宏达汽车驾校考试场岩土工程勘察与基础设计

宏达汽车驾校考试场岩土工程勘察与基础设计⑤粉质粘土4.3（4.4）1001511⑥粉质粘土（7.6）12025⑦中砂（22）5.1（5.7）20022130065511024基础类型确定 173934.1基础设计的原则在建筑结构设计的基础设计过程中，既要满足基础设计规范标准，还应充分考虑实际情况，所以在基础设计之前，应加强对建筑工程实际情况的了解，使得基础设计符合实际情况，保证基础设计的科学性以及合理性[5]。表4-1地基基础设计等级Table4-1Designgradeoffoundation设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物体型复杂，层数相差超过10层的高低层连城一体的建筑物30层以上的高层建筑大面积的多层地下建筑物（如商场、运动场、地下车库等）复杂地质条件下的披上建筑物（包括高边坡）对地基变形有特殊要求的建筑物对原有工程影响较大的新建建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及以上地下室的基坑共层场地和地基条件复杂的一般建筑物周边环境条件复杂、环境保护要求高的基坑工程开挖深度大于15m的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物除甲级以、丙级以外的基坑工程丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及以下的民用建筑及一般工业建筑；次要的轻型建筑物非软土地区且场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度小于5.0m的基坑工程拟建建筑物为2-6层的办公室综合楼，属于一般的民用建筑，然而地基条件较复杂，在沈阳市中，对环境保护的要求很高，所以本场地地基等级为乙级。根据基础的设计等级以及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响，地基基础设计应满足如下规定：①所有建筑物的地基计算均需满足承载力计算的有关规定；②建筑物设计等级为甲级、乙级的，均应按照地基变形设计；③建筑物设计等级为丙级的有下列情况之一时均需做变形验算：a地基承载力特征值小于130kPa，并且地形复杂的建筑物；b上部荷载差异较大，可能会引起地基产生不均匀沉降时；c存在偏心荷载的软弱地基上的建筑物；d由于相邻的建筑物距离较近，可能发生倾斜时；e地基内厚度大或薄厚不均匀的填土，其自重固结为完成时。④对经常受水平荷载作用的高层建筑物、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或者边坡附近的建筑物和构筑物，仍需验算其稳定性；⑤基坑工程需要进行稳定性验算（本次设计为基础设计，可以不考虑）；⑥建筑地下室或构筑物存在上浮问题时，需要进行抗浮验算。176854.2基础类型的选择基础类型主要有两种：深基础和浅基础，深基础的埋置深度一般是大于5m的，需要考虑基础侧壁的摩擦力对基础带来的影响，设计计算比较复杂，其中桩基础是其常见的基础类型。而浅基础都是埋置深度小于5m的，通过简单的地基排水，开挖等就可以建造的简单基础，其设计计算过程相对于深基础都很简单，常见的浅基础有单独基础、条形基础、壳体基础、筏形基础和箱型基础。浅基础还可以分为刚性基础和扩展基础，刚性基础一般是由砖体，砌体，灰土等为原材料做成的基础，要求基础必须满足刚性角要求，若不满足，需要进行配筋处理，这样处理后，就形成了扩展基础，对基础需要进行冲切，剪切，弯矩等验算。常用的基础类型及其使用条件如下:①单独基础:适用于上部结构为框架结构和地基条件较好或者上部荷载较小的情况；②条形基础:通过柱列布置的方式将上部结构连城一体,从而达到减少沉降的目的；③十字交叉条形基础:与条形基础相比增加了基础的稳定性,适用于上部结构在横纵方向分布不均或者地基土质较差的的情况；④片筏基础:当条形基础不能满足承载力要求或者结构变形要求的时,可以使用该种基础形式从而达到增加刚度条件沉降的目的；⑤箱型基础:如果上部荷载大到片筏基础都不能满足其刚度要求是采用此种形式可以达到预期目的；⑥桩基础:当建筑为多层、高层时或者对地基基础稳定有严格要求的，通常采用的一种基础形式,适用于上部结构的荷载较大而且基础对不均匀沉降敏感或者上层土质较差、下层土质较好的情况[6];拟建建筑物为1栋2-6层的办公综合楼，上部结构是框架结构，层数也不高，地层主要是上覆耕土，粉质粘土和中砂，且砂土不发生液化，属于抗震一般地段，无不良地质作用，也未发现不利于建筑稳定的埋藏物，所以，选择浅基础中的独立基础进行设计。独立基础分为刚性基础和扩展基础，两者的区别在于其受力状态不同。刚性基础造价低，能节约水泥和钢筋，但受刚性角的限制，抗弯性能比较差，承载力偏低；扩展基础抗弯性能较好，不受刚性角限制，承载力较高。本次设计的办公综合楼上部总荷载较大，若选用刚性基础，则基础的大放角就会很高，材料用量就会很大，而且基础埋深很深，增加施工难度，基础造价就会增加，同时，辽西大剧院为公共场所，为偏于安全，基础设计选用单独扩展基础。8444.3持力层的选择4.3.1持力层选择原则根据勘察资料可知，场地低层有：①耕土、②粉质粘土、③粉质粘土、④粉质粘土、⑤粉质粘土、⑥粉质粘土、⑦中砂。根据地基荷载要求和地质条件，办公综合楼可以以②粉质粘土为基础持力层，同时应对其下存在的软弱下卧层③粉质粘土进行强度和变形验算。19444.4基础埋深的确定 按《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002

第5.1.1条基础的埋置深度，应按下列条件确定：建筑物的用途,有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造；

（2）作用在地基上的荷载大小和性质；

（3）工程地质和水文地质条件；

（4）相邻建筑物的基础埋深；

（5）地基土冻胀和融陷的影响。

第5.1.2条在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。

第5.1.3条高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/18~1/20。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。

第5.1.4条基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。

当基础埋置在易风化的岩层上，施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。

第5.1.5条当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑基础。当埋深大于原有建筑基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑荷载大小，基础形式和土质情况确定。当上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。

第5.1.6条确定基础埋深应考虑地基的冻胀性。地基的冻胀性类别应根据冻土层的平均冻胀率η的大小，按本规范附录G.0.1查取。有季节性冻土时，场地冻结深度zd按下式（4-1）计算：（4-1）表4-2土的类别对冻深的影响系数Table4-2Influencecoefficientofsoiltypesonfrostdepth土的类别粘性土细砂、粉砂、粉土中、粗、砾砂碎石土影响系数ψzs1.001.201.301.40表4-3土的冻胀性对冻深的影响系数Table4-3Influencecoefficientoffrostheavingonfrostdepthofsoil冻胀性不冻胀弱冻胀冻胀强冻胀特强冻胀影响系数ψzw1.000.950.900.850.80表4-4环境对冻深的影响系数Table4-4Influencecoefficientofenvironmentonfrostdepth周围环境村、镇（20万<人口<50万）城市近郊（50万<人口<100万）城市市区人口>100万）影响系数ψze1.000.950.90考虑冻胀时，基础的最小埋深可以有下式（4-2）计算：（4-2）=0.918-0.65=1.41m表4-5建筑基底允许冻土层最大深度hmaxTable4-5Maximum

Permissible

Permafrost

Depth

of

Building

Base冻胀性基础形式采暖情况基底平均压力/kPa110130150170190210弱冻胀土方形基础采暖0.900.951.001.101.151.20不采暖0.700.800.951.001.051.10条形基础采暖>2.50>2.50>2.50>2.50>2.50>2.50不采暖2.202.50>2.50>2.50>2.50>2.50冻胀土方形基础采暖0.650.700.750.800.85不采暖0.550.600.650.700.75条形基础采暖4.551.802.002.202.50不采暖1.151.351.551.751.95213905基础的设计与验算 5.1荷载的分类和荷载的组合5.1.1荷载的分类建筑结构荷载可分为下列三大类：永久荷载，包括结构自重、土压力、预应力等永久荷载是基础建设中最主要的，在数值上占全部荷载的大半，是我们设计中必须满足的项目。可变荷载，包括楼面活荷载、房屋活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度作用等可变荷载在高层和超高层建筑是必须考虑的额外的荷载，越高层的建筑受到的可变荷载作用越大，尤其是风荷载和积灰荷载。本次建筑场地的建筑层数不多，建筑高度不高，所以未考虑可变荷载对建筑的影响。偶然荷载，包括爆炸力、撞击力等。、只有在少数特殊的地质条件和环境中才会考虑，本设计场地处于沈阳市中，不考虑此项荷载。因此，本次关于办公综合楼的基础设计只需要考虑永久荷载即可。规定对不同荷载采用不同的代表值:对永久荷载采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值和准永久值作为代表值（采用50年的设计基准期）；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。5.1.2荷载的组合（1）基本组合：此次设计为永久作用控制，因此基本组合得效应设计值Sd为：(5—1)（2）标准组合：是按正常使用极限状态计算时常用的一种组合。作用标准组合的效应Sk用下式5-6表示：(5—2)（3）准永久组合：在地基变形计算中，应采用作用准永久组合值的效应Sk，用下式5-7计算。(5—3)5.2上部结构荷载的确定永久荷载永久荷载大小Q用下式计算：(5—4)所以拟建建筑物的永久荷载：Q=20×（40×21×3+20×65×6+40×21×2）=240000kN。5.3浅基础设计5.3.1基础尺寸的确定基础埋置深度的确定根据建筑地基基础规范，天然地基基础埋置深度一般取房屋的1/15，拟建建筑最高层数为6层，约20m，20×1/15=1.33m。由于选定的持力层②粉质粘土具有强冻胀性，对其进行季节性冻土基础最小埋置深度计算，根据公式（4-1）且查表4-1、4-2、4-3计算得：=1.2×1×0.85×0.9=0.918m可知地基的场地冻结深度为0.918m。根据公式（4-2）且查表4-4计算得：=0.918-0.65=1.41m可知，由于持力层②粉质粘土土层具有强冻胀性，基础的最小埋置深度为1.41m，设计基础埋置深度取2m。（2）基础尺寸的确定由于办公综合楼建筑层数和并不均一，由西侧的3层建筑，中间的6层建筑和东侧的2层建筑构成，所以上部荷载并非均匀的向下传递，各部分荷载为：=20×40×21×3=50400kN=20×20×65×6=156000kN=20×40×21×2=33600kN采用柱下独立基础，确定东西两侧建筑各布置40根，中间建筑布置120根，则各部分的每根柱所承受荷载如下：=1260kN=1300kN=840kN因此，取最大荷载1300kN进行计算，保证地基基础满足各部分建筑要求。根据基础地面积公式(5—5)因此基础面积采用3m×3m。按照基础面积要求进行布置，如图5-1图5-1基础平面布置图Fig.5-1Planelayoutoffoundation5.3.2持力层地基承载力验算修订地基承载力特征值按下式(5—6)fak=150kPaγ=ρ×g（g取10g/m3）γ（①耕土）=19.94kN/m3γ（②粉质粘土）=19.88kN/m3可得γm=（0.52×19.94+1.48×19.88）/2=19.90kN/m3代入公式(5—6)得：修正后地基承载力特征值fa=150+0.3×19.88×（3-3）+1.6×19.9×（2-0.5）=197.76kPa各种类型的基础基底压力均按照直线分布：pk=(5—7)式中：Fk——竖向总应力，kN；Gk——基底自重和基底上土自重，kN。代入得：pk=（1300+20×3×3×2）/（3×3）=184.44kPa根据规范，直接作用在持力层的基底压力不能超过其本身的承载力，即：pk≤fa式中：pk——基底压力，kPa；fa——地基承载力特征值，kPa。Pk=184.44kPa≤197.76kPa=fa设计满足要求。表5-1承载力修正系数Table5-1Correction

coefficient

of

bearing

capacity土的类别淤泥和淤泥质土01.0人工填土e或大于等于0.85的粘性土01.0红黏土含水比＞0.8含水比≤0.800.151.21.4大面积压实填土压实系数大于0.95、黏粒含量≥10％的粉土最大干密度大于2.1t/的级配砂石001.52.0粉土黏粒含量≥10％的粉土黏粒含量＜10％的粉土0.30.51.52.0e或均小于0.85的粘性土；粉土、细沙（不包括很湿与饱和时的稍密状态）；中砂、粗砂、砾砂和碎石土0.32.03.01.63.04.45.3.3软弱下卧层验算软弱下卧层为③粉质粘土，且埋藏深度不深，应力扩散后容易引起地基失效，因此需要进行软弱下卧层的承载力验算。作用在下卧层顶面上的压力除附加应力pz外还应计算该深度出的自重应力pcz，因此下卧层承载力验算要满足：pz+pcz≤fd+zfd+z——软弱下卧层顶面埋深d+z处修正的承载力特征值，kPa。Pcz=0.52×19.94+3.96×19.88=89.09fd+z按下式计算：代入数据得：fd+z=150+0+1.6×19.89×1.5=181.435kPa基础底面压力：Pk=184.44kPa基础底面处土的自重压力：Pc0=0.52×19.94+1.48×19.88=39.79kPa浅基础矩形基础基底压力扩散后作用在软弱下卧层上的附加应力为：Pz=(5—8)表5-2地基压力扩散角θTable5-2FoundationpressurediffusionangleZ/b0.250.5035106°10°20°23°25°30°代入数据计算作用在软弱下卧层上的附加应力：pzkPapz+pcz=50.64+89.09=139.73kPa≤181.435kPa=fd+z设计满足要求。5.3.4地基变形验算本次设计为地基极限状态设计，因此变形验算是最主要的验算。要求s≤根据根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）采用分层总和法计算沉降量表达式(5—9):(5—9)——i层土的底面和顶面深度；p0——基础底面压力p减去底面处地基土的自重压力，kPa；Esi——第i层土的压缩模量，kPa；表5-3矩形面积均布荷载作用下，通过中心点竖线上的平均附加应力系数ψsTable5-3Average

Additional

Stress

Coefficient

on

the

Vertical

Line

of

the

Center

Point

under

the

Uniform

Distribution

Load

of

Rectangular

Areaz/ba/b1.01.21.41.61.82.02.42.83.20.01.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0000.20.9870.9900.9910.9920.9920.9920.9930.9930.9930.40.9360.9470.9530.9560.9580.9600.9610.9620.9620.60.8580.8780.8900.8980.9030.9060.9100.9120.9130.80.7750.8010.8100.8310.8390.8440.8510.8550.8571.00.6980.7380.7490.7640.7750.7830.7920.7980.8011.20.6310.6630.6860.7030.7150.7250.7370.7440.7491.40.5730.6050.6290.6480.6610.6720.6870.6960.7011.60.5240.5560.5800.5990.6130.6250.6410.6510.6581.80.4820.5130.5370.5560.5710.5830.6000.6110.6192.00.4460.4750.4990.5180.5330.5450.5630.5750.5842.20.4140.4430.4660.4840.4990.5110.5300.5430.5522.40.3870.4140.4360.4540.4690.4810.5000.5130.5232.60.3620.3890.4100.4280.4420.4550.4730.4870.4962.80.3410.3660.3870.4040.4180.4300.4490.4630.4723.00.3220.3460.3660.3830.3970.4090.4270.4410.4513.20.3050.3280.3480.3640.3770.3890.4070.4200.4313.40.2890.3120.3310.3460.3590.3710.3880.4020.4123.60.2760.2970.3150.3300.3430.3530.3720.3850.3953.80.2630.2840.3010.3160.3280.3390.3560.3690.3794.00.2510.2710.2880.3020.3140.3250.3420.3550.365在使用经验法查表5-4计算沉降计算经验系数Ψs时，值为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，它的取值可以根据下式(5—10)计算：(5—10)Ai——第i层土附加应力沿土层厚度的积分值。表达式为：表5-4沉降计算经验系数ψsTable5-4Empiricalcoefficientofsettlementcalculation基底附加压力2.54.07.015.020.01.41.31.00.40.21.11.00.70.40.2按照分层总和法地基内i层土变形量表达式(5—11)为：(5—11)整理得：预估沉降深度Zn用下式(5—12)求得：(5—12)分层厚度≤0.4b=0.4×3=1.2m，S`=45.11m,,通过内插法确定Ψs=0.95,总沉降量S=Ψs×S`=0.95×45.11=42.85m.△S`≤0.025S`(5—13)式中：△S`——由计算深度向上取厚度为△Z的土层变形计算值，mm。当不满足式(5—13)的要求时，应加大变形计算深度，直至满足要求为止。通常△Z=0.3~0.5m，取决于基础宽度b，如表5-5所示。表5-5△z值Table5-5△zNumericalvalueb/m≤22<b≤44<b≤8b>8△z/m0.30.60.81.05.3.5基础冲切破坏验算本次基础类型为独立扩展柱下独立基础，当冲切破坏锥体落在基础底面以内时，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力。冲切力应按公式（5-14）计算：（5-14）抗冲切力承载力按公式（5-14）计算：（5-15）其中bp计算按照下式（5-16）：（5-16）冲切破坏要求:式中：——相应于作用的基本组合时作用在上的地基土净反力设计值，kPa。——冲切验算时取用的部分基底面积，m2；——扣除基础自重及其上土重后相应于作用的基本组合时的地基土单位面积净反力，kPa，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，取1.0；当h大于或等于2000mm时，取0.9，期间按线性内插法取用；——混凝土轴心抗拉强度设计值，kPa；——基础冲切破坏锥体的有效高度，m；——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，m；——冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，m；——冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，m。对独立扩展基础进行冲剪验算时应采取作用的基本组合，按照《建筑地基基础设计规范》中规定，作用的基本组合效应应该采用标准组合效应乘以1.35分项系数，作用在该基础上的外荷载为。该基础的平面示意图，如图5-2，单位：mm。该地基土的单位面积净反力为：图5-2基础平面示意图Fig.5-2Basic

plane

sketch（1）柱与基础交接处冲切验算该基础冲切破坏锥体的有效高度为h0=300+300=600mm，小于800mm，的取值应按照《钢筋混凝土结构设计规范》（GB5001-2010）所规定：当h≤800mm时，取1.0。冲切验算示意图5-3如下所示。图5-3冲切验算示意图Fig.5-3Schematic

diagram

for

checking

punching

and

shearing

of

foundation可能发生冲切的基底面积为根据公式（5-14）该地基土净反力设计值为：根据公式（5-15）、（5-16）得：可知故该基础柱与基础的交接处不会发生冲切破坏，满足设计要求。（2）基础变阶处冲切验算自基础顶面以下第一个变阶处的冲切破坏锥体的有效高度为300mm该高度小于800mm，故，示意图，如图5-4图5-4基础变阶处冲切验算示意图fig.5-4Schematicdiagramofpunchingandshearingcheckingatvariablestepoffoundation可能会发生冲切的基底面积=1.04m2根据公式（5-14）该地基土净反力设计值为：根据公式（5-15）、（5-16）得：可知故该基础柱与基础的交接处不会发生冲切破坏，满足设计要求。5.3.6单独扩展基础剪切破坏验算当单独基础底面宽度小于或等于柱宽加2倍基础有效高度即b≤时，应按照下列公式验算柱与基础交接处截面受剪承载力：（5-17）（5-18）由于b=3m＞0.5×2×0.6=1.7m，所以不需要进行抗剪切破坏验算。5.3.7单独扩展基础弯曲破坏验算对独立扩展基础进行弯曲破坏验算时采取作用的基本组合，按照《建筑地基基础设计规范》中规定，作用的基本组合效应需采用标准组合效应乘以1.35分项系数，作用在该基础上的外荷载为。单独拓展基础受基底反力作用，产生双向弯曲，分析时可将基底按柱角点与基础4个顶点分别连线分成4个区域，沿柱边缘的截面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处，弯距最大，当基础为中心受压时，作用在底面上的压力对Ⅰ-Ⅰ断面引起的弯矩为：式中：已知：柱截面为边长0.5m的正方形所以ac=bc=0.5基础为方形基础a=b=3化简得公式（5-19）：（5-19）本次计算的弯矩截面如图5-5，单位mm。图5-5基础弯矩计算图Fig.5-3Basicmomentcalculationdiagram代入公式（5-19）得Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处弯矩