毕业设计（论文）-西南某医学院住院大楼CFG复合地基与筏形基础设计.doc

本科毕业设计（论文） 西南某医学院住院大楼 CFG 复合地基与筏形基础设计 年 级： 学 号： 姓 名： 专 业： 指导老师： 2005 年 06 月 院系 专 业 本科毕业设计(论文) 第II页 年级 姓 名 题目 西南医学院住院大楼 CFG 复合地基与筏形基础设计 指导教师 评 语 指导教师 (签章) 评 阅 人 评 语 评 阅 人 (签章) 成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 本科毕业设计(论文) 第III页 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 班 级 学生姓名 学 号 发题日期： 完成日期： 题 目 西南医学院住院大楼 CFG 复合地基与筏型基础设计 1、本论文的目的、意义 （1）通过毕业设计设计能够更深入的了解基础设计； （2）会使用 PKPM 软件，能够熟练应用 JCCAD 进行建筑基础设计； （3）掌握 CFG 桩的设计方法以及施工方法； （4）对基坑的开挖及降水作简要的说明； （5）最终可以独立完成与之相关的设计内容。 2、学生应完成的任务 （1）按照毕业设计撰写规范完成毕业设计一本； （2）柱平面布置与荷载图； （3）基础配筋图以及基础断面图多张； （4）CFG 地基处理平面布置图； （5）其它必要的图纸； （6）完成一篇设计实习报告； （7）找一篇与设计相关的外语资料并翻译成汉语。 本科毕业设计(论文) 第IV页 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周） 第一部分 阅读岩土勘察报告、建筑资料等技术文件 ( 1 周) 第二部分 上部荷载计算与地基基础方案比选 ( 2 周) 第三部分 地基基础设计 ( 6 周) 第四部分 绘图 ( 2 周) 第五部分 文整 ( 1 周) 评阅及答辩 ( 周) 备 注 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日 本科毕业设计(论文) 第V页 摘摘 要要 随着经济的发展与人们居住环境要求的提高，近年来我国建筑、市政等工程得 到飞速发展。在都市中，寸土寸金，因而在建筑向高空发展的同时，地下空间的利 用也成为一个重要方向。高层及多层建筑的地下室、地下商场、地下车库等工程施 工，都会面临地基基础工程和深基坑工程。 该建筑总建筑面积约为28000m2，建筑物高度为69.3m，其层数为20层，设有地 下室一层，埋深约4.5m，框剪结构，建筑物安全等级为级，单柱最大荷载为 1400T。该设计是典型的地基基础与深基坑相结合的工程设计：首先，对施工现场进 行详细的地质勘探，对其结果进行严密的勘察分析，得出地堪报告；其次，根据地 勘报告中提供的相关数据来对建筑物进行地基基础设计。由于该建筑物的上部荷载 较大且地质条件相对较好所以采用筏形基础。考虑到施工工期与难易程度，采用平 板式筏基。筏板的设计是由PKPM软件中的JCCAD程序完成，最终可以直接获得配筋简 图以及配筋量图。但是由于天然持力层不能满足设计要求，因此需要对地基进行处 理，该设计选择CFG桩进行处理，处理后的复合地基承载力可达到550KPa。另外，本 设计中还对基坑的支护的施工以及降水的作用与影响进行了论述。 关键词 基础设计；筏板基础；CFG桩；基坑支护 本科毕业设计(论文) 第VI页 Abstract In recently years, with the rapid development of the economy and the improvement of peoples living environment, the project of building and municipal engineering got a rapid development too.In the big city, inch of land inches of gold,so at the same time of the con- struction to high altitude, underground space is becoming an important aspect too. All that of higher level and tier building basement,underground market, underground garage engin- neering construction will be confronted with foundation work and deep foundation engine- ering. The total construction area is about 28000m2. The height of the building is 69.3m.Its a 20-floor building with one floor of basement. The setting depth is -4.5m.Its a frame- shear wall structure. The safe grade of this building is I. Single column peak load is 1400T. This is a typical design which is combined with foundation and deep foundation.At first,they proceed detailed geologic exploration to the job location;Secondly,from the geology report which offered correlated data,we can proceed foundation design. Because constructional topside load is quite big and the geologic condition is comparatively good ,so I used raft foundation. In consideration of construction period and difficult-easy degree，I used flatbed raft foundation.Raft board is designed by the JCCAD procedure in software PKPM, at the end we could directly obtain distributed steel diagram and distributed steel map measurement. But owning to natural bearing course is insatiable design requirements,so the foundation should be disposed,the design choose CFG pile to dispose the foundation,then bearing capacity of the foundation can be up to 550KPa.In addition,the design proceed a discuss about the construction of retaining and protection of excavation and the action and impact of precipitation. Keywords Foundation design； Raft foundation；CFG pile； Retaining and protection of excavation 本科毕业设计(论文) 第VII页 目录 第 1 章 绪论1 第 2 章 原始资料2 2.1 建筑物性质及勘察2 2.1.1 建筑物性质2 2.1.2 勘察技术要求2 2.1.3 勘察技术依据2 2.1.4 勘察技术方案3 2.1.5 勘察工作量4 2.2 场地工程地质条件5 2.2.1 地形地貌5 2.2.2 地基土构成5 2.2.3 场地地下水6 2.2.4 地基评价7 2.2.5 桩基础地基承载力7 2.2.6 基础评价8 2.2.7 与基础施工有关的岩土工程问题10 2.2.8 岩土工程检测12 2.2.9 主要结论与建议12 2.3 PKPM 原始资料13 第 3 章 筏板设计14 3.1 筏板设计原理14 3.1.1 筏板类型确定14 3.1.2 筏形基础平面尺寸确定14 3.1.3 验算抗冲切承载力14 3.1.4 验算距内筒边缘或柱边缘 ho 处筏板的受剪承载力16 3.1.5 计算方法选取16 3.2 PKPM 筏板设计17 3.2.1 软件功能简介17 3.2.2PKPM 设计步骤19 第 4 章 地基处理29 4.1 地基处理方案比选29 4.2 CFG 桩设计思想30 4.2.1 桩的作用30 4.2.2 桩间土的作用31 4.2.3 褥垫层及其作用31 4.2.4 褥垫层的设置原则32 4.3 设计需要具备的资料32 4.3.1 工程地质勘察报告32 本科毕业设计(论文) 第VIII页 4.3.2 建筑结构设计资料33 4.4 复合地基设计和参数确定33 4.5 布桩35 4.6 CFG 桩设计35 4.6.1 确定桩长35 4.6.2 确定桩径35 4.6.3 确定桩间距35 4.6.4 桩体强度37 4.6.5 褥垫层厚度37 4.6.6 布桩37 4.7 CFG 桩复合地基施工38 4.7.1CFG 桩施工工艺38 4.7.2 清土及 CFG 桩桩头处理38 4.7.3 褥垫层铺设及质量控制40 4.7.4CFG 桩复合地基冬期施工措施40 4.7.5 施工检测及验收42 第 5 章 基坑支护与降水44 5.1. 基坑开挖与支护44 5.1.1 支护结构类型及选择44 5.1.2 护壁桩及其施工44 5.1.3 喷锚支护及其施工51 5.2. 基坑降水59 5.2.1 基坑开挖与降水关系59 5.2.2 降水方法59 5.2.3 降水作用61 5.2.4 深井井点降水62 5.2.5 井点不利影响64 5.2.6 降水注意事项65 结 论68 致 谢69 参考文献70 附录 1 实习报告71 附录 2 外文翻译72 本科毕业设计(论文) 第1页 第 1 章 绪论 随着经济的发展与人们居住环境要求的提高，近年来我国建筑、市政等工程得 到飞速发展。在都市中，寸土寸金，因而在建筑向高空发展的同时，地下空间的利 用也成为一个重要方向。高层及多层建筑的地下室、地下商场、地下车库等工程施 工，都会面临地基基础工程和深基坑工程。从古至今，我国的地基基础工程已经形 成了研究、设计、施工及监测等一整套的科学指导理论。随着 2002 年新的国家建筑 结构类规范（如：建筑地基基础设计规范GB500072002）的颁布实施，已说 明我国的基础设计已与世界接轨。从 80 年代末期到现在，我国在深基坑工程的研究、 设计、施工及监测等方面也取得了长足的进步，既吸取了世界发达国家的先进技术， 又研究、开发了一系列适应我国国情的设计方法与施工技术。在我国已取得数万平 方米的超大型基坑及开挖 20 多米的深基坑设计与施工的成功经验。深基坑工程技术 在我国已逐建趋于成熟。 建筑基础是建筑结构物直接与地基接触的最下部分，是建筑结构的重要组成部 分，它影响着整个建筑的经济和安全。由于工程具有工程量大、技术难度高、不可 预见的因素多得特点，所以对其安全可靠性严格要求，否则不但会影响基础和基坑 本身，而且会影响周边环境。因此要求设计时要全面考虑、仔细、认真。 本设计是川北医学院附院住院楼基础设计，总建筑面积约为 28000m，建筑物 高度为 69.3m，其层数为 20 层，设地下室一层，埋深约4.5m，框剪结构，建筑物 安全等级为 级，单柱最大荷载为 1400T。 设计中详细的说明了用 PKPM 设计筏形基础的设计步骤，还附有图表用以补充 说明；其次主要进行了 CFG 桩的设计以及其施工工艺，同时对基坑处理以及降水的 施工做了详尽的说明。但是，由于本人水平有限，加上时间紧，设计中难免又欠妥 之处，恳请各位老师批评指正。 本科毕业设计(论文) 第2页 第 2 章 原始资料 2.1 建筑物性质及勘察 2.1.1 建筑物性质 拟建川北医学院附院住院楼位于南充市文化路与花市街交叉口西南角川北医学 院附属医院内，总占地面积约 2000m2，总建筑面积约 28000 m2，建筑物高度为 69.3m，其层数为 20 层，设一层地下室，埋深约-4.5m，框剪结构，单柱最大荷载为 1400T，由中国建筑西南设计研究院设计，建筑物安全等级为级，拟采用挖孔桩基 础方案。 2.1.2 勘察技术要求 按照中华人民共和国现行国家标准及行业标准，结合建设、设计单位提供的有 关建筑设计文件对本工程勘察工作提出达到与详细设计阶段相应的勘察技术要求及 基本任务为： (1) 查明场地及附近不良地质现象的成因、分布和对建筑场地稳定性的影响及 其发展趋势。 (2) 查明建筑场地内岩土构成、地基土的物理力学性质，并评价各类地基土的 承载力和变形。 (3) 查明地下水的类型、埋藏条件、渗透性及基坑降水设计的有关水文地质参 数。 (4) 评价场地地基土的工程特性，为建筑物基础选型和持力层选择提供合理化 建议。 (5) 评价基础施工所遇到的岩土工程问题及处理措施，建议基坑开挖支挡方案。 2.1.3 勘察技术依据 本次勘察工作依据有关的国家标准或行业标准，主要的技术规范和标准是： 本科毕业设计(论文) 第3页 (1) 岩土工程勘察规范 （GB50021-94） ； (2)高层建筑岩土工程勘察规程 （JGJ72-90） ； (3) 建筑地基基础设计规范 （GBJ11-89） ； (4)建筑抗震设计规范 （GBJ11-89） （ 1993 年修定本） ； (5)建筑桩基技术规范 （GBJ12-94） ； (6)土工试验方法标准 （GB/T50123-1999） ； (7)N120超重型动力触探试验暂行规定 （中国建筑西南勘察研究院企业标 准，1991 年 6 月） 。 2.1.4 勘察技术方案 2.1.4.1 勘察点平面布置 按照勘察技术要求，结合建设单位提供的总平面图，本次勘察主要沿建筑物外 围轮廓线布置，同时考虑基坑开挖支护的影响，共布置钻孔 22 个，间距为 10.019.5m，其中控制性钻孔 16 个，一般性钻孔 6 个。勘探点具体位置详见勘 探点平面布置图 。 2.1.4.2 勘察点深度的确定 根据拟建建筑性质，结合可能的基础型式及相应的持力层埋深，参照有关规范 条文，估计各勘探点深度。 按高层建筑岩土工程勘察规程 （JGJ72-90）的规定，勘探点深度按下式确定： 控制性勘察孔孔深=基础埋深+（0.5-0.7）基础宽度 一般性勘探孔孔深=基础埋深+（0.3-0.4）基础宽度 式中：基础埋深按 7.0m 考虑，基础宽度按 20.0m 考虑 本工程在参考上式的同时，又考虑了卵石层的空间分布及可能的桩端持力层埋 深及其压缩层厚度，以满足分别采用箱（筏）基础和以卵石层作为桩端持力层时所 需要的基础埋深和影响深度的要求。 据此确定： 控制性勘探孔深度为 18.020.0m至基岩顶板，同时布置 8、9 号 3 个钻孔钻 本科毕业设计(论文) 第4页 至基岩中风化带约 5.0m。 一般性勘察孔深度为 15.0m 对于一般性勘探点 2.1.4.3 勘察技术方法 (1) 钻探： 在每个勘探孔的上部细粒土层中采用 SH-30 型工程勘察钻机，对上覆细粒土采 用管钻冲击钻进，在砂卵石土层中采取 108 抽筒冲击钻进，导管跟进进行全断面 取芯，对下部泥岩则采用 XY-100 型钻机回转钻进。 (2) 标准贯入试验： 对上部细粒土层采用标准贯入测试（SPT） ，评价其承载力及对粉土、砂层进行 液化判别。 (3) N120 动力触探试验： 对卵石层采用 N120 超重型动力触探试验设备，对每个勘探点进行连续系统的 力学测试，定量评价卵石土的密度和均匀性。 (4) 室内土工试验： 对细粒土取原状样进行常规物性、剪切、压缩试验，对砂、卵石土取扰动样进 行颗粒分析试验。 2.1.5 勘察工作量 本次勘察野外工作于 2001 年 7 月 2 日开始，至 2001 年 7 月 20 日完成，于 2001 年 7 月 28 日提交岩土工程勘察报告，本次勘察完成的工作量见表 2-1。 勘察工作工作量一览表 表 2-1 工作内容 测量放孔 （点） 钻探 （m） N120动探 （m） 标贯 （次） 土工试验 （件） 工作量22480212283222 需要说明的是： 因甲方未提供红线点坐标，经与甲方负责人研究决定各勘探点的平面位置依 据场地内已有建筑物等进行施测。 各勘探点高程系以已建 14 层住院楼为工程起算点，其假设高程为 0.000m。 本科毕业设计(论文) 第5页 2.2 场地工程地质条件 2.2.1 地形地貌 建筑场地地貌上属嘉陵江水系级阶地，地形平坦，相对高差仅约 0.50m。 2.2.2 地基土构成 在本次钻探深度范围内，建筑场地上覆土层主要由第四系全新统冲洪积成因的 粘性土及砂卵石组成，下卧基岩为侏罗系遂宁组泥岩，现将各地基土构成和特征自 上而下分述如下： （一）第四系全新统人工填土层（Q4ml） 素填土：杂色、可塑、稍湿湿。主要由粘性土及少量建筑垃圾组成，遍布 场地，层厚 1.03.4m，表层分布有厚度为 0.21.5m 的杂填土。 （二）第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl） 粉土：黄灰黄褐灰色，软塑、湿饱和。含少量铁锰质氧化物及云母片， 偶见蜗虫壳、腐植物，砂粒含量较重，夹较多粉细砂薄层或透镜体，全场地分布， 层厚 5.612.10m。 粉砂：灰黄黄灰色，松散，湿饱和。砂粒成分以石英、长石为主，充填 较多粘性土，夹较多粉土透镜体，含云母片及动、植物残骸，本层与粉土互层，层 厚为 0.25.0m。 粉质粘土：褐灰色，软塑，含较多铁锰质及少量朽木，偶夹个别卵石，呈薄 层式尖灭状分布于 66剖面及 18、19、20、21 号孔一带的卵石层中，层厚 0.42.4m。 砾砂：褐灰色，松散，饱和。呈透镜体状分布于卵石层中，含约 1020%砾、 卵石，层厚 0.52.6m。 本科毕业设计(论文) 第6页 圆砾：褐灰色，稍密，主要由火成岩组成，亚圆形，微风化，充填约 20%粉 细砂，含约 10%卵石，呈薄层或透镜体状分布于卵石层中，其 N120 代表值为 2.6 击， 厚度为 0.52.6m。 卵石：褐灰色，稍密，饱和。卵石粒径一般为 25cm，最大达 15cm。卵石 成份以火成岩和沉积岩为主，分选性差，亚圆形，微风化。充填约 15%粘性土和中、 细砂，层厚为 1.24.1m，顶板埋深为 11.914.4m，其 N120代表值为 4.2 击。 （三）侏罗系中统遂宁组（J2sn） 泥岩：紫红色，中厚层状，细粒结构，顶板埋深为 17.4018.60m，相应标高 为 256.45255.23m，依据其风化程度的差异可分为两个亚层： 强风化泥岩 8-1 ：风化裂隙发育，结构面不清晰，岩芯破碎，干钻可钻进， 厚度为 1.52.0m。 中风化泥岩 8-2 ：风化裂隙较发育，层理较清晰，岩芯较完整，本次勘察最 大揭露厚度为 4.6m，据区域地质资料，本层厚度大于 5.0m。 2.2.3 场地地下水 场地在地貌上属于嘉陵江水系级阶地，砂卵石层为场地地下水的主要含水层， 其厚度约 6.0m，粉土为弱透水层，地下水属孔隙潜水，受大气降水及河水侧向径流 补给，勘察期间测得场地地下水初见水位埋深为 6.07.0m，静止水位埋深 5.57.2m。 据区域水文地质资料，场地地下水位年变化幅度 12m，三月为枯水期，7-8 月为丰水期，本次勘察收集了距场地约 500m 远的南充食品城抽水试验成果资料， 试验结果表明砂卵石土渗透系数 K 值为 15.7 米/天,降水设计时采用 12 米/天,降水效 果良好,同时,结合南充地区已有其它降水设计施工试验,建议本场地砂卵石土渗透系 数 K 值为 12 米/天。据区域地质资料及近邻场地的南充报业大厦水质分析成果资料， 结合环境水文地质条件，可判定场地地下水对砼不具腐蚀性。 本科毕业设计(论文) 第7页 2.2.4 地基评价 地基土主要物理力学性质指标建议值 表 2-2 地层 编号 土层名称 重度 (kN/m3) 压缩模 量 Es (MPa) 变形模 量 E0 (MPa) 内聚力 C (kPa) 内摩擦 角 ( ) 承 载 力 标准值 fk (kPa) 粉 土187.01010110 粉 砂186.001090 粉质粘土186.51015120 砾 砂195.0015150 圆 砾2015030180 稍密卵石2125035320 8-1 强风化泥 岩 50300 8-2 中风化泥 岩 700 综合分析钻探取样、原位测试、室内土工试验成果，结合南充地区已有的研究 成果、工程经验，对本场地各地基土承载力标准值及地基评价和基础设计有关的其 它主要参数建议值列于表 2-3。 2.2.5 桩基础地基承载力 根据场地岩土的分布、工程地质性质，结合拟建建筑性质和南充地区建筑经验， 能作为桩端持力层的地基岩土为卵石层和泥岩，可能的桩基形式有两类，即以卵石 层作为桩端持力层的摩擦端承桩和嵌入泥岩一定深度的嵌岩桩，成孔方式为人工挖 孔或机械成孔和沉管灌注。 结合成都（南充）地区所作的桩载试验资料及工程经验，确定各地基土层桩周 土极限摩阻力标准值 qsik，桩端土极限端承力标准值 qpk建议值如表 2-3。 本科毕业设计(论文) 第8页 极限桩侧摩阻力标准值 qsik、极限桩端阻力标准值 qpk建议值 表 2-3 地 层 名 称 粉 土 粉 砂 粉 质 粘 土 砾 砂 圆 砾 卵 石 地 层 编 号 状 态 可 塑 松 散 软 塑 松 散 稍 密 稍 密 沉管灌注桩3016353560100桩周土极 限摩阻力 标准值 qsik（kPa ） 钻（挖）孔灌 注桩 502230407590 沉管灌注桩4000 桩端土极 限端阻力 标准值 qpk（kPa） 钻（挖）孔灌 注桩 2200 2.2.6 基础评价 2.2.6.1 天然地基基础方案分析 按初步设计要求，拟建住院楼设一层地下室,开挖深度约 6.5m，则组成基础持 力层的地基土主要为粉土，该层强度低，压缩性大，不能满足拟建住院楼对其承 载力和变形要求，故不宜采用天然地基基础方案。 (1) 各类桩基础施工条件的简单分析 钻孔灌注桩属机械成孔，费用高，工期长，特别是在闹市区施工，大量泥浆排 放困难，将严重污染环境，同时因桩端沉碴的存在将极大影响桩端阻力的发挥，其 优点是可以在地下水下施工，同时，可方便的穿透卵石层、强风化泥岩，而进入中 风化泥岩一定深度内；沉管灌注桩则不存在泥浆排放、接桩、桩端沉碴等问题，同 时，可在地下水下施工，但无数工程实例表明，在软塑流塑的粉土、松散粉砂中 成孔，缩颈、断桩现象严重，有时难以控制其桩身质量，同时，施工噪音大，将极 大地影响闹市区周围居民（特别是病人）的生活；人工挖孔桩具有造价低，施工简 单、无噪音，可大面积展开，进而缩短工期，更重要的是桩身质量容易得到保证， 桩底土层观察验槽工作易于进行和清底干净，易于扩底，进而充分发挥桩端阻力等 本科毕业设计(论文) 第9页 优点，桩底土层观察验槽工作易于进行和清底干净，易于