基础设计毕业论文

第一章 绪论

第一节 基础的主要类型

基础是建（构）筑物的下部结构。一般情况下，基础位于室外地面标高以下，它承受

着上部荷载，且将荷载传递到地基土中，其主要功能有两点：第一，以不同的基础形式，如不同的尺寸、刚度及埋深等，将上部结构传来的轴力、水平力、弯矩等荷载传递到地基中，以满足地基土承载力的要求；第二，根据上部结构的特点以及地基可能出现的变形情况，利用基础所具有的刚度，与上部结构共同调整因荷载不均或地基土的不均匀性产生的变形，以便使上部结构不致产生过多的次应力。从不同的角度（材料、构造型式、作用、施工方法及埋深等）可将基础分为多种类型。

按基础的受力性能分，可分为无筋扩展基础（刚性基础）和柔性基础。砖基础、毛石基础、灰土基础、混凝土基础等均属于无筋扩展基础。对无筋扩展基础而言，钢筋混凝土基础属于柔性基础。

按基础的构造及形式分，可分为墙下条形基础、单独（独立）基础、连续基础。墙下条形基础分为刚性和柔性两种。独立基础按基础形式又可分为墩式基础、杯形基础和壳体基础。连续基础又可分为柱下条形基础及柱下十字交叉基础、筏板（片筏）基础和箱型基础。

按基础的特殊作用及特殊施工方法分，可分为地下连续墙、沉井基础和桩基础。既承受上部结构荷载作为基础使用，又承受侧向土压力、水压力的连续墙状结构称为地下连续墙。采用沉井方法施工，施工完毕以后沉井作为基础使用，即成为沉井基础。采用一定的施工方法形成的各种灌注桩、预制桩作为基础，即桩基础。

按基础的埋置深度分，可分为浅基础和深基础。基底埋深一般大于5m，或需采用特殊方法才能施工的基础为深基础。常规方法施工，且基底埋深不大于5m的基础为浅基础。

第二节 基础工程设计的基本原则

基础设计时，需综合考虑场地地质条件、建筑物的重要性及使用功能、上部结构的类

型、荷载大小及分布、施工条件及对周围邻近建筑物的影响等众多因素，之后才能做出相应的设计方案。对某一具体建筑物，可能有多种设计方案可供选择，只有经过技术经济比较，才能得出经济合理的方案。现将基础设计时所涉及的主要问题及设计的基本原则进行说明。

基础设计时应本着上部结构、基础及地基三者相互作用、共同工作的整体观点，分析在各种地质条件下三者可能出现的问题并采取相应的设计措施。设计时必须遵循以下原则。

一、基底压力应不大于修正后的地基承载力特征值

地基允许承载力是与荷载试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限，称其为地基承载力特征值。当地基所受荷载大于修正后的地基承载力特征值时，则难以保证地基土能正常工作，地基土的塑性区将进一步发展，是地基变形进一步增大而难以稳定直至破坏。

二、地基变形值应不大于建筑物的地基变形允许值

当基地压力满足修正后的地基承载力特征值时，一般情况下能保证地基土不会发生剪切破坏，但地基在荷载作用下，总会产生一定变形。基变形控制到何等程度，才能保值建筑物的使用功能及外观不受影响，也不会引起建筑物开了、损坏，是设计时必须考虑的。值得注意的是，在计算地基变形量时，考虑的主要是地基土的压缩性及上部荷载情况，而未考虑上部结构的刚度对计算结果的影响，所以地基变形计算值与实际情况有一定的误差。在实际设计时应根据实际情况及现有的可借鉴的设计经验，灵活运用相关理论，才能使设计成果更理想。

三、水平荷载作用时应满足稳定性要求

对承受较大水平荷载（如风力、地震力）的建筑物，特别是高层建筑及高耸结构物，设计时必须考虑地基所具有的抗滑及抗倾覆能力，一旦地基失稳，则会造成灾难性后果。对位于斜坡地段的建（构）筑物，若不考虑周全，一旦产生对斜坡稳定性不利的因素，不但危及建筑物安全，甚至会殷勤斜坡破坏。

以上三项原则是基础工程设计的基本原则，设计时可根据建筑物的重要性或建（构）筑物的使用年限区别对待。

第三节 本次基础设计的目的和任务

目的：

根据勘察方提供的岩土参数，结合理论公式，借鉴已有工程实例设计基础。向施工方提供施工依据，并向其提出施工建议。

任务：

第一，确定基础类型。以安全、适用、经济及便于施工为原则确定基础类型，设计时根据工程地质条件、上部结构情况、材料供应及施工技术设备等因素综合确定。

第二，确定基础埋置深度。基础埋置深度选择的原则是满足建筑物使用功能要求，符合基础结构布置要求，满足地基的承载力和变形要求，考虑场地的环境条件，注意冻土地基的冻胀性和融陷性影响。

第三，确定地基承载力。地基承载力的确定方法主要有现场荷载试验方法、按规范承载力表确定的方法、理论公式计算方法及其他原位测试经验公式确定方法。

第四，确定基础地面尺寸。基础底面的尺寸可以按照持力层承载力的设计值确定。 第五，地基的变形与稳定性验算。建筑物的地基变形值不应大于地基变形允许值。地基的稳定系数应不小于1.2。

第六，基础结构设计。确定基础的结构、材料及配筋等。 第七，基础施工图绘制。绘制基础施工图，包括施工说明。

第二章 工程概况及场地条件

第一节 工程概况

武汉市第二社会福利院搬迁项目位于武汉市江夏区龙泉山，拟建建筑物包括有①号老

年公寓、②号老年公寓、③号老年公寓、老年活动中心、综合服务中心、服务对象用房、行政办公中心和医疗康复中心，该项目由武汉理工大设计研究院设计，中南勘察基础工程有限公司勘察。拟建物工程重性等级为二级，场地等级为二级，地基等级为二级，岩土工程勘察等级为乙级。各建筑物的设计情况见表2-1。

第二节 场地岩土工程条件

2.2.1场地地形地貌

拟建场地属剥蚀低垄岗地貌，相当于长江Ⅲ级阶地。场区内地面标高介于19.27～31.50m之间，地势总体上南边高北边低，东西两边高中间低，起伏较大，其中场地东面为近期堆积的杂填土。 2.2.2场地地层结构特征

在勘察中所揭示的深度范围内至上而下分布有杂填土、第四系全新统冲积成因的粉质粘土、上更新统残坡积成因的粉质粘土和石炭系中风化灰岩。上部填土状态松散；粉质粘土从上至下由可塑到硬塑变化；灰岩坚硬，且局部可见溶洞。各岩土层的空间分布及其主要特征详见表2-2：

2.2.3不良地质作用

在场区未发现滑坡、危岩、泥石流、采空区等不良地质作用。拟建场地基岩为灰岩，灰

岩中发现有溶洞和溶蚀凹槽，溶洞一般被粘性土充填，灰岩上部覆盖了7～8米的老粘土，老粘土岩土力学性质良好，且拟建建筑物基础拟采用浅基础，因此可不考虑溶洞对拟建建筑物的影响。

2.2.4地基土的物理力学性质指标

一、土的物理力学性质统计

场地勘察中对②层粉质粘土和③层粉质粘土共取原状土样44件，其土的物理力学性质统计和土的膨胀率统计见表2-3：

二、标准贯入试验锤击数统计

场地勘察中对②层粉质粘土和③层粉质粘土行了标准贯入试验，其标贯锤击数统计见表2-4：

表2-4标准贯入试验锤击数统计表 三、重型动力触探试验锤击数统计表（N63.5）

场地勘察中对③层粉质粘土进行了重型动力触探试验，其动探锤击数统计如表2-5：

场地勘察中对④层中风化灰岩取岩样4件，其岩石饱和单轴抗压强度统计如表2-6：

说明：由于样本数量少于6件，上述岩样统计时取小值平均值。

第三节 场地水文地质条件

2.3.1地下水类型及地下水位

场地勘察报告的勘探结果表明：场地地下水类型为上层滞水，主要赋存于上部的填土层中，接受大气降水、生活用水及地表散水的竖向渗透补给，水量无规律性，其水位随季节不同而变化。勘察期间测得地下水稳定水位埋深为0.40～3.20m，地下水稳定水位标高为17.89～30.03。 2.3.2地下水腐蚀性

本次勘察取地下水样2件，根据水质分析结果并结合《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）2009版规定（见表2-7、表2-8），判定拟建场地的地下水对砼及砼中钢筋具有微腐蚀性。

注：1. 表中的数值适用于有干湿交替作用的情况，Ⅰ、Ⅱ类腐蚀环境无干湿交替作用时，表中硫酸盐含量数值应乘以1.3的系数；

2.表中数值适用于水的腐蚀性评价，对土的腐蚀性评价，应乘以1.5的系数；单位以mg/kg表示；

3.表中苛性碱(OH-)含量（mg/L）应为NaOH和KOH中的OH-含量（mg/L）。

表2-8 按地层渗透性水和土对混凝土结构的腐蚀性评价

注：1. 表中A是指直接临水或强透水层中的地下水；B是指弱透水层中的地下水。强透水层是指碎石土和砂土；弱透水层是指粉土和粘性土。

2 . HCO－3含量是指水的矿化度低于0.1g/L的软水时，该类水质HCO－3的腐蚀性； 3. 土的腐蚀性评价只考虑pH值指标；评价其腐蚀性时，A是指强透水土层；B是指弱透水土层。

第四节 场地地震效应

2.4.1基本烈度及设防烈度

按“中国地震动参数区划图”，武汉地区地震基本烈度为6度，抗震设防类别为乙类，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，拟建建筑物可按6度进行抗震设防。

2.4.2场地土类型及建筑场地类别

根据湖北省地方标准《建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2003）有关规定,结合标准贯入试验锤击数，利用公式Vse=do/t及t=

di

计算土层的等效剪切波速如表2-9:

i=1Vsi

n

根据拟建场地岩土名称和性状，结合抗震设计规范可知，该拟建场地土类型为中软土。

由于拟建场地土层的等效剪切波速207.4~311.3m/s，结合场地覆盖层厚度为9.10～19.30m，故判定建筑场地类别为Ⅱ类，属中软~中硬场地土，建筑的设计特征周期为0.35s，场地为可进行建设的一般场地。 2.4.3液化判别

拟建场地内不存在饱和的砂土和粉土，因此可不必考虑砂土液化问题。 2.4.4抗震场地的划分

拟建场地属可进行建设的一般场地，场地及附近没有发震断裂构造，也不存在滑坡、崩塌、液化、泥石流等地震稳定性灾害产生的条件。

第三章 场地岩土工程评价与基础类型选择

第一节 场地岩土工程分析与评价

3.1.1场地稳定性及适宜性评价

拟建场地在勘察施工中揭露的基岩为灰岩，灰岩中发现有粘性土充填的溶洞，其上部覆盖了7～8米的老粘土，拟建建筑物基础亦采用浅基础，因此可不考虑溶洞对拟建建筑物的影响，根据《城市规划工程地质勘察规范》（CJJ57-94）划分，拟建场地较适宜进行建设。 3.1.2地基均匀性评价

根据本次勘察结果，本场地各地层在水平方向上有较大变化，且主要岩土层部分地段层面坡度＞10%,因此本勘察场地属不均匀地基。 3.1.3地基岩土工程特性分析与评价

一、地基土承载力特征值及压缩模量

根据现场试验成果和前期勘探现场成果数据统计，按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009版、《岩土工程勘察工作规程》（DB42/169-2003）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）等规范规定，并结合地区工程经验，综合确定各层岩土工程参数见表3-1：

二、地基土工程特征分析与评价

场地各岩土层工程特征分析评价如下：

1.杂填土:呈松散状态，全场均有分布，强度较低，不能作为拟建建筑物的基础持力层。 2.粉质粘土：呈可塑状态，强度中等，仅局部地段有分布，属中缩性土，可作为一般建筑物的基础持力层。

3.粉质粘土：呈硬塑～坚硬状态，强度较高，全场均有分布，属中～低缩性土，可作为拟建建筑物的基础持力层。

4.中风化灰岩：属较硬岩，岩体较完整，其强度高，为不可压缩层，为拟建场地较好的岩土层。

第二节 地基基础类型评价与选择

综合分析场地各岩土层的埋藏分布情况，工程地质性质和拟建建筑物的荷载情况，拟建拟建建筑物均可考虑采用天然地基。①层土为杂填土，不宜作为建筑物地基；②层粉质粘土承载力特征值较小，亦不宜作为建筑物地基；故应考虑以③层粉质粘土或④层中风化灰岩作为建筑物地基。根据建筑物荷载较小，可暂时确定以作为③层粉质粘土天然地基持力层。

基础形式的选择应考虑主要考虑建筑物荷载和选择地基的承载力特征值，根据已知建筑物和场地情况，暂确定选择柱下条形基础或墩基础。基础形式和持力层的具体选择可见下表3-2：

第三节 场地适宜性总评

勘察结果表明，拟建场地在勘探深度范围内没有影响场地稳定性的构造破碎带、滑坡、泥石流、采空区、地面沉降等不良地质作用，拟建场地在勘察施工中揭露的基岩为灰岩，灰岩中发现有粘性土充填的溶洞，其上部覆盖了7~8米的老粘土，拟建建筑物基础亦采用浅基础，因此可不考虑溶洞对拟建建筑物的影响，拟建场地适宜进行建设。

初步确定地基采用天然地基，以③层粉质粘土天然地基持力层。，基础选择浅基础中的柱下条形基础或墩基础。场地的③层粉质粘土为老粘土，根据膨胀试验表明，不具有弱膨胀潜势，因此基础设计时可不考虑膨胀性对拟建建筑物的影响，基础埋置深度宜大于1.35

米。拟建建筑物的抗震设防烈度为6度，属中软~中硬场地上，场地类别为Ⅱ类，建筑物的设计特征周期为0.35s，拟建场地为可进行建设的一般场地。场地地下水对砼及砼中钢筋具有微腐蚀性。

第四章 综合服务中心基础设计

第一节 设计依据及原则

4.1.1基础设计依据

一、依据规范及标准

1.《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）； 2.《建筑地基基础技术规范》（DB42/242—2003）； 3.《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）； 4.《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223—2004）； 5.《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）； 6.《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）；

7.《混凝土结构设计原理》中国建筑工业出版社2008年版。 二、其他依据

1.《武汉市第二社会福利院搬迁项目岩土工程勘察报告》（K-01-10-41）； 2.场区其他相关工程资料。 4.1.2基础设计原则

一、基底压力应不大于修正后的地基承载力特征值； 二、地基变形值应不大于建筑物的地基变形允许值； 三、水平荷载作用时应满足稳定性要求。

第二节 持力层及基础类型选择

4.2.1持力层选择

场地地层大概分为四层：①层土为杂填土，不宜作为建筑物地基；②层粉质粘土承载力特征值较小，亦不宜作为建筑物地基；故应考虑以③层粉质粘土或④层中风化灰岩作为建筑物地基。由于建筑物荷载较小，基础宜采用浅基础，结合场地具体情况，宜采用③层粉质粘土作为建筑物地基持力层。 4.2.2基础类型选择

基础形式的选择应考虑主要考虑建筑物荷载和选择地基的承载力特征值。由于建筑物为荷载较小的框架结构，结合场地实际情况，拟采用柱下条形基础（如图4-1所示）。

图4-1 综合服务中心基础示意图

第三节 基础设计

4.3.1基础埋置深度选择

基础埋置深度指设计地面标高至基础地面的标高差。基础埋深的选择需要考虑建筑物的使用要求、荷载大小及性质；建筑场地工程地质及水文地质条件；地基土冻胀和融陷的影响；对已有将诸位基础的影响；地下水及地表水的影响。基础埋深应不小于0.5m，基础顶面应低于设计地面大于或等于0.1m。综合各方面条件，暂选择基础埋深为1.5m。 4.3.2确定地基承载力

根据《建筑地基基础设计规范》中按土的抗剪强度指标确定地基承载力，公式为：

fak=Mbγb+Mdγmd+Mcck

式中：fak——按土抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；

Mb，Md，Mc——承载力系数，按表4-1采用；

b——基础地面宽度，当基础宽大于6m按6m考虑，对于沙土，小于3m按3m考

虑；

γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度（KN/m3）； γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度； ck——基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值（kPa）。

表4-1 承载力系数Mb，Md，Mc

注：k——基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值

该建筑物地基③层粉质粘土k取15.6°，γ取19.1 kN/ m3，b取3m，γm取18.9kN/

m3，d取1.5m, ck取58.2kPa，表4-1中读取Mb，Md，Mc值，利用内差法分别读取

为Mb=0.35，Md=2.4，Mc=5.0。

根据公式fak=Mbγb+Mdγmd+Mcck可得： fak=0.3519.13+2.418.91.5+558.2=524.5kPa

结合表3-1中各试验数据，最终确定地基承载力特征值fak=430kPa。由于基础埋深d>0.5m，故地基承载力特征值需要进行深度修正。修正后的地基承载力特征值按下面公式求得：

fa=fak+b（b-3）+d（） md-0.5

式中：fak，fa分别是地基承载力特征值、修正后的地基承载力特征值；

b，d分别为基础宽度及埋深的地基承载力修正系数，取值可见《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）或《基础工程学》中国地质大学出版社2005版；

γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度（KN/m3）； γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度；

b——基础地面宽度，当基础宽大于6m按6m考虑，对于沙土，小于3m按3m考

虑；

d——基础埋深，一般自室外地面标高算起。

参考相关规范b=0.3，d=1.6根据上面公式计算修正后的地基承载力特征值：

fa=430+1.618.9（1.5-0.5）=458.8kPa

故确定修正后的地基承载力特征值为458.8kPa。 4.3.3计算段基础的选择和柱荷载确定

综合服务中心整体拟采用柱下条形基础，设计时选择1-1截面的条基段计算，见图4-2。福利院勘察报告中未提供建筑物框架的柱间距布置方案，故采用通常的6m6m柱间距布置方式。

由表1-1可知综合服务中心的建筑面积为3795.35㎡，单位荷载为160 kN/㎡，则建筑物总荷载为607256KN。框架柱数取106根，单柱荷载取5760KN。选择计算段框架长度为30m，可分布6根柱。

图4-2 综合服务中心建筑平面图

4.3.4基础尺寸确定

根据前文所述，1-1截面框架结构柱下条形基础埋深1.5m，修正后的地基承载力特征值fa=458.8kPa。条基上各柱荷载设计值为5760KN，柱距为6m，如图4-3所示。

图4-4 基础荷载分布图

一、确定基础梁总长L 因构造要求，基础梁需伸出A轴的长度a=0.5m。基础梁荷载对称，两边伸出长度相等，则荷载合力通过形心。

L=65+a2=33m 二、确定基础梁宽度B

由公式B=

Ni2

求B，其中=20kN/m，H为基础埋深，H=1.5m。

（fa-H）L

B=

34560Ni

==2.5m

（fa-H）L(458.8201.5)33

综上，基础梁长度L取31m，基础梁宽度B取2.6m。符合初始假定。

4.3.5内力分析

由于基础梁为等跨梁，各柱荷载相同，柱距较小，荷载合力重心与纵梁形心重合，可按经验系数法计算，即直接用弯矩及剪力系数（各系数见表4-2、表4-3中表达式）求算基础梁内力。

表4-2 弯矩计算公式

五跨基础梁各柱荷载设计值分别为N1=N2=N3=5760kN。柱距l1=6.0m，悬臂l0=1.5m。按经验系数法公式求弯矩和剪力。

地基净反力pj=

Ni34560

==1114.8kN/m； L31

按表4-2中公式计算弯矩：

MApl02/21114.81.52/21254.2kNm；

MBpl12/101114.862/104013.28kNm；

MCpl12/121114.862/123344.4kNm；

M1

p1114.8(13l1235l02)(1362351.52)3099.5kNm； [1**********]

pl11114.8622054.4kNm； 840840525

pl11114.8622388.9kNm； 8484

M2

M3

1.2M13719.5kNm；

1.2M22465.3kNm； 1.2M32866.7kNm。

将已乘调整系数1.2的跨中弯矩值作为最后跨中弯矩标于基础梁弯矩图（图4-5）中。

按表4-3中公式计算剪力：

左QA=pl0=1114.81.5=1672.2kN；

右QA=-

25l2251.52

pl1[1+0]1114.86[1+()]2884.5kN； 54l154635l2351.52pl1[10]1114.86[1()]3804.3； 56l15663131

pl1-1114.863455.9； 6060

左

QB

右QB-

左QC

2929

pl11114.863232.9； 6060

右QC-

11

pl1-1114.863344.4。 22

将计算所得基础梁剪力值标于基础梁剪力图（图4-6）中。

图4-5 基础梁弯矩图

图4-6 基础梁剪力图

4.3.6基础梁肋梁的高度、宽度及配筋选择 根据相关规范，肋梁高度去柱距的1/6为1m；肋梁宽度取0.4m；翼板采用厚度为220mm的等厚翼板；柱尺寸0.5m0.5m，在柱与基础梁交接出将肋部适当加宽是其满足相关规定的要求。