西南交通大学基础工程课程设计

基 础 工 程 课 程 设 计

指导老师：*** 班 级： 姓 名： 学 号：

2010年12月

目 录

一、工程概况和设计任务..............................................1 1.1 工程概况.......................................................1 1.2 设计任务.......................................................2 1.3 地勘资料.......................................................2 1.4 设计依据.......................................................5 二、无筋扩展基础设计................................................5 2.1 基本荷载组合...................................................5 2.2 确定基底埋深及持力层...........................................5 2.3 基底尺寸初步设计...............................................6 2.4 地基承载力及偏心距验算.........................................6 2.5 地基变形验算...................................................6 2.6 确定基底高度及尺寸.............................................7 2.7 施工设计.......................................................7 三、扩展基础设计....................................................7 3.1 设计荷载.......................................................7 3.2 确定基底埋深及持力层...........................................7 3.3 基底尺寸初步设计...............................................8 3.4 地基承载力及偏心距验算.........................................8 3.5 扩展基础设计...................................................9 3.6 地基稳定性验算................................................11

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3.8 扩展基础施工设计..............................................12 四、桩基础设计.....................................................12 4.1 设计荷载......................................................12 4.2 确定持力层及承台尺寸..........................................13 4.3 初步设计桩数目................................................13 4.4 计算复合基桩竖向承载力特征值..................................13 4.5 计算桩顶荷载..................................................15 4.6 承台受冲切承载力验算..........................................15 4.7 承台受剪计算..................................................16 4.8 承台受弯计算..................................................16 4.9 桩基础施工方案................................................17 附图一 扩展基础平面布置图.........................................18 附图二 扩展基础施工图.............................................19 附图三 桩基础平面布置图...........................................20 附图四 桩基础施工图...............................................21

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一、工程概况和设计任务 1.1 工程概况

某装配车间采用单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图2-1。规定室内地面标高为±0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。

后侧B60006000600060006000600060001234Q=30T (两台)900Z3Z319240004200Z3900Z2A18500Z2171615Z11413121150030001500150042000前侧12345678图1-1 装配车间平面图 /mm

柱子编号为（1）~（20），根据布置的位置和功能来分，柱子的类别主要有边柱Z1、角柱Z2及抗风柱Z3三类。各柱在基础顶面处的截面形状为矩形，尺寸为： 2502520025 图1-2 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：mm） 1 3009000900104200注：Z1,Z2,Z3表示柱子的类型Z39002099000Z2Z1567Z28

边柱Z1： 长宽=1000400mm； 角柱Z2： 长宽=1000400mm； 抗风柱Z3： 长宽=700400mm；

基础梁的横截面尺寸如图2-2，梁与柱之间的净距为20mm，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。 1.2 设计任务

根据所给的某机械厂厂房的图纸和地质资料，要求对边柱Z1中的3号柱进行地下基础设计；完成尺寸计算、内力验算并绘制施工图，安排施工方案和流程，达到施工要求。基础梁上的荷重（包括基础梁自重）按30kN/m计算。各柱底位于室内地面以下0.5m处，各柱在地面处的截面内力取值如下： 边柱 Z1（横向计算），荷载组合编号：

L11 L12

MK240kNmM350kNmFK1400kN F2100kN H40kNH60kNK基础梁作用荷载：F1k306.0180kN F11.35180243kN 1.3 地勘资料

勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样X个进行了室内土工实验，场地处地面平坦。据钻探揭露，各地层的情况如下：

第①层：人工填土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.5~1.2m，结构疏松，土质不均，平均天然重度为17.1kN/m。

第②层：粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度9.5~10.1m。硬塑~可塑，土质较均匀。

第③层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上。土质均匀，可塑~硬塑。

场区地下水属潜水，初见水位在2.5~3.1m深处，稳定水位在2.9~3.9m深处。

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地下水补给来源为大气降水，水位随季节变化，无侵蚀性。根据钻探及室内土工实验的情况分析，第①层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第②层粉质粘土或第③层粘性土中。其地基承载力标准值分别为： 第②层：fk=200kPa， 第③层：fk=220kPa 钻探点布置见图1-3，地质剖面见图1-4，土工试验成果见表1-1，地质柱状图略。 后侧Ⅰ27.0m15.0mⅢⅠ2#16.5m3#11.5m4#11.5m图例钻孔位置4#11.5m钻孔编号钻孔深度Ⅱ1#22.0m9.0m5#18.0m6#11.5mⅠⅠ地质剖面编号车间位置Ⅱ前侧Ⅲ33.0m 图1-3 地质钻孔平面布置图 2#4#3#4.504.804.401.00.5①0.6②10.610.4442.4011.510.711.43.30③16.38.30图1-4 I—I地质剖面（m）

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表1-1 某机械厂装配车间土工试验结果汇总表

试样 编号 1孔-1 -2 取样深度 /m 3.00~3.40 9.00~9.40 土的分类 名称 粉土 粉质粘土 粘土 粘土 天然含 水量 /% 32.9 29.06 26.1 27.12 24.4 25.35 25.51 26.59 23.08 22.94 26. 28.95 24.50 天然重度/kN/m3 19.5 19.4 20.2 19.7 20.1 20.3 20.4 19.9 20.1 19.9 20.1 19.5 20.1 天然孔 隙比 0.8 0.81 0.718 0.786 0.681 0.687 0.669 0.718 0.629 0.687 0.741 0.805 0.692 液限 /% 32.6 30.49 43.15 39.08 33.81 31.57 37.71 43.1 33.96 37.43 30.8 48.3 30.3 塑限 /% 26.4 20.17 20.65 21.76 21.31 21 20.11 22.19 20.04 23.96 19.27 29. 19.85 塑性 指数 6.2 10.32 22.5 17.32 12.5 10.57 17.6 20.91 13.92 13.47 11.53 18.66 10.45 液性指数 1.05 0.861 0.242 0.309 0.25 0.412 0.25 0.21 0.218 <0 0.639 <0 0.445 压缩系数/MPa-1 0.39 0.33 0.27 0.25 0.19 0.22 0.17 0.23 0.21 0.21 0.23 0.23 0.22 粘聚力/kPa 5.62 5.96 5.40 7.22 6.22 8. 8.84 9.26 6.22 6.04 7.26 9.60 7.08 比重 内摩擦角 2.72 2.74 2.75 2.73 2.7 2.71 2.72 2.7 2.71 2.73 2.72 2.73 2.71 16°1′ 23°39′ 19°20′ 15°48′ 25°15′ 16°55′ 18°41′ 16°12′ 20°15′ 22°29′ 20°27′ 16°51′ 20°56′ -3 16.60~17.00 -4 21.00~21.40 2孔-1 -2 2.60～3.00 粉质粘土 8.00～8.40 粉质粘土 粘土 粘土 粉质粘土 粉质粘土 -3 11.00~11.40 -4 15.00~15.40 3孔-1 4孔-1 5孔-1 5.00~5.40 4.10~4.50 7.50～7.90 粉质粘土 粘土 粉质粘土 -2 13.10~13.50 6孔-1 3.20~3.60

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由以上数据可以得出，3号柱下底层分布情况为（以室内地面为参考点）：

3号基础中心位置各土层厚度表 土层号 厚度/m ① 0.778 ② 9.733 ③ 3.767 1.4 设计依据

本次课程设计的依据为本课程设计指导书和相关规范。 GB50007-2002建筑地基基础设计规范； GB50010-2002 混凝土结构设计规范；

JGJ 94-2008建筑桩基技术规范。 二、无筋扩展基础的设计 2.1荷载的基本组合

无筋扩展基础设计采用标准值，即：

Mk240kNm,Fk1400kN，Hk40kN，F1k180kN。

2.2确定无筋扩展基础的埋深及持力层

根据地勘报告，①层土土质疏松，不适合作为持力层。②层土土质较为密实、均匀，且厚度较大，不宜再向下寻找持力层，故选取②层土作为持力层。且考虑无筋扩展基础埋深较深,因此，基础计算埋深d初拟为2.0m(以室外地面标高为基准线)，在地下水位以上。

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图2-1 基础受力示意图

2.3基底尺寸初步设计 (1)先按中心荷载初算A1。

① 计算粘土地基承载力特征值fa。据粉质粘土层e0.681,Il0.25，查表得承载力修正系数b0.3,d1.6。 基础埋深范围土的重度m17.10.62820.1(2.00.628)19.16kN/m3。

2.0先假设基底宽度不大于3m，粘土地基承载力特征值：

fafakdrm(d0.5)2001.619.16(2.00.5)245.98kPa。

② 中心荷载作用基础底面积：

A1FkF1k1400+180=7.73m2

faGH245.9820(20.075)（2）考虑偏心荷载不利影响,取A1.2A11.27.739.28m2。采用矩形基础，

bl2.83.610.08m2，由于基底的最小尺寸为2.8m,不大于3m故不需要对fa再进行宽度修正。

2.4 地基承载力及偏心距验算

竖向力：FkF1kGk1400180202.83.6(2.00.075)1998.32kN 弯 矩：Mk240180(0.25/20.50.02)40(2.00.075)439.1kNm 因此：

FkF1kGk1998.32198.25kPafa245.98kPa

A10.08FF1kGkMK1998.32439.1pk,max=k270.85kPa 2AW10.082.83.6/6pk=1.2fa1.2245.98295.18kPa

eMk439.1b3.60.22m0.6m 经验算，满足要求。 Fk1998.3266因此基底选用bl2.83.610.08m2。

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由于该地层处不存在软弱下卧层，所以无需进行软弱下卧层承载力验算。 2.5 地基变形验算

由于该建筑属一般工业建筑，在地基基础设计等级中属于丙级。由《地基规范》知，该地基在可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围。而且其地基承载力特征值大于130kPa,所以可不进行地基变形验算。 2.6确定基础高度以及构造尺寸

采用C15混凝土，因100kPa< pk=182.25kPa200kPa，取tan1:1.00，从两个方向确定基础高度H0。

bb0360010001300mm 2tan21.0ll02800400 H01200mm

2tan21.0 H0因此，取H01300mm。无筋扩展基础埋深d=2m,其构造如下图所示：

图2-2 无筋扩展基础布置图

2.7施工设计

施工时，由于基础埋深较浅，不需降水。基坑开挖时，可采取必要的支护措施。若遇到与地质勘察资料差别较大的土层，则需根据实际土体情况，对该设计进行修正。

三、扩展基础的设计 3.1 设计荷载：

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对于扩展基础，采用如下荷载：

Mk240kNm,Fk1400kN，Hk40kN，F1k180kN。

M350kNm,F2100kN，H60kN，F11.35180243kN。 3.2 确定基础埋深与持力层。

根据地勘报告，①层土土质疏松，不适合作为持力层。②层土土质较为密实、均匀，且厚度较大，不宜再向下寻找持力层，依然选取②层土作为持力层以室外地面标高为基准线。基础计算埋深d初拟为1.2m(以室外地面标高为基准线)，基底位于地下水位以上。 3.3 基础底面尺寸初步设计 (1)先按中心荷载初算A1。

① 计算粘土地基承载力特征值fa。据粉质粘土层e0.681,Il0.25，查表得承载力修正系数b0.3,d1.6。 基础埋深范围土的重度m17.10.62820.1(1.20.628)先18.53kN/m3。

1.2假设基底宽度不大于3m，粘土地基承载力特征值：

fafakdrm(d0.5)2001.618.53(1.20.5)220.75kPa。

② 中心荷载作用基础底面积：

A1FkF1k1400+180=8.09m2

faGH220.75201.2+0.075)（2）考虑偏心荷载不利影响,取A1.2A11.28.099.71m2。采用矩形基础，

bl2.83.610.08m2，由于基底的最小尺寸为2.8m,不大于3m故不需要对fa再进行宽度修正。

3.4 地基承载力及偏心距验算

竖向力：FkF1kGk1400180202.83.61.2751837.04kN

弯 矩：Mk240180(0.25/20.50.02)40(1.20.075)407.1kNm 因此：

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pk=FkF1kGk1837.04182.25kPafa220.75kPa

A10.08FF1kGkMK1837.04407.1pk,max=k249.56kPa 2AW10.082.83.6/61.2fa1.2220.752.92kPa

eMk407.1b3.60.22m0.6m 经验算，满足要求。 Fk1837.0466因此基底选用bl2.83.610.08m2。 3.5 扩展基础设计 1.计算基底净反力：

在计算基础内力、确定基础高度、进行配筋等基础结构的设计工作时，采用承载力极限状态下荷载效应的基本组合。

F21002432343kNM35060(1.20.075)243(0.25/20.020.5)583.24kNm

基底净反力：pjmaxjmin328.88kPaFM2343583.24 2136.01kPaAW2.83.61/62.83.62. 确定基础高度

初步拟定h700mm，按《地基规范》要求，铺设垫层时保护层厚度不小于

40mm因此假设钢筋重心到混凝土外表面的距离为50mm，故钢筋的有效高度为

h070050650mm。

抗冲切破环验算公式为Fl0.7hpftamh0首先计算FlpjAl。如图3-1所示。因为，abat2h00.420.651.7ml3.0m，所以：

bblaAl(th0)l(th0)2

22223.61.02.80.4(0.65)2.8(0.65)21.5175m2

2222偏安全地取pjpjmax328.88kPa，则有FlpjAl328.881.5175499.08kN 因h0650mm800mm，故hp1.0。

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基础混凝土采用C20，其ft1.10MPa，amatab0.41.71.05m 220.7hpftamh00.71.01.101031.050.65525.53kNFl499.08kN故h700mm能够满足抗冲切承载力的要求。 3.内力计算： 台阶的高宽比为：

bbc3.61.01.852.5 ， 2h20.7M583.24b3.6且偏心距e0.249m0.60m。

F234366

图3-1 扩展基础布置图

因此，取控制截面在柱边处：

aat0.4m bbt1.0m abb3.61.01.30m 22 10

ppjminMba3.61.30(pjmaxpjmin)136.01(328.88136.01)259.23kPab3.612a[(2la)(pjmaxp)(pjmaxp)l] 1211.302[(22.80.4)(328.88259.23)(328.88259.23)2.8]524.42kNm121(la)2(2bb)(pjmaxpjmin)48M1(2.80.4)2(23.61.0)(328.88136.01)457.45kNm48

4.抗弯钢筋设置

采用HPB235级钢筋，其fy210N/mm2。沿长边方向，M524.42kNm，

h0650mm，宽度3000mm,按梁进行配筋。可得:

MⅠ524.42106s0.046 221fcbh01.09.62800650112s1120.0460.047

As11fcbh0fy1.09.628006500.0473910.4mm2

210选用16A18@180.（钢筋总面积为4072mm²）。 故实际的h01ha故上述配筋满足要求。

沿短边方向，钢筋通常布置与长边钢筋之上，MⅡ475.45kNm，

h0Ⅱ650mm，宽度3600mm,按梁进行配筋，可得:

d2700409651mm，大于原先假定的650mm2，

MⅡ475.45106s0.033 221fcbh01.09.63600650112s1120.0330.034

As21fcbh0fy1.09.636006500.0343637mm2

210采用1518@180（钢筋总面积3817.5mm2）。

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故实际的h01ha故上述配筋满足要求。 3.6 地基稳定性验算

dⅡ27004018651mm，大于原先假定的650mm²，2大多数基础在设计时不做稳定性检算，本单层工业厂房满足稳定性要求，不做需做稳定性检算。 3.7 浅基础施工方案

1.建筑定位：根据房屋建筑的布置由建筑总平面图确定。宜先确定主轴线然后逐步进行细部定位。

2.基础放线：在不受施工影响的地方设置基线和水准点，布置测量控制网。根据轴线，放出基槽开挖的边线。考虑到上步填土层，故采用适当放坡，根据现场开挖实际调整，但不宜过大。

3.土方开挖：由于设计地面高于实际地面，故开挖的土方宜在周围堆积保留，由于基坑小而数量多且基坑较浅，故宜分组人工开挖。

4.基槽验收：开挖完成后由勘察、设计、施工人员共同进行。检查槽平面位置、断面尺寸、底部高程等是否符合要求。特别注意是否有古河道、古墓穴等地基土异常情况，并做好记录。

5.基础施工：验槽完成后应及时施做垫层，防止水对基地土扰动和浸泡，然后再垫层上定出基础的外边线。然后支侧模板，放置钢筋，最后浇注混凝土，浇注前进行隐蔽工程验收。

6.基槽回填：基础施工完成后，应及时进行回填。回填应时与地下管线的埋设等工作统筹安排。最后进行压实。就此开始上部主体结构的的施工。

7.主要施工机具：铁铲等人工挖土器具、卷尺、测量仪器。挖掘机、推土机、卡车、吊车。混凝土搅拌器、混凝土罐车、振捣器、模板。 四、桩基础设计 4.1设计荷载

对3号柱，其设计荷载为：

Mk240kNm,Fk1400kN，Hk40kN，F1k180kN。

M350kNm,F2100kN，H60kN，F11.35180243kN

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基础梁作用荷载：F1k306.0180kN F11.35180243kN。 4.2 确定桩端持力层及承台尺寸

根据地质资料选用低承台确定承台埋深1.2m(相对于外部地面)。并初步选定采用钢筋混凝土预制方桩，桩的截面尺寸选为300mm×300mm,根据2#-1粉质黏土层的液性指数IL0.250,压缩性指数0.19MPa10.5MPa1，可见该粉质黏土层从上到下的该土层属于硬塑的低压缩性土，可作为持力层，桩端进入持力层的深度，对于黏性土不宜小于2d,故选用桩长8m。混凝土选用：C20混凝土，

ft1.1MPa，fc9.6MPa；钢筋选用：HRB335级钢筋，fy300N/mm2。

4.3 初步确定桩的数目

采用公式QukQskQpkuqsikliqpkAP

桩侧桩端都是2#-1粉质黏土层，因上侧IL0.25，桩端IL0.412，取其平均值，IL0.331查表，得qsik80.82kPa，qpk1781.6kPa

Qskuqsikli40.380.828775.87kN

QpkqpkAP1781.60.30.3160.34kN QukQskQpk775.87160.34936.21kN

根据《桩基规范》得单桩竖向承载力设计值Ra4.4 计算复合基桩竖向承载力特征值R 1.初步确定桩的数目：

QukK936.21468.11kN 2由于桩的布置和桩数还未知，先不考虑承台效应和群桩效应，根据公式可知：nFkF1k14001803.38 因此，取n=4，即采用4根桩。 Ra468.112. 确定桩位布置和确定承台尺寸：

因桩距s3.5d3.50.31.05m，所以，取a=1.80+2×0.3=2.40m, b=1.20+2×0.3=1.80m,采用矩形形式。埋深d=1.2m,承台高0.8m，桩顶深入承台50mm，承台有效高度取为：h00.80.0850.715m。 3.考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值R。

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sa由

SaAn0.32.41.81.04m 43.46和

Bc1.80.225，查表取c0.07 l8d1.04 AcAnApsn1.82.440.320.99m2

4所以RRacfakAc468.110.072000.99606.71kPa。 验算：nFkF1kGk1400180202.41.81.2752.794 满足要求。

R606.71

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图4-1 桩基布置图

4.5 计算桩顶荷载

取承台及其上土的平均重度G20kN/m3，

Mk240180(0.25/20.50.02)40(1.20.075)407.1kNm

则桩顶平均竖向力为：

NkFkGk1400180202.41.81.275422.kNR606.71kN n4FkGkMkxmax407.10.94422.5335.62kN1.2R728.05kNn40.922xii1Nk,maxNk,minFkGkMkxmax407.10.94422.309.46kN0 满足要求。 2n40.9xi2i1承台拟采用C20级砼，配筋为HRB335（Ⅱ）级钢筋，桩身砼等级为C30符合规范有关要求，桩的布置和承台平面尺寸如附图所示。

桩顶水平力Hk40kN, 水平力和竖向力的合力与铅垂线的夹角为：

θarctan401.365 ，故可以不验算基桩的水平承载。

1685.844.6 承台受冲切承载力验算

1.柱边冲切。求冲垮比与冲切系数0：

0xa0x0.250.350， h00.7150x0.840.841.527

0x0.20.3500.20y0ya0yh00.250.350 0.7150.840.841.527

0y0.20.3500.2因h=800mm，故可取hp1.0。

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 20xbca0y0yhca0xhpfth0 2[1.527(0.40.25)1.527(1.00.25)]1.011000.715

4563.74kNFl2343kN 式中，Fl21002432343kN，满足要求。 2.角桩向上冲切验算

从角柱内边缘至承台外边缘距离c1c20.45m，a1xa0x，1x0x，

a1ya0y，1y0y。

1x 1y0.560.561.018

1x0.20.350.20.560.561.018

1y0.20.3500.2[1x(c2a1x)]hpfth022[1.018(0.450.25/2)1.018(0.450.25/2)]1.011000.715 920.76kN)1y(c1a1y因NmaxF(MHh)xmax2343(3502430.5601.3)0.90748.18kN 42n440.90xi2i1经验算，可以。 4.7 承台受剪计算

剪跨比与以上冲跨比相同，故对斜截面：x0x0.35 故剪切系数：1.751.751.296 10.351因h0715mm800mm，故可取h0800mm，得hs1.0

hsftb0h01.01.29611001.80.7151834.75kN2Nmax2748.181496.36kN满足要求。

斜截面按0.3计有，其受剪承载力更大，也满足要求。 4.8 承台受弯计算

MyNixi2748.180.40598.kNm

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