【正文】 資料進(jìn)行分析和整理并編寫開題報(bào)告。2) 初選螺旋鉆孔壓灌混凝土樁基礎(chǔ)，鋼筋混凝土預(yù)制樁，沉管灌注樁三種方案3) 對(duì)以上三種方案進(jìn)行技術(shù)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)等方面的比較分析，優(yōu)選出最佳設(shè)計(jì)方案4) 按優(yōu)選出的方案進(jìn)行工程量及參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算.5) 給出施工技術(shù)方案，措施和工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)6) 質(zhì)量檢測(cè)與監(jiān)測(cè).7) 簡(jiǎn)要進(jìn)行施工組織管理與預(yù)算設(shè)計(jì).8) 提煉設(shè)計(jì)的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)9) 繪制工程圖表. 設(shè)計(jì)思路1) 由沈陽(yáng)特變電工聯(lián)合廠房勘察報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)情況、擬建廠房等上部建筑結(jié)構(gòu)情況，工程設(shè)計(jì)資料，工程施工資料，工程檢測(cè)資料及相關(guān)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外資料經(jīng)綜合分析，查閱現(xiàn)行有關(guān)建筑基礎(chǔ)方案結(jié)合地方經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行基礎(chǔ)方案的論證與選擇1) 選擇34種設(shè)計(jì)方案（螺旋鉆孔壓灌混凝土樁，鋼筋混凝土預(yù)制樁，沉管灌注樁）進(jìn)行技術(shù)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等方面的比較分析，優(yōu)選出最佳設(shè)計(jì)方案。2) 按優(yōu)選方案進(jìn)行工程量及參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。 設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀為了有效地把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到土壤深處承載能力較大的巖土層上，樁基礎(chǔ)被廣泛應(yīng)用到土木工程中。樁基礎(chǔ)的使用可以在施工中省去大量的土方支撐和排水降水設(shè)施，施工方便且一般均能獲得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。以下將分別介紹螺旋鉆孔壓灌混凝土樁，鋼筋混凝土預(yù)制樁，沉管灌注樁三種樁型的國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀。 螺旋鉆孔壓灌混凝土樁隨著建設(shè)現(xiàn)代化大都市進(jìn)程的推進(jìn)，城市區(qū)及其近郊幾年來(lái)興建了許多高層建筑，而越來(lái)越多的高層建筑群正在規(guī)劃興建中。高層建筑群對(duì)地基基礎(chǔ)要求高，地下空間的利用亦對(duì)建筑基坑開挖支護(hù)提出較高要求。但是，調(diào)查資料表明，一些城市區(qū)地下水位正在逐年上升，高額的支護(hù)及降水費(fèi)用已經(jīng)成為目前所廣泛采用人工挖孔灌注樁這一成熟工藝的制約因素。尋找一種能適應(yīng)此類城區(qū)建設(shè)要求的工藝，成為各施工企業(yè)、科研院所面臨的課題。近幾年來(lái)，螺旋鉆孔壓漿樁因其克服了其他類型樁的許多缺點(diǎn)，被廣泛采用。但其“粗放”的工藝，水泥漿大量浪費(fèi)，成本居高不下成為困擾人們的新問(wèn)題。而螺旋鉆孔壓灌混凝土樁，正是繼承其優(yōu)點(diǎn)克服其弱點(diǎn)的新型工藝。幾年的工程實(shí)踐表明， 螺旋鉆孔壓灌混凝土施工技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。螺旋鉆孔壓灌混凝土樁是利用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔到達(dá)設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，然后提升鉆桿，同時(shí)用高壓泵將高坍落度流態(tài)混凝土通過(guò)高壓管路及長(zhǎng)螺旋鉆桿的內(nèi)管壓入孔內(nèi)，然后再下入鋼筋籠到設(shè)計(jì)深度，最后成樁。 鋼筋混凝土預(yù)制樁預(yù)制樁是在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)制成的各種材料和形式的樁，如鋼筋混凝土樁、鋼樁、木樁等，然后用沉樁設(shè)備將樁打入、壓入、振入、高壓水沖入或旋入土中的基礎(chǔ)類型，特別是預(yù)制鋼筋砼樁，由于它制作方便，拼接容易，打樁前可對(duì)砼質(zhì)量進(jìn)行檢查，不受地下水條件的影響等優(yōu)點(diǎn)，因而越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用到高層建筑的地基處理上，但它也有一定的缺點(diǎn)：截?cái)噍^為困難，打樁期間土產(chǎn)生變位，樁有可能因被錘擊毀壞，而需補(bǔ)樁，因有震動(dòng)和噪音，在城市改造和建設(shè)中也受到一定的限制。盡管如此，由于樁基承載能力大，沉降量小，施工技術(shù)發(fā)展很快，因而還是被廣泛應(yīng)用于高層建筑和軟弱地基處理上。由于其施工簡(jiǎn)便并且對(duì)地基的天然結(jié)構(gòu)影響較小，所以預(yù)制鋼筋砼樁已被廣泛應(yīng)用到高層建筑、民用住宅、公用工程、大跨度橋梁、高速公路、港口、碼頭等工程中。 沉管灌注樁在當(dāng)今飛速發(fā)展的建筑業(yè)中，振動(dòng)沉管灌注樁的施工工藝得到廣泛應(yīng)用，就多年的工程實(shí)踐來(lái)看，采用沉管灌注樁以其承載力高、施工方便、工期短、造價(jià)低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)沿海和內(nèi)陸許多地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，但其缺點(diǎn)是受樁管口徑限制，影響單樁承載力振動(dòng)大，噪聲高受施工人員技術(shù)水平的影響，偏差較大。沉管灌注樁是利用錘擊打樁設(shè)備或振動(dòng)沉樁設(shè)備，將帶有鋼筋混凝土的樁尖(或鋼板靴)或帶有活瓣式樁靴的鋼管沉入土中(鋼管直徑應(yīng)與樁的設(shè)計(jì)尺寸一致)，造成樁孔，然后放入鋼筋骨架并澆筑混凝土，隨之拔出套管，利用拔管時(shí)的振動(dòng)將混凝土搗實(shí)，便形成所需要的灌注樁。沉管灌注樁按成樁方式可分為錘擊式和振動(dòng)式沉管。鋼筋砼沉管灌注樁適用于一般粘性土、淤泥質(zhì)土、淤泥土和人工回填土以及在下沉管時(shí)不產(chǎn)生液化的粉土和稍中密粉細(xì)砂土的地基。各類沉管灌注樁共同的優(yōu)點(diǎn)是：(a)可以根據(jù)持力層的分布情況，隨意調(diào)節(jié)樁長(zhǎng)。(b)擴(kuò)底型及擴(kuò)身型樁系列，可充分利用樁端承載力及樁側(cè)摩阻力。(c)配筋率適宜，可根據(jù)荷載大小與性質(zhì)，荷載沿深度的傳遞特征以及土層的變化，按計(jì)算或構(gòu)造配筋，其造價(jià)比鋼筋砼預(yù)制低40%～70%3 工程方案論證及選擇 工程方案的初步擬定根據(jù)工程概況和工程地質(zhì)條件分析施工場(chǎng)地的穩(wěn)定性和適宜性：由勘察結(jié)果表明，建筑場(chǎng)地地勢(shì)平坦開闊，無(wú)不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害，為穩(wěn)定建筑場(chǎng)地，適宜本工程的建設(shè)。但是，本區(qū)擬建建筑物為聯(lián)合廠房，其上部荷載較大，經(jīng)分析計(jì)算，本場(chǎng)地天然地基不能滿足上部建筑物對(duì)地基強(qiáng)度和沉降的要求，因此需采取相應(yīng)的地基與基礎(chǔ)方案以滿足工程建筑的需要。地基與基礎(chǔ)方案應(yīng)根據(jù)擬建工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、場(chǎng)地工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、施工可行性、工程造價(jià)高低及周圍環(huán)境條件綜合確定。具體分析如下：1．根據(jù)本工程場(chǎng)地的工程地質(zhì)勘察報(bào)告知①耕土層呈松散狀態(tài)，均勻性很差，未經(jīng)處理不能作為地基使用；②層粉質(zhì)粘土層分布不均，呈可塑偏軟狀態(tài)，局部夾軟塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土及泥炭質(zhì)土，力學(xué)性質(zhì)較差；③細(xì)砂層連續(xù)分布，但厚度不均，在地基變形要求不高時(shí)可作為淺基礎(chǔ)持力層；④粉質(zhì)粘土較厚，基本連續(xù)分布，密實(shí)度較好；⑤中粗砂連續(xù)分布，密實(shí)度較好，為良好的樁端持力層。⑥粉質(zhì)粘土基本連續(xù)分布，呈可塑偏硬狀態(tài)，⑦粗砂連續(xù)分布，局部夾有軟塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土及礫砂薄層，力學(xué)性質(zhì)變異性較高。2．由工程地質(zhì)條件知場(chǎng)地地層土分布不均，另外對(duì)于聯(lián)合廠房這類建筑吊車起重量大，地面負(fù)荷重，地基變形大，且隨車間生產(chǎn)任務(wù)的繁重程度而增減，所以地基在上部荷載作用下極可能產(chǎn)生不均勻沉降。因此采用基礎(chǔ)所具有的剛度和上部結(jié)構(gòu)共同作用，以調(diào)整地基的不均勻變形或不均勻沉降。對(duì)這類建筑，采用樁基可使不均勻沉降大大減小。由于本區(qū)擬建建筑物上部荷載較大，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)擬選取沉管灌注樁，螺旋鉆孔壓灌混凝土樁基礎(chǔ)，鋼筋混凝土預(yù)制樁三種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，另外可采用⑤中粗砂層作為樁端持力層，持力層較薄部位宜進(jìn)行下臥層的強(qiáng)度及變形驗(yàn)算。以下分別進(jìn)行以上三種基礎(chǔ)工程方案的初步設(shè)計(jì)，然后綜合考慮三種基礎(chǔ)方案的技術(shù)可行性，經(jīng)濟(jì)合理性與工程可靠性。最后將對(duì)此三種基礎(chǔ)方案進(jìn)行對(duì)比、論證和分析，進(jìn)行優(yōu)選出一個(gè)最優(yōu)基礎(chǔ)方案進(jìn)行工程設(shè)計(jì)計(jì)算。 沉管灌注樁的設(shè)計(jì) 選擇樁徑、樁長(zhǎng)、樁材根據(jù)試樁初步選擇600mm的灌注樁，樁身采用C25的混凝土，鋼筋HPB235，經(jīng)查表得：初選第五層中粗砂為持力層，樁端進(jìn)入持力層，不得小于2倍的樁徑。承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。初選樁長(zhǎng)為L(zhǎng)＝21m。 確定單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值 根據(jù)樁身材料確定初選ρ＝%，φ＝。則As=。，代入得： 根據(jù)地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)確定由現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)知： 由單樁靜載試驗(yàn)確定單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值取上述三項(xiàng)計(jì)算值的最小值，即?。? 確定樁的數(shù)量和平面布置 初步假定承臺(tái)A底面積為，承臺(tái)和土自重為則樁數(shù)初步確定為： 取根。樁間距s?。常禿，～，取s=。此時(shí)承臺(tái)與土的自重為。為了滿足樁頂嵌固及抗沖切的需要：承臺(tái)的最小寬度不應(yīng)小于500mm承臺(tái)邊緣至樁中心的距離不宜小于樁的直徑或邊長(zhǎng)，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)，（d為樁的直徑或樁的短邊寬度，對(duì)于鉆孔灌注樁為樁的設(shè)計(jì)樁徑，即鉆頭的直徑），且邊緣挑出部分不應(yīng)小于150mm。則：。圖 31 樁位布置圖綜上所述：承臺(tái)底平面尺寸確定為。兩根樁布置如圖31所示。 初步假定承臺(tái)B底面積為，則承臺(tái)和土自重為：則樁數(shù)初步確定為：根樁間距Ｓ?。砫＝。圖 32 樁位布置圖為了滿足樁頂嵌固及抗沖切的需要：對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)，（d為樁的直徑或樁的短邊寬度，對(duì)于鉆孔灌注樁為樁的設(shè)計(jì)樁徑，即鉆頭的直徑），且邊緣挑出部分不應(yīng)小于150mm。則４根樁布置如圖32所示。綜上所述：承臺(tái)平面尺寸確定為33。 群樁中單樁承載力驗(yàn)算 取承臺(tái)A及上覆土平均重度為，則樁頂平均豎向力為： 樁身混凝土的強(qiáng)度應(yīng)滿足樁承載力要求，灌注樁取工作條件系數(shù)，取，則樁身強(qiáng)度按下式計(jì)算：故單樁承載力滿足要求。 取承臺(tái)B及上覆土平均重度為，則樁頂平均豎向力為：樁身混凝土的強(qiáng)度應(yīng)滿足樁承載力要求，灌注樁取工作條件系數(shù)，取，則樁身強(qiáng)度按下式計(jì)算故單樁承載力滿足要求。 群樁承載力校核 對(duì)承臺(tái)Ａ：其樁數(shù)為2根的非端承群樁。由于其樁數(shù)少，側(cè)阻，端阻的群樁效應(yīng)也較小，雖存在承臺(tái)土抗力，但可忽略群樁效應(yīng)的影響，即該類群樁的承載情況和端承群樁相同。所以承臺(tái)Ａ下的群樁滿足承載力要求，不需再進(jìn)行校核。 對(duì)承臺(tái)Ｂ：其樁數(shù)為4根的非端承群樁。由于樁群、土、承臺(tái)的相互作用，導(dǎo)致側(cè)阻、端阻、承臺(tái)阻力隨樁距、樁長(zhǎng)、承臺(tái)寬度等而呈一定規(guī)律變化，群樁效應(yīng)不可忽略。群樁Ｂ的承載力校核如下：按應(yīng)力擴(kuò)散法計(jì)算：樁所穿過(guò)土層內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值為則擴(kuò)散角，則樁端應(yīng)力面的長(zhǎng)寬分別為實(shí)體基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)土的平均重度為：第五層中粗砂層的承載力特征值按下式修正：地下水埋深為５m，取承臺(tái)及上覆土平均重度為。承臺(tái)底以下取，則實(shí)體自重為：當(dāng)?shù)酌姘摧S心受壓時(shí)：故滿足承載力要求。 群樁沉降計(jì)算 承臺(tái)A1) 計(jì)算參數(shù)信息：基礎(chǔ)頂面的豎向力： F=2000kN 基礎(chǔ)埋深 Hd=基底以上填土的平均重度： γ=17kN/m3 基礎(chǔ)與填土的平均重度： γ0=20kN/m3考慮土的內(nèi)摩擦角，基底計(jì)算長(zhǎng)度l= 基底計(jì)算寬度 B=基底處地基承載力特征值 fak=130kPa 矩形布樁時(shí)的短邊布樁數(shù) nb=1；樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù) φ=1； 建筑樁基重要性系數(shù) σ1=；土層參數(shù)表 表 31序號(hào)土層厚度hi(m)重度γi(kN/m3)極限側(cè)阻(kPa)壓縮模量Ei(MPa)140222433060194145267016620407644840930601030742311561260 續(xù)上表序號(hào)土層厚度hi(m)重度γi(kN/m3)極限側(cè)阻(kPa)壓縮模量Ei(MPa)1330601814357427152502) 基礎(chǔ)底面附加壓力計(jì)算：基礎(chǔ)與填土的總重量 G=20(+21)=；基底的平均壓力 P=(2000+)/()=；基底處的土中自重壓力 P1=17(+21)=；基底平均附加壓力 P0==。3) 基礎(chǔ)底面變形計(jì)算：基礎(chǔ)沉降計(jì)算情況 表 32z(m)基礎(chǔ)計(jì)算中點(diǎn)aiZ1(m)Z2(m)Esi(mPa)σc(kN/m2)σz(kN/m2)44σz/σc=≤，所以本層土已滿足要求!4) 地基最終變形量計(jì)算：最終沉降計(jì)算公式如下： 其中 nb──矩形布樁時(shí)的短邊布樁數(shù)，取 nb=1。C0，C1，C2──根據(jù)群樁不同距徑比Sa/d=，長(zhǎng)徑比L/d=，及基礎(chǔ)長(zhǎng)寬比Lc/Bc= 由規(guī)范附錄H查得：C0=； C1=；C2=經(jīng)計(jì)算樁等效系數(shù)：ηe=+(11)/[(11)+]=。樁基最終沉降量：s=41=。 承臺(tái)B1) 已知群樁沉降計(jì)算參數(shù)： 基礎(chǔ)頂面的豎向力：F=4200kN 基礎(chǔ)埋深：Hd= 基底以上填土的平均重度：γ=17kN/m3 基礎(chǔ)與填土的平均重度：γ0=20kN/m3 考慮土的內(nèi)摩擦角基底計(jì)算長(zhǎng)度：l= 基底計(jì)算寬度：B= 基底處地基承載力特征值：fak=130kPa 矩形布樁時(shí)的短邊布樁數(shù)：nb=2； 樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)：φ=1； 建筑樁基重要性系數(shù)：σ1=；2) 基礎(chǔ)底面附加壓力計(jì)算： 基礎(chǔ)與填土的總重量： G=20(+21)=； 基底的平均壓力： P=(4200+)/()=； 基底處的土中自重壓力： P1=17(+21)=； 基底平均附加壓力： P0==。3) 基礎(chǔ)底面變形計(jì)算：基礎(chǔ)沉降計(jì)算情況 表 33z(m)基礎(chǔ)計(jì)算中點(diǎn)aiZ1(m)Z2(m)Esi(mPa)σc(kN/m2)σz(kN/m2)44σz/σc=≤，所以本層土已滿足要求!4) 地基最終變形量計(jì)算：最終沉降計(jì)算公式如下： 其中：nb──矩形布樁時(shí)的短邊布樁數(shù)，取 nb=2。C0，C1，C2──根據(jù)群樁不同距徑比Sa/d=，長(zhǎng)徑比L/d=，及基礎(chǔ)長(zhǎng)寬比Lc/Bc= 由規(guī)范附錄H查得：C0=；C1=；C2=經(jīng)計(jì)算樁等效系數(shù)： ηe=+(21)/[(21)+]=。則樁的最終沉降量： s=41=