土木工程设计岩土工程综合课程设计.doc

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1、岩土工程综合课程设计土木工程专业 专业名称： 土木工程 年级班级： 岩土10-1 摘 要 本课程设计共分三篇，分别为：柱下条形基础，桩基础和挡土墙。涵盖了基础工程，土力学，边坡工程等多门课程的知识，通过此次设计，不仅巩固与运用了已学知识，还间接的学会了使用各种规范及查阅资料和手册的能力，此外，还学会了如何去设计一个工程。第一篇是柱下条形基础，在设计柱下条形基础基础梁时需计算条形基础的内力，计算条形基础的内力是采用反梁法基础梁可按在均布线地基反力作用下以柱为支座的五跨等跨梁，计算内力是采用弯矩分配法和系数法，总弯矩为两者叠加；基桩设计时先计算单桩承载力，进一步确定桩数，并验算桩基竖向承载力满足。

2、承台设计时先计算承台内力，然后进行冲切承载力验算，角柱冲切暗算，其次依据承台受剪受弯承载力计算配筋，最后进行吊装验算；挡土墙所受主动土压力采用库伦理论计算，首先假定破裂面交于荷载内，计算破裂角，再利用破裂角校核破裂面是否与假定相符，若与假定不符，则应根据计算的破裂角重新假定破裂面，按相应的公式重复上述计算，直至相符为止，最后根据破裂角计算最大主动土压力。然后根据最大主动土压力设计挡土墙截面。关键词：条形基础；基础梁设计；桩基础；承台设计；破裂面；最大主动土压力；挡土墙截面目 录摘 要I目 录II第一篇 柱下条形基础设计1第一章 设计资料21.1 设计任务要求21.2 基础材料21.3 工程地质

3、资料2第二章 基础尺寸确定32.1 基础高度及埋深32.2 地基承载力特征值32.3 初步选择基底尺寸3第三章 配筋计算53.1 基础梁内力计算53.2 基础底板配筋计算73.3 基础梁配筋计算9第二篇 桩基础设计14第一章 设计资料151.1 设计荷载151.2 地层条件及其参数15第二章 预制桩基设计182.1 单桩承载力计算182.2 基桩竖向承载力设计值计算182.3 桩基的验算182.4 承台设计192.5 承台厚度及受冲切承载力验算202.6 柱对承台冲切202.7 角桩冲切验算212.8 承台受剪承载力验算222.9 承台配筋计算222.10 承台构造设计23第三章 桩身结构构造

4、设计及验算243.1 桩身结构设计243.2 桩身构造设计243.3 吊装验算25第四章 估算，轴线柱下桩数264.1 桩数估算264.2 承台平面尺寸确定26第三篇 挡土墙设计28第一章 设计资料291.1 地形291.2 工程地质条件291.3 墙身及墙后填料参数291.4 荷载参数291.5 水文地质条件291.6 设计荷载29第二章 挡土墙设计302.1 主动土压力计算302.2 设计挡土墙截面332.3 设计说明37参考文献38第一篇柱下条形基础设计第一章 设计资料1.1 设计任务要求图1-1 柱网平面图 1）柱网尺寸=5700mm，号土层地基承载力特征值=160kPa。 2）柱底的

5、竖向荷载效应标准组合值：=1730kN,=1520kN。 3）柱底的竖向荷载效应基本组合值：=2340kN，=2050kN 。 4）框架柱截面尺寸为400400, 室外地坪标高同自然地面，室内外高差450mm 。1.2 基础材料 基础采用C30混凝土，HPB300，RRB400级钢筋。1.3 工程地质资料 号土层：耕植土，厚度约0.7m ，黑色，原为农田，含大量有机质。 号土层：黏土，厚度约1.8m ,软塑，潮湿，承载力特征值=120kPa 。 号土层：粉砂，层厚约2.6m，软塑，潮湿，承载力特征值=160kPa。 地下水位与地表下0.9m 。第二章 基础尺寸确定2.1 基础高度及埋深预估基础

6、高度为：h=5700=950mm取h=1000mm 即（）L之间 。 持力层为号土层，则基础埋置深度为: d=0.7+1.8+0.5=3.00m，由此得基础剖面示意图，如下图2-1所示： 图2-1 基础剖面示意图2.2 地基承载力特征值 根据号土层粉砂，查表得=2.0,=3.0。(夏力农等基础工程表2-8) 基地以上土的加权平均重度为： =11.4 持力层承载力特征值（先不考虑对基础宽度修正）为： =+(d-0.5)=160+=245.5kPa2.3 初步选择基底尺寸 柱底荷载标准值为=1730kN,=1520kN ,计算基础和回填土重时的基础埋置平均深度为： d=3.225m 基础底面尺寸为

7、： =57.87由于是对称荷载，无偏心，故基础底面积不用增大。 条形基础的端部向外伸出： =1.9 m则基础长度为: L=6m 基础宽度为： B=1.52 m取B=1.6m 。第三章 配筋计算3.1 基础梁内力计算 柱底荷载效应基本组合值。在对称荷载作用下，由于基础底面反力为均匀分布，因此单位长度地基净反力为： =416kN/m 基础梁可按在均布线荷载作用下以柱为支座的五跨等跨连续梁（超过五跨可以按五跨）计算，计算简图如图（a）所示。为便于计算，把图（a）分解为 图（b）和图（c）两部分。 （1）悬臂梁在地基净反力作用下的弯矩，剪力计算 见图（b） 。利用弯矩分配法计算，支座A的固端弯矩为：

8、=416=751 kN/m 各支座的弯矩分配系数及计算过程如图（b）所示。 支座剪力计算如下： =790.4kN =169.3kN =47.0kN可得弯矩图及剪力图见图（b） 。 （2）五跨连续梁在均布线荷载作用下的弯矩，剪力计算。查的各跨中，支座的弯矩，剪力系数，则： 弯矩=弯矩系数 剪力=剪力系数计算结果如图（c）所示，可得弯矩图及剪力图。(3) 基础梁总弯矩，总剪力。将上述（1）,(2) 两步所得的结果叠加，即得最终内力计算结果，如图（d）,（e）所示。 图3-1 基础梁弯矩，剪力计算图3.2 基础底板配筋计算 基底宽1600 mm ,梁肋宽取=500,梁高取1000mm；底板外边缘厚度

9、250，梁肋处厚度400，底板外挑长度=550。基础底板计算如下图3-2所示:图3-2 基础底板计算简图 底板净反力设计值为： = = = 260 取1m长度底板，则底板根部弯矩和剪力分别为： M = = =39.33kNm V =143kN （1）抗剪验算：混凝土采用C30,=1.43,=430-50=380,则有V=0.7=380.38kN143kN,满足要求。 （2）底板配筋：钢筋采用HRB400,=360 N/,则有 =320选用10200，=393。3.3 基础梁配筋计算 混凝土采用C30，=14.3 N/;纵向钢筋采用HRB400，=360N/。 (1) 正截面承载力计算。对各支座

10、，跨中分别按矩形，T形截面进行正截面承载力计算（见下表1）。表1 基础梁支座正截面承载力计算截面位置ABC弯矩M（）75111941122截面尺寸b =500=1000-50=950b =500=1000-50=950b =500=1000-50=9500.1240.2060.1920.5180.5180.518234238933630选用钢筋422+418428+422428+422 实际配筋（mm2）2538398339832) 斜截面承载力计算。混凝土采用C30，=1.43N/,=14.3N/;箍筋采用HPB300,=270。从图（e）中取各支座截面计算如下表2，表3所示。表2 基础梁跨

11、中正截面承载力计算截面位置123弯矩M（）786526568截面尺寸b=1600=950b=1600=950b=1600=9500.0390.0260.0280.5180.5180.518234415591685选用钢筋525422+116422+116 实际配筋（mm2）245417211721注: 1.=4719kNmM,故跨中均为一类T形截面。 2.=max,0.002=max,0.002=0.002=bh=1000。表3 基础梁斜截面承载力计算截面位置支座A左支座A右支坐B左剪力V(kN)790.411061268截面尺寸（mm）b=500 ,=950b=500,=950b=500,=

12、9501698V1698V1698V475.475V475.475V475.475V0.921.842.32箍筋肢数，直径48 / 201412 / 452412 / 452计算值s(mm)218246195实配箍筋间距(mm)180180180 根据以上计算，得JL-1梁的配筋，如附图所示。 注意：为增强基础整体性，在，三条轴线上各布置一根基础梁JL-2，如附图所示 根据以上各步骤计算，绘制出基础平面图和基础梁放大样图，施工图见附图。第二篇桩 基 础 设 计第一章 设计资料1.1 设计荷载图1-1 柱网平面图 （1）题号：10号。 （2）柱底荷载效应标准组合值如下。轴荷载：Fk=3130kN

13、 Mk=323kNm Vk=211kN轴荷载：Fk=3970kN Mk=302kNm Vk=223kN轴荷载：Fk=3950kN Mk=316kNm Vk=230kN （3）柱底荷载效应基本组合值如下。轴荷载：F=3970kN M=393kNm V=242kN轴荷载：F=5070kN M=354kNm V=236kN轴荷载：F=4520kN M=325kNm V=238kN 设计轴柱下桩基，,轴柱下仅设计承台尺寸和估算桩数。1.2 地层条件及其参数1.2.1 地形 拟建建筑场地地势平坦，局部堆有建筑垃圾。1.2.2 工程地质条件 自上而下土层依次如下： 号土层：素填土，厚度1.5m，稍湿，松散

14、，承载力特征值fak=95kPa。 号土层：淤泥质土，厚度3.3m，流塑，承载力特征值fak=65kPa。 号土层：粉砂，厚度6.6m，稍密，承载力特征值fak=110kPa。 号土层：粉质粘土，厚度4.2m，湿，可塑，承载力特征值fak=165kPa 号土层：粉砂层，钻孔未穿透，中密-密实，承载力特征值fak=280kPa。1.2.3 岩土设计技术参数 表1 地基岩土物理力学参数土层编号土的名称孔隙比 e含水量 W（%）液性指数 Il标准灌入锤击数N（次）压缩模量 Es1素填土-5.02淤泥质土1.0462.41.08-3.83粉砂0.8127.6-147.54粉质粘土0.7931.20.7

15、4-9.25粉砂层0.58-3116.8 表2 桩的极限侧阻力标准值qsk和极限端阻力标准值qpk土层编号土的名称桩的侧阻力qsk桩的端阻力qpk素填土22-淤泥质土28-粉砂45-粉质粘土60900粉砂层7524001.2.4 水文地质条件 1）拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性。 2）地下水位深度：位于地表下3.5m。1.2.5 场地条件建筑物所处场地抗震设防烈度度，场地内无液化砂土，粉土。第二章 预制桩基设计 建筑物基础设计方案采用混凝土沉管预制桩，具体设计方案如下：室外地坪标高为-0.45m,自然地面标高同室外地坪标高。该建筑桩基属丙级建筑桩基，拟采用350350的混凝土预制方桩，以号

16、土层粉质粘土为持力层，桩尖深入深入持力层2.2m（对于粘性土，粉土不小于2d=700mm）,设计桩长12.0m，初步设计承台高1.00m，承台底面埋置深度-2.00m，桩顶伸入承台50mm。2.1 单桩承载力计算 根据以上设计，桩顶标高为-2m，桩底标高为-14m，桩长12m。 单桩竖向极限承载力标准值按下式计算： Quk= Qsk+ Qpk = upqsikli+ Apqpk由于 Qsk=40.35（2.828+6.645+2.660）=744kN Qpk=则 Quk=744+110=854kN2.2 基桩竖向承载力设计值计算 承台底部地基土为较松软的填土，压缩性大，因此本工程不考虑承台土效

17、应取c=0，则有 R= Ra =427kN 根据上部荷载初步估计粧数为 n= =11.12则设计粧数为12根。2.3 桩基的验算 根据建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008），当按单桩承载力特征值进行计算时，荷载应取其效应标准组合值。由于桩基所处场地的抗震设防烈度为7度，且场地内无可液化砂土，因此不进行地震效应的承载力验算。下面进行基桩竖向承载力的验算。 根据桩数设计矩形承台，边长为3.5m4.9m，矩形布桩，桩中心距取1.4m，桩心距承台边缘为350mm。(见图2-1) 。 承台及其上填土的总重为 Gk =3.54.9220=686 kN计算时取荷载的标准组合，则Nk =388 kNR（=

18、427 kN）Nkmax= Nk+=388+54=422KNNkmin= Nk-=388-54=334 KN图2-1 承台平面布置图因此Nkmax=442 kN1.2R=1.2427=512.4 kN承台平面布置图 Nkmin=334 kN0满足设计要求,故初步设计是合理的2.4 承台设计 根据以上桩基设计及构造要求，承台尺寸为3.5m4.9m，预估承台厚1m（见图2-2)，承台选用C25，t=1.27N/mm2，c=11.9N/mm2；承台钢筋选用HRB400级钢筋，y=360N/mm2.1.承台内力计算 承台内力计算采用荷载效应组合设计值，则基桩净反力设计值为： N/max =+=+=42

19、2.5+42.2=464.7kN N/min =-=-=422.5-42.2=380.3kN N =422.5kN 图2-2 承台计算简图2.5 承台厚度及受冲切承载力验算 为防止承台产生冲切破坏，承台应具有一定厚度，初步设计厚度1m，承台底保护层厚度50mm，则h0=1000-60=940mm。分别对柱边冲切和角桩冲切进行计算，以验算承台厚度的合理性。2.6 柱对承台冲切 承台受桩冲切的承载力应满足下式： Fl20x（bc+aoy）+oy（bc+aox）hpth0 由于Fl=F-=5070-0=5070kN，则冲垮比为 =1.091取=1.0 =0.346 冲切系数为 =0.7 =1.520

20、x（bc+aoy）+oy（bc+aox）hpth0=20.7（0.4+0.325）+1.5（0.4+1.025）0.98312700.94=6207kNF1（=2556kN）故厚度为1.0m的承台能够满足柱对承台的冲切要求。2.7 角桩冲切验算 承台受角桩冲切的承载力应满足下式： Nl（+）+（+）hpth0 由于Ft= N/max =764.4kN，从角桩内边缘至承台边缘距离为c1=c2=0.525m a1x=0.940m a1y=0.940m 1x=1 1y=1 1x=0.47 1x=0.47 1x（c2+）+1y（c1+）hpth0 =0.47(0.525+)+0.47(0.525+)0

21、.98312700.94 =1098kNN/max（=764.4kN）故厚度为1.0m的承台能够满足角桩对承台的冲切要求。2.8 承台受剪承载力验算 承台剪切破坏发生在柱边与桩边连线所形成的斜截面处，对于I-I截面oy=1.09（介于0.25-3之间） 剪切系数为=0.84 受剪切承载力高度影响系数计算： I-I截面剪力为 V=3N/max=3422.5=1267.5KN tbh0=0.960.8312703.50.94=3329kNV故满足抗剪切要求。2.9 承台配筋计算 承台计算截面弯矩如下。 对于I-I截面，取基桩净反力最大值N/max=464.7KN进行计算， Mx=Niyi=3（46

22、4.71.9+436.60.5）=3303.69kNm Asl=10848mm2 因此，承台长边方向都选用 钢筋25150，钢筋数为 n=3500/150+1=25 实际钢筋As=25490.9=12272.5 mm2，满足要求 对于II-II截面，取基桩净反力平均值N=422.5KN进行计算此时 ho=1000-80=920mm则 My=NiXi=4422.51.2=2028kNm As2=6804mm2 因此，承台短边方向选用16140，钢筋根数为n=+1=36，实际钢筋As=36201.1=7239.6 mm2，满足要求2.10 承台构造设计 混凝土桩桩顶伸入承台长度为50mm，两承台间

23、设置连系梁，梁顶面标高-1.0m，与承台顶平齐，根据构造要求，梁宽250mm，梁高400mm，梁内主筋上下共412通长配筋，箍筋采用A8200.承台底做100mm厚C10混凝土垫层，垫层挑出承台边缘100mm。第三章 桩身结构构造设计及验算3.1 桩身结构设计 预制桩的桩身混凝土强度等级选用C30混凝土，钢筋选用HRB400级。 根据建筑桩基技术规范，桩顶轴向压力应符合下列规定： NmaxccAps Nmax=+ =+ =491.1+42.2 =533.3kN计算桩基轴心抗压强度时，一般不考虑压屈影响，故取稳定系数=1；对于预制桩，基桩施工工艺系数c=0.85；C30级混凝土，c=14.3N/

24、mm2，则 ccA=10.8514.3103 =1489kNNmax（=533.3 kN）故桩身轴向承载力满足要求。3.2 桩身构造设计桩身按构造要求配筋，桩身配814的HRB400级钢筋通长钢筋；箍筋选用6的HRB300级钢筋，间距200，距桩顶2m范围内间距50，距桩顶24m范围内间距100。采用打入法沉桩，桩顶设置三层650钢筋网，层距50，桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，桩尖0.6m范围内箍筋加密，间距50，桩身主筋混凝土保护层厚30。3.3 吊装验算 由于桩的长度不大，桩身吊装是采用二点起吊，吊点位置如图3-1所示。 起吊点距桩两端距离为图3-1 吊点位置 a=0.207L=0.20

25、712=2.48 则起吊时桩身最大弯矩为 =0.0214kql=0.02141.3（0.3525）12 =12.27kNm 桩身配筋验算：混凝土采用C30级，钢筋采用HRB400级，则, 由于b=350，=350-40=310，每边配筋314，=461，则 所以 故桩身配筋满足吊装要求。第四章 估算，轴线柱下桩数4.1 桩数估算 设计、 轴线下的桩基础的方法和轴线下相同。单桩极限承载力标准值为854KN，基桩竖向承载力特征值为427KN. 轴柱下荷载标准组合值为Fk=3130kN,Mk=323kN,Vk=211kN。 根据轴下荷载初步估算轴柱下根数， n=8.06 取n=9则A轴下设计桩数为9

26、根。 轴柱下荷载标准组合值为Fk=3950kN，Mk=316kN，Vk=230kN。 根据轴下荷载初步估算轴柱下根数， n=10.18 取n=11则B轴下设计桩数为11根。4.2 承台平面尺寸确定 根据估算的桩数和承台构造要求，设计轴线承台平面尺寸为3.5m3.5m，桩中心距取1.4m，桩心与承台边缘距离350mm;设计轴线承台平面尺寸为2.7m6.7m，桩中心距取1.4m，桩心与承台边缘距离350mm。 ，轴承台布置示意图如图4-1所示。 （a） （b） 图4-1 ，轴承台布置示意图（a） 轴承台 （b） 轴承台 根据以上计算，可绘制出桩基平面布置图和桩基大样图。第三篇挡 土 墙 设 计第一

27、章 设计资料1.1 地形 平原山地过渡地带，为一系列呈带状延伸的平行岭谷分布区，以丘陵、台地为主。1.2 工程地质条件 自上而下土层一次如下：号土层：人工填土，层厚约，黄褐色，含杂质较多。号土层：含砂粉质黏土，层厚，地基容许承载力。号土层：中风化泥岩，厚度为揭露，地基容许承载力。1.3 墙身及墙后填料参数 墙身容重填料容重。基底摩擦系数，挡墙墙身的容重为，截面容许应力，。填土边坡。1.4 荷载参数 车辆荷载换算等代土层厚度为，布置在全宽的路基上。1.5 水文地质条件 本次勘探未见到地下水，可不考虑地下水的影响。1.6 设计荷载 本次设计选用挡土墙高，墙后填土高度为。第二章 挡土墙设计根据给定的

28、设计资料，初步确定墙身尺寸如下：挡土墙高,地基埋置深度不小于，持力层为号土层含砂粉质黏性土层，墙背仰斜角度为1:0.25（），墙面为平行于墙背的直线，墙顶宽,墙身分段长为。为增大墙身抗滑稳定性，设置基底按坡度0.2:1内倾。如下图2-1所示为挡土墙的基本参数资料。图2-1 挡土墙示意图2.1 主动土压力计算 2.1.1 破裂角 假设破裂面交于荷载内，按表中公式计算，即： =0.844则验核破裂面位置如下： 堤顶破裂面距墙踵距离为：（4。7+2）0.844=5.655m 荷载内边缘距墙踵距离为： 3+4。70.25=4.175m 载外缘至墙踵距离为： 5.655+4.175=9.83m 由于4.

29、1755.6551.30 2.2.3 倾覆稳定验算 104.62= 104.62= 因基底倾斜，土压力对墙趾的力臂改为： 1.64-0.1912=1.258m 0.9522+1.640.25=2.314m则 稳定性验算的结果表明，断面尺寸由滑动控制，上述估计符合实际。2.2.4 基底应力验算 =0.040m=0.317m =R（=250）2.2.5 截面应力验算墙面与墙背为平行的直线，界面的最大应力出现于接近基点处。由基底应力验算可知，偏心距及基底应力均满足地基的要求，则截面 应力肯定也满足墙身材料的要求，故可不作演算。通过上述验算，所拟截面符合各项要求，决定采用此截面，顶宽为。 根据计算，绘

30、制浆砌石重力式路堤墙立面图、断面图及大样图见CAD图纸。 图2-2 挡土墙立面示意图图2-3 挡土墙断面做法示意图图2-4 浆砌片石重力式挡土墙增大样图2.3 设计说明 （1） 墙身为片石砌筑，片石的厚度不小于，体积不小于。石料应采用无风化石材，面石要平整，挡土墙外露面采用水泥砂浆勾凸缝。（2） 挡土墙采用水泥砂浆砌筑，施工前做好配比试验，强度要求达到设计等级，砌筑时砂浆要密实、包满、不得有空洞。（3） 挡土墙分段：每设置一条沉降缝，缝宽，外露面，缝宽竖直美观，可用混凝土角石砌筑，沉降缝内用浸沥青软木板分割。（4） 应先把挡土墙后原土坡放成坡，然后施工挡土墙。基坑开挖应搞好地面排水，保持基坑干

31、燥，基础施工完毕应及时回填、夯实。墙后回填料的干密度大于或者等于。回填料应分层夯实。（5） 挡土墙基槽开挖至持力层下，然后做混凝土垫层厚，宽度每边基础底边放大。（6） 混凝土强度大于设计强度时，才能回填墙后回填土。参考文献1.中华人民共和国国家标准.JGJ94-2008,建筑桩基技术规范S.北京：中国建筑出版社，2008.2.中华人民共和国国家标准.GB50010-2010,混凝土结构设计规范S.北京：中国建材工业出版社，2010.3.中华人民共和国国家标准.JTGD302004,公路路基设计规范S.北京：人民交通出版社，2004.4.中华人民共和国国家标准.JTG B01-2003,公路工程

32、技术标准S.北京：人民交通出版社，2004.5.中华人民共和国国家标准.TB 10025-2006,铁路路基支挡结构设计规范S.北京：中国铁道出版社，2006.6.中华人民共和国国家标准.GB50007-2011,建筑地基基础设计规范S.北京：中国建材工业出版社，2012.7.中华人民共和国国家标准.JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范S.北京：中国建筑工业出版社，2012.8.夏力农等. 基础工程M. 北京：中国建材工业出版社，2012.9.龚晓南等. 地基处理M. 北京：中国建筑工业出版社，2005.10.赵树德等. 土力学（第二版）M. 高等教育出版社，2011.11.蒋鹏飞等. 公路边坡防护技术M. 人民交通出版社，2011.12.交通部第二公路勘察设计院主编，公路设计手册路基（第2版），人民交通出版社，200413.建筑结构荷载规范（GB 50009-2006），中国建筑工业出版社，2007。