基础工程课程设计计算书

《基础工程》课程设计任务书

（一）设计题目

某宾馆，采用钢筋混凝土框架结构，基础采用柱下桩基础，首层柱网布置如附件所示，试按要求设计该基础。

（二）设计资料 1. 场地工程地质条件

场地岩土层按成因类型自上而下划分：1、人工填土层（Qml）；2、第四系冲积层（Qal）；3、残积层（Qel）；4、白垩系上统沉积岩层(K2)。

各土（岩）层特征如下： 1）人工填土层（Qml）

杂填土：主要成分为粘性土，含较多建筑垃圾（碎砖、碎石、余泥等）。本层重度为16kN/m3。松散为主，局部稍密，很湿。层厚1.50m。

2）第四系冲积层（Qal）

②-1淤泥质粉质粘土：灰黑，可塑，含细砂及少量碎石。该层层厚3.50m。其主要物理力学性质指标值为：ω=44.36%；ρ= 1.65 g/cm3；e= 1.30；IL= 1.27；

Es= 2.49MPa；C= 5.07kPa，φ= 6.07°。

承载力特征值取fak=55kPa。

②-2 粉质粘土：灰、灰黑色，软塑状为主，局部呈可塑状。层厚2.45m。其主要物理力学性质指标值为：ω= 33.45%；ρ= 1.86 g/cm3；e= 0.918;IL=0.78; Es=3.00Mpa；C=5.50kPa，Φ=6.55°。

②-3粉质粘土：褐色，硬塑。该层层厚3.4m。其主要物理力学性质指标值为：ω= 38.00%；ρ= 1.98 g/cm3；e= 0.60;IL=0.20; Es=10.2MPa。

3）第四系残积层（Qel）

③-1 粉土：褐红色、褐红色间白色斑点；密实，稍湿-湿。该层层厚2.09m。

1

其主要物理力学性质指标值为：ω= 17.50%；ρ= 1.99 g/cm3；e= 0.604；IL=0～0.24； Es=16.5MPa;C= 41.24kPa;Φ= 22.63°。

4）基岩—白垩系上统沉积岩层(K2)

本场地揭露岩层为白垩系上统沉积岩层, 岩性以粉砂岩为主。根据岩石风化程度的不同将本区岩石划分为强风化、中风化岩、微风化岩。

④-1强风化层：

褐红色。厚度多在3.50～5.50m之间，平均为4.0m。其主要物理力学性质指标值为：ρ= 2.30 g/cm3； Es=100.0MPa。

本层取1个土样，作标准贯入试验3次，均在20cm出现标贯锤反弹现象，击数N=30～36击。

④-2中风化层：

褐红色；岩质较硬，节理、裂隙稍发育，岩芯多呈短柱状，碎块状。厚度3.0m。Es=400.0MPa。

④-3微风化层：

褐红色；岩石新鲜、坚硬，岩芯多呈长柱状。其饱和抗压强度值30.60MPa。

2. 场地水文地质条件

拟建场地已人工填土整平，无明显地表水体存在，仅在阴雨天气可在低洼处见少量地面积水。场地地基土中无明显的含水层, 地下水主要为储存在杂填土中的上层滞水，补给来源为生活用水及大气降水。经观测，本场地地下水静止水位标高在11.30～11.89m之间。

3. 上部结构资料

上部结构为钢筋混凝土框架结构，底层柱布置及上部结构传至±0.00m的荷载条件如附件。所有底层柱截面尺寸均为600mm×600mm。柱子的混凝土强度等级为C30。

（三）设计内容 （1）确定桩型、桩长；

2

（2）确定单桩或基桩竖向承载力；

（3）确定桩数、承台尺寸及建筑物的桩基础平面布置； （4）桩基础承载力验算； （5）承台及连梁设计计算； （6）桩沉降验算；

（7）绘制施工图（包括基础平面布置图、桩的布置及承台平面图、桩基础剖面图、承台配筋图、桩配筋图、施工说明等）。

（四）设计依据

（1）《JGJ94-2008 建筑桩基技术规范》 （2）制图标准等其它规范、规程、标准。

（五） 设计要求

（1）设计符合施工图设计深度要求。

（2）计算书要求：书写工整、数字准确、图文并茂，任务书随计算书装订。 （3）制图要求：所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为长仿宋字。

（4）图纸规格：A2；计算书：A4。 （5）设计时间：1.5周。

任务书附件：

（1）上部结构底层柱网平面布置图

（2）恒载作用下底层柱底的荷载作用标准值 （3）活载作用下底层柱底的荷载作用标准值

3

《基础工程》课程设计计算书

1.设计资料

1.场地工程地质条件

建筑地基的土层分布情况及各土层物理、力学指标见表1.1

表1.1地基各土层物理，力学指标

土层 编号 人工土层名称 层底埋深 （m） 1.50 5.0质粉质粘0 土 .50 2.45 3.40 2.09 3 18.2 19.4 19.5 22. 层 2.94 5 0.0 0 0.918 0.60 0.6～94 风化>104 0.24 10 24 63 5 .27 0.78 0\\ 粘土 85 12.粉土 .20 041.22.\\ 2 16. 7 5.50 ．07 6.55 9 3.0 粘土 5 10.0 10. 5 层厚 （m） 116 填土 淤泥.50 316. (kN/m)3e ILc(kpa) (o) ES(Mpa) fak(kpa) ① ②-1 ②-2 ②-3 ③-1 1.315.062.45粉质7.4粉质④

1.2荷载组合

对28根桩荷载进行组合，根据荷载大小把柱分成2组，第一组为①和13

4

轴，第二组为②~12轴。取各桩的最不利荷载，结果如下：

标准组合：用于进行桩的承载力计算，计算公式为：Sk1.0恒载1.0活载。 第一组：F2742.80kN,M11.10kNm，V72.9kN 第二组：F4009.1kN,M8kNm，V46.5kN 基本组合：用于承台设计及桩身配筋，计算公式为：

S1.35恒载0.71.4活载。

第一组：F3587.3kN,M15.3kNm，V53.3kN 第二组：F5211.3kN,M11.5kNm，V64.2kN

准永久组合：用于桩基沉降验算，计算公式为：Sq1.0恒载0.7活载。 第一组：F2645.4kN,M11.3kNm，V74.5kN 第二组：F3846.1kN,M8.2kNm，V47.6kN

2.桩型选择和持力层确定

根据施工场地、地基条件以及场地周围环境条件，采用预制混凝土管桩。桩边长取400mm×400mm。

选择第④层风化层作为桩端持力层，桩端全断面进入持力层1.0m（>2d）桩入土深度为h12.941.013.94m。取承台厚度为1.0m，承台埋深为1.94m，则桩长h11.0m。

3.确定单桩承载力

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.3.5：用经验参数法确定单桩极限承载力标准值：QukQskQpku

qsikliqpkAp

qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值。由《规范》表5.3.5-1得各层

表3.1 各层土的极限侧阻力标准值

土的极限侧阻力标准值如表3.1

土层编号 ① ②-1 ②-2 ③-1 ③-1 ④-1

5

土层名称 人工填土 淤泥质粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土 粉土 强风化层 qsik /(kpa)30 30 57 88 70 220 qpk为极限端阻力标准值，由《规范》表5.3.5-2得：qpk桩极限承载力标准值：

6000kpa。

QukQskQpkuqsikliqpkAp40.4(303.06572.45883.40702.092201.0)60000.42 2396kpa根据《规范》5.2.2：单桩承载力特征值Ra1得：Ra23961198kpa

2

1 Quk，K为安全系数，取K=2。

K4．确定桩数和承台底面尺寸

4.1 ①和13轴柱桩数和承台的确定 取最大轴力组合的荷载F=2742.8kN

初步估算桩数,考虑偏心受压，取调整系数为1.1，即：

nF2742.81.11.12.5 R1198取n＝3根，桩中心距 Sa1.4m3d＝1.2m，桩承台为等边三角形承台，桩位平面布置见附图。

4.2 ②~12轴柱桩数和承台的确定 取最大轴力组合的荷载F=4009.1kN

初步估算桩数,考虑偏心受压，取调整系数为1.1，即：

nF4009.11.11.13.7 R1198取n＝4根，取桩中心距 Sa1.4m3d＝1.2m，桩心距承台力缘取500mm，承台底面尺寸为2400mm×2400mm，桩位平面布置见附图。

6

5.桩基承载力验算

5.1 ①和13轴柱桩单桩承载力 轴心竖向力作用下：

12742.8202.42.21.94FGk2 Qkk948.4Ra1198kpa，满足要求。n3偏心竖向力作用下

QkmxFkGkMykxmaxnxi2

(12.4491.94)0.7=948.4+= 1025.2<1.2Ra=1437.6kpa，满足要求 。

20.72

5.2 ②~12轴柱桩单桩承载力 轴心竖向力作用下

QkFkGk4009.1202.42.41.941058.1Ra1198kpa，满足要求。 n4偏心竖向力作用下

QkmxFkGkMykxmaxnxi2

(0.146.51.94)0.7=1058.1+= 1090.3<1.2Ra=1437.6kpa，满足要求。

40.72

6.承台受弯计算

6.1 ①和13轴柱桩承台受弯计算

承台厚度1.0m，保护层为50mm，则h00.95m，混凝土强度等级为C25，混凝土的抗拉强度为ft1.19N/mm2，采用对称配筋，钢筋选用HRB335级，

fy300N/mm2。取荷载基本组合：

F3587.30kN，M15.28kNm，

V53.27kN

F3587.30N1195.8kN

n3

7

NmaxFMyxmax(15.2853.271.94)0.71195.81280.5kN22n20.7xjMNmax31280.53(sac)(1.40.4)523.6kNm 3434523.6106As2041.3mm2

0.9fyh00.9300950选用7B20@150钢筋，As2199.4mm2 6.2 ②~12轴柱桩承台受弯计算

取荷载基本组合：F5211.34kN，M11.5kNm，V64.18kN NMF5211.341302.8kN n4FMyxmax(11.564.181.94)0.7Nmax1302.81347.3kN

nxj240.72MyNixi2Nmaxxi21347.30.41077.8kNm 1077.8106As4202mm2

0.9fyh00.9300950选用B20@150钢筋，As5027.2mm2

M7.承台抗冲切验算

7.1 ①和13轴柱桩承台抗冲切验算 柱对承台的冲切验算：

根据《规范》5.9.7：承台受柱冲切的承载力可按以下公式计算：

Fl2[0x(bca0y)0y(hca0x)]hpfth0

柱边到最近桩边的水平距离：a0x0.2m，a0y0.3m。 冲垮比：0x=a0x=0.21，0y=ah00yh0=0.32

冲切系数：0x0.84x0.20.840.840.841.62 2.04，0yy0.20.320.20.210.2

8

hp1

10.95(950800)0.094

2000800承台抗冲切承载力：

2[0x(bca0y)0y(hca0x)]hpfth022.04(0.60.3)1.62(0.60.2)0.99411900.957083.9kNFl3587.30kN7083.9kN，满足要求。

角桩对承台的冲切验算：

根据《规范》5.9.8：三桩三角形承台受角桩冲切的承载力可按以下公式计算：底部角桩：Nl11(2c1a11)hptan12fth0， fth0

顶部角桩：Nl12(2c2a12)hptan22从角桩内边缘至承台外边缘距离：c11.07m，c21.04m

承台变阶处相交点至角桩内边缘水平距离：a110.20m，a120.26m； 角桩冲跨比：11=a11h0=0.21，12=a12h0=0.27

冲切系数：110.5612110.20.561.36，

0.210.20.560.561.19

120.20.270.2承台抗冲切承载力:

fth0 21.36(21.070.20)0.994tan30o11900.952064.7kNfth0 21.19(21.040.26)0.994tan30o11900.951806.6kN11(2c1a11)hptan112(2c2a12)hptan2NlNmax1280.5kN1806.6kN2064.7kN，满足要求。

7.2 ②~12轴柱桩承台抗冲切验算 柱对承台的冲切验算：

9

根据《规范》5.9.7：柱下矩形独立承台受柱冲切冲切承载力可按以下公式计算：Fl2[0x(bca0y)0y(hca0x)]hpfth0

柱边到最近桩边的水平距离：a0x0.2m，a0y0.2m。 冲垮比：0x=a0x=0.21，0y=ah00yh0=0.21

冲切系数：0x0.84x0.20.840.840.842.04 2.04，0yy0.20.210.20.210.2受冲切承载力截面高度影响系数：hp1承台抗冲切承载力：

10.95(950800)0.094

20008002[0x(bca0y)0y(hca0x)]hpfth022.04(0.60.2)2.04(0.60.2)0.99411900.957335.6kNFl5211.34kN7335.6kN，满足要求。

角桩对承台的冲切验算：

根据《规范》5.9.8：承台受角桩冲切的承载力可按以下公式计算：

a1yNl1xc22a1xc1y12hpftho 从角桩内边缘至承台外边缘距离：c1c20.7m，

承台变阶处相交点至角桩内边缘水平距离：a1xa1y0.2m， 角桩冲跨比：0x=0y=a0x=0.21

h0冲切系数：1x1y0.56x0.20.561.36

0.210.2a1ya1xcchpftho1x21y1220.20.21.360.71.360.70.99411900.952445.2kN

22，满足要求。

NlNmax1347.3kN2445.2kN

8.承台斜截面抗剪验算

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8.1 ①和13轴柱桩承台斜截面抗剪验算

根据《规范》5.9.10：承台斜截面受剪承载力可按以下公式计算：

Vhsftb0h0柱边到最近桩边的水平距离：ax0.2m，ay0.3m。 剪垮比：x=axh0=0.21<0.3，取x=0.3；y=ay0.31h0=0.32

剪切系数：x1.751.751.35， y1.751.751.32

x1y10.321受剪切承载力截面高度影响系数：hs对于Ⅰ-Ⅰ截面：

800h01/48009501/40.958

b00.50.4040.8080.52.212m

hsxftb0h00.9581.3511902.2120.953234.11kN对于Ⅱ-Ⅱ截面：

b0(0.2890.2890.7)22.556m

,

hsxftb0h00.9581.3211902.5560.953654.02kN

V2Nmax21280.5kN2561.0kN3234.11kN3654.02kN满足要求。

8.2 ②~12轴柱桩承台斜截面抗剪验算

根据《规范》5.9.10：承台斜截面受剪承载力可按以下公式计算：

Vhsftb0h0柱边到最近桩边的水平距离：ax0.2m，ay0.2m。 剪垮比：x=y=axh0=0.21<0.3，取x=0.3

0.31剪切系数：xy1.751.751.35，

x1受剪切承载力截面高度影响系数：hs800h01/48009501/40.958

hsxftb0h00.9581.3511902.40.953508.98kN

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由于承台截面对称：满足要求。

V2Nmax21347.3kN2694.6kN3508.98kN,

9.桩身结构设计 9.1桩身配筋计算

预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30，钢筋选用HRB335级，桩顶轴压力应符合下列规定：

NNmaxmaxcfAcps

FMyxmax(0.1764.181.94)0.71302.81347.3kN 22nxj40.7计算桩身轴线抗压强度时，一般不考虑压屈影响，取1；对于预制桩，桩基施工工艺系数 0.8；C30混凝土

cfc=14.3N/mm2

cfAc610.814.3100.40.41830.4kN1347.3kN ps桩身轴承载力满足要求。故按构造配筋，选取8B14，As1231mm2。 9.2桩身构造设计

箍筋选用A8的钢筋，间距200mm，距桩顶2m范围内箍筋加密，间距为100m，桩身主筋混凝土保护层厚30mm。

10.连梁设计

根据《规范》4.2.6：连梁宽度不宜小于250mm，其高度可取承台中心距的

111/10~1/15,且不宜小400mm。(~)7200480~720mm，取连梁高度

1015h=500mm，宽度b=300mm。按构造配筋，选取8B14，As1231mm2。箍筋选取A8@200mm。

11.桩桩沉降验算

由于桩的埋深为13.94m，故桩沉降由13.94m处往下计算。根据《规范》

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5.5.6，采用等效作用分层总和法计算其最总沉降量。

①计算地基土的自重压力： 地下水位以上：

c1161.516.33.518.22.4519.43.419.51211.1kPa； 地下水位以下：

c2(19.510)1.09(22.510)1.022.9kPa； 总的自重应力：cc1c2234.0kPa。 ②基础的自重应力：

地下水位以上：p12011.85237kPa；

地下水位以下：p220(13.9411.85)41.8kPa； 总的应力pp1p2278.8kPa。 （1）①和13轴桩：

三角形承台的面积为3.82m2把其等效为边长为2m2m的矩形 附加应力p0Z(m) 0 1.0 2.0 3.0 4.0 FG2645.4203.821.94c'211.1520.2kPa A3.82lb zb c(kPa) 234.0 246.5 259.0 271.5 284.8  zP0(kPa) 1 1 1 1 1 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.250 0.232 0.175 0.122 0.084 130.1 120.7 91.0 63.5 43.7 在Z=4.0m处，Z （m） z43.70.1540.2，所以本基础取Z=4m计算沉降量。 c284.0平lbz b均附加iZi(m) izii1zz1Esi(MPa)

Si4P0Ei应力系 13

(izii1zi1)

数i 0 1 0 0.2500 1.0 2.0 3.0 4.0 1 .5 1 .0 1 .5 1 .0 21100.2448 0.2252 0.1991 0.1746 0.2448 0.4504 0.5973 0.6984 0.1011 400 0.1469 100 0.2056 100 0.2448 100 0 ---- ---- ---- 5.094 4.278 3.057 0.526 所以S5.0944.2783.0570.52612.955mm

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.5.7，可得沉降计算如下： ses4ePo'i1nziizi1i1

EsiEsAAEiisi520.2(5.0944.2783.0570.526)520.25.094520.24.278520.23.057520.20.526 10010010040089.14MPa40MPa取沉降经验系数0.40。

nbnBc231.73， Lc2由

LSa1.42l113.5，27.5，c1，得：

Bc2d0.4d0.4c00.059，c11.499，c27.380，

ec0nb11.7310.0590.145

c1(nb1)c21.499(1.731)7.380所以：S0.400.14512.9550.75mm。

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（2）②~12轴桩 附加应力p0 Z(m) 0 234.0 1.2 249.0 2.4 264.0 3.6 276.0 3.8 281.5 在Z=3.8m处，量。

Z （m） FG3846.1202.42.41.94c'211.1495.4kPa A2.42.4l bz bc(kPa) zP0(kPa)1 0 0.250 123.8 1 0.5 0.232 114.9 1 1.0 0.175 86.7 1 1.5 0.122 60.4 1 1.58 0.113 55.9 z55.90.1980.2，所以本基础取Z=3.8m计算沉降c281.5lbzb平均附加应力系数i iZi(m) izii1zz1Esi(MPa) Si4P0Ei (izii1zi1)0 1 0 0.2500 0 ---- ---- ---- 1.2 2.4 1 .5 1 .0 00.2448 0.2938 0.5495 0.2938 100 5.822 10.2252 0.2557 100 5.670

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3.6 3.8 1 .5 1 .58 10.1991 0.7168 0.7361 0.1673 400 0.829 10.1937 0.0193 400 0.096 所以S5.8225.6700.8290.09612.417mm

EsAAEiisi495.4(5.8225.6700.8290.096)495.45.822495.45.670495.40.829495.40.096 10010040040081.73MPa40MPa取沉降经验系数0.40。

nbnBc242， Lc2由

LSa1.42.4l111，得： 3.5，27.5，cBc2.4d0.4d0.4c00.059，c11.499，c27.380，

ec0nb1210.0590.172

c1(nb1)c21.499(21)7.380所以：S0.400.17212.4170.85mm。

根据《规范》表5.5.4，最大沉降差允许值Smax0.002lo

S0.850.750.1mmSmax0.00211000022mm，满足要求。

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