管桩基础毕业设计改修复的

本科毕业论文（设计）题目福建省闽西监狱会见楼（门楼）预应力混凝土管桩基础设计姓名田明学号20081002089院（系）工程学院专业勘查技术与工程指导教师黄生根职称教授评阅人张家铭职称副教授2012年6月本科生毕业论文（设计）原创性声明本人以信誉声明所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学（武汉）或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业论文作者（签字）签字日期年月日摘要桩基础是人类在软弱地基上建造建筑物的一种创造，是最古老、最基本的一种基础类型。在西安半坡村遗址，人们可以看到先人将树杆插在软弱土中以支撑原始形态的建筑物，这可能是人类最早使用木桩的记录。自20世纪中后期开始，随着国家经济的快速发展，城市建设的不断扩大，在我国工程建设中已相当普遍地采用了各种类型的桩基础。由于桩基础能较好的适应各种地质条件、工程要求及荷载情况，又具有承载力大、稳定性好、绝对变形和相对变形值小，特别是变形速率小、收敛快等特点，被广泛用作为城市高层建筑理想的基础形式。本文对福建省闽西监狱会见楼（门楼）的地下部分进行了基础工程设计。依据福建省闽西监狱会见楼（门楼）勘察报告（详细勘察阶段）、建筑桩基技术规范（JGJ942008）、建筑地基基础设计规范（GB500072002）和先张法预应力混凝土管桩基础技术规程（DBJ13862007），结合混凝土结构设计规范（GB500102002），综合运用各种理论方法和专业知识完成了如下设计工作一、根据岩土工程详勘阶段的勘察资料以及上部荷载情况，结合勘察报告提供的建议基础方案，确定了采用预应力管桩基础，并确定了持力层位置。二、根据勘察资料中有关场地中钻孔的资料、拟建建筑的结构形式以及上部荷载情况，选取了ZK737的钻孔资料，进行了预应力管桩基础设计计算。三、按照建筑桩基技术规范（JGJ942008），根据承台对抗剪和抗冲切的要求，对承台进行了尺寸设计，并进行了验算和配筋计算，并完成了桩身承载力的验算。四、根据建筑桩基技术规范（JGJ942008）556，结合已有的拟建建筑物的钻孔勘察资料，对地基沉降变形进行了验算。关键词预应力混凝土管桩桩基础设计承载力ABSTRACTPILEFOUNDATIONSAREACREATIONOFHUMANINTHECONSTRUCTIONOFBUILDINGSONSOFTGROUND,ISONEOFTHEOLDESTANDMOSTBASICOFABASETYPESITEOFBANPOVILLAGEINXIAN,ONECANSEETHEDECEASEDRODINSERTEDINTHETREEINTHESOFTSOILTOSUPPORTTHEBUILDINGOFTHEORIGINALFORM,THISMAYBETHEEARLIESTHUMANUSEOFTIMBERLOGGINGSTARTINGFROMTHEMIDDLEANDLATE20THCENTURY,WITHTHECOUNTRYSRAPIDECONOMICDEVELOPMENT,URBANCONSTRUCTIONCONTINUEDTOEXPAND,THEPROJECTSCONSTRUCTIONWASFAIRLYWIDESPREADUSEINVARIOUSTYPESOFPILEFOUNDATIONSDUETOPILEFOUNDATIONCANBETTERADAPTTOGEOLOGICALCONDITIONSANDENGINEERINGREQUIREMENTSANDLOADANDDEFORMATIONOFBEARINGCAPACITY,GOODSTABILITY,ABSOLUTEANDRELATIVEDEFORMATIONOFSMALL,ESPECIALLYTHEDEFORMATIONRATEANDCHARACTERIZEDBYSMALL,FASTCONVERGENCE,ISWIDELYUSEDASANURBANHIGHRISEBUILDINGFORMSTHEBASISOFTHEIDEALTHISARTICLEONTHEPRISONOFLONGYANINFUJIANMEETINGHOUSEGATEHOUSEOFTHEUNDERGROUNDPARTOFTHEBASISFORTHEDESIGNPURSUANTTOTHEPRISONOFLONGYANINFUJIANPROVINCETOMEETBUILDINGGATETOWERSURVEYREPORTDETAILEDINVESTIGATIONSTAGE,OFTHETECHNICALCODEFORBUILDINGPILEFOUNDATIONJGJ942008,OFTHECODEFORDESIGNOFBUILDINGFOUNDATIONGB500072002ANDTHETECHNICALSPECIFICATIONFORPRETENSIONEDPRESTRESSEDCONCRETEPIPEPILEFOUNDATIONDBJ13862007,INCONJUNCTIONWITHTHECONCRETESTRUCTUREDESIGNCODEGB500102002,THEORYOFINTEGRATEDUSEOFVARIOUSDESIGNMETHODSANDEXPERTISETOCOMPLETETHEFOLLOWINGWORK1ADETAILEDINVESTIGATION,ACCORDINGTOTHEGEOTECHNICALENGINEERINGPHASEOFTHESURVEYDATAASWELLASTHEUPPERLOAD,COMBINEDWITHTHEPROGRAMMETHEBASISSURVEYANDRECOMMENDATIONSPROVIDEDINTHEREPORT,DETERMINESTHEAPPLICATIONOFPRESTRESSEDPIPEPILEFOUNDATIONBEARINGLAYERANDDETERMINETHELOCATION2ACCORDINGTOTHESURVEYDATARELATEDTOSITEDRILLINGINTHESEMATERIALS,BUILDINGSTRUCTURESTOBEBUILT,ASWELLASTHEUPPERLOAD,SELECTZK737DRILLHOLEDATA,CALCULATIONFORPRESTRESSEDCONCRETEPIPEPILEFOUNDATIONDESIGN3ACCORDINGTOTHEPILEFOUNDATIONCONSTRUCTIONTECHNOLOGYNORMSOFJGJ942008,ACCORDINGTOPILECAPSISCUTANDAGAINSTPUNCHING,ATTHEREQUESTOFTHEDESIGNOFPILECAPSISSIZE,ANDCHECKINGANDREINFORCEMENTCALCULATION,ANDCOMPLETEDTHEBEARINGCAPACITYOFPILEBODYARECHECKED4TECHNOLOGYOFPILEFOUNDATIONUNDERTHEBUILDINGCODEJGJ942008,556,DRILLINGSURVEYDATACOMBINEDWITHEXISTINGBUILDINGSTOBEBUILT,ONCHECKINGCALCULATIONOFFOUNDATIONSETTLEMENTKEYWORDSPRESTRESSEDCONCRETEPIPEPILEPILEFOUNDATIONDESIGNBEARINGCAPACITY目录第一章绪论1第一节桩的发展与特点1第二节桩的分类和适用条件2第三节本文研究的主要内容2第二章工程概况和工程地质条件3第一节工程概况3第二节场地工程地质条件3第三节场地地层岩土物理力学性质6第四节岩土工程分析与评价6第三章基础方案的确定与桩基础的设计计算10第一节基础方案的确定10第二节桩身强度计算和桩的布置10第三节基桩承载力的确定13第四节基桩桩顶作用效应计算和竖向承载力的验算13第五节基桩水平承载力14第六节桩身承载力验算15第七节承台设计计算16第八节桩的沉降量计算23第四章结论和建议26第一节结论26第二节建议26致谢28参考文献29附录A福建省闽西监狱项目会见楼（门楼）勘探点布置图30附录B标准贯入试验统计表31附录C重型动力触探试验统计表33附录D土工试验成果统计表35附录E岩土设计参数表36中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）1第一章绪论第一节桩的发展与特点桩的应用具有非常悠久的历史。早在70008000年前的新石器时代，人们为了防止猛兽侵犯，曾在湖泊和沼泽地里栽木桩基础，筑平台来修建居住点。这种居住点称为湖上住所。在中国，最早的桩基是浙江省河姆渡的原始社会居住的遗址中发现的。到宋代，桩基技术已经比较成熟。在营造法式中载有临水筑基一节。到了明、清两代，桩基技术更趋完善。如清代工部工程做法一书对桩基的选料、布置和施工方法等方面都有了规定。从北宋一直保存到现在的上海市龙华镇龙华塔建于北宋太平兴国二年,977年和山西太原市晋祠圣母殿建于北宋天圣年间，10231031年，都是中国现存的采用桩基的古建筑。桩基是一种古老的基础型式。桩工技术经历了几千年的发展过程。现在，无论是桩基材料和桩类型，或者是桩工机械和施工方法都有了巨大的发展，已经形成了现代化基础工程体系。在某些情况下，采用桩基可以大量减少施工现场工作量和材料的消耗。70年代，中国曾发生了几次大地震。以其中的唐山大地震为例，凡采用桩基的建筑物一般受害轻微。这说明桩基在地震力作用下的变形小，稳定性好，是解决地震区软弱地基和地震液化地基抗震问题的一种有效措施。我国在20世纪50年代就开始使用预制钢筋混凝土桩甚至预应力钢筋混凝土桩；1963年，河南首次在安阳宿桥成功使用了钻孔灌注桩基础；20世纪90年代以后，随着大量高层、超高层建筑以及大跨度桥梁的兴建，出现了多种形式的成桩工艺，如扩孔柱、支盘桩、树根桩等等。桩基础的特点1、相对于浅基础，桩基础将荷载传至硬土层或深层土体（较大范围土体），承载能力高，稳定性好，沉降量小并且比较均匀；2、能承受竖向和水平两个方向的荷载，可用于抗风、抗震、抗浮和基坑支护等；3、抗震性能较好，深层土不易液化，浅层土液化后，有桩支撑，有助于上部结构的稳定；4、能广泛适用于各类地基和各种复杂的地层，如可以穿越溶洞、暗河等；5、在深水的河道、海洋中，可避免或减少水下工程，简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善施工条件；6、桩基础适合机械化施工，预制桩还能进行标准化设计。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）2第二节桩的分类和适用条件121桩的类型一、按桩的制作方法分为两大类预制桩和灌注桩；二、按桩的受力特性分类端承型桩和摩擦型桩；三、按桩的设置效应分类挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩；四、按桩的材料分类木桩、钢桩和混凝土桩；五、按桩承台的位置分类高承台桩和低承台桩；六、按桩横向截面分类圆形、管形、正方形、矩形、十字形、H形、箱形、三角形、多角形等；七、按桩纵向截面分类柱状桩、板桩、契形桩和锥形桩；八、按桩的直径大小分类小桩（D250MM）、一般直径桩（250MMD800MM）、大直径桩（D800MM）。122桩的适用条件建筑物是否采用桩基，应由建筑场地的地质条件，上部结构对地基承载力、沉降和稳定性的要求，以及经济性等因素来确定。一般以下情况可采用桩基础一、建（构）筑物荷载较大，场地表层土较软弱，或者上部结构荷载分布不均匀；二、建筑物内外的地面有大面积堆载，将使软弱地基产生过大的变形，或基础有不均匀沉降；三、高层建筑和高耸结构承受较大竖向荷载和水平荷载，且对侧向位移有特殊要求；四、地下水位较高或者构筑物位于水中，采用其他基础形式施工较困难；五、有大吨位吊车的重型厂房和露天吊车的柱下基础，需要将很大的集中荷载传递给地基或者存在动荷载；六、建筑物对沉降有严格要求，如重要的、有纪念性的大型建筑物或放置精密仪表的建筑；七、地表土层较厚，不宜作为地基的持力层，或者地基局部有暗沟、深坑、古河道等；八、地震区建筑场地地基土存在可能液化的土层；九、湿陷性黄土和膨胀性地区，地基土的湿陷量或膨胀量较大或者存在季节性冻土的地区；十、滨海、滨河、滨湖等地区修建构筑物；十一、用于挡土支护结构。第三节本文研究的主要内容本文主要对福建省闽西监狱会见楼（门楼）的地基基础进行分析评价，并给出推荐使用的基础类型，然后进行结构设计，稳定性分析和沉降量计算等。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）3第二章工程概况和工程地质条件第一节工程概况福建省闽西监狱拟在龙岩市新罗区西陂镇园田塘村原闽西监狱围墙内的空地上兴建会见楼（门楼）一幢，层数3层，建筑高度约128M，建筑总面积80430M，拟采用桩基础，无设地下室，框架结构，单柱荷重约3500KN，设计室内地坪标高为34620M，地基变形允许值为0002L（L为相邻柱基的中心距离）。具体情况见下表表21会见楼（门楼）建筑情况一览表建筑物名称基础尺寸长M宽M高度（层或M）对沉降敏感程度结构类型建筑物基础建筑物等级形状埋深M单柱最大荷载（KN）会见楼（门楼）1021663层128M敏感框架矩形23500二拟建建筑物的工程重要性等级为二级，场地复杂程度等级为三级，地基复杂程度等级为二级，综合确定本工程岩土工程勘察等级为乙级。为查明场地岩土工程地质条件，给施工图设计阶段的地基基础设计提供岩土工程勘察报告，受福建省闽西监狱的委托，进行场地岩土工程详细勘察。第二节场地工程地质条件221地形地貌及周边环境拟建场地位于龙岩盆地北部，属山麓斜坡堆积地貌，原始地形由北东向南西微倾斜，勘察前场地部分地段进行整平，现地形呈较平坦，单体建筑物地面高程介于3456034582M。与设计标高相差06M左右。拟建场地周边环境较简单，除场地东侧围墙位置相距5M，其余各拟建物周边10M范围内均为空地（地表为人工绿化植被）。另据调查，但场地内未见有地下管线分布。场地现状详见附录A福建省闽西监狱项目会见楼（门楼）勘探点布置图。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）4222岩土层分布及特征根据本次勘察钻孔揭露，场地表层为杂填土；上部为第四系坡残积成因（QDLEL）的粉质粘土、含碎石粉质粘土、次生红粘土；中下部为第四系残积成因（QEL）的含碎石角砾粉质粘土、含角砾粉质粘土；下部基岩为二叠系下统栖霞组（P1Q）的碎块状强风化石灰岩、中风化石灰岩。各岩土层的土体分布及特征自上而下分述如下（1）杂填土黄褐、灰黑色，松散状态，主要由粘性土组成，含2535的碎石、建筑垃圾等硬杂质。局部地段和底部夹有耕植土。据调查，为近期堆填，填土来源为场地整平及附近的挖方弃土堆填而成，未经分层压实。重型动力触探试验长度为180M，每贯入10CM的实测击数28击，平均击数45；修正后击数2079，平均击数43。该层分布整个场地，层底埋深230540M，层底高程3403334336M，层厚230540M，力学性质较差。（2）粉质粘土褐色，黄灰，可塑状态。土质一般，局部地段含铁锰质和少量圆砾。切面光滑，无摇震反应，韧性中等，干强度中等。取原状土样20件，压缩模量值ES0102为353660MPA，平均值477MPA；标贯试验38次，实测击数612，平均击数83；修正后击数54106，平均击数73。该层分布整个场地，层顶埋深230540M，层顶高程3403334336M，层厚2101180M，力学性质一般。（3）含碎石粉质粘土黄、黄褐色，可塑硬塑状态，角砾含量2535，成分为泥岩、粉砂岩，粒径一般1020MM，次棱角状，多呈强风化状态，角砾在土体中分布较不均匀。局部地段夹有块石，块石直径约5070MM不等，风化强烈。重型动力触探试验长度为135M，每贯入10CM的实测击数421击，平均击数106；修正后击数34140，平均击数78。该层分布场地部分地段，层顶埋深6101600M，层顶高程3297133963M，层厚1001150M，力学性质一般。（4）次生红粘土褐红、黄灰色，可塑状态，局部为硬塑状态。主要为闪长岩风化残积物经水流搬运沉积而成，组织结构已全部破坏，矿物成分已风化成土状，湿土切面光滑，无摇震反应，韧性中等，干强度中等，土体无上硬下软、表面收缩等特征。局部地段残留风化不均匀的强风化母岩碎块。取原状土样21件，压缩模量值ES0102为392657MPA，平均值558MPA；标贯试验46次，实测击数1724，平均击数178；修正后击数119179，平均击数132。该层分布整个场地，层顶埋深8002070M，层顶高程3249633771M，层厚1201880M，力学性质一般。（5）含碎石角砾粉质粘土黄褐色，可塑状态，碎石角砾含量2535，碎石成分以砂岩、泥质粉砂岩为主，呈强风化状态，粒径一般20200MM，分布不均匀，角砾粒径一般1020MM，成分以硅质岩、泥岩为主，呈强风化状态，分布不均匀，局部地段夹有块石，粒径一般50200MM。重型动力触探试验长度为130M，每贯入10CM的实测击数615击，平均击数99；修正后击数44102，平均击数69。该层分布整个场地，层顶埋深11002950M，层顶高程3161633472M，钻孔揭露厚度2102450M，力学性质一般。（6）含角砾粉质粘土灰黑色，黄褐，软塑状态，角砾含量约25左右，粒径520MM，成分主要为硅质岩、石灰岩，多呈强风化状态，粗颗粒在土体中分布不均匀，局部地段含中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）5较多碎石。重型动力触探试验长度为61M，每贯入10CM的实测击数37击，平均击数52；修正后击数2650，平均击数39。层顶埋深20453580M，层顶高程3099132528M，钻孔揭露厚度1501110M，力学性质较差。含角砾粉质粘土1（土洞充填物）黄褐、灰褐色，流塑软塑状态，角砾含量2530，部分为碎石，成分主要以硅质岩、石灰岩为主，呈棱角状，粒径一般520MM居多，角砾在土体中分布不均匀，土质极松软，岩芯采取率较低，物理力学性质很差；钻进时进尺快或钻具在自重下可自动下沉，进行重型圆锥动力触探试验时，探头下入钻孔中在孔口用人工稍加压可下沉，多数钻孔孔内有漏水现象。重型动力触探试验长度为20M，每贯入10CM的实测击数23击，平均击数24；修正后击数1826，平均击数22。该层在ZK738、ZK742、BK2、BK3钻孔有揭露，层顶埋深23302590M，层顶标高3197332145M，层厚150170M。力学性质差。（7）碎块状强风化石灰岩灰色、深灰色，中厚层状为主，局部为薄层状，岩溶裂隙很发育。岩芯破碎，多呈碎块状。岩石质量指标RQD值为0，按岩石坚硬程度等级的定性分类属极软岩，按岩体完整程度的定性分类属极破碎，岩体基本质量等级属级。该层仅在钻孔ZK742、ZK750有分布，层顶埋深24802840M，层顶高程3173132095M，层厚240290M，力学性质一般。（8）中风化石灰岩灰、深灰色，中厚层状，裂隙发育，岩石较破碎，岩芯呈短柱状，少数呈长柱状，上部地段见有溶蚀裂隙或蜂窝状溶蚀，岩溶较发育，主要揭露为充填溶洞，充填物主要以含角砾粉质粘土为主，呈软塑状态，局部呈流塑状态。岩石质量指标RQD值为5075，取岩石试样4组，饱和单轴抗压强度值为655803MPA，平均值为725MPA。按岩石坚硬程度的定性分类属较硬岩，按岩石完整性的定性分类属较破碎，岩体基本质量等级为级。上部岩溶较发育，在ZK750、ZK742钻孔揭露溶洞，以充填溶洞为主，充填物为含角砾粉质粘土，呈黄褐、黑褐色，软塑可塑状态，角砾含量2530，成分主要为硅质岩、灰岩等，粒径一般1020MM，局部地段夹有碎石，粒径一般大于50MM以上，分布较不均匀。重型动力触探试验长度为160M，每贯入10CM的实测击数13击，平均击数21；修正后击数1026，平均击数20。该层大部分钻孔有揭露，层顶埋深27604130M，层顶高程3044731803M，钻孔揭露厚度030470M，力学性质较好。223地下水本场地地下水分为两层地下水，上部为第四系孔隙水；下部为石灰岩岩溶地下水。场地上部地下水主要为第四系孔隙水潜水，主要含水层为粉质粘土、含碎石粉质粘土、含碎石角砾粉质粘土等，均属弱透水层，主要接受大气降水和地表水及地下侧向径流的补给，通过蒸发及地下侧向径流等方式排泄。地下水总体由北向南排泄，勘察期间地下水的水位埋深340480M，水位标高3412634233M，根据调查邻近场地的民井水位变化资料，判定场地地下水的年变化幅度约23M。场地下部为石灰岩岩溶裂隙水，属承压水。主要受地下侧向径流补给，其次为上部含水层越流补给。通地下侧向径流等方式排泄。属弱透水层，富水性良好，根据区域水文地质资料，岩溶水总体由北往南排泄。勘察期间经分层观测，岩溶裂隙水的水位标高约32000M。根据地下水长期观测孔的水位观测资料，地下水位的年变化幅度在20M左右。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）6第三节场地地层岩土物理力学性质231原位测试一、标准贯入试验结果为了确定地基土的力学性质和土的状态，本次勘察在、各层土层中进行了标准贯入试验，其统计结果见附录B标准贯入试验统计表。二、重型动力触探试验成果为了了解地基土的力学性质，确定地基持力层，本次勘察在ZK733ZK740各勘探点进行了重型动力触探试验，用来初步计算地基土的承载力，其统计结果见附录C重型动力触探试验统计表。232土工试验成果通过钻探取样和室内试验结合的测试方法，取得了场地岩土物理力学性质的综合指标，各项指标见附录D土工试验成果统计表。第四节岩土工程分析与评价242场地和地基稳定性与适宜性评价根据已有的区域地质资料和本次勘察结果，该场地未发现有断裂构造通过，地震地质环境良好，未发现滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用，场地无边坡临空面等影响场地和地基的稳定。根据已施工勘察钻孔揭露，场地局部地段分布有溶洞、土洞，应采取适宜的基础形式，确保场地和地基的稳定性。场地地处龙岩市城市中心，属当地政府岩溶地下水的限制开采区，对本场地及周围严禁开采岩溶地下水，同时对场地及周围加强地面排水措施，防止地表水、污水渗入地下，以减少产生的岩溶地面塌陷的可能性。因此，场地部分地段稳定性较差，对分布有溶洞、土洞地段，采取相应的处理措施，并采用适宜的基础形式，可作为工程建设场地。242地下水对建筑材料的腐蚀性评价本次在ZK736、ZK750钻孔的第四系孔隙水含水层中各取一件水试样进行室内水化学分析，根据水质分析结果，地下水水质类型为HCO3KNA型水。该场地环境类别属类，含水层属弱透水层。根据岩土工程勘察规范（GB500212001）的有关规定，地下水对建筑材料的腐蚀性评价列于表22中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）7表22地下水对建筑材料的腐蚀性评价结果表腐蚀类型腐蚀介质环境类别微腐蚀界限值MG/L取水样钻孔腐蚀等级ZK736ZK750受环境影响的腐蚀性对混凝土结构SO42类30024872725弱腐蚀MG2类2000254363微腐蚀NH4类500微腐蚀总矿化度类200001408214801微腐蚀受地层渗透性影响的腐蚀性对混凝土结构PH值B型50723747微腐蚀侵蚀性CO2B型301095814微腐蚀对混凝土结构中钢筋的腐蚀性CLMG/L长期浸水1000010761146微腐蚀干湿交替100微腐蚀注无干湿交替作用时，按环境类型对混凝土结构的腐蚀性评价时上述标准应乘以13。根据上表判定结果，综合判定地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对混凝土结构具微腐蚀性，地下水对钢结构具弱腐蚀性。243土对建筑材料的腐蚀性场地土的盐类成分和含量较均匀，共取2件土试样作土的腐蚀性试验。根据岩土工程勘察规范（GB500212001）土对建筑材料的腐蚀性评价列于表23。表23土对钢筋混凝土结构的腐蚀性评价结果表备注CL指对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀等级评价。样品孔号ZK738ZK750微腐蚀界限值（MG/KG）腐蚀等级腐蚀介质单位MG/KGPH66168550微腐蚀MG22552023000微腐蚀NH4222206750微腐蚀CL343358250微腐蚀SO42856786450微腐蚀OH00000064500微腐蚀矿化度8911813530000微腐蚀中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）8根据表23腐蚀等级评价结果，判定场地地下水位以上的场地土对钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土结构的腐蚀等级为微腐蚀。244场地抗震设防烈度与建筑场地类别根据国家标准建筑抗震设计规范（GB500112010）和中国地震动参区划图（GB183062001）的规定，场地处于抗震设防烈度6度区，抗震设计分组属第一组，设计基本地震加速度值为005G。场地表层分布有较厚的软弱土层（杂填土），并且存在岩溶问题，根据建筑抗震设计规范（GB500112010）有关规定，场地属对抗震不利地段。场地处于抗震设防6度区，不存在液化和软土震陷问题，抗震稳定性较好。选择代表性的ZK738、ZK742钻孔的地层资料进行等效剪切波速估算，经估算等效剪切波速VSE值分别为159M/S、171M/S；根据钻孔资料，场地覆盖层厚度27604130M。根据国家标准建筑抗震设计规范（GB500112010）的有关规定，建筑场地类别属类，设计特征周期为035S。245地基均匀性评价场地地基岩土体由杂填土、粉质粘土、含碎石粉质粘土、次生红粘土、含碎石角砾粉质粘土、含角砾粉质粘土、碎块状强风化石灰岩、中风化石灰岩等组成。杂填土分布整个场地表层，呈松散状态，厚度变化较大，欠固结，承载力低，均匀性差，未经处理不应做基础持力层使用。粉质粘土层位较稳定，具一定厚度但厚度变化较大，可塑状态，工程性能一般，均匀性一般。含碎石粉质粘土层位不稳定，具一定厚度但厚度变化较大，土层坡度一般较大（大于10），工程性能一般，均匀性差。次生红粘土层位较稳定，但厚度变化大，坡度变化较大，工程性能较好，均匀性一般。含碎石角砾粉质粘土层位较稳定，具一定厚度，土层坡度一般较大（大于10），工程性能一般，均匀性差。含角砾粉质粘土层位不稳定，厚度变化较大，土层坡度一般较大（大于10），工程性能较差，均匀性差。碎块状强风化石灰岩层位不稳定，厚度变化较大，工程性能一般，均匀性差。中风化石灰岩分布于场地下部，承载力较高，分布有溶洞，均匀性差。综合确定本场地属不均匀地基。粉质粘土相对较浅，可选作为拟建物天然地基持力层。含碎石角砾粉质粘土可选作为拟建物桩基持力层。246建筑物地基基础方案建议拟建物设计室外地面标高（000）约34620M，3层，高约128M，框架结构，单柱荷重约3500KN，现地面标高与设计地坪标高相当，现地面下填土厚度一般2847M，局部略超过50M。根据拟建物结构荷载特点及场地地基条件，现提出以下三种地基基础方案，供业主及中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）9设计单位参考和选择方案一强夯地基处理方案。考虑到拟建物仅3层，荷载不是太大，而场地周边环境较简单，建议采用强夯法对上部填土层进行夯实处理，以处理后经检验合格的强夯地基作为持力层，基础形式也采用柱下条形基础。方案二天然地基方案。对场地进行大开挖，以粉质粘土为持力层，基础形式采用柱下条形基础。方案三预应力管桩方案。一般宜以层作为桩端持力层，有效桩长可按20M左右控制。由于层之下的层属相对软弱下卧层，故应进行下卧层强度验算。桩径可采用500MM。上述三种方案各具特点。经综合分析，如环境条件允许，宜优先考虑采用方案二，其次为方案一，方案三可作为最后一种备选方案。上述三种方案中，无论采用哪种方案，均应进行一柱一孔的施工勘察，查明有影响的土洞及岩溶情况，并采用高压旋喷法法等措施对土洞进行加固处理，同时为确保安全，方案一及方案二基础形式应采用刚度较好的柱下条形基础，而方案三则采用桩筏基础。采用预应力管桩需考虑地下水的腐蚀性、挤土效应和截、接桩的问题，另沉桩时如遇到较大碎石或硬夹层需采取引孔或补桩等方法处理。场地上部杂填土结构松散，一般易于沉桩，土体中局部分布碎石、块石等硬杂质，对沉桩可能有一定的影响；粉质粘土、次生红粘土等一般易于沉桩，但次生红粘土局部地段残留风化不均匀的强风化母岩碎块，对沉桩有一定的影响；含碎石粉质粘土、含碎石角砾粉质粘土土体中局部分布碎石、块石等硬杂质，对沉桩有一定的影响。场地周边与已有的建筑物的距离较近，桩基施工时产生的噪音和振动对邻近建筑等有一定的影响，建议采用对周边环境影响较小的静力压力设备进行施工。另外该桩型有一定的挤土效应，应合理安排施工顺序，控制好沉桩速度，加强监测，必要时可设置消挤孔。场地及周边地形较平坦，具备施工设备的安装条件，建议进行试成桩，以确定采用该桩型的适用性。拟建物变形主要由相邻柱之间的沉降差控制，根据当地建筑工程经验，采用预应力管桩基础时，预测相邻柱基间的沉降差较小，一般在有关规范规定的允许值范围内。而采用方案一及方案二时，只要按规范要求进行施工，沉降变形也能满足要求。247各岩土层的岩土设计参数根据国家标准建筑地基基础设计规范（GB500072002）、行业标准建筑桩基技术规范（JGJ942008），依本次勘察成果，结合野外勘察鉴别和地区建筑工程经验，初步确定各岩土层的岩土设计参数，见附录E岩土设计参数表。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）10第三章基础方案的确定与桩基础的设计计算第一节基础方案的确定拟建物设计室外地面标高（000）约34620M，3层，高约128M，框架结构，单柱荷重约3500KN，现地面标高与设计地坪标高相当，基础埋深在设计室内地坪标高下约20M，现地面下填土厚度一般2847M，局部略超过50M。根据推荐的地基基础方案，考虑到填土较厚，开挖基坑工程量较大，综合确定拟建筑物采用预应力管桩基础方案。根据各层的岩土参数，并且兼顾压桩的困难，考虑到承载力的要求，选择含碎石角砾粉质粘土作为桩端持力层，有效桩长控制在20M左右。第二节桩身强度计算和桩的布置根据岩土勘察资料得知，福建省闽西监狱会见楼（门楼）的拟建场地内一共布置有33个勘察钻孔，其中10个是后来的补孔，分别是BK1BK10和ZK732ZK754。根据工程地质剖面图得知，地层变化范围较大。初步选取具有代表性的ZK737进行预应力管桩基础的设计和承载力验算。中柱荷载标准值3500KN，建筑物高度只有128M，故可以不考虑弯矩和水平荷载的影响。321单桩承载力的估算选取次生红粘土层作为桩端的持力层，桩端进入持力层的深度选取5M，那么有效的桩长4771495217M依据先张法预应力混凝土管桩基础技术规程（DBJ13862007）中的526的规定，在初步设计时和对管桩基础设计等级为丙级的建筑物，可按下式估算（31）式中单桩竖向承载力特征值；桩端端阻力特征值；桩第层土岩的侧阻力特征值；桩底端横截面面积（桩尖水平投影面积）；当采用开口型桩尖时，按封型口桩尖计算水平投影面积；桩身外周边长度；桩穿越第层土岩的厚度。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）11初步选取桩的直径为05M，所以桩的周长31405157M2314025201963M2，的取值查看表31。各土层厚度查看表32。表31各层岩土的侧阻力和端阻力特征值岩土层名称编号预应力管桩侧阻力特征值，KPA端阻力特征值，KPA杂填土10粉质粘土25含碎石粉质粘土301500次生红粘土281400含碎石角砾粉质粘土351500含角砾粉质粘土15800碎块状强风化石灰岩中风化石灰岩说明1、渗透系数系根据邻近场地同类土层的试验资料和当地工程经验综合确定。2、建议进行试桩和进行单桩竖向静载荷试验,确定单桩承载力,调整桩基设计。3、桩基设计时应考虑杂填土的负摩阻力，杂填土负摩阻力系数建议采用035。4、层桩端阻力用下卧层验算。表32ZK737各土层的厚度土层厚度（M）4771495将所有数据代入公式31，可得140001963157471071254930528107788KN中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）12322桩数的确定和桩的平面布置一、初步确定桩数单桩竖向承载力特征值107788KN，上部传来的荷载标准值为3500KN,那么初选桩数3500107788325根取整数4根。二、桩的平面布置依据先张法预应力混凝土管桩基础技术规程（DBJ13862007）中515的规定，选择管桩的中心间距为315M。根据建筑桩基技术规范（JGJ942008）中有关承台构造的要求，选取边桩中心距承台边缘的距离取为600MM。则桩的外边缘挑出部分纵向和横向均为350MM。具体布置情况见图31。图31桩的平面布置图中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）13第三节基桩承载力的确定根据前面的描述以及以有资料可以判断，所采用的预应力混凝土管桩为摩擦型桩。根据建筑桩基技术规范（JGJ942008）中523的规定，对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。拟建建筑物所采用的桩基，综合考虑可以不考虑承台效应带来的影响，所以按下式确定基桩的竖向承载力特征值107788KN第四节基桩桩顶作用效应计算和竖向承载力的验算341桩顶作用效应计算按照建筑桩基技术规范（JGJ942008）中511的规定，在轴心荷载作用下，桩顶作用效应计算公式为32式中为荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力；桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位一下部分应扣除水的浮力；荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或者复合基桩的平均竖向力；桩基中的桩数。其中承台尺寸为27M27M，埋深为2M，填土及承台的平均重度为20KN/M3。根据勘察资料知，承台在地下水位以上，那么估算承台及承台上填土的自重为27272202916KN代入式32,得3500291649479KN342基桩竖向承载力验算按照建筑桩基技术规范（JGJ942008）中521的规定，桩基竖向承载力计算应符合下列要求荷载效应标准组合下轴心竖向力作用下式中荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或者复合基桩的平均竖向力；基桩或复合基桩竖向承载力特征值。通过计算知9479KN1），软塑（0754，取4，查表33得管桩桩顶水平位移系数2441将数据代入33式，得单桩水平力承载力特征值041361040012262441102077KN第六节桩身承载力验算根据先张法预应力混凝土管桩基础技术规程（DBJ13862007）中529的规定，桩身结构承载力设计值应满足桩的承载力设计要求。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）16桩轴心受压时075（35）式中相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向承载力设计值；桩身横截面积；桩身混凝土轴心抗压强度设计值；桩身截面混凝土有效预压应力。在复核地震作用时，桩的承载力在轴心受压时可提高25，在偏心受压时可另外再提高20。即偏心受压的桩，其允许承载力可增加50。单桩竖向承载力设计值可以根据建筑地基基础设计规范（GB500072002）估算，即将标准值乘以综合荷载分项系数135，则947913512797KN已知壁厚为100MM，桩身截面面积3140252314015201256M2管桩抗裂弯矩的大小选取AB型，桩身截面混凝土有效预应力588MPA桩身混凝土轴心抗压强度设计值275N/MM2将以上数据代入，得07501256275103012565881031852012797KN所以桩身强度满足要求。第七节承台设计计算承台平面尺寸为2700MM2700MM，厚度为800MM，根据相应的规范对承台构造要求，设承台混凝土保护层的厚度为100MM，则承台的有效高度0700MM。换算桩截面边长08400MM。371柱对承台的冲切计算根据建筑桩基技术规范（JGJ942008），对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式计算1200000（36）1（37）008402（38）式中1不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏锥体上的冲切力的设计值；承台混凝土抗拉强度设计值；中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）17承台受冲切承载力截面高度影响系数，当800MM时，取10，当2000MM时，取09，其间按线性内插法取值；0承台冲切破坏锥体的有效高度；0、0分别为X、Y方向上冲切系数；、分别为X、Y方向上柱截面边长；0、0分别为X、Y方向上柱边至最近桩边的水平距离；0为柱的冲切系数；为冲跨比；为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下柱（墙）底的竖向荷载设计值；为不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下冲切破坏锥体内各基桩或复合基桩的反力设计值之和。图32柱和角桩对承台的冲切计算示意图中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）18由图32知，冲垮0250MM，0250MM冲跨比00025070003570冲切系数008400215080冲切力1135350004725KNX，Y方向柱截面的边长06M，06M由于承台厚度H取为800MM，按规范要求才用线性差值法求得，取1，承台混凝土才用C50等级，则189N/MM2将数据代入式36，得，20000021508060251508060251189103076783KN14725KN因此，柱的抗冲切满足设计要求。372承台受角桩的冲切计算依据建筑桩基技术规范（JGJ942008）,对位于柱（墙）冲切破坏锥体以外的基桩，可按下面规定计算承台受基桩冲切的承载力，四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算1212111203910561023101056102311式中不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩（含复合基桩）反力设计值；1、1角桩冲切系数；1、1从承台底角桩顶内边缘引45冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离，当柱（墙）边缘或承台变阶处位于45线以内时，则取由柱（墙）边或承台变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线；0承台外边缘的有效高度；2，1角桩内边到承台外边缘的水平距离；1，1角桩冲跨比，110，110。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）19由图32知，角桩内边到承台外边缘的距离12800MM柱边到角桩内边缘的水平距离11250MM角桩冲跨比11025070003571角桩冲切系数105603570210051角桩反力设计值1351181KN将以上数据代入式39，得10050802521005080252099189103072435KN因此，承台受角桩冲切的承载力满足设计要求。373承台抗剪计算依据建筑桩基技术规范（JGJ942008），承台斜截面受剪承载力可按下列公式计算00（312）1751（313）HS800014（314）式中不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下，斜截面的最大剪力设计值；受剪切承载力截面高度影响系数，当0800MM时，取0800MM；02000MM时，取02000MM；其间按线性内插法取值；剪切系数；0承台计算截面处的计算宽度；中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）20计算截面的剪跨比，0，0，此外，为柱边或承台变阶处至Y，X方向计算一排桩的桩边的水平距离，当3时，取3。图33承台斜截面受剪计算示意图由图33知，由于沿、截面的计算情况一样，只需计算其中一个截面就可以，现以截面计算。斜截面的最大剪应力设计值V2211812362KN中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）21承台受剪切承载力截面高度影响系数，因0700因此，抗剪承载力满足设计要求。374承台受弯及配筋计算依据建筑桩基技术规范（JGJ942008），多桩矩形承台的正截面弯矩设计值可按下列规定计算（315）（316）式中、分别为X轴和绕Y轴方向计算截面处的弯矩设计值；、垂直X轴和绕Y轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下第基桩或复合基桩竖向反力设计值。中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）22图34承台受弯计算示意图由图34可知，垂直于X，Y方向到计算截面的距离都为45