建筑馆地基基础设计方案

- 1 - 建筑馆地基基础设计方案 第 1 章 绪论 计的基本问题 根据建筑馆的岩土工程勘查报告及上部结构使用情况，提出建筑馆地基基础设计方案，研究载体桩基础和柱下独立基础，根据所选方案进行建筑馆地基基础设计。 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，设计建筑馆地基基础，以及不同基础联合作用情况下可能出现的问题以及解决措施。 计的目的 建筑 物 应优先采用天然地基 上的浅基础 ，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 ，选用地基处理或深基础方案。当天然地基承载力不能达到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基础类型 很有潜力 ，能 适应新条件下对地基提出的高承载力、低沉降、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基础联合应用的情况来满足地基承载力和减少工程造价。但应分析不同基础联合使用时可能出现的问题以及如何解决。吉林建筑工程学院毕业设 计 - 2 - 第 2 章 柱下独立基础设计 计资料 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，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。 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 m。 第层 粉质粘土：黄褐色，可塑 等压缩性， 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 第层 粉质粘土：黄褐、褐色、红褐色，可塑偏硬状态，中压缩性， 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 第 层 泥 岩：紫红色，强风化状态，风化裂隙很发育，结构大部分破坏，岩芯碎块状，勘察揭露的最大厚度为 第 2 章 柱下独立基础设计 - 3 - 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，部分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 。 土设计参数 表 2地基土承载力特征值 ()ak af 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 00500 。室外地坪标高同自然地面，室内外高差 筑材料 混凝土强度等级为 25 30，钢筋采用 235 335 基基础方案建议 1 系馆 3号 基础方案建议：采用独立基础。 2 系馆 1、 2号 基础方案建议：采用载体桩基础。 3 系馆 4号 层号 土层名称 地基土承载力特征值 粉质粘土 200 粉质粘 土 160 粉质粘土 230 全风化岩 260 强风化岩 500 吉林建筑工程学院毕业设 计 - 4 - 基础方案建议：采用载体桩基础。 4 系馆 5号 基础方案建议：采用载体桩基础和独立基础。 系馆 3号具体建议： 基础方案建议：采用独立基础。 持力层选用第 号土层，承载力特征值 60 ，框架柱截面尺寸为00500 ，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 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，建议采用独立基础。 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。 计资料 3号系馆楼： 独立基础柱底荷载 效应标准组合值 : K 40,850 。 独立基础柱底荷载效应基本组合值 : 260,2 6 0 0 K 。 立基础 设计 （系馆 3号楼独立基础设计） 择基础材料 基础采用 25C 混凝土， 235钢筋，预估基础高度 垫层选用 定基础埋置深度 本设计取 号土层为持力层，考虑取室外地坪到基础底面为 第 2 章 柱下独立基础设计 - 5 - 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b d 持力层承载力特征值不考虑对基础宽度修正值）： k p 08) 式中 d 基础埋深，自室外地面算起。 础底面尺寸设计 柱底荷载标准值： K 50,3300 计算基础和回填土重 的基础埋置深度为： 1 基础底面积为： 20 8 3 3 0 0 由于偏心不大，基础底面积按 %20 增大，即 20 初步选定基础底面积 ，且 不需要再对 算持力层地基承载力 基础和回填土重为： K 偏心距： ）（ 0 e k。 故，满足要求。 基底压力： k FP 72850 吉林建筑工程学院毕业设 计 - 6 - 基底最大压力： k FP 285)72850)61(m a x 满足承载力要求。 降计算 基底附加压力： k p 61)221 取 8.0s s 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基础顶面的竖向荷载设计值简化计算： K 4 静偏心距： 4 754 基础边缘处的最大和最小净反力： k p ak p 06m a x,m i n, ) 4 7)61( 0 础高度设计 采用锥形基础 ,.2 0 . 5 , 0 . 5t c ca b m a m 。初选基础高度第 2 章 柱下独立基础设计 - 7 - 00 ,基础坡度 i: 31700200 ， 500 (有垫层 )。 冲切验算 因 t ，取 取ba 因此，可得： 502 14005002 因偏心受压， 冲切力： 2m a x 0 0F ( ) ( )2 2 2 2h b h = )= 抗冲切力： 73 2 0 满足要求。 筋计算 235 2/210 基础长边方向： 对 于 -截面（柱边） 柱边净反力： )(2 m i n,m a x,m i n, = k p 67(206 悬臂部分净反力平均值： k 67(21)(21 ,m a x, 弯矩： 吉林建筑工程学院毕业设 计 - 8 - 2m a x 11 1 ( ) ( ) ( 2 )2 4 2nn l a b b ) 260, 1 6 7 选用 1411 （ 22 16741693 s ） 基础短边方向： 因为该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取 k p 1)(21 m i n,m a x, )2()(24 2 121)4 260 1 4 2 选用 1213 （ 22 14231470 s ） 础配筋大样图 基础配筋大样图如图 1所示 。 计图纸 根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图（见图纸 01） 立 基础 设计 （系馆 3 号楼独立基础设计） 择柱基础材料 基础采用 25C 混凝土， 235钢筋，预估基础高度 择基础埋置深度 考虑取室外地坪到基础底面为 本设计取 号土层为持力层。 第 2 章 柱下独立基础设计 - 9 - 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 b 0，d. 。 持力层承载力特征值不考虑对基础宽度修正）： k p 40) 上式 d 按室外地面算起。 步选择基底尺寸 取柱底荷载标准值： K 60,2300 。 计算基础和回填土重 1 基础底面积： 20 0 2 3 0 0 由于偏心不大，基础底面积按 %20 增大，即 20 初步选定基础底面积 ，且 ,不需要对 算持力层地基承载力 基础和回填土重： K 偏心距： ,0 ）（ e 满足要求。 基底压力： 吉林建筑工程学院毕业设 计 - 10 - k p p FP 302300 基底最大压力： k FP 300)302300)61(m a x 故，满足要求。 降计算 基底附加压力： k p 61)259 取 8.0s s 荷载标准值计算荷 载设计值取荷载综合分项系数 此，结构计算时上部结构传至基础顶面的竖向荷载设计值简化计算： K 1 0 52 3 0 偏心距： 2 581 基础边缘处的最大和最小净反力： k p ak p 00m a x,m i n, ) 3 1 0 5)61( 0 础高度 （采用锥形基础） 柱边基础截面抗冲切验算 第 2 章 柱下独立基础设计 - 11 - , 锥形基础，基础坡度 i:31950200，初选基础高度 1000h )(9500 有垫层 t ，取 2 。 因此，可得 2502 20005002 因偏心受压， 冲切验算 冲切力： )22()22()22()22 ( 200200m a x, 2211 3 9)抗冲切力： 2 91 8 2 0 满足要求。 筋计算 235 2/210 基础长边方向。对于 -截面（柱边） 柱边净反力： )(2 m i n,m a x,m i n, k p 20( 悬臂部分净反力平均值： k p 20(21),m a x,(21 弯矩为： 吉林建筑工程学院毕业设 计 - 12 - 2m a x 11 1 ( ) ( ) ( 2 )2 4 2nn l a b b 1229)260, 6 8 4 79 5 02 1 2 99.0 选用 2022 （ 22 6 8 4 76 9 1 2 s ） 基础短边方向： 因为该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，取 k p 20(21)(21 m i n,m a x, )2()(24 2 3 0 5)4 0 2 260 1 6 9 选用 1412 （ 22 16991846 s ） 础配筋大样图 基础配筋大样图如图 1所示 。 计图纸 根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图（见图纸 01）第 3 章 载体桩基础设计 - 13 - 第 3 章 载体桩基础设计 计资料 基基础设计方案建议 系馆 1、 2、 4、 5具体基础方案建议： 系馆 1、 2号 基础方案建议：采用载体桩基础。 地基均匀性评价：设计 标高为 基底标高按 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号载体桩基础方案建议一览表 表 3 单桩竖向承载力特征值 ， 经深度修正后载体持力层地基承载力特征值； 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 下表 3桩径按 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 桩端持力层 第层粉质粘土 第层全风化泥岩 桩长 (m ) 6 66Z 、 71J 号孔附近 载体等效计算面积 2m ） 估算单桩竖向承载力 450 750 吉林建筑工程学院毕业设计 - 14 - 地基均匀性评价：设计 标高为 基底标高按 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。 基础方案建议：北部基岩埋藏深度小于 段采用独立基础，南部基岩埋藏深度大于 段采用载体桩基础。 独立基础：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 算，桩长 桩长由北向南加长。 单桩竖向承载力特征值 下式估算； ， 经深度修 正后载体持力层地基承载力特征值； 载体等效计算面积，取 桩 径按 算，单桩 竖向承载力 50 。 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 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。 基础方案建议：采用载体桩基础。 桩端持力层：第层全风化岩。 桩长：桩顶标高按 算，桩长 桩长由北向南加长。单桩竖向承载力特征值 ， 载体等效计算面积，取 桩径按 算，单桩竖向承载力 50 。 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。 第 3 章 载体桩基础设计 - 15 - 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。 计参数 根据地质工程勘查报告，桩基础采用载体桩基础，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 25C . 500k ， 基础埋深 ，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 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 2s 9.2 计算。 筑材料 取承台厚 下设厚度为 强 度等级为 10C 的混凝土垫层，保护层为 混凝土强度等级为 20C 。 计资料 02 5 0 0桩承台设计 (系馆 4 号楼 ) 桩承载力特征值的估算 ) k p ( （取 60 ） 吉林建筑工程学院毕业设计 - 16 - 5 a （ 50取 ） 确定桩数及布桩： 取 4 根，取桩距 ， 按矩形布置图纸一所示 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： 算桩顶荷载 取承台及其上土的平均重度 3m/20 ，则桩顶平均竖向力为 : FN 506744 422m a a x, 故，符合要求。 3 7 52 5 0 各桩平均竖向力： k 8 4 最大竖向力： a a x 台受冲切承载力验算 桩顶平均净反力： l 柱边冲切： 第 3 章 载体桩基础设计 - 17 - ）（满足 因 00 ,故可取 00900(8002000 。 0)()(2 l ) 角桩冲切验算： 。 1011121 , 0111121 )2/()2/( )2/ )( 91 2 9 4 可以 台受剪切承载力验算 对 - 截面 )间介于 故剪切系数 : 2 ha 9 8 0 0( 410 吉林建筑工程学院毕业设计 - 18 - 故，满足要求。 截面截面同 - 台受弯承载力验算 截面 - iy 260 4 0 4 选用 240852013 ， ，沿平行 y 轴方向均匀布置。 截面 - ix 8442 260 3 0 9 选用 240852013 ， ，沿平行 x 轴方向均匀分布布置。 降计算 122)122()(2( 000 h ni 612()156 ）（ 第 3 章 载体桩基础设计 - 19 - 故，满足要求。 取 8.0s s 础配筋图 基础配筋大样图（见图纸 01） 计图纸 根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图（见图纸 01） 桩承台基础设计 （系馆 5 号楼） 计参数 根据地质工程勘查报告，桩基础采用载体桩基础，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 00k 基础埋深 d =体定为 混凝土桩长初步估算 L =6m。最后三击贯入度以锤径为 质量为 柱锤，落距 以粉质粘土为持力层，最后三击贯入度小于 根据规范载体等效计算面积，取 2s 计算。 桩承载力特征值的估算 )3( k p ( （取 80 ） 1 a （取 50 ） 确定桩数及布桩 : 55 0 0n 取 1 根， 初选承台尺寸 取承台长边和短边为： 吉林建筑工程学院毕业设计 - 20 - 承台埋深 承台高 钢筋保护层取 承台有效高度为： 算桩顶荷载 取承台及其上土的平均重度 3m/20 ，则桩顶平均竖向力为 : FN 故，符合要求。 竖向力 k 6 7 台受冲切承载力验算 因 00 ,故可取 00900(8002000 0)()(2 752775 故，满足要求。 截面 - iy 60 1 1 7 68 5 03 0 09.0 选用 212441211 ， ，沿平行 y 轴方向均匀布置。 第 3 章 载体桩基础设计 - 21 - 截面 - 同 - ，沿 y 轴方向均与布置。 降计算 )(2(000 h ni 144 ni si 110 61) 故，满足要求。 取 8.0s s 础配筋图 基础配筋大样图（见图纸 01） 计图纸 根据以上计算，可以绘制出基础平 面布置图（见图纸 01） 桩承台 （系馆 4 号楼） 计参数 根据地质工程勘查报告，桩基础采用载体桩基础，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 00500 。取承台厚 下设厚度为 强度等级为 20C ，混凝土抗拉强度为 2/1.1 ，吉林建筑工程学院毕业设计 - 22 - 钢筋选用 335 2/300 , 840k ， 基础埋深 ，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 柱锤，落距 以粉质粘土为持力层，最后三击贯入度小于 根据规范载体等效计算面积，取 2s 计算。 桩承载力特征值的估算 )3( k p ( （取 60 ） 5 a （ 50取 ） 确定桩数及布桩： 01 8 4 0 取 3 根，取桩距 ， 按矩形布置三角形布桩 桩间距 600 承台边缘至桩中心距 00 台尺寸设计 承台总长 mB x 承台总宽 mB y 承台根部截面有效高度 s 圆桩换算截面宽度 db p 承台埋深 承台高 钢筋保护层取 算桩顶荷载 取承台及其上土的平均重度 3m/20 ，则桩顶平均竖向力为 : K 7506583 822m a a x, 第 3 章 载体桩基础设计 - 23 - 故，符合要求。 4 8 41 8 4 c c o s (c c o s (21o s (o s (o s (1233222211桩：桩：桩：各桩净反力设计值 8 8 27 8 5 . 8 K 0 . 8 )(6 7 . 532484N 1 . 86 7 . 532484N 2 8 2 8 K 台受冲切承载力验算 柱对承台的冲切验算： . 吉林建筑工程学院毕业设计 - 24 - 计算冲切临界截面周长： 计算 1a x 计算 2a x 2 . 2 1 8 3 2 )0 . 5|0 . 9 2 4|-|- 0 . 4 6 2|0 . 4 0 3 . 6 02 . 0 82 因 212 m a xm a xm a xm a x 取 第 3 章 载体桩基础设计 - 25 - t a nt a n 11 4 0 4 计算冲切抗力： 因 所以 992.0 484)02480(00 023112 2 =2 1100 4 8 45 0 3 1 故，柱对承台的冲切满足规范要求。 角桩对承台的冲切验算： s 0),m a x (01211 )s ()2( 2312 c o s ()2 a n ( a n (11 8 4 2 吉林建筑工程学院毕业设计 - 26 - )o s () 4 s (0 4 4 ）（ 因 所以 992.0 0111111 )a n ()2( =(2 ( 1100 = 故，底部角桩对承台的冲切满足规范要求。 0212212 )a n ()2( =(2 1100 2 811 25 30 故，顶部角桩对承台的冲切满足规范要求。 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 = 00( 410 0 . 6 0 5 1 4ha 1 . 0 91 . 00 . 6 0 51 . 7 51 . 0 )y( 1 . 7 5y 计算承台底部最大剪力： 第 3 章 载体桩基础设计 - 27 - A / 2)= 0 . 42)( 1 . 6 /2 ) 60 . 5 /2 /( 2 /31 . 6 22 = 7 4 02 1 8 5 故，承台斜截面受剪满足规范要求。 台受弯计算 确定单桩最大竖向力： ,ma x ( 321m a x 承台底部弯矩最大值： 31b c )/ 4 )3(-(m a x =( 1 计算系数： 凝土 0 2 12301 2 相对界限受压区高度： 纵向受拉钢筋： = 01 =2400 850 00 =1567 2吉林建筑工程学院毕业设计 - 28 - 最小配筋面积 : 624004621 m = 862 850 =1099 22m 567,取取 , 选择 筋 选择钢筋 187 , 实配面积为 1782 2 选择 筋 选择钢筋 187 , 实配面积为 1782 2 础配筋图 基础配筋大样图（见图纸 01） 计图纸 根据以上计算，可以绘制出基础平面布置图（见图纸 01）第 4 章 不同基础联合应用 - 29 - 第 4 章 不同基础联合应用 基础与载体桩基 础在工程中的联合应用 同基础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基础，而对于土质差承载力低的地块可采用载体桩基础，同一建筑中可联合应用两种基础类型。控制差异沉降是联合应用两种基础的关键。 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基础类型、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，危及安全。当两种不同基础协同作用时由于基础类型的不同和上部荷载结构的不同更易产生差异性沉降，对不同基础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。 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