基础工程课程设计

第一章 概述

1.1 设计任务

1.1.1 设计题目：某单层厂房柱下基础设计 1.1.2 工程名称：机械厂的装配车间设计

1.1.3 场地位置：建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为42m×24m,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。

1.1.4 上部结构的类型及尺寸：该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吨级工作制桥式吊车。见图1－1。

图1-1 某厂房建筑平面图 单位：mm

1.1.5 设计任务：1、完成2号柱下浅基础的设计与地基的检算。2、完成2号柱下桩基础设计。2号柱为边柱，截面形状为矩形，尺寸：长×宽=1000×400mm。 1.2 设计资料

1.2.1地质勘察资料：勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。自X年X月X日开始，至X年X月X日结束。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。

钻探点布置见图1-2，地质剖面见图1-3

图1-2 地质钻孔平面布置图

1

基础工程课程设计

图1-3 I—I地质剖面（m）

场地处地面平坦。据钻探揭露，2号柱下各地层的情况如下：

第①层：人工填土。以灰黑色粉土为主，伴有碎砖、炉渣等杂物的填土层。厚度为0.m，结构疏松，土质不均，平均天然重度=17.1kN/m3。

第②层：粉质粘土。呈棕红色，厚度为9.70m，硬塑~可塑，土质较均匀。土质指标：w=24.4%,=20.1kN/m3,Gs=2.70,e=0.681,wL=33.81%,wP=21.31%,IP=12.5,IL=0.25,aV=0.19,=25°15′,c=6.22kPa。

第③层：粘土。呈黄黑色，没有钻透，据调查厚度在10m以上。土质均匀，可塑~硬塑。土质指标：w=25.51%,=20.4kN/m3,Gs=2.72,e=0.669,wL=37.71%,wP=20.11%,IP=17.6,IL=0.25,aV=0.17,=18°41′,c=8.84kPa。

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。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 1.2.2设计荷载

基础梁上的荷重按30kN/m计算。基础梁的横截面尺寸如图1-4，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。

图1-4 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：mm）

2

基础工程课程设计

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：

荷载组合编号： L21 L22

MK380kNmFK1500kN H80kNK1.3 设计依据

M550kNmF2200kN H125kN1.中华人民共和国国家标准．建筑地基基础设计规范，GB 50007—2002 2.中华人民共和国国家标准．建筑桩基技术规范，JGJ94-94

3.中华人民共和国行业标准．铁路桥涵地基和基础设计规范，TB 10002.5－2005

第二章 方案设计

考虑基础梁荷载，荷载标准值Fk =1500+30×6=1680kN；Mk =380+30×6×0.5=496kN•m；Hk =80kN。 2.1 扩展基础

2.1.1 拟定基础的形式和尺寸

(1) 确定基础埋深及基顶标高 根据地层情况，第②层土层厚度较深且土质较好，且稳定水位在2.9~3.9m深处，同时第①层杂填土不宜用作建筑物地基，故基础埋深初拟为2.0m。室外设计地面标高为-0.15m，基础顶面至少应低于设计地面0.1m，初拟基顶标高为-0.90m。如图2-1。

图2-1 基础埋深及基顶标高(单位：mm)

(2) 拟定基础立面形式及平面尺寸

由(1)，基础持力层取为第②层土，持力层土承载力先只进行深度修正：由持力层土e=0.81<0.85，IL=0.25<0.85，粉质粘土查表得承载力修正系数d=1.6，

b=0.3。稳定水位为2.9~3.9m，对于基底以上土不考虑地下水的影响，取基础底

3

基础工程课程设计

面以上土的加权平均重m，fa修正取标高-0.15m为基准线，且假定地基短边宽度不大于3m则m0.17.1(1.50.)20.118.32kN/m3；

1.5fafakdm(d0.5)2001.618.32(1.50.5)229.31kPa;

计算简图如图2-1，先按中心荷载计算，有

A1Fk16808.43m2；将基底面积扩大为A=1.2A1=1.2×

faGH229.31201.58.43=10.12m2。基础尺寸拟为bl4m3m12m2，由于基底的最短边为3m，因此不需要对fa进行修正。基础立面形式如图2-1。 基础平面尺寸如图2-2。

图2-2 基础平面尺寸(单位：mm)

2.1.2 荷载计算及验算

竖向力：

FkGk1680431.5202040kN

弯矩：

Mk496801.5616kNmpk

FkGk2040170kPafa229.31kPaA34 满足要求。

GkFkM616170247kPa1.2fa275.17kPa1342AW 满足要6

pk,max求。

4

基础工程课程设计

eMk616b40.3020.667FkGk204066 满足要求。

因此，基地尺寸3m×4m能够满足承载力要求。

地基变形验算：略。 2.2 桩基础

2.2.1 选定桩基类型。 由于第①层杂填土承载力不足，不宜用作建筑物地基，

故选用低承台，埋深1.5m；采用打入桩，摩擦端承桩，部分挤土桩。

2.2.2 选择桩材和桩径。 选用混凝土预制圆形桩，桩径d=350mm。 2.2.3估算桩长和桩数

由于第③层粘性土的承载力较大，因而选用第③层粘性土作为持力层，对于黏性土和粉土，桩端进入持力层的深度不宜小于2d=2×0.35=0.7m，因此桩径可选择为10m。

μ=πd=π×0.35=1.10m，Ap=9.09m，l2=0.91m

第②层粉质粘土：0<𝐼L=0.25≤0.25,查表可取qs2k=86kPa；第③层

粘性土：0<𝐼L=0.25≤0.25,9<𝑙≤16,查表可取qs3k=86kPa,qpk=4042kPa。

Quk=Qsk+Qpk=μ∑qsikli+qpkAp

=1.10×(86×9.09+86×0.91)+4042×0.096=1334kN Ra=

Quk2

13342

πd24

=

π×0.352

4

=0.096m2，l1=

==667kN

假设承台及其上填土的自重标准值约为竖向荷载的10%。 N≥

Fk:GkRa

=

1680×(1:10%)

667

=2.77,

将n增加10%~20%，即n=3.05~3.32，可取n=4。

2.2.4拟定承台底面和顶面标高以及平面形状、尺寸

采用板式矩形承台，布置两排。由于是部分挤土桩及非饱和土，桩最小中心距为3.0d=3.0×350=1050mm，承台的厚度应不小于300mm，宽度不小于500mm，承台边缘至边桩中心的距离不应小于d，且边缘挑出部分不应小于150mm，同时柱的尺寸为1000mm×400mm，承台最小边长为2×150+3.0×350+350=1700mm，因此拟定承台地面尺寸为2000mm×2000mm，厚度拟定为750mm。承台立面图如图2-3，平面图如图2-4。

5

基础工程课程设计

图2-3 承台里面图(单位：mm)

图2-4 承台平面图(单位：mm)

2.2.5桩的布置。桩位布置立面图如图2-6所示，

图2-6 桩位布置立面图(单位：mm)

桩位布置平面图如图2-5所示

6

基础工程课程设计

图2-5 桩位布置平面图(单位：mm)

a

2.2.6 初步检算单桩承载力。因为d=0.35=3.6，

S1.25

Bcl

=

1.510

=0.15<0.4，用

内插法查表可得：ηc=0.12， fak=200kPa；考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值为：

A−nAps0.352

Ac==(2×2−4×π×)/4=0.904m2

n4R=Ra+ηcfakAc=667+0.12×200×0.904=688.70kN

取承台及其上土的平均重度γG=20kN/m2，Gk=2×2×1.5×20=

120kN

轴心竖向力作用下：

Fk+Gk1680+120Nk===450kN<𝑅=688.70𝑘𝑁，

n4满足要求。

偏心竖向力作用下：

Nik=

(496+80×1.5)×0.625Fk+Gk(Mk+Hkh)xi

±=450± 2∑xjn4×0.6252696kN<1.2𝑅=826.44𝑘𝑁

246.4kN

，

=,满足要求。

水平承载力验算：Hl=

Hkn

804

==20kN，由于其值较小，因此无需验算

考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值。

地基变形验算（略）。

7

基础工程课程设计

第三章 技术设计

考虑基础梁荷载，荷载标准值： M=550+180×0.5×1.35=706.74kN•m；F=2200+180×1.35=2443kN；H=125kN。 3.1 扩展基础

3.1.1 计算基底净反力。

计算简图如图3-1所示。

图3-1 计算简图(单位：mm)

FM+Hh2443706.74+125×1.5315.16kPa=+=±=,

191.80kPaAW3×42×3×46pj max

j min

8

基础工程课程设计

3.1.2 确定基础高度。

按《地基规范》要求，铺设垫层是保护层厚度不小于40mm，因此可取钢筋重心到混凝土外表的距离为50mm，故钢筋的有效高度为

h0=750−60=700mm<800𝑚𝑚,故βhp=1.0,at=400mm, ab=at+2h0=0.4+2×0.7=1.8m<𝑙=2𝑚

bbtlat4130.42

Al=(−−h0)l−(−−h0)=(−−0.7)×3−(−−0.7)2

222222222

=2.04m 取pj=pj max=315.16kPa，得

Fl=pjAl=315.16×2.04=2.93kN

基础混凝土采用C25，其ft=1.27MPa, am=

at:ab2

=

0.4:1.82

=1.1m,

0.7βhpftamh0=0.7×1.0×1.27×103×1.1×0.7=684.53kN>Fl=8.60kN 故h=750mm能够满足抗冲切承载力的要求。

3.1.3 内力计算。台阶的宽高比为

M:HhF

b;bt2h

4;1

=2×0.75=2<0.25且偏心距e=

=

706.74:125×1.5

2443

=0.366<6=6=0.667，因此可用公式计算弯矩

b4

控制截面在柱边处(即图3-1中1-1截面和2-2截面)。

′

b−b4−1

a′=at=0.4m,b′=bt=1m,a1===1.5m

22ba141.5p1pjmin(pjmaxpjmin)91.80(315.1691.80)231.4kPab4

M112a1[(2la)(pjmaxp1)(pjmaxp1)l]1211.52[(230.4)(315.16231.4)(315.16231.4)3]702.99kNm12

M2

1(la)2(2bb)(pjmaxpjmin)481(30.4)2(241)(315.1691.80)515.82kNm48

3.1.4 抗弯钢筋的配置。

采用HRB335级钢筋，查表fy=300N/mm2,fc=11.9N/mm2，按梁进行配筋。

9

基础工程课程设计

沿长边方向：M1=702.99kN∙m,h01=700mm,b=3000mm,取α1=1.0

M1702.99×106

αs===0.040 21.0×11.9×3000×700α1fcbh201

ξ=1−√1−2αs=1−√1−2×0.040=0.041<ξb=0.550,非超筋 α1ξfcbh011.0×0.041×11.9×3000×700

As===3415.3mm2

fy300选用HRB335级钢筋，17B16@180 ，钢筋总面积为3419.7mm2。故实际h01=h−a−

d12

=750−40−

162

=702mm,大于原假定的700mm，配筋符合。

沿短边方向：钢筋置于长边钢筋上，假设采用B12的钢筋，则h02=h−a−d1−

d22

=750−40−16−

122

=688mm,M2=515.82kN∙m,b=4000mm。

M2515.82×106αs===0.023 21.0×11.9×4000×688α1fcbh201

ξ=1−√1−2αs=1−√1−2×0.023=0.023<ξb=0.550,非超筋 As=

α1ξfcbh011.0×0.023×11.9×4000×686

==2503.4mm2 fy300选用HRB335级钢筋，23B12@170 ，钢筋总面积为2601.3mm2。 3.1.5 浅基础施工图如附图1所示。 3.2 桩基础

3.2.1 承台内力计算。

计算简图如图3-2所示。

10

基础工程课程设计

图3-2 计算简图

N1=

2

F(M+Hh)xi2443(706.74+125×1.5)×0.625968.45kN±=±=, 2253.05kN∑xjn44×0.6252

3.2.2 承台受冲切承载力计算。

桩顶插入承台50mm，承台有效高度h0=600−85=515mm,a0x=75.62mm,a0y=257.11mm。选用C25级混凝土和HRB335级钢筋，其ft=1.27N⁄mm2,fc=11.9N⁄mm2,fy=300N⁄mm2。冲切锥角大于45°。

① 承台抗冲切。Fl=F=2443kN

a0x75.62λ0x===0.147<0.25,取λ0x=0.25

h05150.840.84

β0x===1.867

λ0x+0.20.25+0.211

基础工程课程设计

0.25<𝜆0y

a0y257.11===0.499<1,取λ0y=0.816 h05150.840.84

==1.202

λ0y+0.20.499+0.2β0y=

μm=2×914.2+2×1151.2=4130.8mm,h=400mm<800𝑚𝑚,取βhp=1.0

βhpβ0xμmfth0=1.0×1.867×4130.8×1.27×515×10;3=5044.17kN>Fl=2443kN

满足要求。

βhpβ0yμmfth0=1.0×1.202×4130.8×1.27×515×10;3=3247.50kN>Fl=2443kN

满足要求。

②柱边冲切。

2[β0x(bc+a0y)+β0y(hc+a0x)]βhpfth0

=2×[1.867×(400+257.11)+1.202×(1000+75.62)]×1×1.27×515×10;3

=3296.05kN>Fl=2443 kN 满足要求。

③角柱向上冲切。c1x=c1y=550mm,a1x=a0x=75.62mm,a1y=a0y=257.11mm,λ1x= λ0x=0.25,λ1y= λ0y=0.499。 β1x

0.560.560.560.56= ==1.244,β1y===0.801 λ1x+0.20.25+0.2λ1y+0.20.499+0.2a1y2

*β1x(C2+)+β1y(C1+

257.112

a1x2

)+βhpfth0

75.622

=*1.244×(550+

)+0.801×(550+)+×1.0×1.27×515×

10;3

=1060.04 kN>Nmax=N1=968.45kN, 满足要求。 3.2.3 受剪切计算

① 1-1 截面：λx= λ0x=0.25,αx= λ(h)4=1.12

0

1.75

x

=0.25:1=1.40,βhs=:1

1.75

8001

12

基础工程课程设计

βhsαxftb0Ih0=1.12×1.40×1.27×2000×515×10;3

=2051.10kN>2Njmax=2N1=2×968.45=

1936.9kN

满足要求。

② 2-2 截面：λy= λ0y=0.499,αy= λ(h)4=1.12

0

1.75

y

=0.499:1=1.17,βhs=:1

1.75

8001

βhsαyftb0Ih0=1.12×1.17×1.27×2000×515×10;3

253.05=1221.5kN

满足要求。 3.2.4 承台受弯承载力计算

②沿y方向：y=425mm,取α1=1.0，拟定用B12的钢筋。 Mx=∑Niyi=(N1+N2)y=(968.45+253.05)×0.425=519.14 kN∙m

Mx519.14×106

αs===0.082 21.0×11.9×2000×515α1fcbh20

ξ=1−√1−2αs=1−√1−2×0.082=0.086<ξb=0.550,非超筋 As=

α1ξfcbh011.0×0.086×11.9×2000×515

==3513.67mm2 fy300 =1714.13kN>𝑁=N1+N2=968.45+

选用HRB335级钢筋，14B18@140 ，钢筋总面积为3563mm2，沿y方向布置。

① 沿x方向：x=125mm,取α1=1.0

My=∑Nixi=2N1x=2×968.45×0.125=242.11 kN∙m αs=

Myα1fcbh20

=

242.11×106

18141.0×11.9×2000×(515−2−2)2

=0.041

ξ=1−√1−2αs=1−√1−2×0.041=0.042<ξb=0.550,非超筋 1814

α1ξfcbh011.0×0.042×11.9×2000×(515−2−2)As===1662.67mm2

fy30013

基础工程课程设计

选用HRB335级钢筋，11B14@180 ，钢筋总面积为1692.9mm2，沿x方向布置。

3.2.5 桩基础施工图如附图2所示。

第四章 施工方案

4.1 扩展基础施工方案

① 施工顺序：建筑定位→放线（轴线及基槽边线）→基槽开挖→基槽验收→垫层铺设→基础放线→基础浇筑→基础回填。

② 施工方法：采用明挖法。

③ 施工机具：反铲、搅拌机、混凝土浇筑模板。

④ 施工中注意事项：1.人员安全；2.由于配筋在不同方向用的直径不相同，因此在布置钢筋是要注意不能布置错；3.混凝土浇筑时，不要是钢筋暴露在外面，即保护层要合适。4.混凝土分段浇筑时，间隔不能太长。 4.2 桩基础施工方案

① 施工顺序：制作混凝土预制桩→建筑定位→放线（轴线及基槽边线）→基槽开挖→基槽验收→预制桩就位→承台放线→承台浇筑→回填。

② 施工方法：基槽开挖采用明挖法；桩采用混凝土预制桩

③ 施工机具：开挖使用的反铲；混凝土预制桩就位采用的大锤等机具；浇筑混凝土用的搅拌机、模板。

④施工中注意事项：1.人员安全；2.由于配筋在不同方向用的直径不相同，因此在布置钢筋是要注意不能布置错；3.混凝土浇筑时，不要是钢筋暴露在外面，即保护层要合适。4.混凝土分段浇筑时，间隔不能太长；5.预制桩打入时，要采用合适的方法，不能损坏混凝土预制桩，且打入深度要适合；6.浇筑承台时要使预制桩深入50mm左右，不能相差太多。

14