地基基础设计方案

目 录摘要.IABSTRACT.II第 1 章 绪论.1 1.1研究的根本任务.1 1.2拟解决的主要问题.1 1.3设计的目的.1第 2 章 柱下独立根底设计.22.1设计资料.22工程概况22工程地质条件22水文地质条件22岩土设计参数32上部结构类型32建筑材料32.1.7地基根底设计方案.32.1.8设计资料42.2独立根底设计42选择根底材料42选择根底埋置深度42确定地基承载力.42确定基底尺寸42验算持力层地基承载力52.2.6沉降计算.52根底高度.62抗冲剪验算.62配筋计算.72根底配筋样图82.1设计图纸82.3独立根底设计82.3.1选择根底材料82.3.2选择根底埋置深度82.3.3确定地基承载力82.3.4确定基底尺寸92.3.5验算持力层地基承载力92.3.6沉降计算92.3.7根底高度.102.3.8抗冲剪验算.112.3.9配筋计算.112.3.10根底配筋样图.122.3.11设计图纸.12第3章 载体桩根底设计.13 3.1设计资料.13 3地基根底设计方案.13 3.1.2设计参数.15 3.1.3建筑材料.15 3.1.4设计资料.15 3.2四桩承台根底设计.15 3.2.1确定单桩承载力特征值.15 3.2.2承台尺寸设计.16 3.2.3计算桩顶荷载.16 3.2.4承台受冲切承载力计算.16 3.2.5承台受剪切承载力计算.17 3.2.6承台受弯承载力计算.18 3.2.7沉降计算.18 3.2.8根底配筋样图.19 3.2.9设计图纸.19 3.3单桩承台根底设计.19 3.3.1设计参数.19 3.3.2确定单桩承载力特征值.19 3.3.3计算桩顶荷载.20 3.3.4承台受冲切承载力计算.20 3.3.5沉降计算.21 3.3.6根底配筋样图.213.设计图纸.213.4三桩承台根底设计.21设计参数.213.4.2确定单桩承载力特征值.223.4.3承台尺寸设计.223.4.4计算桩顶荷载.223.4.5承台受冲切承载力计算.233.4.6承台受剪切承载力计算.263.4.7承台受弯承载力计算.273.4.8根底配筋样图.283.4.9设计图纸.28第4章不同根底联合应用.28 浅根底和桩根底在工程中的联合应用.28 4.28 4.28 解决沉降的措施.29总结.34致谢.35参考文献.36摘 要地基根底设计对保证工程平安和控制工程造价至关重要，大型建筑根底更为复杂，它具荷载大，埋置深及变形要求高的特点。在选择根底形式时，与建筑物的使用性质、上部结构类型、地质情况、抗震性能、对周围建筑物的影响及施工条件等有密切的关系。建筑地基根底不同方案的选择，与工程造价关系极大，为节约投资应该对地基根底方案进行比拟和优化设计。应优先采用天然地基，方便施工，缩短工期，节省造价；天然地基的变形和稳定性不能满足时，可结合工程情况和当地地基处理经验及施工条件，选用地基处理或深根底方案。载体桩具有高承载力、消沉降、环保和经济效益良好的效果。本文主要研究设计柱下独立根底和载体桩根底，提出建筑馆地基根底设计方案以及当载体桩根底和浅根底联合使用情况下可能出现的各种问题，以及解决问题的措施。关键词：天然地基；载体桩根底；设计方案；联合作用；解决措施ABSTRACT With the development of Chinas economy and the diversification of the architectural design, the design of the base foundation is important to guarantee the engineering security and controle engineering construction cost.The large buildings foundation design must be more complex and has more load , the more deeper bury and the more strict deformation requirement,when chooses the foundation forms with buildings use properties,the geological situations,the earthquake resistance performance and the close relationship to the periphery buildings influence .the difference choices to the foundation is related to the buildings cost, to save the investment we should compare to the optimization of the ground foundation. we should first use the natural foundation, which is easy to construction, reduces the time, and saves the construction cost; When natural foundations distortion and the supporting capacity cannot satisfy, may unify the project situation and the local groundt reatment experience and the execution conditions,choose foundation treatment or deep foundation scheme. Carrier pile foundation has high bearing capacity,low settlement,environmental protection and economic good effect.This paper mainly studies the design of single foundation under column pile foundation and carrier foundation, it is put forward that building museum foundation design scheme and when the carrier pile foundation combined with the use of the shallow foundation can appear possible problems, and the measures to solve the problemKeywords: Natural foundation;Carrier pile foundation;Design scheme; Solving measures第1章 绪论1.1 设计的根本问题根据建筑馆的岩土工程勘查报告及上部结构使用情况，提出建筑馆地基根底设计方案，研究载体桩根底和柱下独立根底，根据所选方案进行建筑馆地基根底设计。1.2 拟解决的主要问题 根据岩土工程勘查报告以及上部结构和荷载，设计建筑馆地基根底，以及不同根底联合作用情况下可能出现的问题以及解决措施。1.3 设计的目的 建筑物应优先采用天然地基上的浅根底，方便施工，缩短工期，节省造价；天然地基的变形和稳定性不能满足时，可结合工程情况和当地地基处理经验及施工条件，选用地基处理或深根底方案。当天然地基承载力不能到达要求是或设计埋深过大影响造价时，可采用复合地基以增大承载力减少工程造价；载体桩的优越表现让人们初步认识到作为新的根底类型很有潜力，能适应新条件下对地基提出的高承载力、消沉降、环保和经济效益良好的要求。有时由于地质环境的影响可能会产生不同根底联合应用的情况来满足地基承载力和减少工程造价。但应分析不同根底联合使用时可能出现的问题以及如何解决。第2章 柱下独立根底设计2.1 设计资料2.1.1 工程概况 拟建的吉林建筑工程学院建筑馆，位于长春市净月开发区新城大街以东，金桔路以北。本工程建筑物共有5栋，5栋楼相互连接，平面呈“回字型，3-6层，框架结构，不设地下室。详见平面图。工程重要性等级为二级，场地等级为二级，地基等级为二级，岩土工程勘察等级为乙级。2.1.2 工程地质条件 自上而下土层依次如下： 第层 杂 填 土：主要由粘性土、碎石、砂等组成，局部含建筑及生活垃圾，层厚0.702.10 m。 第层 粉质粘土：黄褐色，可塑-可塑偏硬状态，中等压缩性，厚度0.003.60m。 第层 粉质粘土：黄褐、褐色可塑偏软状态，中等偏高压缩性，局部高压缩性布，厚度0.003.50m。 第层 粉质粘土：黄褐、褐色、红褐色，可塑偏硬状态，中压缩性，厚度0.004.70m。 第层 泥 岩：砖红、紫红色，全风化状态，极易破碎，呈硬塑状态粘性土状，层厚0.004.10m。 第层 泥 岩：紫红色，强风化状态，风化裂隙很发育，结构大局部破坏，岩芯碎块状，勘察揭露的最大厚度为2.00m。2.1.3 水文地质条件 地下水的类型及埋藏、分布特点：勘察深度内，未见地下水。 地下水补给、排泄条件及动态变化：地下水主要补给来源为大气降水补给，69月为丰水期，局部地段会形成上层滞水稳定水面。 地下水与土的腐蚀性评价：根据地区经验，地下水及土对砼和砼中的钢筋有微腐蚀性。2.1.4 岩土设计参数 表2-1 地基土承载力特征值层号土层名称地基土承载力特征值fakkPa粉质粘土200粉质粘土160粉质粘土230全风化岩260强风化岩5002.1.5 上部结构类型 拟建建筑物为多层现浇框架结构，框架柱截面尺寸为。室外地坪标高同自然地面，室内外高差。2.1.6 建筑材料 混凝土强度等级为，钢筋采用、。2.1.7 地基根底方案建议 1 系馆3号根底方案建议：采用独立根底。2 系馆1、2号 根底方案建议：采用载体桩根底。 3 系馆4号 根底方案建议：采用载体桩根底。 4 系馆5号 根底方案建议：采用载体桩根底和独立根底。 系馆3号具体建议： 根底方案建议：采用独立根底。 持力层选用第号土层，承载力特征值，框架柱截面尺寸为，室外地坪标高同自然地面，室内外高差。 地基均匀性评价：设计标高为，基底标高按估算地基土为第、层岩土，地基土性质不同，属不均匀性地基。但地基岩土性质较好，建议采用独立根底。 地基持力层：以第层全风化岩作持力层，西部地段将柱脖加长。或者西部以第层粉质粘土作持力层，东部以第层全风化岩作持力层,根据荷载条件调整基底面积。地基土承载力特征值见表1。 应采取结构措施增强建筑物的整体刚度，控制不均匀沉降。 基槽挖至设计标高时应通知有关人员验槽。2.1.8 设计资料 3号系馆楼： 独立根底柱底荷载效应标准组合值:。 独立根底柱底荷载效应根本组合值:。2.2 独立根底设计系馆3号楼独立根底设计2.2.1 选择根底材料 根底采用混凝土，级钢筋，预估根底高度，垫层选用C10素混凝土。2.2.2 确定根底埋置深度 本设计取号土层为持力层，考虑取室外地坪到根底底面为。2.2.3 确定地基承载力 根据全风化岩风化为黏性土，其宽度和深度修正系数分别为，。持力层承载力特征值先不考虑对根底宽度修正值： 式中根底埋深，自室外地面算起。2.2.4 根底底面尺寸设计 柱底荷载标准值：计算根底和回填土重时的根底埋置深度为： 根底底面积为： 由于偏心不大，根底底面积按增大，即初步选定根底底面积，且不需要再对进行修正。2.2.5 验算持力层地基承载力 根底和回填土重为： 偏心距：。 ，故，满足要求。 基底压力： 基底最大压力： 满足承载力要求。2.2.6 沉降计算 基底附加压力： 取 荷载标准值计算荷载设计值取荷载综合分项系数，因此，结构计算式上部结构传至根底顶面的竖向荷载设计值简化计算： 静偏心距： 根底边缘处的最大和最小净反力：2.2.7 根底高度设计 采用锥形根底初选根底高度,根底坡度i:，(有垫层)。2.2.8 抗冲切验算因，取 取。因此，可得： 因偏心受压，取。 冲切力： = = 抗冲切力： 满足要求。2.2.9 配筋计算 , 根底长边方向： 对于-截面柱边 柱边净反力： = 悬臂局部净反力平均值： 弯矩： 选用根底短边方向： 因为该根底受单向偏心荷载作用，所以，在根底短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取 选用2.2.10 根底配筋大样图 根底配筋大样图如图A3图纸01所示。2.2.11 设计图纸 根据以上计算，可以绘制出根底平面布置图见图纸012.3 独立根底设计系馆3号楼独立根底设计2.3.1 选择柱根底材料 根底采用混凝土，级钢筋，预估根底高度。2.3.2 选择根底埋置深度 考虑取室外地坪到根底底面为，本设计取号土层为持力层。2.3.3 求地基承载力特征值根据全风化岩风化为粘性土，其宽度和深度修正系数分别为，.。 持力层承载力特征值先不考虑对根底宽度修正： 上式按室外地面算起。2.3.4 初步选择基底尺寸 取柱底荷载标准值：。 计算根底和回填土重时的根底埋置深度： 根底底面积： 由于偏心不大，根底底面积按增大，即 初步选定根底底面积，且,不需要对进行修正。2.3.5 验算持力层地基承载力 根底和回填土重： 偏心距： ，满足要求。 基底压力： 基底最大压力： 故，满足要求。2.3.6 沉降计算 基底附加压力： 取 荷载标准值计算荷载设计值取荷载综合分项系数1.35，因此，结构计算时上部结构传至根底顶面的竖向荷载设计值简化计算： 偏心距： 根底边缘处的最大和最小净反力：2.3.7 根底高度采用锥形根底 柱边根底截面抗冲切验算, 锥形根底，根底坡度i:，初选根底高度mm，取。 因此，可得 因偏心受压，取。2.3.8 抗冲切验算 冲切力： 抗冲切力： 满足要求。2.3.9 配筋计算 , 根底长边方向。对于-截面柱边 柱边净反力： 悬臂局部净反力平均值： 弯矩为： 选用根底短边方向： 因为该根底受单向偏心荷载作用，所以，在根底短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取 选用2.3.10 根底配筋大样图 根底配筋大样图如图A3图纸01所示。2.3.11 设计图纸 根据以上计算，可以绘制出根底平面布置图见图纸01第3章 载体桩根底设计3.1 设计资料3.1.1 地基根底设计方案建议 系馆1、2、4、5具体根底方案建议： 系馆1、2号 根底方案建议：采用载体桩根底。 地基均匀性评价：设计标高为，基底标高按估算，局日部地段地基土为填土，基底下地基土层分布、厚度不均匀，属不均匀性地基。系馆1、2号载体桩根底方案建议一览表 表3-1桩端持力层第层粉质粘土第层全风化泥岩桩长()。、号孔附近载体等效计算面积估算单桩竖向承载力单桩竖向承载力特征值Ra按下式估算： ，为经深度修正后载体持力层地基承载力特征值；为载体等效计算面积。 桩端持力层、桩长及估算单桩竖向承载力见下表3-1：桩顶标高按，桩径按估算。打桩以贯入度控制为主，以粉质粘土作持力层，最后三击贯入度应小于，以全风化岩作持力层，最后三击贯入度应小于，施工时应先打试桩以确定最后三击贯入度。 试压桩时应通知有关人员参加。 应按规定进行基桩质量检测。 系馆4号 地基均匀性评价：设计标高为，基底标高按估算，基底下地基土层分布、厚度不均匀，属不均匀性地基。北部基岩出露早，向南基岩埋藏深度增大。 根底方案建议：北部基岩埋藏深度小于地段采用独立根底，南部基岩埋藏深度大于地段采用载体桩根底。 独立根底：以第层全风化岩作为地基持力层 桩端持力层：第层全风化岩。 桩长：桩顶标高按估算，桩长，桩长由北向南加长。 单桩竖向承载力特征值按下式估算；，为经深度修 正后载体持力层地基承载力特征值；Ae为载体等效计算面积，取；桩 径按估算，单桩竖向承载力。 打桩以贯入度控制为主，最后三击贯入度应小于，施工时应先 打试桩以确定最后三击贯入度。 应按规定进行基桩质量检测。 应采取结构措施增强建筑物的整体刚度，使建筑沉降能够协调。 应即时请通知有关人员参加验桩、验槽。 系馆5号 地基均匀性评价：设计标高为，基底标高按估算基底下地基土层分布、厚度不均匀，属不均匀性地基。基岩埋藏深度由北向南变深。 根底方案建议：采用载体桩根底。 桩端持力层：第层全风化岩。 桩长：桩顶标高按估算，桩长，桩长由北向南加长。单桩竖向承载力特征值Ra按下式估算：，fa为经深度修正后载体持力层地基承载力特征值；为载体等效计算面积，取；桩径按估算，单桩竖向承载力。 打桩以贯入度控制为主，最后三击贯入度应小于，施工时应先打试桩以确定最后三击贯入度。 应按规定进行基桩质量检测。 应采取结构措施增强建筑物的整体刚度，使建筑沉降能够协调。 应即时请通知有关人员参加验桩。3.1.2 设计参数 根据地质工程勘查报告，桩根底采用载体桩根底，桩端持力层选层全风化岩，加固挤密土层选层粉质粘土，桩长，.，根底埋深，载体定为。混凝土桩长初步估算。最后三击贯入度以锤径为，质量为的柱锤，落距，以粉质粘土为持力层，最后三击贯入度小于。载体等效计算面积，取计算。3.1.3 建筑材料 取承台厚，下设厚度为，强度等级为的混凝土垫层，保护层为，混凝土强度等级为。3.1.4 设计资料 3.2 四桩承台设计(系馆4号楼)3.2.1 单桩承载力特征值的估算 取确定桩数及布桩：取根，取桩距按矩形布置图纸一所示3.2.2 承台尺寸设计取承台长边和短边：承台埋深，承台高，钢筋保护层取承台有效高度：3.2.3 计算桩顶荷载取承台及其上土的平均重度，那么桩顶平均竖向力为: 故，符合要求。 各桩平均竖向力： 最大竖向力：3.2.4 承台受冲切承载力验算桩顶平均净反力： 柱边冲切： 因,故可取。 角桩冲切验算： 3.2.5 承台受剪切承载力验算 对截面 故剪切系数: 故，满足要求。 3.2.6 承台受弯承载力验算 截面 选用，沿平行轴方向均匀布置。 截面 选用，沿平行x轴方向均匀分布布置。3.2.7 沉降计算 故，满足要求。取3.2.8 根底配筋图 根底配筋大样图见图纸013.2.9 设计图纸 根据以上计算，可以绘制出根底平面布置图见图纸013.3 单桩承台根底设计系馆5号楼3.3.1 设计参数 根据地质工程勘查报告，桩根底采用载体桩根底，桩端持力层选层全风化岩，加固挤密土层选层粉质黏土，桩长， 根底埋深=1.7m，载体定为。混凝土桩长初步估算=6m。最后三击贯入度以锤径为，质量为的柱锤，落距，以粉质粘土为持力层，最后三击贯入度小于。根据标准载体等效计算面积，取计算。3.3.2 单桩承载力特征值的估算 取 取确定桩数及布桩: 取1根，初选承台尺寸取承台长边和短边为： 承台埋深，承台高，钢筋保护层取承台有效高度为：3.3.3 计算桩顶荷载取承台及其上土的平均重度，那么桩顶平均竖向力为: 故，符合要求。 各桩平均竖向力3.3.4 承台受冲切承载力验算 因,故可取。 故，满足要求。 截面 选用，沿平行y轴方向均匀布置。 截面 同，沿轴方向均与布置。 3.3.5 沉降计算 故，满足要求。取3.3.6 根底配筋图 根底配筋大样图见图纸013.3.7 设计图纸 根据以上计算，可以绘制出根底平面布置图见图纸013.4 三桩承台系馆4号楼3.4.1 设计参数 根据地质工程勘查报告，桩根底采用载体桩根底，桩端持力层选层全风化岩，加固挤密土层选层粉质粘土，桩长5m，上柱尺寸。取承台厚，下设厚度为，强度等级为，混凝土抗拉强度为，钢筋选用，,，根底埋深，载体定为。混凝土桩长初步估算。最后三击贯入度以锤径为，质量为的柱锤，落距，以粉质粘土为持力层，最后三击贯入度小于。根据标准载体等效计算面积，取计算。3.4.2 单桩承载力特征值的估算 取确定桩数及布桩：取3根，取桩距按矩形布置三角形布桩 桩间距 承台边缘至桩中心距 3.4.3 承台尺寸设计承台总长 承台总宽 承台根部截面有效高度 圆桩换算截面宽度承台埋深，承台高，钢筋保护层取3.4.4 计算桩顶荷载取承台及其上土的平均重度，那么桩顶平均竖向力为: 故，符合要求。 内力计算 各桩净反力设计值 3.4.5 承台受冲切承载力验算 柱对承台的冲切验算： . 计算冲切临界截面周长：计算 计算 因 计算冲切抗力：因 所以 20.8911000.85 故，柱对承台的冲切满足标准要求。 角桩对承台的冲切验算： 因 所以 (20.853+0.39)1.047)1100 = 故，底部角桩对承台的冲切满足标准要求。 (21.607+0.722)1.047)1100 故，顶部角桩对承台的冲切满足标准要求。3.4.6 承台斜截面受剪验算 计算承台计算截面处的计算宽度计算剪切系数 = 计算承台底部最大剪力： = 故，承台斜截面受剪满足标准要求。3.4.7 承台受弯计算 确定单桩最大竖向力： 承台底部弯矩最大值： 0.5) 计算系数： C20混凝土 相对界限受压区高度： 纵向受拉钢筋： = 2400850 =1567 最小配筋面积: =0.150%862850 =1099 , 选择钢筋 选择钢筋, 实配面积为1782。 选择钢筋 选择钢筋, 实配面积为1782。3.4.8 根底配筋图 根底配筋大样图见图纸013.4.9 设计图纸 根据以上计算，可以绘制出根底平面布置图见图纸01第4章 不同根底联合应用4.1 浅根底与载体桩根底在工程中的联合应用4.1.1 不同根底联合使用可能出现的问题复杂地质条件下，地形起伏较大，土层分布有缺失现象，导致基底土层分布在同一幢建筑物中显著不同，对于土质条件好承载力高的地块可采用天然浅根底，而对于土质差承载力低的地块可采用载体桩根底，同一建筑中可联合应用两种根底类型。控制差异沉降是联合应用两种根底的关键。4.1.2 差异沉降的危害在实际工程中，天然地基土具有一定的压缩性，因此，在自重应力和附加应力的作用下，地基将产生一定的沉降。一般来说，地基产生均匀沉降，对建筑物本身影响不大，可以预留沉降标高加以解决。但是由于地基软弱，土层厚度变化大，土层在水平方向软硬与建筑物荷载相差较大或根底类型、尺寸的差异等原因，容易使地基产生过量的不均匀沉降，造成建筑物倾斜，引起上部结构产生附加应力或上部结构附加应力增加，当不均匀沉降超过建筑物承受的限度时，即造成墙体或楼面开裂等事故，甚至使整个结构严重倾斜，影响建筑使用，危及平安。当两种不同根底协同作用时由于根底类型的不同和上部荷载结构的不同更易产生差异性沉降，对不同根底联合工作的差异性沉降的研究对工程造价的节省和提高地基的承载力起到重要意义。总体来说，差异性沉降对工程的危害主要表现在三个方面：一是使上部结构产生过大附加应力，二是使建筑物底层层高减小，建筑物总高度减小，三是使建筑物开裂或倾斜。因此，采取有效措施防止或减轻差异性沉降，在建筑设计中至关重要。 4.1.3 解决沉降的措施 本工程解决差异性沉降主要从建筑措施，结构措施，施工措施和防治措施几方面来解决，产生差异性沉降的主要原因 上部荷载突变，上下交界处产生不均匀沉降； 地基土的压缩性质相差悬殊，土层水平方向软硬突变处产生不均匀沉降； 地基土压缩层相差悬殊，软弱土层厚度变化大提出本工程减小差异性沉降的危害的措施， 对地基某一深度内或局部进行人工处理； 采用桩基或其它深根底方案； 在建筑设计、结构设计和施工方面采取某些工程措施解决不均匀沉降的危害主要有两个途径：一是设法增强上部结构对不均匀沉降的适应能力，二是设法减少不均匀沉降或总沉降量。下面我们将对这四个方面进行具体说明。 1建筑措施 1建筑物体型力求简单建筑物包括平面与立面形状及尺度。平面形状复杂的建筑物，在纵横单元交接处的根底密集，地基中附加应力相互叠加，导致该局部的沉降往往大于其他局部。当建筑物的上下或者荷载差异较大时，也必然会加大地基的不均匀沉降。因此，当具备发生较大不均匀沉降条件时，建筑物体型应该力求简单。假设建筑物的体型较复杂，宜根据其平面、立面形状、荷载差异等情况、在适当部位用沉降缝将其划分为假设干刚度较好的独立单元体；或者将两者隔开一定的距离，两者之间采用能自由沉降的连接体或简支、悬挑结构连接。 2控制建筑物长高比建筑物在平面上的长度L和根底底面算起的高度H之比称作建筑物的长高比，是决定砌体建筑的主要因素长高比越小，建筑物刚度越好，对地基不均匀沉降的调节作用也越好。对于3层或3层以上的房屋，L/H宜小于2.5；当L/H 在2.5和3.0之间时，应当尽量控制纵墙不转折或少转折，内墙间距不宜过大，且内墙与纵墙之间的连接必须牢靠，同时纵墙开洞应尽量小。在实际设计中，假设建筑物沉降量大于120mm时，那么应对长高比进行控制，同时尽量减少纵墙布攥着或少转折，必要时还应增加根底刚度和强度。 3设置沉降缝为防止建筑物各局部由于地基不均匀沉降引起房屋破坏所设置的垂直缝称为沉降缝。作法为：从根底底部断开，并贯穿建筑物全高。使两侧各为独立的单元，可以垂直自由的沉降。设置沉降缝的一般部位和原那么：建筑物平面的转折部位；建筑的高度和荷载差异较大处；过长建筑物的适当部位；地基土的压缩性有着显著差异；建筑物根底类型不同以及分期建造房屋的交界处；拟设置伸缩缝出沉降缝可兼做伸缩缝。为防止沉降缝两侧单元相向倾斜挤压，沉降缝应当有足够的宽度：表为房屋沉降缝宽度房屋层数沉降缝宽度。表4-1 房屋沉降缝宽度 房屋层数沉降缝宽度/mm2-350-804-580-1205层