郑大土木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20.0m×17.6m。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、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》GB／T50083-972.《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-20013.《工程结构设计基本术语和通用符号》GBJ132-904.《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-20085.《建筑结构荷载规范》（2006年版）GB50009-20016.《混凝土结构设计规范》GB50010-20027.《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-20088.《建筑抗震设计规范》GB50011-20109.《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-200210.《钢结构设计规范》GB50017-200311.《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》JGJ138-200113.《建筑地基基础设计规范》GB50007-200211-- 14.《建筑桩基技术规范》JGJ94-200815.《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-200316.《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》JGJ6-9917.《地下工程防水技术规范》GB50108-200818.《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-9519.《建筑变形测量规范》JGJ8-200720.《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-200221．《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-200222.《航天大厦岩土工程勘察报告》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800mmx800mm。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⑴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0.30～3.70米，平均层底埋深1.31米，层底标高84.01～87.67米,平均层底标高86.34米，厚度0.30～3.70米，平均厚度1.31米。第⑵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1.20～6.00米11-- ，平均层底深度3.72米，层底标高81.95～85.97米,平均层底标高83.59米，厚度0.70～4.80米，平均厚度2.95米。第⑶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4.00～8.50米，平均层底深度5.88米，层底标高80.02～83.17米,平均层底标高81.43米，厚度0.50～4.10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5.50～9.80米，平均层底深度7.25米，层底标高78.52～82.37米,平均层底标高80.16米，厚度0.40～3.00米，平均厚度1.43米。第⑷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6.90～12.50米，平均层底深度9.02米，层底标高76.30～80.10米,平均层底标高78.28米，厚度0.80～4.70米，平均厚度2.14米。第⑸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9.70～15.00米，平均层底深度11.88米，层底标高73.30～77.82米,平均层底标高75.43米，厚度1.50～4.40米，平均厚度2.86米。第⑹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11.20～17.20米，平均层底深度13.96米，层底标高71.60～74.89米,平均层底标高73.35米，厚度0.80～4.00米，平均厚度2.08米。第⑺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13.50～18.50米，平均层底深度15.22米，层底标高70.00～74.13米,平均层底标高72.07米，厚度0.50～3.70米，平均厚度1.28米。第⑻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14.20～19.80米，平均层底深度16.32米，层底标高67.71～72.68米,平均层底标高70.99米，厚度0.40～3.60米，平均厚度1.12米。第⑼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16.40～22.20米，平均层底深度18.61米，层底标高65.10～70.58米,平均层底标高68.70米，厚度0.60～4.60米，平均厚度2.31米。第⑽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24.20～29.20米，平均层底深度26.46米，层底标高58.06～62.50米,平均层底标高60.83米，厚度4.40～12.70米，平均厚度7.84米。第（10夹）粉质粘土（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19.00～22.40米11-- ，平均层底深度21.01米，层底标高64.40～69.29米,平均层底标高66.22米，厚度0.40～1.10米，平均厚度0.80米。第⑾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26.40～35.00米，平均层底深度29.51米，层底标高52.26～60.15米,平均层底标高57.83米，厚度1.10～6.50米，平均厚度3.20米。第⑿层细砂（Q3al），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，分选差，局部为粉土，厚度差别大，层底起伏大，层底深度34.00～42.70米，平均层底深度37.03米，层底标高44.93～54.10米,平均层底标高50.56米，厚度3.20～11.00米，平均厚度6.72米。第⒀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34.00～42.70米，平均层底深度37.03米，层底标高44.93～54.10米,平均层底标高50.56米，厚度3.20～11.00米，平均厚度6.74米。第⒁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，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)14.41712191321132050Фuu(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3.50～6.60米，（水位标高80.81～83.96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3～5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179.1～188.3m/s之间，平均值为vse=183.3m/s；依据相邻场地的波速测试结果，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Ⅲ类。11-- 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ρC(%)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表4层号233-145678911-- Es(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%2.0m>0.05b=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11-- 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3.5～4.0d。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）2215211825233826332543qPa（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Pk406～470kPa406～470kPa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Qk