1、建筑工程设计郑大土木届基坑工程毕业设计任务书郑州大学土木工程学院土木工程专业地下工程方向2011届本科生毕业设计任务书(3)指导教师：郭院成，刘忠玉，闫富有，时刚，冯虎一、性质与目标土木工程专业地下工程方向毕业设计是在完成规定的课程学习后所进行的最后一个重要的实践性教学环节，是一项综合性较强的、从学习走向社会、尽快适应生产一线的重要过渡阶段。通过这个阶段的工程设计、施工组织分析以及设计过程的相关专题研究，使学生熟悉常见的高层建筑地基基础设计的全过程，包括结构荷载计算、基础设计与验算、地基设计与计算、桩基础施工组织设计等，培养学生看懂并理解工程地质勘察报告、进行高层建筑地基基础设计的能力，从而达
2、到培养学生综合运用基础理论和专业知识的能力，达到对学生综合能力与创新能力培养目标的要求。二、设计题目1. 航天大厦高层办公楼桩筏基础设计2. 航天公司办公楼桩筏基础设计三、工程概况拟建办公楼位于郑州市郑东新区。办公楼长45.4m，宽45.4m，地上24层，地下2层，室内外高差0.200m，建筑高度为97.8m。其中一、二层层高6m，第三二十四层层高3.9m，为全浇钢筋混凝土结构，抗侧力体系为框架-核心筒结构，其中核心筒墙中线尺寸为20.0m17.6m。主要使用功能一层为大厅，第十层和第二十四层均为办公用房。办公楼的基础欲采用柱下平板式桩筏基础，地基基础设计等级为乙级。基础顶面标高-0.90m四
3、、设计依据及计算条件设计所依据的规范和规程有：1.建筑结构设计术语和符号标准 GBT 50083-972.建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-20013.工程结构设计基本术语和通用符号 GBJ 132-904.建筑工程抗震设防分类标准 GB 50223-20085.建筑结构荷载规范（2006年版） GB 50009-20016.混凝土结构设计规范 GB 50010-20027.混凝土结构耐久性设计规范 GB/T 50476-20088.建筑抗震设计规范 GB 50011-20109.高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3-200210.钢结构设计规范 GB 50017-200311.
4、高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99-9812.型钢混凝土组合结构技术规程 JGJ 138-200113.建筑地基基础设计规范 GB 50007-200214.建筑桩基技术规范 JGJ 94-200815.建筑基桩检测技术规范 JGJ 106-200316.高层建筑箱形与筏形基础技术规范 JGJ 6-9917.地下工程防水技术规范 GB 50108-200818.工业建筑防腐蚀设计规范 GB 50046-9519.建筑变形测量规范 JGJ 8-200720.建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB 50202-200221混凝土结构工程施工质量验收规范 GB 50204-200222.航天大厦
5、岩土工程勘察报告计算基本条件：1. 建筑安全等级：二级；2. 设计使用年限：50年；3. 环境类别：一类；裂缝控制等级：三级；4. 抗震设防类别：丙类；5. 建筑场地类别：二级；地基复杂等级：二级；6. 设计地震分组：第一组；7. 地基基础设计等级：乙级；8. 基本风压值：0.45kN/m2；9. 基本雪压值：0.40kN/m2；结构主要材料与构建主要尺寸框架柱截面由1300mmx1300mm、1200mmx1200mm逐渐变化到800mm x800mm。十八层以下为型钢混凝土柱。楼面框架梁为650mmx750mm、650mmx700mm，外围框架梁除0.000为600mmx900mm外，其余
6、均为600mmx800mm。剪力墙厚度由700mm逐渐变化到400mm，五层以下核心筒四角设置型钢约束边缘构件。详见建筑设计图。五、工程地质及水文地质条件详见工程地质勘查报告。部分摘要如下： （一）工程地质条件1.地层特征描述：根据钻探、静力触探、标准贯入试验结果，结合室内土工试验资料，对地基土按岩性及力学特征分层后，从上到下分层描述如下：第层 杂填土（Q4-3ml），杂色，松散稍密，成分差别很大，以粉土为主、含建筑垃圾和建筑旧基础；水泥路面不连续分布；建筑垃圾成分杂乱，以碎砖块为主，中间夹有砼块，成分很不均匀，层底埋深0.303.70米，平均层底埋深1.31米，层底标高84.0187.67米
7、,平均层底标高86.34米，厚度0.303.70米，平均厚度1.31米。第层 新近沉积粉土（Q4-3al），褐黄色，湿，稍密中密，干强度低，摇振反应中等，无光泽反应，韧性低，含碎砖屑、植物根，分布稳定；层底深度1.206.00米，平均层底深度3.72米，层底标高81.9585.97米,平均层底标高83.59米，厚度0.704.80米，平均厚度2.95米。第层 新近沉积粉质粘土（Q4-3al），褐黄色，湿饱和，可塑，干强度中等，无摇振反应，韧性中等，稍有光滑，土中含少量有机质、铁质锈斑。层底深度4.008.50米，平均层底深度5.88米，层底标高80.0283.17米,平均层底标高81.43米，
8、厚度0.504.10米，平均厚度2.16米。第（3-1）层 新近沉积粉土（Q4-3al），褐黄色灰黄色，湿，稍密中密，干强度低，摇振反应迅速，无光泽反应，韧性低，含蜗牛壳碎片，黄色铁锈，层底深度5.509.80米，平均层底深度7.25米，层底标高78.5282.37米,平均层底标高80.16米，厚度0.403.00米，平均厚度1.43米。第层 新近沉积粉质粘土夹粉土（Q4-3al），黄灰色褐黄色；粉质粘土：饱和，可塑，干强度中等，无摇振反应，韧性中等，稍有光滑，土中含少量有机质、铁质锈斑；粉土：湿，稍密中密，干强度低，摇振反应中等，无光泽反应，韧性低；层底深度6.9012.50米，平均层底深度
9、9.02米，层底标高76.3080.10米,平均层底标高78.28米，厚度0.804.70米，平均厚度2.14米。第层 新近沉积粉土（Q4-3al），褐黄色灰黄色，湿，稍密中密，干强度低，摇振反应迅速，无光泽反应，韧性低，含蜗牛壳碎片，黄色铁锈，层底深度9.7015.00米，平均层底深度11.88米，层底标高73.3077.82米,平均层底标高75.43米，厚度1.504.40米，平均厚度2.86米。第层 粉质粘土（Q4-2l），浅灰色，饱和，可塑，干强度中等，无摇振反应，韧性中等，稍有光滑，土中含有机质、铁质锈斑。层底深度11.2017.20米，平均层底深度13.96米，层底标高71.607
10、4.89米,平均层底标高73.35米，厚度0.804.00米，平均厚度2.08米。第层 粉土（Q4-2l），褐黄色，湿，密实，干强度低，摇振反应中等，无光泽反应，韧性低；局部中间为粉砂，层底深度13.5018.50米，平均层底深度15.22米，层底标高70.0074.13米,平均层底标高72.07米，厚度0.503.70米，平均厚度1.28米。第层 粉质粘土（Q4-2l），浅灰色，饱和，可塑，干强度中等，无摇振反应，韧性中等，稍有光滑，土中含有机质、铁质锈斑，层底深度14.2019.80米，平均层底深度16.32米，层底标高67.7172.68米,平均层底标高70.99米，厚度0.403.60
11、米，平均厚度1.12米。第层 粉砂（Q4-1al+pl），灰黄色，饱和，密实，主要成分为长石、石英、云母，分选较差，局部夹有粉土层，层底深度16.4022.20米，平均层底深度18.61米，层底标高65.1070.58米,平均层底标高68.70米，厚度0.604.60米，平均厚度2.31米。第层 细砂（Q4-1al+pl），褐灰色褐黄色，饱和，密实，主要成分为长石、石英、云母，颗粒级配一般，分选中等，厚度大，分布稳定，层底深度24.2029.20米，平均层底深度26.46米，层底标高58.0662.50米,平均层底标高60.83米，厚度4.4012.70米，平均厚度7.84米。第（10夹）粉质
12、粘土（Q4-1al+pl），褐黄色，饱和，可塑硬塑，干强度中等，无摇振反应，韧性中等，光滑，呈透镜体分布，分布不规律层底深度19.0022.40米，平均层底深度21.01米，层底标高64.4069.29米,平均层底标高66.22米，厚度0.401.10米，平均厚度0.80米。第层 粉质粘土（Q3al），褐黄色，饱和，可塑硬塑，干强度中等，无摇振反应，韧性中等，光滑，土中含有较多姜石，在本层上部富集，层底深度26.4035.00米，平均层底深度29.51米，层底标高52.2660.15米,平均层底标高57.83米，厚度1.106.50米，平均厚度3.20米。 第层 细砂（Q3al），褐灰色褐黄色
13、，饱和，密实，主要成分为长石、石英、云母，颗粒级配一般，分选差，局部为粉土，厚度差别大，层底起伏大，层底深度34.0042.70米，平均层底深度37.03米，层底标高44.9354.10米,平均层底标高50.56米，厚度3.2011.00米，平均厚度6.72米。第层 粉质粘土（Q3al），褐黄色棕红色，饱和，硬塑，干强度高，无摇振反应，韧性中等，稍有光滑，土中含有姜石、铁锰质结核，层底深度34.0042.70米，平均层底深度37.03米，层底标高44.9354.10米,平均层底标高50.56米，厚度3.2011.00米，平均厚度6.74米。第层 粉质粘土（Q3al），褐黄色，饱和，可塑硬塑，干
14、强度中等，无摇振反应，韧性中等，光滑，土中含有较多姜石，钻探深度内未揭穿该层。2.三轴试验结果对地面下浅层粉土做了三轴UU试验，对于地面下浅层粉质粘土，做了自重应力下预固结条件下的三轴UU试验。依据试验测定的抗剪强度指标，提出抗剪强度指标建议值如下表1所示：抗剪强度指标建议值一览表（uu试验） 表1层 号233-145678910Cuu(kPa)14.41712191321132050uu(度)211420152313241528303.场地地下水情况根据含水层的埋藏条件和水理特征，场地内勘探深度范围内地下水类型为潜水。勘察期间水位埋深在地面下3.506.60米，（水位标高80.8183.96
15、米）；水位差别较大主要是由于孔口标高差别较大和场地南侧地表水体汇入场地所致，潜水水位主要受季节性降水和周围人工取水影响，从7月中旬至10月上旬是每年地下水位丰水期，每年12月至来年2月为枯水期，水位年变化幅度约1.5米，根据调查了解，近35年的最高水位埋深约为2.5米，标高84.00米；设计基准期抗浮设计和防水设计水位建议采用地面下1.0米，标高为85.50米。4.场地和地基的地震效应根据场地内8个钻孔实测的vs值，依据GB50011-2010第4.1.5条计算得场地20m深度范围内土层的等效剪切波速在179.1188.3m/s之间，平均值为vse=183.3m/s；依据相邻场地的波速测试结果
16、，场地的覆盖层厚度大于50米。按照GB50011-2010表4.1.6的划分标准，本建筑场地类别为类。郑州市抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，场地设计基本地震加速度为0.15g；依据“GB50011-2010”表5.1.4-2，场地设计特征周期为0.45s。液化判别及液化指数计算表 （据标贯） 表2钻孔编号：29 地下水位：2.65(m) 孔口标高：86.65(m) 层号岩土名称C(%)ds(m)N(击)Ncri(击)di(m)(1-Ni/Ncri)xdiwi判别结果2粉土8.53.304.04.591.151.480液 化粉土6.94.305.05.620.700.770液 化5粉土
17、7.98.307.07.220.750.180液 化粉土7.99.206.07.670.951.490液 化粉土3.710.2016.011.921.30.000不液化7粉土3.214.3026.016.01.250.000不液化粉土4.215.2021.014.440.750.000不液化9砂土3.016.3041.017.080.750.000不液化砂土3.017.2048.017.080.750.000不液化10砂土3.018.3054.017.081.30.000不液化砂土3.019.3049.017.081.50.000不液化液化指数(ILE)：3.92 液化等级： 轻微 （二）天然
18、地基分析评价1.各层土承载力特征值根据物理力学性质指标、标准贯入试验和静力触探原位测试成果，经计算分析后确定各层土承载力特征值（fak）如表3： 各层土承载力特征值 表3 层 号233-1456789fak(kPa)12085115100145130220110260层 号10夹1011121314fak(kPa)2103603403503203502.各层土的压缩模量Es0.1-0.2及压缩性评价各层土的压缩模量Es0.1-0.2值是根据室内压缩试验成果、结合标准贯入试验和静力触探经验公式经综合分析后确定的，用于评价地基土的压缩性。具体数值见表4：压缩模量Es0.1-0.2及压缩性评价一览表
19、 表4层 号233-1456789Es (MPa)7.13.36.53.89.65.215.54.224.0压缩性评价中高中高中中低高低层 号10夹1011121314Es (MPa)8.435.013.535.012.814.0压缩性评价中低中低中中3.天然地基利用根据建设单位提供的建筑物特征和提供（或估算）的基底平均压力，依据建筑地基基础设计规范规定的承载力修正方法，按筏板基础考虑验算各建筑物地基承载力情况如下表5所示：各建筑物深宽修正后的天然地基承载力一览表 表5子项目名称建筑物层数基底标高平均基底压力Pk(kPa)地基持力层修正后地基持力层承载力特征值fa（kPa）天然地基筏板验算结果
20、下卧层验算结果独立基础尺寸办公楼26F81.1m470第3、3-1、4层106.5kPa不满足-4.高层建筑地基均匀性评价依据高层建筑岩土工程勘察规程（JGJ72-2004）第8.2.4条，对拟建办公楼的地基均匀性评价如表6所示；由于依据前两款已确定上述建筑为不均匀地基，所以不再进行第三款的评价。 高层住宅地基均匀性评价一览表 表6建筑名称建筑物层数持力层持力层坡度下卧层宽度方向上厚度差值验算结果办公楼地上24层第3-1、4层5.2%2.0m0.05b=1.7m不均匀地基5.桩基工程分析评价桩基的适宜性及桩型的选择拟建场地上部土层较软，20米以下土层承载力高，有良好的桩端持力层；根据场地工程地
21、质条件、周围环境条件以及上部建筑物的需求等方面来分析，本工程适合采用桩基础。桩型选择：根据场地地层情况、周围环境条件、郑州市目前已有的桩基础施工手段、施工能力以及成功实例,结合本工程的荷载要求,拟建场地适合采用预应力管桩。桩端持力层的选择、桩径的建议a）桩端持力层的选择：预应力管桩受混凝土强度和压桩设备能力的限制，桩端持力层可选择第9层粉砂或第10层细砂。b）桩径及布桩的建议根据场地地层情况，预应力管桩属于端承摩擦桩，选择直径相对小一些的桩，桩的比表面积相对要大一些，这样可以充分发挥桩周摩阻力；但考虑到沉桩及桩的长细比要求，建议预应力管桩的直径可选择400mm或500mm。桩的布置按照建筑桩基
22、技术规范(JGJ94-2008)第3.2.3.1条规定，预应力管桩中心距可采用3.54.0d。为了便于桩基质量控制，减小施工难度，可采用梅花型布桩。桩基设计参数根据岩土性质和原位测试成果，并参考类似场地桩基静载荷试验的资料，依据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）、高层建筑岩土工程勘察规程（JGJ72-2004）和建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）提出预应力管桩的桩基设计参数如表7供设计参考；最终桩基的设计参数要以桩基静载荷试验结果为准。预应力管桩侧阻力特征值和端阻力特征值 表7层 号233-145678910夹10qsia（kPa）221521182523382633254
23、3qPa（kPa）260020004800桩基承载力计算按照表7所列预应力管桩的侧阻力特征值和端阻力特征值，计算单桩承载力特征值列表如8所示（由于单柱荷载尚未确定，所以作用于单桩的竖向力按满堂布桩考虑）：预制管桩承载力计算结果一览表 表8 预应力管桩直径d=400mm，桩间距1.40米，正方形布桩d=500mm，桩间距1.75米，正方形布桩基底压力Pk406470kPa406470kPa桩端持力层第10层(进入1.0米)第10层(进入1.0米)单桩竖向承载力特征值（kN）1072kN1529kN作用于单根桩的竖向力Qk（kN）921kN1440kN单桩承载力验算QkRaQkRa结 论满足满足预
24、应力管桩的沉桩可能性评价依据建筑桩基技术规范，按静力触探锥尖和侧壁阻力来计算压桩所需反力，当桩入土深度20.0m（桩底标高67.6米）,进入第10层细砂层时；对于直径为0.4米的管桩，按不利情况进行估算，估算压桩反力约3100kN。考虑到此时压桩力已达到计算承载力特征值的3倍，在保证复压次数情况下，单桩承载力可以达到本报告计算的单桩承载力特征值；对于直径为0.5米的管桩，压桩力可以控制在5000kN。桩基软弱下卧层计算拟建场地第10夹层相对较软，该层局部位于桩端平面以下，构成了软弱下卧层，需进行桩基的软弱下卧层验算；依据(JGJ94-2008)规范第5.2.13.1条，经计算z+ iz=562
25、kPa,小于qwuk/q=707kPa，软弱下卧层承载力满足要求。建筑桩基沉降估算结果根据高压固结试验结果，依据有关规范规定，估算拟建高层建筑采用预应力管桩的沉降如表9所示：高层建筑桩基沉降估算结果一览表 表9子项工程名称建筑物层数中心点沉降规范允许中心点沉降整体倾斜规范允许整体倾斜验算结果办公楼24层67.5mm 200mm0.00019 0.002满足规范要求桩基工程设计、施工、监测建议a）桩基工程设计后，应通过试桩来进一步确定单桩承载力。b）桩基施工应严格遵照规范“JGJ 94-2008”、“GB50202-2002”的要求加强工程质量的监督管理。c）预应力管桩计算压桩反力大于桩身强度允
26、许值，因此应选取业绩好，经验丰富的施工单位进行施工，特别要控制压桩最后阶段的压桩反力和沉降量。 d）桩基的监测、检验要从桩基成桩质量开始全过程监测。e）工程桩检验：除做静载荷试验外，尚应做大应变、小应变桩身强度检测工作。6.地基基础方案建议 根据场地的地层特点和拟建建筑特征，综合考虑技术可行性、工程造价和施工难度等因素，拟建高层建筑建议采用预应力管桩，以第10层细砂作桩端持力层；采用直径为400mm和500mm的管桩承载力均可满足要求，结构设计时建议根据结果荷载情况和承载力需要进行选用。（三）结论与建议a）本工程场地位于郑州市东部，地貌单元为黄河冲积平原；场地内分布有土堆，孔口标高稍有起伏，场
27、地内地层分布规律，层面起伏不大。b) 拟建场地内不存在对工程安全有影响的诸如岩溶、滑坡、崩塌、地陷、采空区、地面沉降、地裂等不良地质作用；也未发现影响地基稳定性的古河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石及其它人工地下设施等对工程有不利影响的埋藏物，场地稳定性好，适宜建筑。c）拟建建筑场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，场地内第3-1层粉土为可液化地层，液化等级为轻微；建筑场地属抗震不利地段；场地等效剪切波速183.3m/s；场地类别为类。特征周期为0.45s。d) 场地内地下水静止水位4.706.20米，（水位标高80.8183.66米），近35年的最高水位
28、标高约84.0米，设计基准期抗浮设计和防水设计水位标高建议采用85.5米。地下水对混凝土没有腐蚀性，但对干湿交替条件下的钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构有弱腐蚀性。e）各层土物理性质指标，Es值，c、值，承载力特征值以及桩基侧摩阻力、端阻力和复合地基设计参数的建议值分别见各章节。f）拟建办公楼建议采用预应力管桩，预应力管桩桩身直径可选择400mm或500mm，入土深度20.0m左右、桩端持力层以第10层细砂为宜，处理后基桩承载力可满足上部荷载要求。g）办公楼基坑边坡建议采用放坡加土钉墙进行支护；办公楼基坑降水建议采用一级轻型井点配合管井的降水方案；降水上部粉土、粉质粘土综合渗透系数建议采用0.5m/d，下部砂层综合渗透系数建议采用6.5m/d。h）对于桩基、复合地基的设计参数应进行静载荷试验后确定，试验数量满足建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）、建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）及建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）的规定。i）建议高层建筑从浇筑底板即开始建筑物沉降观测；施工过程中应加强施工监理工作，尤其对桩基工程成桩质量的监理。基坑开挖后应认真组织验槽工作，发现异常问题应立即会同有关部门协商解决。j）拟建建筑场地勘察与评价是以勘察任务书给定的建筑物特征和荷载条件为基础进行的，当建筑物的上述特征变化较大，设计基础形式与
