岩土工程综合课程设计.doc

河南理工大学 岩土工程综合课程设计 岩土工程综合课程设计土木工程专业（岩土工程）指导老师： 院系： 土木工程学院 班级： 姓名： 学号： 日期： 2013年7月2日 目 录1柱下独立基础课程设计21.1 设计资料21.2 独立基础设计31.2.1 选择基础材料31.2.2 选择基础埋置深度31.2.3 求地基承载力特征值41.2.4 初步选择基地尺寸41.2.5 验持力层地基承载力51.2.6 计算基底净反力51.2.7 基础高度（采用锥形基础）61.2.8配筋计算71.2.9 基础配筋大样图（附图）81.2.10 确定 ,两轴柱子基础底面尺寸82 沉管灌注桩基课程设计102.1 设计题目102.2 设计荷载102.3 地层条件及参数112.4 灌注桩基设计132.4.1 单桩承载力的计算132.4.2 桩基的验算142.4.3 承台设计162.4.4 桩身结构设计202.4.5 估算A、B轴线柱下桩数232.4.6 设计图纸243 浆砌块石重力式堤墙设计253.1 设计题目253.1.1 挡土墙简介及组成部分253.2 设计资料263.2.1 地形263.2.2 工程地质条件263.2.3 墙身及墙后填料参数263.2.4 荷载参数273.2.5 水文地质条件273.2.6 设计荷载273.2.7 排水设施273.3 挡土墙设计283.3.1 主动土压力计算283.3.2 设计挡土墙截面303.4 设计图纸334 参考文献34 1柱下独立基础课程设计 1.1 设计资料 6号题A轴柱底荷载柱底荷载效应标准组合值：柱底荷载效应基本组合值：持力层选用号土层，承载力特征值,框架柱截面尺寸 ，室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。 图 1.1 柱网平面图1.2 独立基础设计 1.2.1 选择基础材料 基础采用C25混凝土，HRB300级钢筋,预估基础高度0.8m。 1.2.2 选择基础埋置深度 根据住下独立基础课程设计要求和工程地质资料选取 号土层:杂填土，层厚约0.5m，含部分建筑垃圾。 号土层：粉质粘土，层厚1.2m，软塑，潮湿，承载力特征值。 号土层：黏土，层厚1.5m，可塑，稍湿，承载力特征值。 号土层：细砂，层厚2.7m，中密，承载力特征值。 拟建厂区地下水对混凝土结构元腐蚀性，地下水位位于地表下1.5m。 取基础地面高时最好取至持力层下0.5m，考虑取室外地坪到基础地面为0.5+1.2+0.5=2.2.由此得基础剖面示意图，如下图所示。 图 1.2 基础剖面示意图 1.2.3 求地基承载力特征值 由于地基的埋置深度为2.2m0.5m，因此，应按下时进行修正： 根据粘土e=0.58,查表得： 假设则： 上式d按室外地面算起。 1.2.4 初步选择基地尺寸 取柱底荷载标准值： 计算基础和回填土重时的基础埋置深度 基础底面积为： 由于偏心不大，基础底面积按20%扩大，即 一般取，这里令 且符合假设条 件。 1.2.5 验持力层地基承载力 基础和回填土重为： 偏心距为： 满足要求。 基地压力： 综上所述，持力层地基承载力满足要求，最后确定基础地面面积长4.2m，宽 2.1m。 1.2.6 计算基底净反力 取柱底荷载效应基本组合设计值： 净偏心距为： 基础边缘处的最大与最小净反力为： 1.2.7 基础高度（采用锥形基础） 柱边基础截面抗冲切验算 图 1.3 冲切验算简图 ，初步选定基础高度为， ， ，取，因此可得： 由于，于是 抗冲切力为： 综上所述，选用基础高度合适，设计满足要求。 1.2.8配筋计算选用HRB300级钢筋，。 基础场长方向。对截面，柱边净反力为： 弯矩为： 按配筋，实际配16140，则钢筋根数为： 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： 弯矩为： 按配筋，实际配10200，钢筋根数为： 1.2.9 基础配筋大样图（附图TM001-J-1） 1.2.10 确定 ,两轴柱子基础底面尺寸 由柱下独立基础课程设计任务书得：6号题B,C两柱子基地荷载分别如下： 轴： 轴： 由前面计算得持力层特征值，计算基础和回填土重时的基础埋深， B轴基础底面面积为： 基底面积按20%增大，即： 初步选定基础底面面积为 且，不需要再对 进行修正。C轴基础底面面积为： 基础底面面积按20%增大，则： 初步选定基础底面面积为 且不需要再对进行修正。 1.2.11 两轴持力层地基承载力验算 两轴持力层地基承载力验算此处从略，不再详述。 1.2.12 设计图纸 根据以上计算，可以绘出基础平面布置图和A轴柱子基础大样图（见附图TM001） 2 沉管灌注桩基课程设计2.1 设计题目 沉管灌注桩基设计2.2 设计荷载 柱底荷载效应标准组合值和柱底荷载效应基本组合值如下所示： （1）柱底荷载效应标准组合值如下。 A轴荷载：、； B轴荷载：、； C轴荷载：、。 （2）柱底荷载效应基本组合值如下。 A轴荷载：、； B轴荷载：、； C轴荷载：、。 设计B轴下桩基，A、C轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。2.3 地层条件及参数 （1）地形 拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。 （2）工程地质条件 自上而下土层依次如下 号土层：素填土，层厚1.5m，稍湿，松散，承载力特征值。 号土层：淤泥质土，层厚3.3m，流塑，承载力特征值。 号土层：粉砂，层厚6.6m，稍密，承载力特征值。 号土层：粉质黏土，层厚4.2m，湿，可塑，承载力特征值。 号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密密实，承载力特征值。 (3) 岩土设计技术参数 岩土设计参数如表1-1和表1-2所示表11 地基岩土物理力学参数 土层 编号 土的名称孔隙比e含水量W（%）液性指数IL标准贯入锤击数N压缩模量Es(） 素填土5.0 淤泥质土1.0462.41.083.8 粉砂0.8127.6147.5 粉砂黏土0.7931.20.749.2 粉砂层0.583116.8 表12 桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值 单位：土层编号土的名称桩的侧阻力桩的端阻力素填土22淤泥质土28粉砂45粉砂黏土60900粉砂层752400 （4）水文地质条件 a.拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性； b.地下水位深度：位于地表下。 （5）场地条件 拟建建筑物所处地区抗震设防烈度为7度，场地内无可液化砂土，粉土 （6）上部结构资料 拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长，宽，室外地坪标高同自然地面，室内外高差为。柱截面尺寸均为，横向承重。柱网布置如下图2.1所示。 （7）上部结构作用 上部结构作用在柱底的荷载效应标注组合值，其中的弯矩、水平力均为横向方向。上部结构作用在柱底的荷载效应基本组合值，其中的弯矩、水平力均为横向方向。 （8）材料 混凝土强度等级为C25、C30，钢筋采用HPB300、HRB335级。 图 2.1 柱网平面图2.4 灌注桩基设计 建筑物基础设计方案采用混凝土沉管灌注桩，具体设计方案如下：室外地坪标高，自然地面标高同室外地坪标高。根据桩基设计参考书，该建筑桩基属丙级建筑桩基，而且通常情况下10层以下的建筑可以使用直径为的灌注桩，因此本设计中拟采用直径的混凝土沉管灌注桩，选用号土层粉砂层作为持力层，桩尖伸入持力层（对于砂土不小于1.5d=0.75mm），设计桩总长度为（其中桩在土中长度为，伸入承台长度），初步设计承台高，承台底面埋深，桩顶伸入承台。 2.4.1 单桩承载力的计算 根据以上的初步设计，桩顶标高为，桩底标高为，桩长有效长度为。2.4.1.1 单桩竖向极限承载力标准值计算单桩竖向极限承载力标准值按照下式计算 = 2.4.1.2 基桩竖向承载力设计值的计算 承台底部为素填土，压缩性较大，因此在此不考虑承台土效应，即则有 根据上部荷载初步估计桩数为： 则设计桩数为4根。 2.4.2 桩基的验算 根据建筑桩基技术规范（JGJ942008），当按单桩承载力特征值经行计算时，荷载应取其效应的标准组合值。由于本案例中桩基所处场地的条件符合规定，因此可不经行地震效应的竖向承载力验算。下面经行基桩竖向承载力验算。根据桩数设计矩形承台，设计边长为,采取方形布桩，桩中心取距（最小桩心距），桩心距承台边缘均为。承台平面布置如下图2.2所示 图2.2 承台平面布置图承台及其上覆填土的总重为： （注：此处承台上的填土已经填至水平面，防止流水进入，故）荷载的标准组合: 因此： 满足设计要求，所以初步设计是合理的。 2.4.3 承台设计根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为，初步设计承台厚。承台计算简图如下所示。 图 2.3 四桩承台计算简图 图2.4 承台剖面计算简图 承台混凝土选用，；承台钢筋选用级，。 2.4.3.1 承台内力计算 承台内力计算荷载采用荷载效应基本组合值，则基桩净反力设计值为： 2.4.3.2 承台厚度及受冲切承载力验算 防止承台产生冲切破坏，承台具有一定的厚度，初步设计承台厚，保护层厚度，则。分别对柱边冲切和角桩冲切经行计算，验算厚度合理性。 由于基桩为圆柱形，计算时将截面换算成方桩，则换算成方桩： 柱对承台冲切 承台受桩冲切应满足： 由于，则冲垮比为： 故厚度为的承台能够满足柱对承台的冲切要求。 角桩冲切验算 承台受角桩冲切的承载力应满足下式： 由于，从角桩内边缘至承台外边缘距离为： （在之间） = 所以厚度为1m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。 2.4.3.3 承台受剪承载力计算承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于截面， （介于之间） 剪切系数： 受剪切承载力高度影响系数为： 截面剪力为： ；则 故满足抗剪切要求。 2.4.3.4 承台受弯承载力计算 承台计算截面弯矩如下： 对于截面，取基桩净反力最大值经行计算，则： 因此，承台选用，则钢筋根数为，实 配钢筋 ，满足要求。 对于截面，取基桩净反力平均值经行计算。此时， ;则 因此，承台选用，则钢筋根数为，实配钢筋A为：A=则满足要求。 2.4.3.5 承台构造设计 混凝土桩顶伸入承台长度为。两承台间设置连系梁，梁顶面标高，与承台齐平，梁宽，梁高，梁内主筋上下共通长配筋，箍筋采用，承台底做厚素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘。 2.4.4 桩身结构设计 沉管灌注桩选用混凝土，预制桩尖选用混凝土，钢筋选用级。 2.4.4.1 桩身轴向承载力验算 根据建筑桩基规范（JGJ942008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定： 计算桩身轴心抗压强度一般不考虑压曲影响，故取稳定系数；对于挤土灌注桩，基础施工工艺系数；级混凝土，则 故桩身轴向承载力满足要求。 2.4.4.2 桩身水平承载力验算 由设计资料得柱底传至承台顶面的水平荷载标准值为，则每根基桩承 受水平荷载为： 桩身按构造要求配筋，桩身配纵向钢筋，则桩身配筋率 为： 满足之间的要求。 对于配筋率小于的灌注桩，单桩水平承载力特征值按下式计算： 桩身为圆形截面，故由于 ，根据灌注桩周主要土层的类别，查文献14表4-9得，取桩侧土水平抗力系数的比例系数。 圆形桩桩身的计算宽度为：（因为直径，取，由建筑桩基规范（JGJ942008）表5.7.2表中查得。 取在荷载效应标准组合下桩顶的最小竖向力（用该值计算所得单桩水平承载力特征值最小），由前面计算得。则 故桩身水平承载力满足要求。 2.4.4.3 配筋长度计算 基桩为端承摩擦桩，配筋长度应不小于桩长的（即），同时不宜小于，则配筋的长度取。钢筋锚入承台倍主筋直径，即。 2.4.4.4 箍筋配置 采用螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过，需要每隔设置一道加劲箍筋。 2.4.5 估算A、B轴线柱下桩数 2.4.5.1 桩数估算 设计A、B轴线下桩基础的方法与C轴线下相同，单桩极限承载力标准值为，基桩竖向承载力特征值为。 A轴下荷载标准值为、 根据A轴荷载初步估计A轴下桩数，即： 则A轴下设计桩数为根，图形如下所示： 图 2.5 轴承台示意图 B轴下荷载标准值为、 根据C轴荷载初步估计C轴下桩数，即： 则B轴下设计桩数为根 2.4.5.2 承台平面尺寸确定 根据估算的桩数和承台的构造要求，设计A轴线承台平面为三角形，桩中心距为，桩心与承台边缘距离（承台图详见CAD大图）；C轴桩数与B轴相同，因此承台平面尺寸同B轴。 2.4.6 设计图纸 根据以上的计算，绘制出桩基平面布置图和桩基大样图（见附图TM002）。 3 浆砌块石重力式堤墙设计3.1 设计题目浆砌块石重力式路堤挡土墙设计 3.1.1 挡土墙简介及组成部分 3.1.1.1 挡土墙简介挡土墙是支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的墙式构造物。本简要的设计介绍了一段浆砌片石重力式路肩墙的设计过程。重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。 由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。 重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m以下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。 墙身的断面形式应根据墙的用途，墙高和墙趾处地形、地质、水文等条件，在满足稳定性和强度要求的前提下，要根据多种情况，按结构合理、断面经济和施工便利的原则综合比较确定出合适的一种。挡墙是公路工程中最常见、应用最广泛的路基支挡构造物,合理设置挡墙既可以加固路基坡脚,还可以有效收缩坡脚节约占地,工程综合效益显著。重力式挡墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定,具有结构形式简单、施工方便的特点,因此重力式挡墙是公路建设中最主要的挡墙。 根据场地现状，路肩墙埋置深度按不小于1m考虑，总墙高约7m。根据工程经验，可采用重力式挡土墙，设计采用浆砌片石作为本挡墙的砌体材料。 3.1.1.2 重力式挡土墙分类 重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。 （1）按土压力理论，仰斜墙背的主动土压力最小，而俯斜墙背的主动土压力最大，垂直墙背位于两者之间。 （2）如挡土墙修建时需要开挖，因仰斜墙背可与开挖的临时边坡相结合，而俯斜墙背后需要回填土，因此，对于支挡挖方工程的边坡，以仰斜墙背为好。反之，如果是填方工程，则宜用俯斜墙背或垂直墙背，以便填土易夯实。在个别情况下，为减小土压力，采用仰斜墙也是可行的，但应注意墙背附近的回填土质量。 （3）当墙前原有地形比较平坦，用仰斜墙比较合理；若原有地形较陡，用仰斜墙会使墙身增高很多，此时宜采用垂直墙或俯斜墙。图3.1 重力式挡土墙的基本组成3.2 设计资料 3.2.1 地形 平原山地过渡地带，为一系列呈带状延伸的平行岭谷分布区，以丘陵、台地为主。 3.2.2 工程地质条件 自上而下土层一次如下： 号土层：人工填土，层厚约，黄褐色，含杂质较多。 号土层：含砂粉质黏土，层厚，地基容许承载力。 号土层：中风化泥岩，厚度为揭露，地基容许承载力。 3.2.3 墙身及墙后填料参数 填料容重。基底摩擦系数，挡墙墙身的容重为，截面容许应力。填土边坡。 3.2.4 荷载参数 车辆荷载换算等代土层厚度为，布置在全宽的路基上。 3.2.5 水文地质条件本次勘探未见到地下水，可不考虑地下水的影响。 3.2.6 设计荷载表3-1 重力式路堤墙设计数据分组题号挡土墙高墙高土A墙后土B墙后土14.432.5224.732.5235.032.5245.332.5255.632.5265.932.5276.232.5286.532.52 本次设计选用7号A组，挡土墙高，墙后填土高度为。 3.2.7 排水设施土墙常用的排水设施可以分为地面排水和墙身排水两部分。 （1）地面排水 主要是防止地表水渗入墙背土体或地基。防止地表水渗入墙后土体的主要措施有：在墙后地面设置排水沟，引地面排水；夯实回填土和地表松填土，防止雨水以及地面水的下渗，必要时还需要采取密闭处理等。防止地表水渗入地基的主要措施是加固边沟（路堑墙）或在适当位置设置排水沟。 （2）墙身排水 主要是为了迅速排出土内积水。其方法是在浆砌挡土墙（浆砌砖、片石、块石、粗料石）墙身的适当高度处设置一排或者数排泄水孔（详见CAD设计图）。当墙不高时可在墙前地面设一排泄水孔；当墙高时可在上部加设一排泄水孔。泄水孔的尺寸可视泄水量的大小而分别采用、的矩形孔，或者采用直径为的圆形孔。泄水孔的间距一般为；干旱地区可以适当的增大泄水孔的间距。3.3 挡土墙设计 根据给定的设计资料，初步确定墙身尺寸如下：挡土墙高,地基埋置深度不小于，持力层为号土层含砂粉质黏性土层，墙背仰斜角度为1:0.20（），墙面为平行于墙背的直线，墙顶宽,墙身分段长为。为增大墙身抗滑稳定性，设置基底按坡度0.2:1内倾。如下图3.2所示为挡土墙的基本参数资料 图3.2 挡土墙示意图 3.3.1 主动土压力计算 （1）破裂角 假设破裂面交于荷载内，按表中公式计算，即： =0.72则 验核破裂面位置如下： 堤顶破裂面距墙踵距离为： （6.2+3.0）0.72=6.62m 荷载内边缘距墙踵距离为： 4.5+6.20.20=5.74m 载外缘至墙踵距离为： 5.74+7.5=13.24m 由于5.746.6213.24,故破裂面交于荷载内，与设计相符，可采用所选计算公式。 （2）求主动土压力系数和 主动土压力系数和计算如下： 由于 则 （3）求主动土压力及其作用点位置 主动土压力为： 主动土压力的作用点位置为: 3.3.2 设计挡土墙截面 由于墙面平行墙背，基底倾斜0.2:1（）。通过试算得出的结果为墙顶墙宽。 （1）计算墙身重G及其力臂 说明：下表3-1中的数据的计算正是基于右图3.3的挡土墙断面计算简图，在计算过程中相关不仅要条件简化处理。作用于挡土墙的力系，按照其作用性质分为分为永久力系（主要作用)、可变力系（附加作用）和偶然作用（特殊力系）。其中的永久作用是指经常作用在挡土墙上的各种压力。挡土墙的自重就是其中的一个方面，因此在此计算要考虑在内。 图3.3 挡土墙断面计算图 在一般地区，挡土墙的设计仅考虑主要力系；在浸水地区，还要考虑附加力系；而在地震地区，还要考虑地震力对挡土墙的影响。根据本设计中的挡土墙的所在的条件，不是浸水地区和地震的影响区域，因此在计中主要考虑的是主要作用力系。 表3-1 墙身重G及其力臂计算结果体积自重力臂= =1.506.20.1911.50 =8.87=195.14=0.1256.2+0.4761.50=0.775+0.714=1.489=0.0951.50=0.214=4.70 =0.6511.50 =0.977=9.084=+ =199.84 （2）滑动稳定性验算 抗滑稳定系数为： （3）倾覆稳定验算： 102.32= 102.32=因基底倾斜，土