凝土強度C80,截面尺寸600X600mm。

②確定樁的截面尺寸

本工程采用PHC600-110AB-15型管樁，即該管樁直徑為600mm,AB

型,壁厚110mm,單節(jié)樁長為15m,樁身強度等級C80,抗裂彎矩標準值為

224KN?m,樁身軸心受壓承載力設計值為4255KN,理論質(zhì)量440kg/mo

③確定樁長

本工程以第⑥成砂土狀強風化花崗巖作為樁端持力層，樁端全斷面

進入持力層2.0d,樁端采用十字形鋼樁尖。

初選承臺埋深1.5m,承臺厚度0.8m,樁頂嵌入承臺0.10m。

ZK9持力層埋藏較淺,樁長L=35.8-6.51+4.5+1.2+0.1=35.09,ZK2

持力層埋藏較深,樁長=60.3-6.42+4.5+1.2+0.1^39mo

(2)確定單樁承載力特征值

①單樁豎向承載力特征值

根據(jù)經(jīng)驗參數(shù)法確定單樁豎向承載力標準值

Quk=。“+Q“k=?Z/,J+qnkAp

比較ZK1?ZK10,由于ZK10的軟土較厚，且持力層埋藏較淺，故選

用ZK10的柱狀剖面圖計算單樁豎向承載力特征值。

2

e?A.=3.14x0.6x(25x1.9+11x17.6+40x8.9+18x3.4+50x5+140x1.2)+8000x3.14X0.6/4

=4288kN

凡=%

&=4288/2=2144ZM取=2100kN

單樁豎向承載力特征值安全系數(shù)K取2。，

故

樁的入土深度h=37.5+1.2^38.7m

②單樁水平承載力特征值

單樁水平承載力特征值為：

RHO=0.75喂X°a

yX

a=\也,EI=O85Ec/o,%=0.9(1.51+0.5)=1.26m

vEI其中

樁側(cè)主要影響深度

h,"=2(d+1)=2x(0.6+1)=3.2m,深度內(nèi)樁側(cè)面存在:

①雜填土，九=19"，叫=3.5x103^//；

②淤泥，隊=1.3m，機，=2.5xlOMN/m%

m.h.+mA2h,+hJh,

m-—----=~丁1---=------

片

_3.5xl()3X]§2+2.5x103X(2XL9+1.3)XL3

3.22

=2.85x103

所以，E1=0.85E(J0=172336JIN-nr

2.85xl03x1.26，/,t

所以，a=\------------二1461"?

172336

因為a/?=0.46lx32.5=15>4,取?！?4,查表匕=2.441

取X()“=10用機=0.01加

0.75X0.4613X172336

所以，%=x0.01=52kN

2.441

(3)確定樁數(shù)及平面布置因為建筑物左右荷載對稱布置，故可取一

半進行研究，如圖1

柱1：n>—x1.3=^2^1x1.3=3.?初選4根

R,2100柱子布置圖

柱2/3/4：空^1.3=""xl.3=3.5根，初選4根

Ra2100

柱5：空?xl.3=9"xl.3=3.9根，初選4根

段2100

柱6：〃N*xl.3=6682><1.3=4.2根,初選5根

R02100

柱7、8、9：〃2"、1.3=^^1.3=4.5根，初選5根

Ra2100

8491,.

柱10：n>—xl.3=------xl.3=53根,初選6根

此2100

〃2&xl.3=5806,c

柱11:=----xl.3=3.6根，初選4根

R2100

柱12、13、14：刀之空"><1.3=%11.3=4.2,初選5根

Ra2100

柱15：n>^-xl.3=^^xl,3=4.5,初選5根

Ra2100

綜上，四樁承臺的柱，柱1,2.,3,4,5,,11

五樁承臺的柱，柱6,7,8,9,12,13,14,15

六樁承臺的柱，柱10

為了發(fā)揮樁的承載力以及減小擠土樁效應影響，規(guī)范規(guī)定樁距的最

小值，對于擠土樁，其側(cè)面土為飽和粘性土且樁數(shù)小于9根，其最小樁距

為4d=2.4m,假定承臺厚1.5^保護層100mm。

按承臺的構造要求，設計承臺的尺寸得：

四樁承臺：B,=4d+2d=3.6m,Lc=4d+2d=3.6m

22

五樁承臺：Bt=44+2d=36m,Lc=2A/(4C1)-(2d)+2d=5.4m

六樁承臺：=4d+2d=3.6〃?，4=2x4d+2d=6m

（4）樁身結構設計

現(xiàn)場按單點起吊施工，每節(jié)樁段長為15m,考慮起吊過程中的動力影響

將荷載乘以L5的放大系數(shù)，則

均布荷載“飛。伏皿

M]mx=64ZN?m<Mcrk=224kN?m,滿足要求。

N=1.35Ra=1.35x2100=2800^0

N=2835kNW網(wǎng)=4255AN,滿足樁身承載力的要求。

⑸樁基承載力驗算

1）單樁承載力驗算

①四樁承臺

由于四樁承臺中柱5的豎向承載力最大，所以選擇柱5進行驗算。

計算樁頂荷載，承臺及其上覆土層的平均重度取幾=20kN/〃九

Fk=6340kN,G=ad=20x3.6x3.6x3.3=855kN

Qk=殳2k=6340±855=1799kN<R=2100^

n4

=F+G+（"、*+Vykh）yi+（Myk+Vlkh）xi

Q&max——Xp2-▽2

kminn\玉

單樁水平力驗算：Kg=JV；+V；="42+892=99kN

V99

H=3L===25kN<RHa=52kN

kn4Ha

滿足要求。

②五樁承臺

由于五樁承臺中柱9的豎向承載力最大，所以選擇柱9進行驗算。

計算樁頂荷載，承臺及其上覆土層的平均重度取加=20kN/〃九

Fk=6340kN,G=ad=20x3.6x3.6x3.3=855kN

Qk=.+Gk=6340+855=1799kN<R=2\OOkN

n4

=F+G+(Mxk+Vykh)yi+(Myk+Vxkh)Xi

kminn'七

單樁水平力驗算：丫皿=Jv；+V；=V442+892=99kN

V99

H==二=25kN<R=52kN

kn4Ha

滿足要求。

③五樁承臺

由于五樁承臺中柱9的豎向承載力最大，所以選擇柱9進行驗算。

計算樁頂荷載，承臺及其上覆土層的平均重度取％=20kN/〃九

Fk=6340kN,G="Kd=20x3.6x3.6x3.3=855kN

Qk=耳+Gk=6340+855=1799kN</?21OOkN

n4

cF+G+(Mxk+vvkh)yi(Mvi+Vxkh)Xi

kmmianx=---11--±----2--%------土—'七---

單樁水平力驗算：Vmax=Jv；+V；=7442+892=99kN

V99

H==—=25kN<R=52kN

kn4Ha1

滿足要求。

七度抗震設防地區(qū)，樁基礎設計時地震效應為非主控項，可不進行地

震作用下的基樁承載力驗算。

2)群樁沉降計算

對摩擦樁應進行沉降計算。

柱9：樁的縱向中心距，沉降計算按中心距不大于

6倍樁徑的樁基沉降計算方法。

①計算附加壓力

Lc=5.4m,8。=3.601,承臺面積人=19.441112,埋深d=3.3m,地下水位于現(xiàn)地

表下2米，即承臺底。承臺下基底壓力為：

口XX,7/T

P=-+yd=——+20x3.3=409.4往a

Ac°19.44

承臺下基底附加壓力為：

.=P-W=409.4-17x(6.48-4.5)

=375.7kPa

②確定沉降計算深度

自中心把承臺分為4部分，采用疊加原理計算土中附加應力。

b=—=1.8m,

2

_L,_ca_2.7_

ci———2.7——----1.5。

2b1.8

樁端平面處土的自重應力為：

(TC1=17x2+7x1.9+5.8x17.6+9.1x8.9

+6.4x3.4=10.2x5+10xl.2=315.1kPa

樁端平面下9m處土的自重應力為：

q=315.1+10x4.2+11x4.8=409.9/a

樁端平面下z=9m,z/b=5,a/b=1.5,查2表得矩形面積作用均布荷載

角點附加應力系數(shù)a=0.0255，故該處的附加應力為：

G,=4舛0=4x0.0255x375.7=38.3<0.2/=0.2x409.9=82kPa故沉降計算

深度取z.=9*

③計算樁基沉降量s%把計算深度內(nèi)的土分為兩層，每層的厚度分別為：

4.2m,4.8m。Zj=0,4.2m,9〃z(i=0,1,2)。zjb=0,2.33,5.0。查附錄相關表格，得矩形面

積作用均布荷載角點平均附加應力系數(shù)區(qū)=0.250,0.1336,0.108。

s'=4p°S總針/=

IXI

4確定樁基等效沉降系數(shù)。圓形柱,柱徑d=0.6m,樁長/=28.6〃?，

人=冬=477&="=1.5,等效樁距比為：％=立=誓亙=3

d0.6Bc3.6dyjn-dv6x0.6

按&=3查附錄相關表格，可得C°=0.00564,G=L7161,C,=10.8758。短邊布樁

d

數(shù)%=2,樁基等效沉降系數(shù)為：

匕=。。+4-'八，.=

C\{nh—1)+C2

5計算樁基的最終沉降量。

&=?作飛=

查表內(nèi)插，得沉降計算經(jīng)驗系數(shù)科=0.602,樁基的最終沉降量為：

s=if/y/S=xx=mm

柱10：柱的縱向中心距S。=2.4叫S/=4,沉降計算按中心距不大于6倍樁徑

的樁基沉降計算方法。

①計算附加壓力

Lc=6m,Bc=3.6〃?,承臺面積A=21.6m2,埋深d=3.3m,地下水位出現(xiàn)地表

下2米，即承臺底。承臺下基底壓力為：

P=Z+/j=Z§^+20x3.3=431.0kPa

A°21.6

承臺下基底附加應力為：

%=p_阻=431-17x(6.48—4.5)=397.3kPa

②確定沉降計算深度

自中心把承臺分為4部分，采用疊加原理

計算土中附加應力。

匕=2=1.8,a=4=3.0m,

22

a3.01-

-=------=1.0/o

b1.8

樁端平面處土的自重應力為：%=315.kPa

樁端平面下9m處土的自重應力為：q=409.9kPa

樁端平面下z=9m,z/b=5,a/b=1.67,查表的矩形面積作用均布荷載角點附加應

力系數(shù)a=0.029,該處的附加應力為:

q=4初0=4x0.029x397.3=46.1<0.2a=0.2x409.9=82kPa

故沉降計算深度取z“=9m。

③計算樁基沉降量/。把計算深度內(nèi)的土分為兩層，每層的厚度分別為：

4.2機,4.8機。z,=0,4.2機,9m(i=0,1,2)。%=0,2.33,5