土力学与地基基础实训报告

土力学与地基基础实训报告

桩基础设计

某场地土层情况如下，第一层为杂填土，厚度1m，第二层为淤泥，流塑状态，厚度6.5m，第三层为粉质粘土，IL=0.25，厚度大。现需设计一框架柱，截面为300mm×450mm，桩预采用预制桩基础。柱底在地面处的设计值为：轴向力Fk=2500KN，弯矩Mk=180KNM，水平力H=100KN，水平力合弯矩方向均自沿长度方向左向右，初选柱截面350mm×350mm，桩基等级为二级。试设计此桩基础。

1、建筑资料：第一层杂填土厚度1m第二层淤泥厚度6.5m第三层粉质粘土厚度大

柱底在地面处的设计值为：轴向力Fk=2500KN弯矩Mk=180KNM，水平力H=100KN，水平力合弯矩方向均自沿长度方向左向右，初选柱截面350mm×350mm，桩基等级为二级

2、确定桩长及单桩竖向极限承载力标准值。

取承台埋深d=1m，桩端进入粉质粘土层3.5m（〉2d），桩的计算长度l=6.5m+3.5m=10m

查表8-1得qsik的值。淤泥层：流塑状态的淤泥（偏好）可取qs1k=15kpa,,该层中心点埋深4.85〈5m,修正系数是0.8。

得：qsik=15×0.8kpa=12kpa。

13粉质黏土层：埋深：2+6.5+1=9.25m，故修正系数为0.96，按照I1=0.25

2得：qs2k=82×0.96kpa=78.7kpa。

查表8-2取粉质黏土层的qpk值：按I1=0.25和入土深度h=11m，查表，近似取qpk=4400kpa。

单桩竖向极限承载力标准值为：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

=0.35×4×(12×6.5+78.7×3.5)KN+4400×0.35KN=1033.83KN

（2）确定基桩的竖向承载力设计值。

由于承台下为高灵敏度的淤泥，故不考虑承台效应，取ηC=0，按及

Bc=0.2lSa=3,查表得ηs=0.80，ηp=0.4,γP=γs=1.65，于是基桩（估计桩数超过3根）的d竖向承载力设计值为：R=ηsQsk/γs+ηpQpk/γP=0.8×494.83/1.65KN+1.64×539/1.65KN=775.65KN

（3）初选桩的根数和承台尺寸。

桩的根数：n>F/R=2500/775.65=3.2取n=4

取桩距Sa=3.0d=3.5×0.35m=1.225m,（4）基桩的竖向承载力验算。

N=(F+G)/n=(2500+1.2×20×1.75×1)/4KN=643.4KN

Nmax=N+MyXmax/∑Xj=643KN+（81+100×1）×0.525/4×0.525KN=776.7KN

γsafN=1.0×643.4KN=643.4KN,重力式挡土墙

设计一浆砌快石挡土墙，墙高5m，墙背竖直，光滑，墙后填土水平，墙后两层土体，第一层土为碎石土，层厚2m，物理力学指标：重度γ=-15KN/m，内摩擦角Φ=35°，粘聚力c=5KPa，第二层土为强风化泥质粉砂岩，重γ=22KN/m，内摩擦角Φ=30,粘聚力C=10KPa，基底摩擦系数u=0.4,地基承载力设计值fa=300KPa。

1、初步确定挡土墙的顶宽、底宽和高度:

挡土墙截面尺寸的选择：根据规范要求可知H=5.则取顶宽0.8cm，底宽2.6m

2、挡土墙断面的初步设计：

(1)主动土压力计算：根据朗肯土压力理论则Kal1，Kal2：

Kal1＝tan（45°－35°/2）＝0.27

Kal2＝tan（45°－30°/2）＝0.33

（2）墙顶土压力强度为：

σa＝qka1－2c1ka1＝0×ka1－2c1ka1＝0－2×5×0.27=-100.27＝-5.2kpa

设临界深度为z0，则有

σaz0＝γ1z0ka1＋qka1－2c1ka1＝0

可得:18z0×0.27＋0－2×50.27＝4.86z0＋0－100.27＝0

4.86z0－5.2＝

z0＝1.07m

(3)第一层底部土压力强度

σa＝γ1h1ka1＋qka1－2c1ka1

＝18×2×0.27kpa－2×50.27＝4.52kpa

第二层顶部土压力强度

σa＝γ1h1ka2＋qka2－2c2ka2

＝18×2×0.33－2×100.33＝0.39kpa

第二层底部土压力强度

σa＝(γ1h1＋γ2h2)ka2＋qka2－2c2ka2

＝(18×2＋22×3)×0.33－22×100.33＝22.171kpa

墙背上的主动土压力为

Ea＝1/2×4.52(2－1.07)kn/m＋0.39×3kn/m＋1/2(22.171－0.39)×3kn/m

＝35.94kn/m

Ea的作用点距墙底的距离x为:x＝1/3×5＝1.67m

挡土墙自重及重心：将挡土墙截面分成一个三角形和一个矩形，分别计算它们的

自重：Ｗ1＝1/2×(2.6－0.8)×5×22kn/m＝99kn/m

Ｗ2＝0.8×5×22kn/m＝88kn/m

Ｗ1与Ｗ2的作用点离Ｏ点的距离分别为：a1＝2/3×1.4＝0.93m

a2＝1.4m＋1/2×0.8＝1.8m

3、挡土墙的稳定性验算

（1）抗倾覆稳定运算：

Kt＝（Ｗ1×a1＋Ｗ2×a2)/EaＸ＝（99×0.93＋88×1.8）/（35.94×1.67）

＝4.17>1.6满足条件

（2）抗滑动稳定运算：

Ks＝〔（Ｗ1＋Ｗ2）×u〕/Ea＝〔（99＋88）×0.4〕/35.94＝2.08>1.3

满足条件

4、挡土墙的排水设计

挡土墙应设置池水孔，其间距宜取2-3m，外斜坡度宜为5％，孔眼尺寸不宜

小于Φ100mm。林宗元.岩石土层治理手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1993冯国栋.土力学[M].北京：水利电力出版社，1988.

张力霆.土力学与地基基础桩基工程[M].,北京：高等教育出版社，201*杨进良.土力学[M].2版.北京：中国水利电力出版社，201*.

黄生根,张希浩,曹辉.地基处理与基坑支护工程[M].北京:中国地质大学

出版社,1999.

夏明耀，曾进伦.地下工程设计与计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999

扩展阅读：土力学与地基基础实习报告

湖南交通工程职业技术学院

班级：铁工0908学号：201*00001497姓名：朱亚

指导老师：王年生

时间：201*年12月26-201*年12月31

目录

第一章：概述

1、桥墩基础设计已知资料2、设计资料

3、桥墩上部结构设计标准图第二章：天然地基浅基础设计

1、复核各土层的物理学指标2、初步确定基础埋深及各部尺寸3、确定持力层及软弱下卧层的容许承载力4、基础自重的计算

5、基础台阶土重的计算（按计浮力与不计浮力两种情况）6、根据《规范》要求进行最不利荷载组合

7、地基强度及偏心计算（按计浮力与不计浮力两种情况）8、基础稳定性检算第三章：地基沉降计算

1、各分层自重应力及平均自重应力计算2、附加应力及平均附加应力计算3、地基总沉降量计算

一．检算土的物理指标

第一层土的筛分实验分析表

筛孔直径(mm)分计筛余量（g）分计筛余百分率（%）累计筛余百分率(%)1、根据表1计算结果查表1-12知，该土属于中砂2、确定土的密实程度:

相对密实度：Dr=emax-e/emax-emin=0.71-0.66/0.71-0.51=0.25查表1-5知，该土属于稍松状态3、确定土的状态及名称：

塑性指数：IP=WL-WP=32.3-18.1=14.2查表1-8可知，该土属于砂黏土

液性指数：IL=W-WP/IP=24.6-18.1/14.2=0.46查表1-9可知，此砂黏土处于硬塑状态4、确定土层的基本承载力：由e=0.66,IL=0.46；

查表6-5知，基本承载力σ0=318kPa

021456289100021241727110>1010～2～0.521852150.5～0.251540.25～0.1246100

第二层土的计算与分析

1、确定土的状态及名称：塑性指数：IP=WL-WP=35-15=20查表1-8可知，该土为黏土

液性指数：IL=W-WP/IP=30-15/20=0.75查表1-9可知，此黏土处于软塑状态2、确定土层的基本承载力：由e=0.88，IL=0.75；

查表6-6可知，基本承载力σ0=175kPa

二、设计计算

（一）、初步拟定基础埋置深度和尺寸

本桥址河流的冲刷总深度为91.2-90.3=0.9m,根据最小埋深的有关规定，基底必须埋置在最大可能冲刷线以下的深度为2.0+0.9×10%=2.09m,取2.3m，初步拟定为两层，形状为矩形，基底标高为88.00m，详细尺寸见尺寸长度宽度高度襟边宽体积层数上层下层合计(m)(m)(m)(m)0.50.81.3(m)自重(kN)水浮力(kN)157.6312.54.793.291.06.394.891.011.188.182.015.76362.4831.25718.7547.011081.23470.1

（二）、基础本身强度检算

基础正交方向的坡线与直线所成的夹角α值，见表

夹角α层数上层下层arctg0.5=26°arctg0.8=38°arctg0.5=26°arctg0.8=38°45°45°横向夹角α纵向夹角ααmax上下层夹角均不大于刚性角αmax值，故基础强度合格。

（三）、确定持力层及软弱下卧层顶面容许承载力

1、持力层为黏性土：基本承载力σ0=318kPa

容许承载力[σ]=σ0+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)因为h

=333.55kPa

考虑主力加附加应力[σ]可提高20%[σ]主+附=1.2×333.55=400.26kPa

(四)、持力层及软卧下层顶面强度检算（按计浮力计算）

1、作用于基础底面下卧层的荷载计算

(1)、基础自重

N1=47.01×23=1081.23kN(2)、基础襟边上覆土重①墩身各部分面积计算

基顶处墩身截面面积:d=2.29A1=1.5×2.29+π/4×2.29=7.55

局部冲刷线墩身截面面积:d=(2.29/2-0.3/51)×2=2.28A2=1.5×2.28+π/4×2.28=7.50

一般冲刷线墩身截面面积:d=(2.29/2-0.8/51)×2=2.26A3=1.5×2.26+π/4×2.26=7.40低水位冲刷线墩身截面面积:d=(2.29/2-1.9/51)×2=2.22A4=1.5×2.22+π/4×2.22=7.20常水位冲刷线墩身截面面积:d=(2.29/2-3.2/51)×2=2.16A5=1.5×2.16+π/4×2.16=6.90

设计频率水位处墩身截面面积:d=(2.29/2-4.2/51)×2=2.13A6=1.5×2.13+π/4×2.13=6.76②墩身各部分体积计算基顶至局部冲刷线处墩身体积

V1=h1/3(A1+A2+A1A2)=0.3/3(7.55+7.50+7.55×7.5)=3.57m基顶至一般冲刷线处墩身体积

V2=h2/3(A1+A3+A1A3)=0.8/3(7.55+7.40+7.55×7.0)=5.98m基顶至低水位冲刷线处墩身体积

V3=h3/3(A1+A4+A1A4)=1.9/3(7.55+7.20+7.55×7.20)=14.01m基顶至常水位冲刷线处墩身体积

V4=h4/3(A1+A5+A1A5)=3.2/3(7.55+6.90+7.55×6.90)=23.11m基顶至设计频率水位处墩身体积0.

V5=h5/3(A1+A6+A1A6)=4.2/3(7.55+6.76+7.55×6.76)=30.04m③考虑设计频率水位时，基础襟边上覆土重，自局部冲刷线算至基顶N2=(6.39×4.89×1.8-5.98-31.25)×20.3=386kNN2=(6.39×4.89×1.8-5.98-31.25)×10.3=195.85kN④考虑设常水位时，基础襟边上覆土重，自局部冲刷线算至基顶N3=(6.39×4.89×1.3-2.26-31.25)×20.3=144.36kNN3=(6.39×4.89×1.3-2.26-31.25)×10.3=73.25kN

(3)、水浮力计算

由于基底于透水层中，故浸水部分的墩身及基础均受浮力考虑设计频率水位时，墩身及基础的体积:V6=30.04+47.01=77.05m

水的浮力:N4=77.05×10=770.5kN考虑常水位时，墩身及基础的体积:V7=23.11+47.01=70.12m

水的浮力:N5=70.12×10=701.2kN

2、按设计资料所给的荷载表，将荷载移至基础底面。即增加基底水平力对基底产生的附加弯矩，也增加基础自重及基顶土重，得到基底所受的荷载，见表

作用于基础底面的荷载计浮力：

一孔轻载一孔重载双孔重载恒载荷载∑N∑M∑H∑N∑M∑H∑N∑M∑H∑N种类(KN)(KNm)(KN)(KN)(KNm)(KN)(KN)(KNm)(KN)(KN)基顶5109343427254623557272611431192724024荷载基础1081.231081.231081.231081.23自重台N195.85195.85195.85195.85阶2

受N土3重N浮4N力5水平附加弯矩基底荷载5650.53978827286795.4410127237563.2366327234561.654454454473.2573.2573.2573.25-543.6-543.6-543.6-543.6-612.9-612.9-612.9-612.9

不计浮力：

一孔轻载一孔重载双孔重载恒载荷载∑N∑M∑H∑N∑M∑H∑N∑M∑H∑N种类(KN)(KNm)(KN)(KN)(KNm)(KN)(KN)(KNm)(KN)(KN)基顶5109343427254623557272611431192724024荷载基础1081.231081.231081.231081.23

自重台N368368368368阶2受N土3重水平附加弯矩基底荷载6334.53978927236911.2410127237563.2366327235105.2544544544144.36144.36144.36144.363、持力层强度检算

三种荷载组合比较，以第三种荷载为最不利荷载组合σmax=ΣN/A+ΣM/W=5650.58/31.25+3978/25.47

=337kPa

σmin=ΣN/A-ΣM/W=5650.58/31.25-3978/25.47

=24.64kPa

σmax=337kPa<[σ]主+附=1.2×318=381.6kPa持力层强度检算合格4、软弱下卧层顶面强度检算σ=γh+z(h+z)×α(σh-γhh)上式中γh+z=γh=γ=10.3kN/m

基底尺寸a=6.39mb=4.89ma/b=6.79/4.89=1.3h=2.8mz=88.0-83.2=4.8m

z/b=4.8/4.89=0.98

K0=y/e=2.445/0.63=3.9>1.5合格

三、地基沉降量检算

1、计算各分层上土的自重应力及平均自重应力

已知：a=6.39mb=4.8m基础埋深2.8m恒载ΣN=4024kN分层厚度的规定，分层厚度取2m

2、从一般冲刷线起计算各底面处的自重应力及各分层的平均自重应力列于表：

自重应力计算（不透水）

平均自分层点编号土的容重γ土层厚γihi(kPa)i(kN/m)度hi(m)(kPa)(kPa)自重应力重应力一般冲刷线基底0ABCD20.320.320.320.319.22.8220.8256.8440.640.616.2438.480.84121.44162.04178.28216.6852.24101.14141.75170.16197.4824自重应力计算（透水）

平均自分层点编号土的容重γ土层厚γihi(kPa)i(kN/m)度hi(m)(kPa)(kPa)自重应力重应力一般冲刷线基底0ABCD

3、计算基底底面处的附加应力：

基底应力：σ=N/ab=4757.48/6.39×4.89=152.24kPa

基底附加应力：σzo=σ-γh=112.02-20.3×2.8=95.4kPa(不透水)σzo=σ-γh=112.02-10.3×2.8=123.4kPa(透水)4、计算各分层面处的附加应力及各分层的平均附加应力见表

附加应力计算（不透水）

分层点编号基底0

2.8220.8228.420.620.68.2438.4028.449.4470.0478.28216.6839.1459.7474.16197.4810.310.310.310.319.2基底下距离z(m)01.30195.4附加平均附加a/bz/bα0σz0应力应力(kPa)(kPa)95.4

ABCD244.86.81.31.31.31.30.380.760.911.290.8520.5450.4490.28195.495.495.495.481.2851.9942.8326.8188.3466.6447.4134.82附加应力计算（透水）表9

分层点编号基底下距离z(m)基底00A2B4C4.8D6.8a/bz/bα1.31.31.31.31.300.380.760.911.290Σzo10.8520.5450.4490.281123.4123.4123.4123.4123.4附加应平均附加应力力(kPa)(kPa)123.4105.14114.2767.2586.2055.4161.3334.6845.055、确定压缩层厚度

分层点4处的自重应力及附加应力分别为：σz/σcz=26.81/216.68=0.12

号（kPa）(kPa)e1i)0A39.14114.27153.410.6830.6440.017AB59.7486.2145.940.6730.6460.014BC74.1661.33135.490.6680.6490.011CD197.4845.051242.530.8250.8060.010

容许沉降量：[S]20√L=98mm

总沉降量：S=16+20+3.2+10=49.2mm(不透水)

S=34+28+8.8+20=90.8mm(透水)S透水与S不透水都小于[S]，所以合格

H(mm)si(mm)201*34201*288008.8201*20

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