某医学院住院大楼楼CFG复合地基与筏形基础设计毕业论文.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 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 Abstract In recently years with the rapid development of the economy and the improvement of people s 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 It s a 20 floor building with one floor of basement The setting depth is 4 5m It s 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 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 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 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 GB50007 2002 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 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 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 0 19 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 0 20 0m 至基岩顶板 同时布置 8 9 号 3 个钻孔钻 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22480 2122 83222 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 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 0 3 4m 表层分布有厚度为 0 2 1 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 6 12 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 2 5 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 6 6 剖面及 18 19 20 21 号孔一带的卵石层中 层厚 0 4 2 4m 砾砂 褐灰色 松散 饱和 呈透镜体状分布于卵石层中 含约 10 20 砾 卵石 层厚 0 5 2 6m 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 5 2 6m 卵石 褐灰色 稍密 饱和 卵石粒径一般为 2 5cm 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 2 4 1m 顶板埋深为 11 9 14 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 40 18 60m 相应标高 为 256 45 255 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 5 2 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 0 7 0m 静止水位埋深 5 5 7 2m 据区域水文地质资料 场地地下水位年变化幅度 1 2m 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 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 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 优点 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 阻力等优点 其缺点是施工时需降低场地地下水 特别是采用嵌岩桩方案时 降水 难度相当大 综合分析场地工程地质条件 结合拟建物性质及南充地区建筑经验 对本工程 而言 钻孔灌注桩和人工挖孔桩是可供选择的桩基础方案 根据本工程的实际情况 采用机械式人工挖孔桩 2 桩端持力层 勘察结果表明 自自然地面起算约 13 5m 深度以下分布的稍密卵石层 厚度变 化较大 为 1 2 4 1m 局部夹粉质粘土 砾砂 圆砾 不宜作为本工程的桩基础持 力层 下卧风化泥岩埋深约 20 0m 且设计上单柱荷载最大达 1400T 因此 适宜 的桩端持力层为中风化泥岩 3 单桩承载力评价 按 建筑桩基技术规范 JGJ94 94 第 5 2 8 条及第 6 3 7 条分别估算钻孔扩底 桩 墩 竖向极限承载力标准值 Quk如表 2 4 单桩极限承载力标准值 Quk估算表 表 2 4 桩 石 型钻 挖 孔灌注桩 墩 桩端持力 层 稍密卵石 压浆处理后 中风化泥岩 桩长 m 9 013 0 桩径 m 12001600200015002000 Quk kN 3949 6431 9295 766111276 注 表中桩长自自然地面下 6 5m 起算 稍密卵石层 qpk 2200kPa 嵌岩深度取 3 0m 泥岩饱和单轴抗压强度标准值 frk 4 0MPa 表中 内数据系采用压力灌浆处理桩端稍密卵石后 取 qpk 4000kPa 计 算所得值 2 2 6 2 地基处理方案 针对场地具体的工程地质条件 结合拟建物性质 可选用适宜的地基加固处理措 施 以降低工程造价和施工难度 1 素混凝土桩 CFG 桩 以振动冲击方式在粉土 粉砂中成孔 再将低标号 C5 C15 干性砼挤压入 孔中 进而形成直径约 400 600mm 的低标号素砼桩 CFG 桩 一方面 振冲后 形成的 CFG 桩与桩间土形成复合地基 可大幅度提高地基承载力 同时对原土具有 较强的挤密作用 另一方面在粘性土中设置一定的碎石桩 可形成一个良好的排水 通道 加速粘性土的排水固结 使沉降稳定加快 根据成都地区众多的工程经验 结合南充地区已有施工经验及本场地地基土的 工程地质特性 CFG 桩加固处理粉土后复合地基承载力标准值可达 400kPa 以上 加固处理厚度宜为基底至卵石顶板 2 人工挖孔压浆桩 当设计采用人工挖孔桩方案时 可采用以稍密卵石土或圆砾作桩端持力层结合 压力灌浆加固处理桩端砂卵石土 一方面 在压力作用下 水泥浆液以充填方式挤 入砂卵石的孔隙中 在桩端一定范围内形成水泥浆结石体 进而大幅度提高砂卵石 的强度 已有工程经验表明 经压力灌浆后 稍密卵石极限桩端阻力可达 4000kPa 以上 进而可缩短桩长 降低井点降水难度 另一方面 桩端砂卵石土及软弱透镜 体经压浆加固后 其均匀性得到极大改善 较好地协调其变形特性 本方案地基处理采用两者的有机结合 桩端采用灌浆 桩身采用素混凝土 2 2 7 与基础施工有关的岩土工程问题 2 2 7 1 基坑开挖 按初步设计要求 基坑开挖后 将形成一个高度为 6 7m 的直立边坡 组成边 坡的地基土主要为呈软塑状态的粉土和松散粉砂 其抗剪强度较低 属不稳定边坡 从场地周围环境条件来看 不宜采取放坡措施进行处理 放坡坡度建议采用 1 0 5 而其余各侧均不具备放坡开挖条件 需进行支护处理 根据已有边坡支挡工程经验 考虑到本工程基坑开挖深度较浅 为节省投资 建议采用喷锚支护措施 与桩基支护相比 其造价可节省 1 3 以上 同时 采用该 方案 系与基坑开挖同步进行 开挖一段支护一段 不独立占用工期 已有工程经 验表明 采用喷锚支护对 7 0m 以内的基坑 其坑顶位移可控制在 10mm 以内 不会 对周围地面产生危害 2 2 7 2 基坑降水 降水方案 勘察结果表明 目前场地地下水静止水位埋深约 5 5 7 0m 以保证基坑开挖的 正常进行 必须降低场地地下水 根据我院在南充地区降水设计 施工经验 宜选 择管井降水措施 降水设计参数的选取 静止水位 Ho 4 0m 含水层厚度 H 14 5m 地下水渗透系数 K 12m d 基坑面积 H 1500m2 基坑引用半径 r F 1 2 19 67m 降水井井深 h 20 0m 井内动水位 Hw 1 0m 井内地下水降深 Sw 13 5m 降水井影响半径 R KH 1 2 356 2m 基坑引用影响半径 R0 375 9m 降水计算 方案 A 地下室开挖 需将地下水降至地表下 7 0m 深度以下 基坑涌水量 Qf 1 366K 2H S S 1g Ro r 2557 6m3 d 取 n 4 则单井涌水量为 Q 1 366K 2H Sw Sw 1g R0n n rw r n 1 639 4m3 d 此时危险点降深 Sa H H 2 1 2 nQ Ln R k 3 0m 满足降水要求 方案 B 当采用 CFG 桩复合地基方案时 需将场地地下水降至卵石顶板以下 即 14 5m 按上述同样步骤 需降水井 17 口 方案 C 当采用人工挖孔压浆桩 需将场地地下水降至地表下 17 0m 按上述 同样步骤 需降水井 17 口 方案 D 当采用人工挖孔嵌岩桩方案时 需疏干场地地下水经计算 需降水井 20 口 同时 无论从理论上还是实际工程经验单靠增加降水井无法疏干场地地下水 必须辅以其它措施 如桩孔内明排等 基坑降水对周围地坪的影响 本工程基坑降水后 一方面在基坑附近形成较大的水力坡度 可能产生潜蚀和 管涌 另一方面水位降低引起的有效应力将在土层中产生附加压缩变形 本场地地 下水含水层主要为卵石层 多为骨架相接触 工程实例表明 只要在降水井施工时 确保其过水断面在卵石层中及井管周围填砾的均匀和质量 就无产生潜蚀和管涌的 可能性 同时 降水对卵石土产生的附加压缩变形可忽略不计 但当采用人工挖孔 嵌岩桩方案时在粉土中则会产生较大的附加沉降 初步估算其附加压穷乡僻壤变形 约 100mm 考虑到基坑周围均颁有建 构 筑物 因此 设计上采用该方案时 应 引起高度重视 2 2 8 岩土工程检测 2 2 8 1 现场检验 在基坑开挖至底面标高处 勘察 设计单位和质检监理部门应一起对地基土进 行验槽 如采用人工挖孔桩 施工和监理部门应有专人对孔底地基土进行核对 并 填写相应验收记录 如遇特殊变化和其它异常情况 应及时研究并采取相应措施 2 2 8 2 建筑物沉降观测 按照 高层建筑岩土工程勘察规程 的规定 应对该建筑从施工到使用一定时 间内的建筑物沉降量进行观测 沉降观测应由专人采用固定仪器观测 其水准点的设置 观测点的设置 仪器 的选用应符合 建筑地基基础设计规范 GBJ 7 89 中 沉降观测要点 的要求 2 2 9 主要结论与建议 1 建筑场地无不良地质现象 场地稳定性良好宜于建筑 2 场地各地基土的主要物理力学性质参数建议于表五 七 八 供设计选 用 3 拟建物基础建议采用钻孔灌注桩 以中风化泥岩为桩端持力层 另一方 面 为降低降水难度及降水对基坑周围建 构 筑物的影响 建议采用人工挖孔压 浆桩 以卵石土作为桩端持力层 同时对桩端卵石土及夹层进行压浆加固处理 以 提高桩端卵石土的地基承载力 改善卵石地基土的均匀性 减少变形和增加每一桩 墩的可靠性 4 为降低造价 减小降水施工难度及因降水对周围建 构 筑物的影响 可采用素砼桩即 CFG 桩复合地基加固处理方案 并进行专项岩土工程设计 5 基坑边坡支护建议选用锚喷支护 基坑降水采用管井井点降水 但均需 作专项岩土工程设计 以确保基坑开挖之安全与经济 6 场地地下水对砼无腐蚀性 7 南充地区地震基本烈度小于 度 8 建议在基础施工至建筑物使用前期对地基基础和建筑物进行必要的变形 观测工作 9 由于场地地质条件较复杂 卵石层中分布有圆砾 细砂透镜体 因此基 础施工时 应加强基坑验槽工作 必要时 特别是采用一柱一桩的扩底墩方案 应 进行施工勘察工作 本报告可用为施工图设计依据 2 3 PKPM 原始资料 提供 PKPM 设计原始资料 主要是 PM 文件 可以根据 PM 文件直接 获取柱脚荷载 然后可以通过 PKPM 软件中 JCCAD 进行筏板设计 计算步骤 JCCAD 地基资料输入 基础人机交互输入 建立新数据文件 参数输入 基 本参数 地梁筏板 荷载输入 读取荷载 SATWE 基础布置 筏板 围区布 板 桩筏筏板四边有限元计算 第 3 章 筏板设计 3 1 筏板设计原理 以下筏板设计原理及所用公式按照规范 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 以及规范 高层建筑箱形与筏形基础设计规范 JGJ6 99 确定 3 1 1 筏板类型确定 筏形基础分梁板式和平板式两种类型 应根据地基土质 上部结构体系 柱距 荷载大小以及施工等条件确定 根据本工程所给条件选用平板式筏形基础 3 1 2 筏形基础平面尺寸确定 筏形基础的平面尺寸应根据地基土的承载力上部结 构的布置及荷载分布等因 素按本规范第五章有关规定确定 对单幢建筑物 在地基土比较均匀的条件下 基 底平面形心宜与结构竖向永久荷载重心重合 当不能重合时 在荷载效应准永久组 合下 偏心距 e 宜符合下式要求 e 0 1W A 1 1 式中 W 与偏心距方向一致的基础底面边缘抵抗矩 A 基础底面积 3 1 3 验算抗冲切承载力 1 平板式筏基的板厚应能满足受冲切承载力的要求 板的最小厚度不宜小于 400mm 计算时应考虑作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩所产生的附加剪力 距柱边 h0 2 处冲切临界截面的最大剪应力 max应按公式 3 2 3 3 3 4 计算 图 3 1 板的最小厚度不应小于 400mm max Fl um h0 s Munb cAB Is 3 2 max 0 7 0 4 1 2 s hp ft 3 3 s 1 3 4 3 2 1 1 21 cc 式中 Fl 相应于荷载效应基本组合时的集中力设计值 对内柱取轴力设计值减去 筏板冲切破坏锥体内的地基反力设计值 对边柱和角柱 取轴力设计值 减去筏板冲切临界截面范围内的地基反力设计值 地基反力值应扣除底 板自重 um 距柱边 h0 2 处冲切临界截面的周长 按本规范附录 P 计算 h0 筏板的有效高度 Munb 作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩设计值 cAB 沿弯矩作用方向 冲切临界截面重心至冲切临界截面最大剪应力点的距 离 按附录 P 计算 Is 冲切临界截面对其重心的极惯性矩 按本规范附录 P 计算 s 柱截面长边与短边的比值 当 s 2 时 s取 2 当 s 4 时 s取 4 hp 受冲切承载力截面高度影响系数 当 h 不大于 800mm 时 hp取 1 0 当 h 大于等于 2000mm 时 hp取 0 9 其间按线性内插法插入 ft 混凝土轴心抗拉强度设计值 c1 与弯矩作用方向一致的冲切临界截面的边长 按本规范附录 P 计算 c2 垂直于 c1的冲切临界截面的边长 按本规范附录 P 计算 s 不平衡弯矩通过冲切临界截面上的偏心剪力来传递的分配系数 图 3 1 内柱冲切临界界面 当柱荷载较大 等厚度筏板的受冲切承载力不能满足要求时 可在筏板上面增 设柱墩或在筏板下局部增加板厚或采用抗冲切箍筋来提高受冲切承载能力 2 平板式筏基内筒下的板厚应满足受冲切承载力的要求 其受冲切承载力按 下式计算 Fl um h0 0 7 hp ft 3 5 式中 Fl 相应于荷载效应基本组合时的内筒所承受的轴力设计值减去筏板冲切破 坏锥体内的地基反力设计值 地基反力值应扣除板的自重 um 距内筒外表面 h0 2 处冲切临界截面的周长 h0 距内筒外表面 h0 2 处筏板的截面有效高度 内筒冲切临界截面周长影响系数 取 1 25 当需要考虑内筒根部弯矩的影响时 距内筒外表面 h0 2 处冲切临界截面的最大 剪应力可按公式 8 4 7 1 计算 此时 max 0 7 hp ft 3 1 4 验算距内筒边缘或柱边缘 ho 处筏板的受剪承载力 平板式筏板除满足受冲切承载力外 尚应验算距内筒边缘或柱边缘 h0 2 处筏板 的受剪承载力 受剪承载力应按下式验算 Vs 0 7 hs ft bw h0 3 6 式中 Vs 荷载效应基本组合下 地基土净反力平均值产生的距内筒或柱边缘 h0处 筏板单位宽度的剪力设计值 bw 筏板计算截面单位宽度 h0 距内筒或柱边缘处筏板的截面有效高度 3 1 5 计算方法选取 一下计算方法选取按照规范 高层建筑箱形与筏形基础设计规范 JGJ6 99 确 定 倒楼盖法是以基底净反力为荷载 柱子为支座按普通楼盖计算筏板内力的方法 当地基比较均匀 上部结构刚度较好 且柱荷载及柱间距的变化不超过 20 时 筏形基础可仅考虑局部弯曲作用 按倒楼盖法进行计算 计算时地基反力可视为均 布 其值应扣除底板自重 当地基比较复杂 上部结构刚度较差 或柱荷载及柱间距变化较大时 筏基内 力应按弹性地基梁板方法进行分析 本工程可按照倒楼盖法进行计算 可自行用弹性地基梁法计算并进行比较 按倒楼盖法计算的梁板式筏基 其基础梁的内力可按连续梁分析 边跨跨中弯 矩以及第一内支座的弯矩值宜乘以 1 2 的系数 考虑到整体弯曲的影响 梁板式筏 基的底板和基础梁的配筋除满足计算要求外 纵横方向的支座钢筋尚应有 1 2 1 3 贯 通全跨 且其配筋率不应小于 0 15 跨中钢筋应按实际配筋全部连通 按倒楼盖法计算的平板式筏基 柱下板带和跨中板带的承载力应符合计算要求 柱下板带中在柱宽及其两侧各 0 5 倍板厚的有效宽度范围内的钢筋配置量不应 小于柱下板带钢筋的一半 且应能承受作用在冲切临界截面重心上的部分不平衡弯 矩 Mp的作用 Mp应按下列公式计算 Mp M m 3 7 m 1 s 3 8 式中 Mp 板与柱之间的部分不平衡弯矩 m 不平衡弯矩传至冲切临界截面周边的弯曲应力系数 考虑到整体弯曲的影响 柱下筏板带和跨中板带的底部钢筋应有 1 2 1 3 贯通 全跨 且配筋率不应小于 0 15 顶部钢筋应按实际配筋全部连通 对有抗震设防要求的平板式筏基 计算柱下板带受弯承载力时 柱内力应考虑 地震作用不利组合 3 2 PKPM 筏板设计 3 2 1 软件功能简介 PKPM 软件中 JCCAD 软件功能如下 1 可完成柱下独立基础 墙下条形基础 弹性地基梁 带肋筏板 柱下平板 墙下筏板 柱下独立桩基承台基础 桩筏基础 桩格梁基础 及单桩的设计工作 同时软件还可完成由上述多种基础组合起来的大型混合基础设计 而且一次处理的 筏板块数可达 10 块 软件可处理的独基包括倒锥型 阶梯型 现浇或预制杯口基础 单柱 双柱 或多柱基础 条基包括砖 毛石 钢筋混凝土条基 可带下卧梁 灰 土及混凝土基础 筏板基础的梁肋可朝上或朝下 桩基包括预制混凝土方桩 圆桩 钢管桩 水下冲 钻 孔桩 沉管灌注桩 干作业法桩和各种形状的单桩或多桩承 台 2 软件可充分利用上部结构 CAD 软件形成的各种信息 避免重复工作 最 大限度地减少设计人员的负担 软件从 PMCAD 软件生成的数据库中自动提取首层 结构的柱网 轴线 柱子 墙的布置信息 当轴线不满足要求时可增加轴线 软件 还可读取 PMCAD PK TAT SATWE 软件在传下来的各种荷载 并按需要进行 不同的荷载组合 读取的上部结构荷载可以同人工输入的荷载相互叠加 此外软件 还能够提取 TAT 绘制柱施工图生成的柱钢筋数据 用来画基础柱的插筋 这样用户 可以很方便地使用 基础人机交互输入 菜单统一布置各类基础 布置荷载 和绘 制施工图 这些信息传送下来的条件是运行 PMCAD 主菜单的 A 1 2 和 3 项 生 成 工程名 JAN TATDA1 PM LAYDAN PM 和 DATW PM 文件 运行 TAT 和 SATWE 分别生成 TOJLQ TAT TATJC TAT COLMGB TAT COLUMN STL 和 WDCNL SAT 文件 3 对于整体基础 如交叉地基梁 筏板 桩筏基础 软件可采用多种方法考 虑上部结构对基础的影响 这些方法包括 TAT 上部结构刚度凝聚法 上部结构刚 度无穷大的倒楼盖法 上部结构等代刚度法 4 软件具有多种自动化功能 如程序可根据荷载和基础设计参数自动计算出 独立基础和条形基础的截面积与配筋 自动进行柱下承台桩设置 自动调整交叉地 基梁的翼缘宽度 自动确定筏板基础中梁翼缘宽度 自动进行独立基础和条形基础 的碰撞检查 如发现有底面迭合的基础自动选择双柱基础 多柱基础 或双墙基础 同时程序又留有充分的人工干预功能 使软件既有较高的自动化程度 又有极大的 灵活性 5 软件对整体基础可采用多种计算模型 如交叉地基梁可采用文克尔模型 即普通弹性地基梁模型进行分析 又可采用考虑土壤之间相互作用的广义文克尔模 型进行分析 对于筏板基础程序可按弹性地基梁有限元法计算 也可按 MINDLIN 理论的中厚板有限元法计算 对筏板的沉降计算程序提供了规范的假设附加压应力 已知的方法 和刚性底板假定 附加应力为未知的计算方法 6 软件有很强的交互功能和绘图功能 通过基础交互输入菜单可很方便地布 置各种类型 形状各异的基础 以及确定各种计算参数 供随后的计算分析使用 通过绘平面图菜单可将所布置的基础全部绘制在一张图纸上 画出筏板钢筋 标注 各种尺寸 说明 通过绘制地基梁菜单可画出不同分析方法计算出的梁施工图 利 用画详图菜单可绘出独基 条基 连梁 桩基 承台的大样图 对独基 条基还可 将详图画在平面图上 7 软件完成设计后 也同时完成了主要工程量统计 如混凝土用量 钢筋用 量 砌体用量 垫层用量等 为概预算软件提供数据 3 2 2PKPM 设计步骤 PKPM 结构 JCCAD 地基资料输入 基础人机交互输入 建立新数据文 件 参数输入 基本参数 地梁筏板 荷载输入 读取荷载 SATWE 基础布 置 筏板 围区布板 桩筏筏板四边有限元计算 3 2 2 1 地基资料输入 打开 PKPM 软件在 结构 菜单选择 JCCAD 在 JCCAD 栏中选择 地基资料输入 然后 应用 根据地质勘查报告提 供的地质资料 完成 土参数 及 土层布置 的参数设定 注意 输入基坑以及土层标高时可以采用相对高程 完成以上两步之后 进行 孔点输入 可以在 网格修改 中对已经形成的 网格进行进一步的修改 目的使得已经形成的网格可以包住建筑图 使整个建筑面 积落在已划分的网格中 注意 网格数目不能大于 50 尽量使网格均匀布置 具体操作过程见以下图示 打开步骤 土层布置 网格划分 截面层图 3 2 2 2 基础人机交互输入 依次进行 地质数据 参数输入 荷载输入 的参数设定 在此过程 中 荷载输入 选取 SATWE 荷载 读入荷载后选取 基础布置 进行筏板定 义 并选择 围区筏板 将基础地面包括在内 筏板布置 注意 参数输入 应该以地勘资料为原则 荷载读取因该选择 SATWE 荷载 筏板厚度的设定是以 冲切计算 为依据 如果在筏板 冲切计算 不出现一个红 色数字 则表示筏板满足冲切要求 如果不能满足 则需要调整筏板的厚度在此进 行 冲切计算 直至满足条件为止 在 地梁筏板 中选择按倒楼盖法计算 筏板冲切计算 在 基础布置 菜单项中选择 中心校核 然后 选荷载组 确定一组荷载 后对 筏板重心 进行校核 最终筏板厚度为 1 8m 混凝土等级选择 C30 在满足冲切以及参数设定完成以后 退出 可以进行 桩筏筏板四边元有限 元计算 3 2 2 3 桩筏筏板四边元有限元计算 1 有限元网格划分及荷载选取 在 模型参数 中对 计算参数 1 及 计算参数 2 进行设定 由于在 基 础人机交互输入 过程中已经可以读出板底平均反力为 505kPa 因此在考虑安全储 备的情况下可以选择复合地基承载力标准值为 550kPa 网格加密 中为了使下一步 单元划分 能够成功的划分围区内的筏板 需 要对筏板网格进行加密 可选择 自动加密 进行加密 有限元网格控制边长一般 取默认值 3 0m 单元划分 在此过程中 单元的划分可以由软件自动完成 注意 筏板围区内的单元必须成功划分 否则将不能进行下一步操作 在进入该菜单项 首先完成以下参数选取 单元划分 荷载选择 进入该菜单项选择 SATWE 荷载 沉降试算 保存文件 并选择节点优化排序 2 有限元计算 点击进入 PKPM 桩筏筏板有限元计算 界面 软件 可自动完成有限元计算内容 完成该步之后可以自动退出 3 计算结果图形输出 点击弹出如下对话框 计算结果输出 荷载选择 中可以先选择 总信息 计算结果 可依次进行 配筋简图 PJXX T 及修改 梁板弯矩图 ZFBM T 配筋量图 ZFPJ T 图形输出 配筋简图以及修改 对图形中的数字大小可以修改 使得可以清楚看清数据 以上输出图形均保存在 PKPMWORK 文件中 可以在图形转换中将其转化为 DWG 即 CAD 格式以便打印出图 在 荷载选择 中也可以单就其中一组荷载组合进行图形输出 最终配筋及其它输出图形将转化为 AUTOCAD 图 按构造配箍筋 10 200 第 4 章 地基处理 4 1 地基处理方案比选 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 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