岩土工程本科大四课程设计.doc

岩土工程综合课程设计专业名称：岩土工程年级班级：岩土10-1班学生姓名：朱恩育学生学号：311007020230指导教师：琚晓冬岩土工程综合课程设计 目录 II岩土工程综合课程设计 目录 河南理工大学土木工程学院二一三年七月三日岩土工程综合课程设计 目录 目录专题I柱下独立基础课程设计11.1设计题目11.2设计资料11.2.1地形11.2.2工程地质条件11.2.3岩土设计技术参数21.2.4水文地质条件21.2.5上部结构资料21.3独立基础设计21.3.1选取数据和资料21.3.2求地基承载力特征值31.3.3初步选择基底尺寸31.3.4验算持力层地基承载力41.3.5计算基底净反力51.3.6基础高度（采用阶梯形基础）51.3.7变阶处抗冲切验算61.3.8配筋计算71.3.9基础配筋大图样101.3.10确定两轴柱子基础地面尺寸101.3.11 两轴持力层地基承载力验算101.3.12设计图纸121.4小结12专题II灌注桩基课程设计142.1设计题目142.2设计资料142.2.1地形142.2.2工程地质条件142.2.3岩土设计技术参数142.2.4水文地质条件152.2.5场地条件152.2.6上部结构资料152.2.7材料152.3设计灌注桩基152.3.1单桩承载力计算162.3.2桩基的验算172.3.3承台设计192.3.4桩身结构设计232.3.5估算、轴线柱下桩数262.3.6设计图纸272.4小结27专题III重力式路堤挡土墙课程设计293.1设计题目293.2设计资料293.2.1地形293.2.2工程地质条件293.2.3墙身及墙后填料材料参数293.2.4荷载参数293.2.5水文地质条件293.3设计内容303.4重力式路堤墙设计303.4.1设计题目303.4.2地层条件及其参数313.4.3主动土压力计算313.4.4设计挡土墙截面333.4.5设计图纸353.5小结35参考文献37岩土工程综合课程设计 专题柱下独立基础课程设计 专题I柱下独立基础课程设计1.1设计题目本次课程设计的题目：柱下独立基础设计取柱下独立基础课程设计任务书中6题号轴荷载，设计独立基础。图1.1 柱网平面图1.2设计资料1.2.1地形拟建建筑场地平整1.2.2工程地质条件号土层：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。号土层：强风化砂质泥岩，厚度未揭露，承载力特征值。1.2.3岩土设计技术参数地基岩土物理学参数如表1.11.2.4水文地质条件拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。地下水位于地表下1.2m。1.2.5上部结构资料 拟建建筑物为多层全现浇框架结构，框架柱截面尺寸为。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱网布置如图1.1所示1.3独立基础设计1.3.1选取数据和资料根据柱下独立基础课程设计任务书要求和工程地质资料选取。6号题轴柱底荷载：柱底荷载效应标准组合值：。表1.1 地基岩土物理学参数柱底荷载效应基本组合值：土层编号土的名称重度（kN/）孔隙比e液性指数黏聚力c（kPa）内摩擦角压缩模量（MPa）标准贯入锤击数N承载力特征值（kPa）杂填土18粉质黏土200.680.8435157.66125黏土19.40.600.7824228.311178细砂210.57311216230强风化砂质泥岩221722280取号土层为持力层，承载力特征值，考虑取室外地坪到基础底面为0.5+1.2+0.5=2.2m。由此得基础剖面示意图，如图1.2所示：1.3.2求地基承载力特征值根据黏土e=0.58，=0.78查下表表2得：=0.3，=1.6。基地以上土的加权平均重度为持力层承载力特征值（先不考虑对基础宽度修正）为上式d按室外地面算起。图1.2 基础剖面示意图1.3.3初步选择基底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为基础底面积为。由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即初步选定基础地面面积，且b=2.403m不需要再对进行修正。1.3.4验算持力层地基承载力基础和回填土重为偏心距为所以所以，满足要求。表1.2 承载力修正系数土的类别淤泥和淤泥质土01.0人工填土；e或大于或等于0.85的粘性土01.0红黏土含水比01.2含水比0.151.4大面积压实填土压实系数大于0.95、黏粒含量的粉土01.5最大干密度大于的级配砂石02.0粉土黏粒含量的粉土0.31.5黏粒含量的粉土0.52.0e及均小于0.85的黏性土0.31.6粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态)2.03.0中砂、粗砂、砂砾和碎石土3.04.4基底最大压力：所以，最后确定基础地面面积长3.89m，宽2.40m。1.3.5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和最小净反力为1.3.6基础高度（采用阶梯形基础）柱边基础截面抗冲切验算见图1.3。初步选定基础高度h=800mm，分两个台阶，每阶高度均为400mm。（有垫层），则取。因此，可得因偏心受压，取，所以冲切力为 图1.3 柱下冲切验算简图抗冲切力为满足要求。1.3.7变阶处抗冲切验算变阶处抗冲切验算简图如图1.4图1.4 变阶处冲切验算简图由于有所以取。因此，可得冲切力为抗冲切力为满足要求。1.3.8配筋计算配筋计算，如图1.5所示。图1.5 偏心受压基础底板配筋计算选用HPB300级钢筋，。基础长边方向。对于-截面（柱边），柱边净反力为悬臂部分净反力平均值为弯矩为对于-截面（变阶处），有比较和，应按配筋，实际配16150，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，取 与长边方向的配筋计算方法相同，对于-截面（柱边）对于-截面（变阶处），有比较和，应按配筋，实际配A10230。钢筋根数为1.3.9基础配筋大图样基础配筋大样图见A3图纸：基础J1配筋图1.3.10确定两轴柱子基础地面尺寸由柱下独立基础课程设计任务书得：6号题、两柱子基底荷载分布如下：轴：。轴：。由前面计算得持力层承载力特征值，计算基础和回填土重时的基础埋深d=2.425m，轴基础底面积为基础底面积按20%增大，即初步选定基础地面面积为，且b=2.5m3m，不需要再对进行修正。轴基础底面面积为基础底面积按20%增大，即初步选定基础地面面积为，且b=2.8m3m，不需要再对进行修正。1.3.11 两轴持力层地基承载力验算轴，基础和回填土重为偏心距为所以所以，满足要求。基底最大压力：所以，最后确定基础地面面积长3.89m，宽2.40m。轴，基础和回填土重为偏心距为所以所以，满足要求。基底最大压力：所以，最后确定基础地面面积长4.2m，宽2.80m。1.3.12设计图纸根据以上的计算，绘制出基础平面布置图和轴柱子基础大样图见A3图1.4小结 柱下独立基础在设计时,主要从以下几个因素来设计: (1)工程地质和水文地质条件 ； (2) 基础的埋置深度； (3) 地基土的承载力； (4)基础的形状和布置，以及与相邻基础、地下构筑物和地下管道的关系； (5) 上部结构类型、使用要求及对不均匀沉降的敏感性； (6) 施工期限、施工方法及所需的施工设备等。 其中确定浅基础埋深的原则有： (1)凡能浅埋的应尽量浅埋； (2)除岩石地基外(至少0.1m)，最小埋深不宜小于0.5m(主要是考虑到基础的稳 定性、动植物的影响等因素)； (3)为保护基础，基础顶面一般不露出地面，要求基础顶面低于地面至少0.1m； (4)水下基础考虑到水流冲刷的影响(应将基础埋置在冲刷深度以下)；要求满足地基稳定性和变形条件。设计计算方法：确定地基承载力特征值的方法主要有以下几种：按荷载试验确定。根据地基土的抗剪强度指标，按理论公式确定。应用地区建筑经验，采取工程地质类比法确定。设计依据：在设计的过程中主要是依据柱下独立基础设计任务书中的指导和柱下独立基础的实例进行设计，但是再设计过程中一些小细节和一些特殊的取值，要按照建筑地基基础设计规范（）里面的规范进行取值。不仅如此，还要考虑到偏心荷载和地基变形的影响，根据适当的比例调节基础面积的大小和验算建筑物的变形特征值。在配置钢筋时还要满足实际的配筋的面积大于计算的配筋面积。设计结论：经计算得出的柱下独立基础的尺寸和内部的配筋符合要求，满足本建筑物的设计要求。 38岩土工程综合课程设计 专题灌注桩基课程设计专题II灌注桩基课程设计2.1设计题目本次课程设计的题目：桩基础设计取灌注桩基课程设计任务书中4题号轴荷载，设计灌注桩基。2.2设计资料2.2.1地形拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。2.2.2工程地质条件自上而下土层如下： 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2.2.3岩土设计技术参数岩土设计参数见下表表2.1和表2.2表2.1 地基岩土物理学参数土层编号土的名称孔隙比e含水量W（%）液性指数标准灌入锤击数N（次）压缩模量素填土-4.8淤泥质土1.0262.41.08-3.7粉砂0.7927.6-147.6粉质粘土0.8131.20.74-9.0粉砂层0.54-3117.2表2.2 桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值土层编号土的名称桩的侧阻力qsk桩的端阻力qpk素填土23-淤泥质土27-粉砂44-粉质粘土65890粉砂层7223502.2.4水文地质条件拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。地下水位深度；位于地表下3.5m。2.2.5场地条件建筑物所处场地抗震设防烈度为7度，场地内无可液化沙土、粉土。2.2.6上部结构资料拟建建筑物为六层钢筋混凝土框架结构，长30m，宽9.6m。室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm。柱截面尺寸均为400mm400mm，横向承重，柱网布置如图2.12.2.7材料混凝土强度等级为C25C30，钢筋采用HPB300、HRB335级。2.3设计灌注桩基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：室外地坪标高为-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。根据表2.3建筑桩基设计等级确定该建筑桩基属丙级建筑桩基，拟采用直径400mm的混凝土沉管灌注桩，以号土层粉质粘土为持力层，桩尖深入深入持力层0.6m（对于砂土不小于1.5d=750mm）,图2.1 柱网平面图设计桩长15.0m，预制桩尖长0.5m，初步设计承台高0.95m，承台底面埋置深度-1.60m，桩顶伸入承台50mm。表2.3建筑桩基设计等级设计等级建筑类型甲级1.重要的建筑。2.30层以上或高度超过100m的高层建筑。3.体型复杂且层数相差超过10层的高低层（含纯地下室连体的建筑）。4.20层以上框架核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑。5.场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑。6.对相邻既有工程影响较大的建筑。乙级除甲级、丙级以外的建筑丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑2.3.1单桩承载力计算根据以上设计，桩顶标高为-1.6m，桩底标高为-16.6m，桩长15m。1. 单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：由于 所以 2基桩竖向承载力设计值计算承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑承台土效应取，则有根据上部荷载初步估计粧数为 则设计粧数为4根。2.3.2桩基的验算根据建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008），当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。下面进行基桩竖向承载力的验算根据桩数设计矩形承台，边长为，矩形布桩，桩中心距取1.4m，桩心距承台边缘均为400mm。如图2.2承台及其上土壤的总重为 计算时取荷载的标准组合，则图2.2 承台平面布置图因此满足设计要求,故初步设计是合理的。2.3.3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0.95m，承台选用选用C25，；承台钢筋选用HRB335级钢筋，。承台计算简图如图2.3和2.4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图2.3 承台计算简图图2.4 承台计算简图1.承台内力计算2.承台厚度及受冲切承载力验算为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度0.95m，承台底保护层厚度50mm，则h0=950-60=890mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。由于基桩为圆形桩，计算时应将截面换算成方桩，则换算方桩截面边宽为 承台计算简图中所示承台计算简图中的桩基即是换算后边长为320mm的方桩。柱对承台冲切承台受桩冲切的承载力应满足下式： 由于，则冲垮比为（在0.251.0之间）（在0.251.0之间）冲切系数为故厚度为0.95m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边缘距离为（在0.251.0之间） 故厚度为0.95m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。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II截面，（介于0.253之间）剪切系数为受剪切承载力高度影响系数为：II截面剪力为 则故满足抗剪切要求。4.承台受弯承载力计算承台计算截面弯矩如下。对于II截面，取基桩净反力最大值进行计算，则 因此，承台长边方向都选用 钢筋B18170，钢筋数为 实配钢筋，满足要求 对于IIII截面，取基桩净反力平均值进行计算此时 则 因此，承台短边方向选用B16170，钢筋根数为实际钢筋，满足要求5.承台构造设计混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间设置连系梁，梁顶面标高-0.65m，与承台平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共412通长配筋，箍筋采用8200。承台底做100mm厚C10素混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。2.3.4桩身结构设计沉管灌注桩选用C25混凝土，预制桩尖选用C30混凝土，钢筋选用HPB300级。1.桩身轴向承载力验算根据建筑桩基技术规范（JGJ 942008）第5.8.2条的规定，桩顶轴向压力应符合下列规定： 计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数=1；对于挤土灌注桩，基桩施工工艺系数c=0.8；C25级混凝土，c=11.9N/mm2，则故桩身轴向承载力满足要求。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153KN，每根桩基承受水平荷载为桩身按构造要求配筋，桩身配612纵向钢筋，则桩身配筋率为满足0.2%0.65%之间的要求。 对于配筋率小于0.65%的灌注桩，单桩水平承载力特征值按下式计算：该式中各参数取值方法详见桩基础课程设计指导书。桩身为圆形截面，故。由于 根据灌注桩周主要土层的类别，查表，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根据对C25级混凝土，有对HPB300级钢筋，有扣除保护层后的桩直径为 = 则桩顶最大弯矩系数取值：由于桩的入土深度h=15.0m，桩与承台为固接，取，由表查得。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。3.配筋长度计算 基桩为端承摩擦型桩，配筋长度应不小于桩长的2/3（即2/315=10m）,同时不宜小于，则配筋长度取10m。 钢筋锚入承台35倍主筋直径，即。4.箍筋配置 采用6200螺旋式箍筋，由于钢筋笼长度超过4m，需每隔2m设一道12焊接加劲箍筋。2.3.5估算、轴线柱下桩数1.估算桩数设计、轴线下的桩基础的方法和轴线下相同。单桩极限承载力标准值为1179.07kN，基桩竖向承载力特征值为589.535kN。 轴柱下荷载标准组合值为。根据轴下荷载初步估算轴柱下桩数，即则轴下设计桩数为5根。 轴柱下荷载标准组合值为。根据轴下荷载初步估算轴柱下桩数，即 则轴下设计桩数为4根。2.承台平面尺寸确定根据估算的桩数和承台构造要求，设计轴线承台平面尺寸为2.5m2.5m，桩中心距取1.4m，桩心与承台边缘距离400mm; 轴桩数与轴相同，因此承台平面尺寸同轴。轴承台布置如图图2.5所示图2.5 轴承台布置示意图2.3.6设计图纸根据以上计算，可绘制出桩基平面布置图和桩基大样图，施工图见A3图纸。2.4小结设计计算方法：单桩竖向极限承载力标注值的确定可以采用以下几种方法：按单桩竖向静载试验确定。按静力触探法确定。按规范经验参数法确定。再设计过程中类比灌注桩基课程设计实例进行设计。设计依据：在设计的过程中主要是依据桩基础课程设计任务书中的指导和灌注桩基课程设计实例进行设计，但是再设计过程中一些小细节和一些特殊的取值，要按照建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）等规范里面的规范进行取值。不仅如此，还要考虑到建筑场地的抗震设防烈度和场地内的土层分布情况，看是否需要进行地震效应的竖向承载力验算。在配置钢筋时还要满足实际的配筋的面积大于计算的配筋面积。设计结论：对于我来说，灌注桩基课程设计是这三个里面相对来说较为容易的一个，老师给我改动的数据使我计算得出的桩数很少，而且轴和轴还是一样，都是四根桩，轴是五根桩，也很容易设计。我算出来的数据都符合规范的要求和实际的工程地质条件要求也相符，因此经计算得出的灌注桩基和内部的配筋符合要求，满足本建筑物的设计要求。岩土工程综合课程设计 专题重力式路堤挡土墙课程设计专题III重力式路堤挡土墙课程设计3.1设计题目本次课程设计题目：重力式路堤墙设计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依次如下：号土层：人工填土，层厚约0.7m，黄褐色，含杂质较多。号土层：含砂粉质粘土，层厚2.1m，地基容许承载力R=245kPa。号土层：中风化泥岩，厚度未揭露，地基容许承载力R=245kPa。3.2.3墙身及墙后填料材料参数墙身容重，截面容许应力。填料容重。基地摩擦系数f=0.43.填土边坡1：1.5。3.2.4荷载参数车辆荷载换算等代土层厚度为0.84m，布置在7.5m全宽路基上。3.2.5水文地质条件本次勘探未见地下水，可以不考虑地下水的影响。3.3设计内容1) 设计公路挡土墙，包括确定挡土墙土压力，挡土墙尺寸，挡土墙基础和挡土墙结构，对挡土墙进行稳定性验算，挡土墙基础承载力验算以及挡土墙结构的内力分析，强度计算，并满足构造设计要求，编写设计计算书。2) 绘制挡土墙施工图，包括挡土墙立面图，挡土墙大样图，并提出必要的技术说明。3.4重力式路堤墙设计3.4.1设计题目课程设计的题目：浆砌片重力式路堤墙设计。图3.1 挡土墙示意图3.4.2地层条件及其参数题号：重力式路堤墙课程设计任务书中第4组第2题（墙高5.3m墙后填土高度2.5m）。地层：地基埋置深度不小于1.0m，持力层为号土层含粉质粘性土层，地基容许承载力。载荷资料：车辆荷载换算等代土层厚度为0.84m，布置在7.5m全宽路基上见图3.1）。其他设计参数 填料容重，。基地摩擦系数，墙身容重，截面容许应力。填土边坡1：1.5。根据给定设计资料，初步确定墙身尺寸如下：挡土墙高5.3m，墙身仰斜1：0.25，墙身为平行于墙背的直线，墙顶宽1.54m，墙身分段长10m。为增大墙身抗滑稳定性，设置基底按坡度0.2：1内倾。3.4.3主动土压力计算1.破裂角假设破裂面交于荷载内，按指导书上表5.5中的第三类公式计算，。即则验核破裂面位置如下：堤顶破裂面矩墙踵距离为荷载内边缘矩墙踵距离为 荷载外缘至墙踵距离为,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E及其作用点位置 主动土压力E为 主动土压力的作用点位置为 3.4.4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，选墙顶墙宽。1.计算墙身重G及其力臂 墙身重G及其力臂计算结果，列于表3.12.滑动稳定性验算表3.1 墙身重G及其力臂计算结果体积V（m）自重G（kN）力臂（m） 抗滑稳定系数为3.倾覆稳定验算因基底倾斜，土压力对墙趾O的力臂改为则稳定性验算的结果表明，断面尺寸由滑动控制，上述估计符合实际。4.基底应力验算5.截面应力验算墙面与墙背为平行的直线，截面的最大应力出现于接近基地处。由基底应力验算可知，偏心距及基底应力均满足地基的要求，则截面应力肯定也满足墙身材料要求，故可不做验算。 通过上述验算，所拟截面符合各项要求，决定采用此截面，顶宽为1.54m3.4.5设计图纸 根据上述计算，绘制浆砌片重力式路堤立面图、缎面做法示意图及大样图。见A3图纸。3.5小结设计依据：挡土墙的设计主要依据的是下面的一些资料：路线资料。地质勘测资料。水文资料。其他与此设