高层大楼的桩基础和基坑支护方案设计-土木工程毕业设计.doc

安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 成人高等教育成人高等教育 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题 目目_高层大楼的桩基础和基坑支护方案设计高层大楼的桩基础和基坑支护方案设计_ _ 学学 生生_ 指导教师指导教师_ 评评 阅阅 人人_ 函授站（点）函授站（点）_合肥合肥_ 专专 业业_土木工程土木工程_ 完成日期完成日期_2017 年年 4 月月 30 日日_ 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 成人高等教育毕业设计（论文）任务书成人高等教育毕业设计（论文）任务书 论文题目高层大楼的桩基础设计和基坑支护方案设计 学生姓名函授站(点)合肥 专业班级土木工程 内 容 与 要 求 设计就高层大楼的桩基础设计和基坑支护方案设计的作了详细的 设计过程。在桩基础设计中，分为预制桩基础和灌注桩基础的设 计，除常见的桩身长度，桩截面尺寸，承台设计和持力层的选取 以外，桩基础沉降验算，软弱下卧层验算，单点吊和双点吊设计 计算。在基坑支护设计中，首先采用了井点降水设计，然后分别 就基坑四边情况采用了相应合理的支护方式，有放坡，土钉墙支 护，土钉墙支护设计和放坡一起支护。悬臂桩采用了 Blum 法计算 设计，单支撑桩支护设计采用等值梁法计算设计。 设计（论文）起止时间2017 年 3 月 1 日至 2017 年 4 月 30 日 指导教师签名 学生签名 日 期2017 年 4 月 30 日 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 成人高等教育 2017 届本科毕业设计（论文）成绩评定表 函授站(点): 合肥 学院（公章）： 学生姓名专业班级土木工程学号 课题名称 指导教师评语：（不少于 100 字） 评定成绩（满分 30 分）： 是否同意答辩： 指导教师（签名）： 评阅教师评语： 评定成绩（满分 30 分）： 是否同意答辩： 评阅教师（签名）： 答辩小组评语： 评定成绩（满分 40 分）： 答辩组长（签名）： 毕业设计（论文）成绩及等级： 成绩： 等级： 学院答辩委员会负责人（签名）： 日 期： 年 月 日 说明：本表一式三份，一份留存毕业生档案，一份装订学生毕业设计（论文） ，一份上交学历部。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 一、 毕业设计（论文）题目 中文：高层大楼的桩基础和基坑支护方案设计 英文：High-rise building pile foundation and foundation pit support design 二、 原始资料 A、桩基础设计 1、基本概况 某多层建筑采用框架结构，柱截面为 600400mm2，工程安全等级为二级。作用于 某 A 柱柱底面(基础顶面)处的荷载基本组合设计值有两类： 最大轴力组合：轴向力 F=6470KN；弯矩 M=340KNM)；水平力 H=30 KN； 最大弯矩组合：轴向力 F=4970KN；弯矩 M=500KNM)； H=40KN；（M、H 作用于 柱的长边方向且均为从左指向右） 。 2、工程地质条件 经工程勘察，场地土层可分为七层，A 柱柱底各土层物理力学性质指标见表 1。 （1）人工填土：未完成自重固结。 （2）淤泥质土：呈软塑状。 （3）粘土：呈可塑状。 （4）粉质粘土：呈硬塑坚硬状。 （5）强风化岩：风化强烈。 （6）软粘土：呈软塑可塑状。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） （7）坚硬岩：风化强烈。 表 1.1 各土层物理力学性质指标 土层 编号 土 层 名 称 土层 厚度(m) 含水量 （%） 重度 (kN/m3) 孔隙比 e 塑限 (%) 液限 (%) 承载力 fak(kpa) 1人工填土0.521880 2淤泥质土12.549.017.51.3124.039.590 3粘土0.832.019.00.86425.343.5170 4粉质粘土1.531.818.90.82627.038.0220 5强风化岩5.7qsik=150kPa; qpk=5000kPa;Es=12MPa300 6软黏土5Es=3.8MPa110 7坚硬岩Es=40MPa3000 地下水位离地表 0.6m，且对混凝土无侵蚀性。 3、设计的任务和要求 桩型考虑选用预制的预应力混凝土管桩和灌注桩分别进行设计（预制的预应力混凝土 管桩桩身设计从略） ，完成桩基平面布置及荷载、内力分析计算、承台的各项验算等； 编写设计计算说明书，绘制施工图（应绘出设计方案的平面图及剖面图） ；要求设计合 理，计算准确、全面，施工图设计技术措施可行，图纸表达正确、清晰；提交设计计 算说明书一份，施工图纸 2 张（建议用 2 号绘图纸，1:101:100） ；编写施工组织设计。 B、基坑支护设计 1、基本概况 某综合楼工程占地面积 17862m2。上部结构由 15 层的高楼组成。高楼群房采用 框架剪力墙结构，钻孔灌注桩箱形基础，设 3 层地下室，挖深为 8.9m。该建筑物西侧 距街道仅 5m，且在路面下埋有电缆线、煤气管道、自来水管道及污水管道等市政公用 设施。南边是一施工现场，其围墙局开挖最小距离为 4m。东侧的靠南端分空地，靠北 有一四层厂房(长 20m)，间距约(14.6)m，北侧距长庆街约 10m。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 图 1.1 建筑场地平面图 2、工程地质条件 该场地为原住宅拆除后整平，场地基本平坦。根据地质勘测勘料，地下水位埋藏 较浅，平均深度为 0.62 m，其中上部土层透水性较好，水力坡度 i 取 1/10。该场地 40m 深范围内土层的主要物理力学指标如下： 表 1.2 各土层物理力学性质指标 层序土层名称 层厚 /m 天然含水 量 w() 重度 （kN/m3） 内摩擦 角 () 内聚力 C(kPa) 渗透系数 K(cm/s) 1杂填土层0.5230.51810.05 5.410-4 2粉土层2.631.718.935.010 5.5210-4 3 粉土夹密实 细砂层 1.430.618.735.56.5 5.2510-4 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 4软粘土层2.334.118.911.215.6 4.5010-4 5粘土层6.419.219.330.25 6粉质粘土层2518.417.142.65 3、设计的任务和要求 设计出降水方案；对不同段优化选取最佳支护方案，完成基坑支护平面布置图及 各种方案的稳定分析计算，至少要采用四种及以上的不同支护方案；编写设计计算说 明书，绘制施工图；要求设计合理，计算准确、全面，施工图设计技术措施可行，图 纸表达正确、清晰；提交设计计算说明书一份，各方案施工图 1 份（建议用 2 号绘图 纸，1:101:100） ；编写施工组织设计。 三、 毕业设计（论文）任务内容 1、毕业设计的意义 根据上部结构的资料以及场地地质条件，合理地进行桩基础和基坑支护方案的选 择，进行各种力学和变形验算，计算结构配筋，完成设计方案；绘制出相关的施工图。 通过本设计，可使学生综合土木工程专业各课程的知识，了解建筑设计方法，熟 悉基础和基坑设计与分析过程。 2、毕业设计的主要进度安排 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） （1）外文资料翻译、调研、复习相关主干课程寒假； （2）论文相关资料文献的收集寒假第 8 周； （3）相关主要课程的加深加宽学习第 68 周； （4）桩基础的设计与计算第 910 周； （5）桩基础的施工组织设计第 11 半周； （6）基坑支护设计第 1114 周； （7）基坑支护的施工组织设计第 15 周； （8）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订第 915 周； （9）指导教师审核，评阅教师审核，毕业设计答辩第 1617 周。 3、提交的成果 （1）毕业设计文件部分： 中英文摘要、桩基础和基坑支护设计说明、桩身和承台结构计算和设计、基坑多 方案设计、毕业设计小结（不少于 500 字） 、专业外文文献（不少于 3000 字）及其译 文、参考文献（不少于十五篇，并在计算书中列出参考文献目录） 。 （2）图纸部分： 桩基础的平面布置图；（1:101:50） ； 桩身和承台的结构配筋剖面图；（1:101:50） ； 基坑设计及其降水布置的平面图（1:2001:300） ； 各种支护方案的设计详图（1:101:50） ； 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 参考文献 1刘金砺主编桩基工程技术北京：中国建材工业出版社，1996. 2杨克己、韩理安编著桩基工程北京:人民交通出版杜，1992. 3.桩基工程手册.中国建筑科学出版社，1995. 4.徐攸在，刘兴满.桩的动测新技术.北京：中国建筑工业出版社，1989. 5龚晓南主编基础工程北京：中国建材工业出版社，2008 6钱德玲主编土力学北京：中国建材工业出版社，2009 7程文瀼 混凝土结构设计原理 中国建筑工业出版社 8建筑地基处理技术规范（JGJ792002） 9建筑基坑支护技术规程 JGJ120-99 10建筑桩基技术规范_JGJ94-2008 11岩土工程勘察规范（GB500212001） 12建筑结构荷载规范 GB_50009_2001 条文说明 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） I 高层大楼的桩基础和基坑支护方案设计高层大楼的桩基础和基坑支护方案设计 摘摘 要要 该设计就高层大楼的桩基础设计和基坑支护方案设计的作了详细的设计过程。在桩基 础设计中，分为预制桩基础和灌注桩基础的设计，除常见的桩身长度，桩截面尺寸，承 台设计和持力层的选取以外，桩基础沉降验算，软弱下卧层验算，单点吊和双点吊设计 计算。在基坑支护设计中，首先采用了井点降水设计，然后分别就基坑四边情况采用了 相应合理的支护方式，有放坡，土钉墙支护，土钉墙支护设计和放坡一起支护。悬臂桩 采用了 Blum 法计算设计，单支撑桩支护设计采用等值梁法计算设计。 关键词关键词：桩基础，基坑支护，土钉墙，悬臂桩，Blum 法 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） II High-riseHigh-rise buildingbuilding pilepile foundationfoundation andand foundationfoundation pitpit supportsupport designdesign This design is the high building pile foundation design scheme design of foundation pit and the details of the design process. In the design of pile foundation, divided into precast pile foundation and the design of pile foundation, divide common pile body length, pile section size, bearing platform design and selection of bearing outside, checking the settlement of pile foundation, the weakness of lie checking, the single point crane and double point crane design calculation. In the foundation pit supporting design, first used the well point dewatering design, then respectively by the foundation pit tote corresponding reasonable supporting method, have put slope, soil nailing wall, soil nailing wall design and put together slope support. The cantilever pile Blum method for calculation of the design, the single pile supporting design support equivalent beam method for calculation of the design. Keywords: pile foundation , foundation pit supporting , the soil nailed wall, cantilever pile, the method of equivalent beam 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） III 目录目录 引引 言言 第一章第一章 桩基础设计桩基础设计 1 1.1.工程概况和研究内容工程概况和研究内容 1 1.1 工程概况 1 1.2 本论文主要设计内容 1 2 2工程地质与水文地质概况工程地质与水文地质概况 .1 2.1 场区工程地质条件.1 2.2 水文地质条件 1 3.3. 桩基础方案设计桩基础方案设计 .2 3.1 设计优选 2 3.2 桩基础的设计原则及计算参数的确定 3 4.4. 桩基础设计计桩基础设计计 .3 4.1 桩基础设计的主要内容 3 4.2 预制混凝土桩设计计算 3 4.3 灌注桩设计计算 16 5.5. 预制桩沉桩对环境的影响分析及防治措施预制桩沉桩对环境的影响分析及防治措施 21 5.1 沉桩对环境的影响 .21 5.2 沉桩对环境影响的分析与评价 .21 5.3 防治与控制措施 .22 6.6. 施工组织与工程监测施工组织与工程监测 22 6.1 施工组织 .22 6.2 工程监测 .26 第二章第二章 基坑支护设计基坑支护设计 28 1.1. 工程概况和研究内容工程概况和研究内容 28 1.1 工程概况 .28 1.2 本论文主要设计内容 .28 2.2. 工程地质与水文地质概况工程地质与水文地质概况 29 2.1 场区工程地质条件 .29 2.2 水文地质条件 .29 2.3 基坑周边环境情况 .29 3.3. 基坑支护方案设计基坑支护方案设计 .30 3.1 设计优选 .30 3.1.1 设计依据 .30 3.2 支护方案的设计原则及计算参数的确定 32 4.4.基坑支护设计基坑支护设计 .32 4.1 井点系统布置 .32 4.2 基坑排水量计算 .33 4.3 单根井点管的出水量34 4.4 单根井点管数及间距 .34 4.5 土层压力计算34 4.6 基坑护围及支护方案设计 .38 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） IV 5.5. 施工组织与工程监测施工组织与工程监测 46 5.1 施工组织 46 5.2 工程监测 49 5.3 环保措施 50 5.4 应急措施 50 毕业设计小结毕业设计小结 .52 四、参考文献四、参考文献 .54 致致 谢谢 .55 附录附录 .56 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） V 引引 言言 1. 桩基础 随着我国建筑工程项目的不断增多，桩基础施工技术已经得到广泛应用，桩基础施 工技术的好坏，不仅关系到工程建设的速度，而且关系到工程建设的质量，因此桩基础 施工技术具有重要的价值和意义。 1.1 桩基础分类 桩可按荷载原理、材料形状（或断面）、大小、性能及桩端支承情况等分类。 11.1 按材料可分为木桩、钢筋混凝土桩、钢桩及组合材料桩等，其中钢筋混凝土 桩又可分为普通钢筋混凝土桩；预应力钢筋混凝土桩；预应高强度混凝土桩；钢筋混凝 土桩使用最广泛。 1.1.2 按桩的使用功能可分类竖向抗压桩、竖向抗拨桩、水平受荷桩、复合受荷桩。 1.1.3 按成桩方法可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。 1.1.4 按承载性能分为摩擦型桩和端承型桩，摩擦型桩又可分为摩擦桩和端承摩擦 桩；端承型桩又分为端承桩和摩擦端承桩。 1.1.5 按桩径大小分为小桩（d250mm）、中等直径桩（250mmd800mm）、大直 径桩（d800mm）。 1.2 桩基的特点 下面将介绍灌注桩中的钻孔桩和预制桩中的预制钢筋混凝土方桩和预应力钢筋混凝 土管桩。 1.2.1 钻孔灌注桩 灌注桩采用泥浆护壁，水下浇筑混凝土的施工工艺，桩径一般在 550850mm 之间， 它是一种非挤土性桩，优点是对周围环境要求低，对邻近建筑物及管线的影响小，可以 和围护桩同时施工，减少工期，可以进入贯入阻力 PS 值较大的砂土层，充分利用砂土层 的高摩阴力，提高单桩承载力。缺点是采用现场混凝土的地下浇筑，钻孔泥浆护壁，因 此成桩质量难以控制及造成环境污染。 1.2.2 预制钢筋混凝土方桩 预制方桩是现场或工厂预制的一种钢筋混凝土桩，沉桩一般采用压入方法，由压桩 机将预制方桩压入土层。预制的桩优点是桩质量容易保证，沉桩比较直观，因此桩身质 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） VI 量的检测工作量相对比灌注桩小，由于预制桩的质量保证度高，因此其桩的摩阻力和端 承力均比灌注桩大，混凝土用量节约，但预制桩采用静力压桩方法时，其沉桩时通过贯 入阻力 PS 较大的砂层时很困难，而且预制桩对施工机具的要求较高，尤其是单桩承载力 高的预制桩，需要大吨位桩机。 1.2.3 预应力钢筋混凝土管桩 预应力管桩是近期开始大量使用的一种桩型，它采用预应力钢筋和高强度混凝土， 进行工厂预制，从而节约了混凝土用量，增加了桩长与桩截面面积的比值，使产生相同 桩周阻力（与方桩比）时所占用混凝土用量最小，这样就达到经济节约目的，预应力管 桩的工程造价比预制方桩的价格略低，必须注意的是预应力管桩由于有土塞效应，它仍 为挤土桩。 1.3 桩基的选型比较 选择合适的单桩承载力，实质上就是选择合适的桩长、桩径和桩基持力层，层数低 重量稍轻建筑物一般可选择含有砂性的粘性土层作持力层。层数高重量大的建筑物一般 可选择砾砂层或更硬的粘性土层作持力层，桩长根据这两层土的埋深不同而不同。后者 土的桩端阻力明显大于前者，如桩长再增加，桩的侧摩阻力也明显加大，因此，它的单 桩设计承载力较高，桩径与桩长有一定的联系，随着桩长的增加，桩径也应该随之加大。 采用钻孔灌注混凝土方法施工，它可以进入不同的土层，且可以深入承载力较高的砾砂 层，利用砾砂层的高摩阻力来提高单桩承载力，因此灌注桩的桩长选择范围较大。 2. 基坑支护设计 伴随这桩基础的利用度加大，基坑问题也随之出现。 随着高层建筑的不断增加，市政建设的大力发展和地下空间的开发利用，产生了大 量的深基坑支护设计与施工问题，并使之成为当前基础工程的热点与难点。 深基坑设计与施工是土力学基础工程中的一个古老的传统课题，同时又是一个综合 性的岩土工程难题，既涉及土力学中典型的强度、稳定与变形问题，同时还涉及土与支 护结构的共同问题。对这些问题的认识及对策的研究，是随着土力学理论、测试技术、 计算技术以及施工机械、施工技术的发展而进步完善的。 Terzaghi 和 peck 等人早在 20 世纪 40 年代就提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大 小的总应方法，这一理论原理一直沿用至今，但已有了许多改进与修正。Bjerrum 和 Eide 在 50 年代给出了分析深基坑底板隆起的方法。60 年代在奥斯陆和墨西哥城软粘土 深基坑中开始使用仪器进行监测，此后大量实测资料提高了预测的准确性，并从 70 年代 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） VII 起，制定了相应的指导开挖的法规。我国 70 年代以前的基坑都比较浅，上海高层建筑的 地下室大多埋深在 4m 左右。北京在 70 年代初建成了深 20m 的地下铁道区间车站。80 年 代后，北京、上海、广东、天津以及其他城市施工的深基坑陆续增加。为总结各地积累 的深基坑设计和施工的经验，中国土木工程学会和中国建筑学会的土力学和基础工程学 会，相继召开过多次全国和地方的深基坑学术学会，并出版相关论文集。为了总结我国 深基坑支护设计和施工经验，90 年代后相继在武汉、广东省及上海市等编制深基坑支护 设计与施工的有关法规，并已编制了国家行业标准的有关法规。 基坑开挖深度已从十几米发展到二、三十米，而其支护的传统施工方法是板桩支撑 系统或板桩锚拉系统。目前经常采用的主要基坑支护类型有：1、水泥土深层搅拌桩支护 2、排桩支护系统 3、地下连续墙。 根据基坑开挖深度、地基土及周围环境条件，选择经济而安全的设计方案是设计者 的首要任务。同时，深基坑的设计与施工是密不可分、相互依赖的。施工的每一阶段， 结构体系，提供比较全面的勘察、设计与施工全过程的系统知识。 本设计通过对提供资料的分析与研究，最终确定基坑四周分别采用土钉墙支护、排 桩、放坡的设计方案。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 1 第一章第一章 桩基础设计桩基础设计 1.工程概况和研究内容 1.1 工程概况 某多层建筑一框架柱截面为 600400mm2，工程安全等级为二级。作用于某 A 柱 柱底面(基础顶面)处的荷载基本组合设计值有两类： 最大轴力组合：轴向力 F=6470KN；弯矩 M=340kNm；水平力 H=30kN； 最大弯矩组合：轴向力 F=4970KN；弯矩 M=500kNm；水平力 H=40kN；（M、H 作 用于柱的长边方向且均为从左指向右） 。 1.2 本论文主要设计内容 桩型考虑选用预制的预应力混凝土管桩和沉管灌注桩分别进行设计（预制的预应 力混凝土管桩桩身设计从略） ，完成桩基平面布置及荷载、内力分析计算、承台的各 项验算；编写设计计算说明书，绘制施工图（应绘出设计方案的平面图及剖面图） ； 要求设计合理，计算准确、全面，施工图设计技术措施可行，图纸表达正确、清晰； 提交设计计算说明书一份，施工图纸 2 张（建议用 2 号绘图纸，1:101:100） ；编写 施工组织设计。 2工程地质与水文地质概况 2.1 场区工程地质条件 某多层建筑一框架柱截面为 600400mm2，工程安全等级为二级。作用于该 柱底面(基础顶面)处的荷载基本组合设计值为： 最大轴力组合：轴向力 F=6470KN；弯矩 M=340KNM)；水平力 H=30 KN； 最大弯矩组合： 轴向力 F=4970KN；弯矩 M=500KNM)；水平力 H=40KN； （M、H 作用于柱的长边方向且均为从左指向右） 。 2.2 水文地质条件 经工程勘察，场地土层可分为七层，A 柱柱底各土层物理力学性质指标见表 1。 （1）人工填土：厚度 0.50.55m，未完成自重固结。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 2 （2）淤泥质土：厚度 12.015.0m，呈软塑状。 （3）粘土：厚度 0.31.4m，呈可塑状。 （4）粉质粘土：厚度 1.33.2m，呈硬塑坚硬状。 （5）强风化岩：厚度 5.8m 左右，风化强烈 表 1-1 各土层物理力学性质指标 土层 编号 土 层 名 称 土层 厚度(m) 含水量 （%） 重度 (kN/m3) 孔隙比 e 塑限 (%) 液限 (%) 承载力 fak(kpa) 1人工填土0.521880 2淤泥质土12.549.017.51.3124.039.590 3粘土0.832.019.00.86425.343.5170 4粉质粘土1.531.818.90.82627.038.0220 5强风化岩5.7qsik=150kPa; qpk=5000kPa;Es=12MPa300 6软黏土5Es=3.8MPa110 7坚硬岩Es=40MPa3000 地下水位离地表 0.6m，且对混凝土无侵蚀性。 3. 桩基础方案设计 3.1 设计优选 3.1.1 设计依据 1、毕业设计参考资料； 2、中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范 （GB50021-2001） ； 3、中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范 （GB50204） ； 4、中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范 （GB50007-2002） ； 3.1.2 桩基础方案选择 因为框架跨度大而且不均匀，柱底荷载大 ，不宜采用浅基础。 根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，选择桩基础。本设计分别采用 预制桩和沉管灌注桩两种方案进行设计。 3.1.3 桩基础设计分析 桩型考虑选用预制的预应力混凝土管桩和沉管灌注桩分别进行设计（预制的预应 力混凝土管桩桩身设计从略） ，完成桩基平面布置及荷载、内力分析计算、承台的各 项验算；编写设计计算说明书，绘制施工图（应绘出设计方案的平面图及剖面图） 。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 3 3.2 桩基础的设计原则及计算参数的确定 3.2.1 设计原则 1.设计荷载； 2.桩和桩基础的计算图式。 3.2.2 参数的初选 1.根据本工程岩土工程勘察告 ，并参考相关规范，拟取各层土体的物理力学 参数； 2.标高0.00m 3.地面超载取 10 KN/m2； 4.参考建筑桩基技术规范JGJ201- 2001 根据本工程岩土工程勘察资料，各土层的设计计算参数如表 1-2 表 1-2 各土层物理力学性质指标 土层 编号 土 层 名 称 土层 厚度(m) 含水量 （%） 重度 (kN/m3) 孔隙比 e 塑限 (%) 液限 (%) 承载力 fak(kpa) 1人工填土0.521880 2淤泥质土12.549.017.51.3124.039.590 3粘土0.832.019.00.86425.343.5170 4粉质粘土1.531.818.90.82627.038.0220 5强风化岩5.7qsik=150kPa; qpk=5000kPa;Es=12MPa300 6软黏土5Es=3.8MPa110 7坚硬岩Es=40MPa3000 4. 桩基础设计计 4.1 桩基础设计的主要内容 桩基础设计的内容包括桩基平面布置及荷载、内力分析计算、承台的各项验算。 验算后的设计参数不符合要求时，应重新设置设计参数，直至安全、可靠为止。 4.2 预制混凝土桩设计计算 4.2.1 桩基的设计与计算 1. 持力层选择 依据地基土的分布，选择压缩性低、承载力高的强风化岩为持力层。 选用预应力混凝土管桩。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 4 2. 选择桩的几何尺寸和桩的埋深 桩端全断面进入持力层 1.0m（2d） ，工程桩入土深度为 h。 故：mh32.1615 . 18 . 0 5 . 1252 . 0 由于第层厚 0.52m，地下水位为离地表 0.6m，所以选择承台底进入第层土 1.48m，即承台埋深为 2.0m，桩基得有效桩长即为：16.5-2.0=14.5m。 3. 桩截面尺寸选用： 由经验关系建议：楼层440.8 )，因此整个截面的主筋为 614 =923 As 2 mmAs ， 2 mm 。其他 641 . 0 360400 .923 286. 0 360 400 300 43. 1 45 . 0 45. 0 0 min h h f f y t 构造要求配筋见施工图。 桩身强度： RkNAfAfN syccu 2 .2336)4 .9233003604003 .140 . 1 (0 . 1)( =696.5 kN 故满足要求 21、桩长 14.5m,采用双点吊立的强度进行桩身配筋设计。吊立位置在距桩顶、 桩端平面 0.207L(L=7m)=1.5m 处，起吊时桩身最大正负弯矩， 2 max0214 . 0 qLM 。即为每延米桩的自重（1.2 为恒载分项系数）./77 . 3 2 . 1254/4 . 014. 3 2 mkNq 。桩身长采用混凝土强度 C30, 级钢筋，所以： MkNqLM95 . 3 777 . 3 0214 . 0 0214 . 0 22 max 将圆桩等效为截面为 400mm 400mm 的矩形截面。 桩身截面有效高度mh36 . 0 04. 04 . 00 0053 . 0 360400 3 . 14 1095. 3 2 6 2 0 bhf M c s 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 12 997. 0)0053 . 0 211 ( 2 1 )211 ( 2 1 s s 桩身受拉主筋 2 6 0 68.36 360300997 . 0 1095. 3 mm hf M A ys S 选用 2 5(=3936.68 )，因此整个截面的主筋为 45 =923.4 As 2 mm 2 mmAs ，配筋率为。其他构造要求配筋见施工图。 2 mm min 22、桩长 14.5m,采用双点吊立的强度进行桩身配筋设计。吊立位置在距桩顶、 桩端平面 0.207L(L=8m)=1.656m 处，起吊时桩身最大正负弯矩， 2 max0214 . 0 qLM 。即为每延米桩的自重（1.2 为恒载分项系数）./77 . 3 2 . 1254/4 . 014. 3 2 mkNq 。桩身长采用混凝土强度 C30, 级钢筋，所以： MkNqLM16 . 5 877 . 3 0214 . 0 0214 . 0 22 max 将圆桩等效为截面为 400mm 400mm 的矩形截面。 桩身截面有效高度mh36 . 0 04. 04 . 00 00697 . 0 360400 3 . 14 1016 . 5 2 6 2 0 bhf M c s 997. 0)0053 . 0 211 ( 2 1 )211 ( 2 1 s s 桩身受拉主筋 2 6 0 92.47 360300997 . 0 1016 . 5 mm hf M As ys 选用 4 4(=50.247.928 )，因此整个截面的主筋为 44 As 2 mm 2 mm =50.2 ，配筋率为。其他构造要求配筋见施工图As 2 mm min 故满足要求 4.2.7 承台设计 由于桩的受力可知，桩顶最大反力： ， ,89.718 9 59.4792 35 . 1 35 . 1 ,65.763) 4 . 16 4 . 151.278 9 59.4792 (35 . 1 35 . 1 2 max kN n N kN y n N F x MF k i kk 平均反力： 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 13 桩顶净反力： kN n F n G NN kN n G NN j j 89.718 4 6470 05.724 9 4 . 356 65.763 maxmax 1柱对承台的冲切 由图 4.3 得，承台厚度 H=1.2m,计算截面处的有效高m0100a a y0 x0 mm 度，承台底保护层厚度取 80mm。mmh1120801200 0 冲垮比 089 . 0 1120 100 0 h aox ox 取25. 0 ox 25 . 0 ox 取25 . 0 oy 25 . 0 oy 当，满足 0.21.0 00000000 ;20 . 0 20 . 0 hhhh时，取当时，取 =300mm 14325.6mm2 多桩承台的弯矩可在 Y 方向分别按单向受弯计算：mho92 . 0 mkNXNMii X 5 . 16171 8 6470 2最大弯矩 2 6 s67.6511 3009209 . 0 10 5 . 1617 9 . 0 mm fh M A yo x 选配 18 22 ， sA =6842mm26511.67mm2 分别沿沿平行于 x，y 轴方向布置 4.3.5 软弱下卧层承载力验算 1、桩距 14000.8 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 26 （1）桩帽与送桩帽与桩周围的间隙应为 510mm； （2）锤与桩帽，桩帽与桩之间应加设弹性衬垫，如硬木，麻袋，草垫等； （3）桩锤，桩帽或送桩应和桩身在同一中心线上； （4）桩插入时的垂直度偏差不得超过 0.5%； （5）按标高控制的桩，桩顶标高的允许偏差为50+50mm （6）斜桩倾斜度的偏差，不得大于倾斜角（指桩纵向中心线与铅垂线的夹 角） 正切值的 15% 钢筋混凝土预制桩锤击沉桩期的安全问题 钢筋混凝土预制桩在沉期间应满足强度和抗裂度要求，特别对于高承台的预制桩， 由于桩的自由度较大，还应考虑桩的压曲稳定性问题。在实际工作中，沉桩时的桩的 断裂问题时有发生，有时还特别严重产生断裂现象的主要原因是下沉过程中进入密实 砂层时，锤击次数过多，锤击能量过大所致。 为了防止沉桩时的断裂， ，需要研究锤击沉桩时桩身的锤击应力，桩身配筋时， 应使桩身强度足以抵抗锤击时的锤击应力。 2. 静力压桩法沉桩 静力压桩法是以设备本身自重（包括配重）作用力，液压驱动，用静压力将桩压 入地基土中的一种沉重工艺。这种施工工艺具有无震动、无噪音、无污染、无冲力和 施工应力小的特点。有利于沉桩振动 对邻近建筑物和精密设备的影响，避免对桩头的冲击损失，降低用钢量。在沉桩 过程中还可以测定沉桩阻力，为设计和施工提供参数，预估和验证单桩极限承载力， 检验桩的工程质量。 近年来，由于大吨位压桩机的出现，提高了静力压桩法施工的适用范围，能将长 桩压入砂层，可适用于对单桩极限承载力设计要求超过 5000kN 的超高层建筑。例如 在上海地区，曾使用 800t 压桩机，将 0.50m0.50m38.5m 的预制方桩压进中密砂 层（此曾的静力触探比贯入阻力为 12.5Mpa）2.4m，至设计标高时的压桩阻力为 4778kN5868kN，静荷载试验测定的单桩极限承载力为 6750kN。 6.26.2 工程监测工程监测 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 27 6.2.1 平面测量控制 平面控制是整个工程测量的基础，也是测量工作的重要环节。 a 建立矩形控制网 依据业主提供的建筑坐标点，测出各轴线，形成控制网并作闭合检验。 b 根据图纸对矩形控制网进行加密，放样出各轴线控制点。 c 圆心点、各轴线控制点和平面控制点，均埋设永久性砼桩。 d 依据轴线控制控制网，放样出每个桩位。 6.2.2 垂直测量控制 根据业主提供的高程点，引出现场高程点，或埋桩、或引在永久性建筑物上， 并保护起来，施工时，作为每根桩的垂直控制。 6.2.3 放线人员放线 放线人员放线前应认真阅读整图纸纸及有关变更文件，依据基础平面图及规 划红线控制点，由技术部专职人员按监理公司批准的测量放线方案，绘制施工测量平 面方格坐标图，认真计算各点坐标，对轴线控制点埋设标志，且四周用砼固化 30cm 深，对桩位采用钢管打眼灌白灰及钉 8 短钢筋作为标志，深度不小于 300mm，绘制 测量复核签证单，经甲方或监理工程师认可后方可进行护筒埋设。 6.2.4 提高放线精度 为了提高放线精度，测量仪器必须定期进行检验。测量用钢尺须校验，施工用钢 尺在量距中若与测量用钢尺量出数据有出入，应以测量为准加以改正，施工过程中， 必须注意距离与角度的复核，若出现较大误差，应及时查出原因，并加以改正，对使 用钢尺要定期进行校核，以保证钢尺准确。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 28 第二章第二章 基坑支护设计基坑支护设计 1.工程概况和研究内容 1.1 工程概况 某综合楼工程占地面积 17862m2。上部结构由 15 层的高楼群组成。高楼群 房采用框架剪力墙结构，钻孔灌注桩箱形基础，设三层地下室，挖深为 8.9m。该建筑 物西侧距街道仅 5m，且在路面下埋有电缆线、煤气管道、自来水管道及污水管道等市 政公用设施。南边是一施工现场，其围墙局开挖最小距离为 4m。东侧的靠南端分空地， 靠北有一四层厂房(长 20m)，间距约 14.6m，北侧距长庆街约 10m。 建筑场地平面位置见下图。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 29 图 2-1 建筑场地平面图 1.2 本论文主要设计内容 本文对某综合楼基坑支护设计进行研究。首先分析评价了场地的岩土工程条件。 根据场地的工程地质条件、水文地质条件，充分考虑到周边地层条件，选择技术上可 行,经济上合理,并且具有整体性好、水平位移小,同时便于基坑开挖及后续施工的可 靠支护措施，通过分析论证选择合适的基坑支护方案。然后对基坑支护结构进行了具 体设计计算，其中包括土压力计算、沉管灌注桩的设计计算及土钉墙的设计计算、稳 定性验算。当不能满足稳定性要求的时候，需要重新设计计算或者做必要的处理，直 至达到稳定性的安全要求。选择经济、实效、合理的基坑降水与止水方案,最后简单 地谈到了基坑的施工组织与工程监测。 2.工程地质与水文地质概况 2.1 场区工程地质条件 根据芜湖市勘察设计有限公司提供的场地岩土工程勘察报告，场区内与基坑支护 相关的地层自上而下可划分为： 1杂填土层：层厚 0.7 米。 基坑设计参数：。 0 10,5,/18 2 a KPcmKN 2. 粉土层：层厚 2.6m。 基坑设计参数：。 0 35,10,/9 .18 2 a KPcmKN 3. 粉土夹沙层：厚度 1.4m。 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 30 基坑设计参数：。 0 5 . 35,5 . 6,/7 .18 2 a KPcmKN 4. 淤泥质粘土层：厚度 2.3m。 基坑设计参数：。 0 2 . 11,6 .15,/ 9 . 18 2 a KPcmKN 5. 粘土层：厚度 6.2m。 基坑设计参数：。 0 3 . 19,25.30,/ 2 . 19 2 a KPcmKN 6. 粉质粘土层：厚度 25m。 基坑设计参数：。 0 1 .17,65.42,/ 4 . 18 2 a KPcmKN 2.2 水文地质条件 根据地质勘测勘料，地下水位埋藏较浅，平均深度为 0.8m，其中上部土层透水性 较好，水力坡度 I 取 1/10。 2.3 基坑周边环境情况 1、东侧的靠南端分空地，靠北有一四层厂房(长 20m)，间距约 14.6m，北侧距长 庆街约 10m。 2、基坑北面为长庆街。 3、该建筑物西侧距街道仅 5m，且在路面下埋有电缆线、煤气管道、自来水管道 及污水管道等市政公用设施。 4、南边是一施工现场。 整个施工现场，周围没有地下管线通过。 从上述基坑本身特征、场地地层结构、场地周边环境特点分析可知，本基坑开挖 深度为 8.9 米，在开挖深度内的地层强度和厚度起伏变化不大，地下水不丰富，周边 环境较为宽松，基坑的安全等级为 2 级。 3. 基坑支护方案设计 3.1 设计优选 3.1.1 设计依据 毕业设计参考资料； 1、中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范 （GB50021-2001） ； 2、中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范 （GB50204） ； 3、中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范 （GB50007-2002） ； 4、中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规范 （JGJ120-99） ； 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 31 5、 基坑工程手册 。 3.1.2 基坑支护方案优选 基坑围护结构型式有很多种，其适用范围也各不相同，根据上述设计原则，结合 本基坑工程实际情况有以下几种可以采取的支护型式： （1）悬臂式围护结构 悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安 全。悬臂结构所受土压力分布是开挖深度的一次函数，其剪力是深度的二次函数，弯 矩是深度的三次函数，水平位移是深度的五次函数。悬臂式结构对开挖深度很敏感， 容易产生较大变形，对相临的建筑物产生不良的影响。悬臂式围护结构适用于土质较 好、开挖深度较浅的基坑工程。 （2）水泥土重力式围护结构 水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体，保持基坑边坡稳定，深 层搅拌水泥土桩重力式围护结构，常用于软粘土地区开挖深度约在 6.0m 以内的基坑 工程，水泥土的抗拉强度低，水泥土重力式围护结构适用于较浅的基坑工程。 （3）拉锚式围护结构 拉锚式围护结构由围护结构体系和锚固体系两部分组成，围护结构体系常采用钢 筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种。锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。地面 拉锚式需要有足够的场地设置锚桩，或其他锚固物；锚杆式需要地基土能提供锚杆较 大的锚固力。锚杆式适用于砂土地基，或粘土地基。由于软粘土地基不能提供锚杆较 大的锚固力，所以很少使用。 （4）土钉墙围护结构 土钉墙围护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式 挡墙，起到挡土作用。土钉墙围护适用于地下水位以上或者人工降水后的粘性土、粉 土、杂填土及非松散砂土、卵石土等；不适用于淤泥质及未经降水处理地下水以下的 土层地基中基坑围护。土钉墙围护基坑深度一般不超过 18m，使用期限不超过 18 月。 （5）内撑式围护结构 内撑式围护由围护体系和内撑体系两部分组成，围护结构体系常采用钢筋混凝土 桩排桩墙和地下连续墙型式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。当基坑开挖平面面 积很大而开挖深度不太大时，宜采用单层支撑。内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文） 32 （或型钢）支撑两种。内撑式围护结构适用范围广，可适用于各种土层和基坑深度。 经过多个方案的比较分析，本基坑充分考虑到周边地层条件，选择技术上可行, 经济上合理,并且具有整体性好、水平位移小,同时便于基坑开挖及后续施工的可靠支 护措施。该建筑 15 层组成，地下室与上部结构构成整体，基坑面积相对较小，但是 地层相对较复杂，要求严格进行支护设计和组织施工，以保证基坑的安全。经分析基 坑四周分别采用单排钻孔灌注桩、土丁墙、放坡令加适当的土丁墙作为围护体系，关 于支撑体系，如果采用内支撑的话，则工程量太大，极不经济，同时，如果支撑拆除 考虑在内的话，工期过长，且拆除过程中难以保持原力系的平衡。根据场地的工程地 质和水文地质条件，最后决定