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1、第四章基础方案评价与设计第一节岩土参数统计4.1.1各土层的主要物理力学性质分层统计各土层物理力学性质见表4-1表41各上层物理力学性质指标统计成果表层称 地名项 目含水量w%3 湿重度丫N/mk孔隙比e限Wp%塑性指数b液性指数hISMpa剪 直内聚力kPa内摩 擦务（p 度） 粉质 粘土n34343434343421177X a n92.321<1390.93.243八2740.9368m56.1i11&11o26614.111.063096.128u*262219.5476561185.500.37.223a3.30850.090.90112.5010676 <1&l
2、t;0073.0063003020o11o6 no20024 a34 o22 o 粘土n9090909090902511441X a n7 &2620.2480.924.624.270527.5422m578113350.83.1.611 o66011218u*63.2349!1671619.43 &<1320.83.36602.204900702.502.900703.600093.003090.0030.090.311o160.820.62 a24 o8o 残积 粘性土n53535335535321199X a n56.2720.6290.13.275.247 o62
3、5020m15.4.77.11500.6.7&08.02&179Hr7 z249118960.&117. <1240.8<1<35602.3065 o070003.60070853.0011 n3.006000.03000.160.210.290.300.310.184.1.2各土层承载力特征值.压缩模量（变形模量）综合成果 承载力特征值、压缩（变形）模量等见表42表42承载力特征值、圧缩（变形）模量分层统计成果表地层 编号层名室内 岩土试验标准贯入综合取值/akkPa>EsMPa-N（击）/akkPaiEsMPa，/akkPa>Es(1-
4、2i粉质粘土1907.37.416010.017()8.0粘土45013.816.84501&04(H)16.0残积粘 性土20011.821.026023.026012.0强风化 泥岩42.9420Eo=44 0中风化 泥岩frk= 5.86 MPafa=1300kPa4丄3桩基设计参数桩基设计参数见表43表43桩基设讣参数层号层名状态钻孔灌注桩长螺旋压灌桩Qsia (kPa)qpa (kPa)Qsia (kPa)Qpa (kPa)粉质粘土可3829粘土4939残积粘性土4536强风化泥岩硬6858900中风化泥岩中风化17022001401800第三节桩基础设计43.1设计资料住宅
5、楼高98.8m, 33层，整体为一矩形，长40m宽10m,占地而积400m2,每层荷重 按16.0kN/m2考虑，则建筑总载荷F=211200kNo结构形式为剪力墙结构，剪力墙厚0.3m, 长10m,共8而。基础形式为钻孔灌注桩，采用旋挖成桩工艺，泥浆护壁。承台埋深1.5ma土层情况为：0-1.5粉质粘土，厚度1.5m：I. 5-7.2m 粘上，厚度 5.7m：7.2-11.2m残积粘性土,厚度4m：II. 2-19.7m强风化泥岩,厚度&5m；19.7m-中风化泥岩。各土层物理力学性质指标见本章第一节。4.3.2桩基持力层及桩长确定根据工程地质情况，选择第层中风化泥岩为持力层，桩径d
6、=lm,承台埋深l5m. 桩进入持力层4.0m,深入承台0.2m,则桩长7=4+&5+4+5.7 + 1.5 - 1.5 = 222m4.3.3单桩承载力的确定一、单桩竖向极限承载力的确定根据上述条件，桩身周长“ = 3.142m，桩端而积= O.785nr根据规范，有经验参数法公式：a = Q1k + Qz =吃 q詁+你内<4.i)式中Q* 单桩极限承载力标准值；Qq。卅一分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值："桩身周长；偏一桩侧第i层土的极限侧阻力标准值：桩周第i层土的厚度：你*极限端阻力标准值：州一桩端而积。则(取值于表4-3)Quk =342x(170
7、x4 + 68x8.5 + 45x4 + 49x5.7) + 2200x0.785= 712276kN二、单桩竖向承载力特征值的确定根据规范(4.2)式中Ra 一单桩竖向承载力特征值；K安全系数。取安全系数K=2,则单桩竖向承载力特征值K =1=7122.76/2= 356138kN4.3.4总桩数、布桩及承台尺寸的确定一、总桩数n因承台尺寸未知，所以先初步确左桩数，待布桩完成并确左承台尺寸后再验算桩数是 否满足条件(43)式中 舁一总桩数：F 建筑总载荷。,7 = 211200/3561.38 =59.3考虑到承台重虽:等因素，取/ = 64二、桩距Sr根拯规范规左，两桩中心距不宜小于桩身直
8、径的3倍，因而取:“3d = 30m而边桩的中心到承台边缘距离不能小于桩的直径，同时边桩的外边缘到承台边缘的距 离不能小于150mm,故取边距为500mmo三、承台及桩的布置1根据建筑物上部结构及载荷要求，布置8个承台，承台均分载荷F. = = 26400kN4 8式中人一承台受建筑物载荷。每个承台布桩8根。详见附图A承台布置平面图。2. 承台厚度桩基的承台厚度应该满足柱（墙）对承台的冲切承载力与基桩对承台的冲切承载力要 求。冲切破坏锥体采用自柱（墙）边或者承台变阶处到相应桩顶边缘连线所构成的锥体， 锥体斜而与承台底而的夹角不应小于45。°根据此规左及上文确怎的桩距与边距初步确左承台
9、形状尺寸为：长 11.0m,宽 5.0m,髙 1.0m。承台结构详见附图B承台结构图。4.3.5桩基承载力验算一、承台及上覆土重承台混凝上采用C35,取其重疑为25kN/m3,暂不考虑钢筋质量，则承台及上覆上重：G = h加+ （25-人）（11x5x1.0+0.3x10x0.5） = 188O.5kN式中G承台及上覆土重：人一上覆土重度，取18kN/m5人一承台占地而积： 力一开挖深度。二、桩基承载力验算若不考虑承台效应，根据上述条件可知复合桩基竖向承载力特征值为：R =_ = 3561.38kN2而基桩载荷设计值N =坨二£ = 3535.06kN < R,8 u式中N基桩
10、载荷设计值。符合要求。桩基不受水平载荷。4.3.6桩基沉降验算建筑桩基沉降变形的讣算值不应大于其允许值。因承台受力均匀，验算英中点处沉降 是否符合要求即可：! -乙 Qi Ct f-l(4.4)(4.5)(4.6)S =屮屮Q =4叱卩丄i-iSnb 一 1"七仇-i）+G式中s桩基最终沉降量（mm）怜一桩基沉降计算经验系数，没有当地可靠经验时按建筑桩基技术规范第5.5.11 条确定：0,桩基等效沉降系数，可按式（4.5）得出：采用Boussincsq解，按实体深基础分层总与法计算出的桩基沉降量（mm）： 几一在载荷效应准永久组合下承台底的平均附加压力：H一桩基的沉降计算深度范用内划
11、分的上层数量：勺一桩端平而的载荷作用而到第i层土底面距离；N桩端平而载荷计算点到第i层上底面深度范用内的平均附加应力系数，按照 建筑桩基技术规范附录D选用；乞一等效作用面以下第i层上的压缩模量(MPa),采用地基土在自重压力到自重 压力加附加压力作用时的压缩模量：仇一矩形布桩时短边布桩数，布桩不规则时按式(4.6)确定，】虬>1; n尸1时，可 按建筑桩基技术规范5.5.14计算：CC一依据群桩距径比sjd、长径比1/d和基础长宽比Lc/Bc,按照建筑桩基技 术规范附录E确定；L八h分别为矩形承台的长.宽和总桩数。根据已知条件，据规范取：= 1.08C。= 076 G = 1.619,
12、C2 = 5.570. nb = 2Zj = 12.5m, z2 = 16.5m,= 0.090, a1 = 0.064则(取值于表4-2)：叭=076 +2-11.619(2-1) + 5.570= 0.31526400 +1880.51x5x1 + 03x0.5x10) _12.5x 0.090-16.5x 0.06412.5x 0.090H 16 12因建筑物高度H;=98.8m<100m,则需$S350mm,满足要求。4.3.7桩身结构设计 一、配筋设计采用C25强度等级的混凝土，纵筋采用叱4(X)级。 结合已知条件：轴向压力承载力设计值血=比=356138kN 混凝土轴心抗压强
13、度设计值£ = U.9N/mnr 纵筋抗压强度设计值/=360N/mnr 构件截而而积A = 0.785 x 106 mnr 计算长度/0 = / = 22.2m 因/。/ = 222 则査表可知稳定系数0 = 0.65 根据公式5 = 4x 1.08x0.315 x496x=66.2mm O90(£W：)(4.7)式中Nu 轴向压力承载力的设计值:0.9可靠度调整系数；筋混凝丄的轴心受压构件稳立系数: 混凝土的轴心抗压强度设计值：4构件截而而积：f纵向钢筋的抗压强度设计值： A；全部纵向钢筋的截而而枳。可求得纵筋截而而积=-9037.97mm， 为负值，则采用最小配筋率配
14、筋=0.55% A： = A几n= 4317.5mm'如果采用14020,A = 4398.8mm24398.8 =Q56%785000可以。根拯规范对箍筋的要求，选用HPB300级，直径6mm,间距200mm的螺旋式箍筋, 保护层厚度取50mm.详见附图C单桩及承台配筋图。二、桩身承载力验算依据规范，桩顶轴向压力设汁值应满足：(4.8)式中N荷载效应基本组合下桩顶轴向压力设计值；$ 基桩成桩的工艺系数，按建筑桩基技术规范第5.83条确泄: 力一混凝土轴心抗压强度设计值；4”一桩身截面而积。结合设计条件，取化=0.8贝IJ0j： & = 0.8 x 11.9 x 0.785 x
15、lO3 = 7473.2kN > N = 3561.38kN满足要求。4.3.8承台设计计算上文初步确左了承台尺寸：长11.0m,宽50m,髙1.0m。详见附图B承台结构图。根据规范,承台主体混凝土采用C35级,保护层取200mm,其下做100mm厚C7.5 素混凝土垫层。一、受弯计算和承台配筋两桩条形承台与多桩矩形承台的弯矩计算截面应取在柱边与承台的变阶处。结合附图B承台构造图与图4-1 （第21页）承台弯矩计算示意图，按照下列公式M,=N职（4.9） (4.10)式中M八分别为绕X轴、Y轴方向计算截面处的弯矩设计值；兀、牙一垂直Y、X轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离； 不计承台和上
16、覆上重，荷载效应基本组合下第i基桩或者复合基桩的竖向反 力设计值。1 因沿X方向桩基均在剪力墙载荷以内，承台不受弯矩作用，按最小配筋率配筋： 选用HRB335级钢筋，其抗拉强度设计值为人=3OON/mm2。则沿X方向布设钢筋截面面积九=A% =5xl.0xl06x 0.2% = 1 OOOOmnr根据规范要求，若取间距为175mm,则实际配筋27022的钢筋，= 10262.7mmS配筋率10262.7"5xl.0xl06=0.205%>0.2%满足要求。2求得Y方向弯矩M. =ZMx =0.3x3561.38x4 = 4273.66kN. m 沿Y方向布设钢筋截而而积= 15
17、82&36mm2根据规范要求，若取间距为200mm,则实际配筋51020的钢筋，=16024.2mnr ,配 筋率=山（）2丄2= ° 146% <0.15% llxl.OxlO6偏小，取53020则0=0.151%,满足要求.详见附图C单桩及承台配筋图。二、受冲切计算根据规范1 承台受剪力墙冲切承载力可按下列公式计算：(4.12)(4.13)F严 F-YQ,0.842 + 0.2式中丘一不计承台和上覆土重，荷载效应基本组合下作用在冲切破坏椎体上的冲切力设计值：0奶一承台受冲切承载力截而髙度的影响系数，/K8OOnufi时取0.1,力>2000"“时 取
18、0.9,其间按线性内插法取值：0。一柱（墙）冲切系数；“,”一承台冲切破坏椎体有效高度一半处的周长；承台混凝土抗拉强度设计值：九一承台冲切破坏椎体有效高度： 尸一不讣承台和上覆上重，载荷效应基本组合下的柱或墙底的竖向荷载设讣值；不il承台和上覆上重荷载效应基本组合下的冲切破坏椎体内各基桩或复合 桩基的反力设计值的和。兄一冲垮比扁=5/九，山为柱（墙）边或者承台变阶处至桩边水平距离：2<0.25时取 0.25,： A >1.0 时取 1.0：结合附图B承台构造图与图42 （第21页）柱对承台的冲切计算示意图：X方向基桩均在剪力墙受力范用内，不受冲切作用;Y方向冲切承载力：求得0.85
19、To"= 0.850.840.85 + 0.2= 0.8Fly = 26400-0 = 26400kN卩冲 0小扎=0.983 x 0.8 x 22300x1.57x1000 = 27532650.4N = 27532.7kN27532.7kN>26400kN满足要求。三、受剪计算根拯规范，承台斜截而的受剪承载力按照下式讣算:(4.14)(45)1.75a =几+1Ar =(416)式中U不计承台及上覆丄重，载荷效应基本组合下，斜截而的最大剪力设汁值：混凝土轴心抗拉强度设计值：承台计算截而处讣算宽度：九一承台计算截而处有效髙度：&一承台剪切系数；久一计算截面剪跨比，人=
20、.何,九此处©，代为柱（墙）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，几0.25时，取0.25：当几3时，取 3；0加一受剪切承载力截而髙度影响系数：九80（）mm时，取800mm：当九 2000mm 时，取2000mm；其间按线性内插法取值。结合附图B承台构造图与图43 （第22页）承台斜截而受剪计算示意图：不计承台与上覆土重，桩顶最大净反力为存/8 = 26400/8 = 3300kNV = 3300x2 = 6600kN800 y1000)1 对A -A= 0.952 = 8501000 = 0.851.75= 0.95a =0.85 + 1则 P!：afbh = 0.95 x 0.95 xl.57x5xlxl06 = 7084625N = 7084.6kN6600kN7084.6kN满足要求。2 对B B,基桩均在剪力墙受力范围内，墙边与桩边距离为零，不受剪切作用。0 0-01 Y图4"采台弯矩计算示意图口 匚L 口 口 口口图42柱对承台的冲切讣算示意图4-3承台斜截而受剪汁算示意图