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1、基础工程课程设计任务书一、设计资料 已知某桥通过荷载组合至承台底面中心处的外荷载为： N=12000kN, H=400kN, M=6300kNm地质情况：如附图所示1、工程地质层根据钻孔揭露，拟建场地地基土由第四系：层杂填土（Q4ml）和层黄土状土（Q42al）、层卵石（Q42al+pl）第三系：层强风化泥岩（E）、层中等风化泥岩（E）、1层含砂软弱泥岩层及层微风化泥岩（E）组成。地基土岩性特征自上而下分述如下：杂填土：杂色，以多量的水泥块、砖块、卵砾石、炉渣，塑料袋等建筑垃圾和生活垃圾为主，次为黏性土，土质不均匀、欠固结、松散，稍湿。层厚0.40-3.80m，平均厚度为1.26m。层黄土状土
2、：棕红色-土黄色，上部以黏性土为主，含有少量星点状黑色黏粒物质，稍有光泽反应，无摇振反应，干强度中等，低韧性；部分区域下部以粉土为主侵染有多量的黄色氧化物，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。具针状孔隙，土质较均匀，稍湿，稍密，厚度0.40-4.90m，平均厚度2.31m。层卵石：杂色，粒径大于20的颗粒质量约占总质量的50.3%-61.8%，一般粒径为20-60mm，最大粒径120mm，母岩成份以石英变质岩为主。骨架颗粒间主要由砾石和各级砂类土充填。磨圆度较好，呈亚圆形，分选性较差，颗粒级配良好。根据野外鉴别判定其密实度为稍密，偶见漂石。埋藏深度1.60-5.90m，层顶高程2237
3、.23-2241.38m，层底高程2233.21-2238.33m，层厚0.30-6.60m，平均厚度为3.43m。层强风化泥岩：以红褐色为主，次为灰绿色、灰褐色和黄绿色，可塑，结构构造大部分被破坏，矿物成分显著变化，节理裂隙很发育，岩体极破碎，遇水易软化，易崩解，风干后大部分呈黏土状，岩芯干钻可钻进。埋藏深度4.00-10.60m，层顶高程2233.21-2238.33m，层底高程2230.00-2236.14m,层厚1.20-4.20m，平均厚度2.55m。层中等风化泥岩：以红褐色为主，次为灰绿色和灰褐色。泥质结构，中厚层状构造，结构构造部分被破坏，沿节理面有次生矿物，节理裂隙发育，岩体被
4、切割成岩块。该层遇水易软化，易崩解，风干后呈碎块状，无膨胀性。该岩体完整程度属较破碎，属软质石，岩体质量等级为级，岩芯钻可钻进。埋藏深度6.00-13.50m,层顶高程2230.00-2236.14m，层底高程2219.01-2225.86m，层厚0.40-14.40m，平均厚度为8.20m。该层中16.0-20.0m深度范围内赋存有裂隙水，岩体裂隙中含水较大。1层含砂软弱泥岩层：土黄色，含砂量较高，次为黏性土，固结性能较差，该层钻进时进尺较快，有漏浆现象，机械干钻掘进时无法取得岩芯。层厚1.50-5.70m，平均厚度2.73m，主要分布于H、I、M、N、O号楼区域，分布不均匀，层顶高程222
5、3.8-2228.92m，层底高程2220.81-2226.58 m。详见“工程地质剖面图”。层微风化泥岩：红褐色-灰白色。泥质结构，中厚层状构造，结构构造基本未变，有少量风化裂隙，岩体较完整，属软质岩石，岩体质量等级为IV级。埋藏深度17.30-24.00m,层顶高程2219.01-2225.86m，控制层厚0.30-9.60m。具体地层的变化情况请详见附图 “工程地质剖面图”，各孔的主要数据详见附表2.1“勘探点一览表”及 附图1.3“工程地质柱状图”。 2、场地水文地质条件及抽水试验2.1场地水文地质条件拟建场地在勘察深度内均见有地下水，地下水初见水位1.30-5.30m，稳定水位深度为
6、0.80-3.70m，稳定水位高程为2239.26-2242.18m。根据地区的勘察经验，地下水略具有承压性，同时由于场地进行勘探时机械钻孔的口径（即地下水的泄水口）较小，在现场机械钻孔掘进时，当含水层揭露后，钻孔内水位具有上涌现象，水位普遍升高，故提供的稳定水位即为钻孔内涌水后的稳定水位。地下水的补给来源主要为河流和大气降水补给。卵石层为主要含水层，属强透水层，第三系泥岩为第一相对隔水层。由于受大气降水的制约，枯水期地下水位降幅约0.50m左右，本勘察期属丰水期。由于受大气降水的制约，丰水期地下水位涨幅约0.50m左右，本勘察期属枯水期。同时本次勘察并结合周边场地建筑经验，拟建场地第三系泥岩
7、内赋存有裂隙水，呈脉状分布，分布无规律性，具有微承压性。2.2抽水试验本次勘察的抽水试验抽水孔为1号孔，沿近东西向地下水等水位线布置2个观测孔，抽水井直径168mm，含水层厚度4.20m，选用型号为QJ150-26/20-3潜水井泵，潜水泵额定流量为20m3/s，扬程为26m，实现三次降深抽水，现将抽水试验成果统计于表1中: 抽水试验成果表 表1孔号与抽水孔的间距静水位（m）降深（m）抽水孔含水层厚度（m）涌水量(m3/h)渗透系数(m/d)渗透系数(m/d)观测孔13.84.100.194.20-70.230.310.71观测孔228.04.710.070.110.29抽水孔-4.100.4
8、96.668.540.858.568.462.2511.273.70说明：从场地揭露的地层情况分析，各孔含水层差异性较大，从而导致各处施工时的涌水量不同。3、场地地震效应3.1地震基本烈度地区抗震设计烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组属第二组。3.2建筑场地类别根据实测剪切波速资料分析，场地覆盖层厚度约为11.55m；层杂填土：Vs=104.3m/s；层黄土状土：Vs=192.7m/s，层卵石：Vs=320.14m/s, 层强风化泥岩：Vs=394.0m/s；层中等风化泥岩、层微风化泥岩：Vs500m/s。剪切波从地面至覆盖层厚度（按14 m计算）之间的传播时间t=0.0
9、40s，场地土层的等效剪切波速Vse=289m/s。场地类别为类，类场地设计特征周期Tg=0.40S，水平地震影响系数最大值0.08,场地对建筑抗震属可进行建筑的一般地段。4、岩土工程分析与评价4.1地基稳定性与场地适宜性分析评价拟建场地内无可液化地层存在，无全新世以来的活动断裂遗迹，无影响场地的不良地质作用，地基的稳定性较好，场地适宜建筑。4.2物理力学性质指标评价4.2.1主要物理力学性质指标值的确定对层卵石在现场进行超重型动力触探试验，现对以下勘探孔及全层的有关指标统计于下表中： 超重型动力触探试验成果统计表 表2孔号岩土名称统计个数平均值最大值最小值舍弃值标准差变异系数统计修正系数标准
10、值27卵石64.96.63.9-1.0120.2060.830437卵石64.95.34.0-0.5200.1060.912539卵石65.46.84.6-0.7760.1430.882548卵石65.26.23.2-1.0350.1980.837453卵石65.96.94.0-1.0480.1790.852558卵石66.58.44.7-1.2550.1950.839664卵石66.98.84.9-1.3370.1950.8396全层卵石425.78.83.2-1.2510.2210.9415层强风化泥岩在室内进行了土工试验，对层中风化泥岩在室内进行了岩石单轴抗压强度实验，详见表4“物理力学
11、指标统计表”：主要物理力学性质指标值的确定 表3岩土层编号土层名称含水量w(%)湿度容重kN/m3干容重dkN/m3孔隙比e密实度饱和度Sr(%)液限Wl(%)塑限Wp(%)塑性指数Ip(%)液性指数IL(%)状态压缩系数1-2MPa-1压缩模量Es(MPa)单轴抗压强度(MPa)黄土状土19.7稍湿18.315.00.817-75.028.316.711.60.28可塑0.2577.19强风化泥岩23.7湿19.115.40.770-84.131.718.013.70.42可塑0.2028.08-中等风化泥岩-0.244-0.37微风化泥岩-7.1同时为确定层强风化泥岩的强度和风化程度，在该
12、层中进行标准贯入试验和重型动力触探试验，详见表5“标准贯入试验统计表”和表4“重型动力触探试验统计表”，现对成果统计于下表中： 重型动力触探试验成果统计表 表4岩土名称统计个数平均值最大值最小值舍弃值标准差变异系数统计修正系数标准值强风化泥岩486.610.02.6-2.0160.3070.9246 标准贯入试验成果统计表 表5岩土名称统计个数平均值最大值最小值舍弃值标准差变异系数统计修正系数标准值强风化泥岩922.82716-3.1540.1380.91421对第三系层强风化泥岩的压缩模量统计于下表中： 各角点压缩模量值成果统计表 表6楼号孔号压缩模量Es1-2(MPa)压缩模量Es1-3(
13、MPa)压缩模量Es1-4(MPa)压缩模量Es1-5(MPa)压缩模量Es1-6(MPa)E279.0010.4012.5012.5012.50285.006.407.007.908.30308.708.609.6010.8011.503112.7015.0018.0018.0020.00F345.405.506.707.507.80358.6010.9013.4013.4014.60377.608.109.9011.2011.203810.6010.6012.4014.4014.40G646.908.009.609.609.00654.407.6010.2010.5012.20678.90
14、9.5011.4012.2013.10685.006.307.607.608.70H537.708.309.6010.4010.705413.1011.8012.6013.6013.60569.309.7012.8012.6013.205710.209.7011.7013.5012.50I584.407.009.809.9011.60596.309.7011.8012.8013.90618.608.709.7010.6010.506213.5025.0021.2025.834.70M487.909.7012.4012.4013.40496.908.7010.9010.1011.305111.1
15、012.6014.5017.1018.90526.108.309.9010.4011.10N424.906.807.708.509.40439.509.5012.8016.3018.004512.7012.7015.6017.4017.40468.509.6011.5013.3012.40O395.307.007.907.608.30404.807.108.008.909.90424.906.807.708.509.40439.509.5012.8016.3018.00对1层含砂软弱泥岩进行重型动力触探，现将结果统计如下：重型动力触探试验成果统计表（N63.5） 表7岩土名称统计个数平均值最大
16、值最小值舍弃值标准差变异系数统计修正系数标准值含砂软弱泥岩层366.77.85.5-0.6370.0950.9736.54.2.2天然地基承载力特征值和压缩（变形）模量值确定根据上表中的有关指标并结合经验及现场鉴定，各岩土层的承载力特征值及压缩（变形）模量值可按下值采用：层黄土状土（非陷性）： fak=150kPa，Es1-2=7MPa；层卵石： fak=400kPa，E0=26.0MPa；层强风化泥岩： fak=240kPa，Es1-2=8MPa，Es1-3=9MPa；Es1-4=11MPa；Es1-5=12MPa；Es1-6=13MPa。层中等风化泥岩： fak=500kPa,far=0.
17、37 MPa；1层含砂软弱泥岩： fak=200kPa, Es1-2=9MPa； 层微风化泥岩： fak=1000kPa，far=7.1 MPa4.3土的抗剪强度参数值在层黄土状土和层强风化泥岩中采取级土试样进行静三轴不固结不排水剪切试验，现将有关指标统计如下：层黄土状土静三轴不固结不排水剪试验统计表 表8统计项目统计个数平均值最大值最小值舍弃值标准差变异系数统计修正系数标准值C（kPa）720.517.9618.96-0.9690.0510.9618.240723.620.8722.49-1.0250.0460.9721.72层强风化泥岩静三轴不固结不排水剪试验统计表 表9统计项目统计个数平
18、均值最大值最小值舍弃值标准差变异系数统计修正系数标准值C（KPa）1530.1131.6225.62-1.4770.0490.97729.4301526.7628.3024.56-1.7230.0640.97125.97对层杂填土、层卵石的抗剪强度按下值考虑：层杂填土： =10kN/m3 ，C=5kPa，=70。层卵石： =20kN/m3 ，C=0kPa，=350。4.4含盐量分析在场地中采取27组土试样，在室内进行易溶盐实验，经分析土中的含盐总量（wt%）为0.115-0.181%，均小于0.3%，按含盐量分类，属非盐渍土。4.5土的腐蚀性评价及防护措施4.5.1上部土层腐蚀性评价地区场地环
19、境地质条件属干旱区，上部土层属地下水位以上的稍湿的弱透水层，判定环境类别为III类。据岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）（2009版）表12.2.1表12.2.5-1评价，土对建筑材料的腐蚀性评价如下：对混凝土结构的腐蚀性：SO42-=160.00-450.00mg/kg，属微腐蚀性。按渗透性评价：PH=8.29-8.61，属微腐蚀性。对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性：CL-=50.00-490.00mg/kg，属微-弱腐蚀性，按弱腐蚀性对待。对钢结构的腐蚀性：按当地经验值，土的视电阻率大于100.m，属微腐蚀性。土对建筑材料的腐蚀的防护措施，应符合现行国家规范工业建筑防腐蚀设计规范
20、（GB 50046-2008）的规定。4.5.2第三系泥岩层腐蚀性评价地区场地环境地质条件属干旱区，土层属地下水位以下的弱透水层，基础直接临水，判定环境类别为I类。据岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）（2009版）表12.2.1表12.2.5-1评价，土对建筑材料的腐蚀性评价如下：对混凝土结构的腐蚀性：SO42-=330.00-690.00mg/kg，属弱腐蚀性。按渗透性评价：PH=8.04-8.57，属微腐蚀性。对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性：CL-= 40.00-120.00mg/kg，属微腐蚀性；对钢结构的腐蚀性：按当地经验值，土的视电阻率大于100.m，属微腐蚀性。土对建筑
21、材料的腐蚀的防护措施，应符合现行国家规范工业建筑防腐蚀设计规范（GB 50046-2008）的规定。4.6地下水的腐蚀性评价及防护措施地区场地环境地质条件属干旱区，基础直接临水，判定环境类别为类，具干湿交替。据场地内取3组水样进行化学分析结果。据岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）（2009版）表12.2.1表12.2.5-2评价，水对建筑材料的腐蚀性评价如下：对混凝土结构的腐蚀性：SO42-=498.75-719.28mg/L，属弱-中腐蚀性，按中腐蚀性考虑。按PH值评价：PH=7.7-7.8，属微腐蚀性。侵蚀性CO2=0.00-6.34，属微腐蚀性。对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性
22、：CL-=122.98-128.38mg/L，属弱腐蚀性；防护措施：水对建筑材料的腐蚀的防护措施，应符合现行国家规范工业建筑防腐蚀设计规范（GB 50046-2008）的规定。4.7地基土的冻胀性类别的判定地区标准冻结深度为1.23米,根据地基土的冻胀性分类，冻结期间地下水水位距冻结深度的最小距离在27#、29#、30#、39#、41#、42#勘探点区域内大于2.00米，其余勘探点在冻结期间地下水水位距冻结深度的最小距离均小于2.00米；冻结深度内地基土的天然含水量为10.7-21.7,天然含水量的平均值为16.4%，塑限含水量为15.8-17.6%，平均塑限含水量为16.6%，经综合判定地基
23、土的冻胀性等级按不利影响考虑为类，地基土属弱冻胀性土,平均冻胀率为13.5%。5、天然地基基础形式的评价5.1天然地基评价层杂填土：处于地表浅层，堆积时间短，欠固结，应全部剥除。层黄土状土：含水量14.6-27.2%，平均值为19.7%，属稍湿；孔隙比0.733-0.963，平均值0.817，属中密；压缩系数0.210-0.350MPa-1，平均值0.257 MPa-1，属中等压缩性土。埋藏浅，厚度薄，工程性能一般，属高层建筑基槽开挖深度范围内的土。层卵石：埋藏深度1.60-5.90m，层顶高程2237.23-2241.38m，层底高程2233.21-2238.33m，层厚0.30-6.60m
24、，平均厚度为3.43m。厚度较薄，埋藏较浅，工程性能一般，属基槽开挖深度范围内的土。层强风化泥岩：埋藏深度4.00-10.60m，层顶高程2233.21-2238.33m，层底高程2230.00-2236.14m,层厚1.20-4.20m，平均厚度2.55m。该层全场地分布，厚度较薄，埋藏深浅不一，工程性能一般，属基槽开挖深度范围内土。层中等风化泥岩：埋藏深度6.00-13.50m,层顶高程2230.00-2236.14m，层底高程2219.01-2225.86m，层厚0.40-14.40m，平均厚度为8.20m。层位稳定，厚度大，工程性能好，是本场地良好的天然地基持力层。1层含砂软弱泥岩：该
25、层属层中等风化泥岩的软弱夹层，层顶高程2223.8-2228.92m，层底高程2220.81-2226.58 m,工程性能较差。层微风化泥岩：层位稳定，厚度大，工程性能好，是本场地良好下卧层。埋藏深度17.30-24.00m,层顶高程2219.01-2225.86m，控制层厚0.30-9.60m。5.2地基土均匀性评价根据拟建场地的工程地质条件，对主要持力层的分布情况列于表10，详见下表：地基土分布情况一览表 表10地 层埋藏深度(m)层顶高程(m)层底深度(m)层底高程(m)层厚(m)层中风化泥岩6.00-13.502230.00-2236.1417.30-24.002219.01-2225
26、.756.70-14.40层微风化泥岩17.30-24.002219.01-2225.86未穿透未穿透最大控制9.60地基持力层均在同一地貌单元上，各处地基土的压缩性差异性不大，但场地内因中风化泥岩属软质岩，层内赋存有裂隙水，泥岩的颜色以红褐色为主，层内含有灰绿色和灰褐色泥岩夹层，红褐色泥岩承载力较高，灰绿色和灰褐色的泥岩承载相比较低，且具有遇水易软化、崩解的特性，泥岩的风化带是逐渐过渡的，没有明确的界线，同时本次勘察时在大部分勘探点范围内的层中等风化泥岩中分布有1层含砂软弱泥岩夹层，该层含砂量较高，固结程度较差，钻进时进尺较快，有漏浆现象，机械干钻钻进时无法取得岩芯。综合以上特性如采用层中风
27、化泥岩作为地基持力层时，地基属不均匀性地基。二、 设计内容1、 按地质条件确定桩基础的类型（即摩擦桩或端承桩）；2、 确定桩的断面尺寸；3、 估算桩长和桩数以及桩在承台底面的布置；4、 桩的内力及变位计算；5、 桩基计算。三、 设计要求1、 设计计算条理清晰，内容完整；2、 设计步骤合理，设计图清晰；3、 设计计算内容要求用A4纸打印，字体统一（标题用小四黑体，其它小四仿宋-GB2312）四、 设计时间 在1周内独立完成。 桩的截面及长度的确定根据施工条件，以第5层中等风化泥岩为桩尖持力层 端承桩直径拟采用d=0.8m，桩嵌入岩层的最小深度为，即桩长l=21m,墩柱直径d=0.8m.桩根数的确
28、定由假设条件，桩的周长桩底截面积 底处岩石的强度和嵌入岩层的深度，可按下式完成计算： 圆形截面柱桩嵌入岩层的最小深度计算公式如下：，这里，值取为。 桩根数的估算：取=1.1取n=4即确定为为根桩。桩在承台底面的布置：当桩间中心距离时，不考虑群桩效应。取桩距，桩在地面或最大冲刷线下的计算深度 故 取， 所以，桩的平面布置：取桩间距为， 桩的内力及变位计算单桩轴向承载力验算：检查单桩容许承载力，应以最不利荷载组合计算出受轴向力最大的一根基桩进行验算：已知混凝土的重度为。自重计算桩的计算宽度：=1.53m求桩土变形系数 故地基系数的比例系数取为 桩身混凝土强度等级设为，则其受压弹性模量 桩在最大冲刷
29、线以下深度，则其计算长度为：故按弹性桩计算。计算桩顶外力、及最大冲刷线处桩上外力、桩顶刚度系数、值的计算； 设土的重度（未计浮力），土内摩擦角。 按桩心距计算面积，故取 ，取用4查基础工程附表、： 计算承台底面原点处位移、 计算作用在每根桩顶上的作用力、因为桩均为竖直且对称：竖向力 水平力 弯矩 校核 计算最大冲刷线处桩身弯矩、水平力及轴向力弯矩 水平力 轴向力 桩基计算计算桩身最大弯矩位置和最大弯矩由得：由及。查基础工程附表得：，故由及，查基础工程附表得：桩在最大冲刷线以下各截面的横向土抗力计算 由已知， 无量纲系数、由基础工程附表、查得，值列于下表Z0.00 0010.000 119.36
30、1 119.361 0.28 0.20.1970.99826.962 117.926 144.887 0.56 0.40.3770.98651.597 114.696 166.293 0.83 0.60.5290.95972.400 109.195 181.594 1.11 0.80.6460.91388.412 101.780 190.192 1.39 10.7230.85198.951 92.570 191.521 1.67 1.20.7620.774104.288 82.165 186.453 1.94 1.40.7650.687104.699 71.042 175.741 2.22 1
31、.60.7370.594100.867 59.680 160.547 2.50 1.80.6850.49993.750 48.677 142.427 2.78 20.6140.40784.033 38.272 122.305 3.06 2.20.5320.3272.810 29.063 101.873 3.33 2.40.4430.24360.629 20.930 81.559 3.61 2.60.3550.17548.586 14.352 62.938 3.89 2.80.270.1236.953 9.090 46.042 4.17 30.1930.07626.414 0.000 26.414 5.56 4000.000 0.000 0.000 桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷线处水平位移和转角的计算：取=；据此，查基础工程附表和附表得：位移系数，位移系数。 符合规范要求。同理，查基础工程附表和附表得：转角系数，转角系数 由 得 桩顶纵向水平位移的计算：由，；; .查基础工程附表和附表得： 则同理，假设跨径L=25m 符合规范要求。综上，经过一系列的计算，满足要求。
