基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)

1、土木工程專業(yè)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)西南交通大學(xué)巖土工程教研室2007年10月1 / 35目 錄1 前 言11.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)11.2 地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)的基本要求32 設(shè)計(jì)題目之一某單層廠房柱下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)任務(wù)42.2 設(shè)計(jì)資料52.2.1 工程概況52.2.2 地勘資料62.2.3 設(shè)計(jì)荷載113 設(shè)計(jì)題目之二某鐵路橋梁橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)143.1 設(shè)計(jì)任務(wù)143.2 設(shè)計(jì)資料143.2.1 工程概況143.2.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)143.2.3 設(shè)計(jì)荷載174 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)指南194.1 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的主要內(nèi)容194.2 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的

2、章節(jié)劃分和內(nèi)容組織194.3 設(shè)計(jì)和計(jì)算方法204.3.1 概述部分204.3.2 基礎(chǔ)定位與基礎(chǔ)形狀214.3.3 方案設(shè)計(jì)（或初步設(shè)計(jì)）214.3.4 技術(shù)設(shè)計(jì)（或詳細(xì)設(shè)計(jì)）234.3.5 施工方案274.4 進(jìn)度計(jì)劃安排參考27規(guī)范及參考書(shū)292 / 351 前 言基礎(chǔ)工程是土木工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，在土木工程學(xué)科的知識(shí)體系中占據(jù)了重要地位。基礎(chǔ)工程課程的特點(diǎn)在于它以較多的力學(xué)課程為基礎(chǔ)，以土層中的復(fù)雜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，又涉及到建筑、交通、水電等多個(gè)領(lǐng)域，這就決定了課程具有內(nèi)容雜、概念多和理論較深的特點(diǎn)，加之學(xué)時(shí)數(shù)較少和本科學(xué)生普遍缺少工程知識(shí)，故同學(xué)們往往感到比較難學(xué)?；A(chǔ)工程的教

3、學(xué)內(nèi)容和課程體系改革是在上述背景條件下展開(kāi)的，其主要目標(biāo)是在學(xué)時(shí)有限的條件下，使學(xué)生能夠?qū)φn程的知識(shí)體系有較為系統(tǒng)和整體的把握，重點(diǎn)掌握其基本理論和基本方法，并具有一定的工程概念和知識(shí)。結(jié)合土木工程大專業(yè)教學(xué)工作的需求，更為了強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力并反映近年來(lái)工程規(guī)范的更新，在教研室原來(lái)編寫的工民建專業(yè)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和橋梁、隧道和鐵道工程專業(yè)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)與指南的基礎(chǔ)上，我們著手編寫了這本新的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)。課程設(shè)計(jì)對(duì)理解和掌握工程基本原理具有十分重要的作用，也是同學(xué)們由理論學(xué)習(xí)通往工程實(shí)踐的一座橋梁。基礎(chǔ)工程的知識(shí)來(lái)源于工程實(shí)踐，反

4、過(guò)來(lái)又對(duì)工程實(shí)踐具有指導(dǎo)作用。同學(xué)們?cè)诒究茖W(xué)習(xí)期間參與工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)是十分有限的，因而應(yīng)該重視課程設(shè)計(jì)帶給同學(xué)們的動(dòng)手機(jī)會(huì)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)更好地理解和鞏固學(xué)習(xí)到的各種理論和方法，有意識(shí)地培養(yǎng)自己的工程意識(shí)和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。為了幫助同學(xué)們更好地完成本次課程設(shè)計(jì)，下面從課程設(shè)計(jì)的角度對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法做一個(gè)小結(jié)。1.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的目的與任務(wù)地基和基礎(chǔ)是建筑體系的重要組成部分。因?yàn)榛A(chǔ)埋置于地基之中，兩者之間密切相關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)真考慮其相互間的影響，所以在實(shí)際工作中通常將兩者合并在一起進(jìn)行設(shè)計(jì)。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的使用功能和結(jié)構(gòu)形式在確定的場(chǎng)地條件下選擇適宜的地基基

5、礎(chǔ)方案并確定其技術(shù)細(xì)節(jié)，使設(shè)計(jì)的地基基礎(chǔ)在預(yù)定的使用期限內(nèi)和規(guī)定的使用條件下能夠安全正常地工作，在此基礎(chǔ)上滿足降低造價(jià)和保護(hù)環(huán)境的要求。2 / 35地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)可以概括為：安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的任務(wù)通常包含：1方案設(shè)計(jì)：目的是確定地基基礎(chǔ)的技術(shù)方案，包括地基持力層的選取和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的確定。2技術(shù)設(shè)計(jì)：包括地基檢算和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩者。其任務(wù)是通過(guò)力學(xué)計(jì)算和結(jié)構(gòu)措施兩方面的手段來(lái)保證所設(shè)計(jì)的地基基礎(chǔ)滿足設(shè)計(jì)總體目標(biāo)的要求。1.2 地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容通常包括：1收集相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，通常有：（1）上部結(jié)構(gòu)的類型、安全等級(jí)和平面尺寸

6、；（2）地基勘察資料；（3）作用于基礎(chǔ)上的荷載的大小、性質(zhì)、組合情況及作用位置。2初步確定地基基礎(chǔ)的技術(shù)方案，包括：（1）選擇地基類型和持力層。一般地，當(dāng)天然地基能滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用天然地基，只有在天然地基不能滿足要求時(shí)才考慮采用人工地基。持力層的選擇及基礎(chǔ)埋置深度的確定是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，應(yīng)綜合考慮多方面的因素確定，在基礎(chǔ)工程的教材中對(duì)此已有詳細(xì)的論述，此處不贅述；（2）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的類型、荷載的大小與性質(zhì)和地基持力層的承載力、埋置深度等因素決定基礎(chǔ)的類型（淺基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)，剛性基礎(chǔ)或鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)等），并初步確定基礎(chǔ)的尺寸，選擇基礎(chǔ)的材料；（3）根據(jù)地質(zhì)、水文和施工條件擬定施工

7、方案，如基坑開(kāi)挖的方式和基礎(chǔ)的施工形式等。3地基基礎(chǔ)的技術(shù)設(shè)計(jì)，包括：（1）采用淺基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)進(jìn)行下列設(shè)計(jì)和計(jì)算：1）地基檢算，包括地基持力層和軟弱下臥層的承載力檢算，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)沉降和地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性方面的檢算；2 / 352）確定基礎(chǔ)的平面尺寸和立面尺寸，使之滿足相關(guān)要求；3）采用鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)等柔性基礎(chǔ)時(shí)尚應(yīng)計(jì)算基礎(chǔ)的內(nèi)力、檢算基礎(chǔ)的強(qiáng)度并配置鋼筋；4）當(dāng)上述計(jì)算不能通過(guò)，或設(shè)計(jì)方案未達(dá)理想狀態(tài)時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，重新進(jìn)行上述各項(xiàng)檢算。（2）采用沉井基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)進(jìn)行下列設(shè)計(jì)和計(jì)算：1）確定沉井的平面形狀，擬定沉井各部分尺寸；2）施工期間沉井下沉能力檢算；3）考慮彈性抗力時(shí)沉井

8、基礎(chǔ)的整體檢算；4）沉井結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算（包括配筋）。（3）采用樁基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)進(jìn)行下列設(shè)計(jì)和計(jì)算：1）單樁承載力計(jì)算。應(yīng)根據(jù)規(guī)范的規(guī)定采用相應(yīng)的方法確定單樁的豎向承載力，對(duì)于承受水平荷載較大的樁基礎(chǔ)，尚應(yīng)確定單樁的水平承載力；2）根據(jù)樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式和受力情況選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ?jì)算樁頂內(nèi)力；3）檢算單樁承載力是否滿足要求；4）根據(jù)樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式和受力情況檢算群樁基礎(chǔ)的承載力，必要時(shí)計(jì)算基礎(chǔ)的沉降；5）當(dāng)上述計(jì)算不能通過(guò)，或設(shè)計(jì)方案未達(dá)理想狀態(tài)時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，重新進(jìn)行上述各項(xiàng)檢算。當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)象為建筑樁基礎(chǔ)時(shí)，上述第3）步和第4）步可合并為一步。4繪制施工圖，計(jì)算工程數(shù)量，編制工程概預(yù)算。1.3 基礎(chǔ)工程課程

9、設(shè)計(jì)的基本要求由于課時(shí)數(shù)的限制，在本次課程設(shè)計(jì)中只要求同學(xué)們完成上述設(shè)計(jì)任務(wù)中的一部分。在本指導(dǎo)書(shū)的后面列出了若干設(shè)計(jì)題目，這些題目均來(lái)源于工程實(shí)際，但根據(jù)基礎(chǔ)工程課程教學(xué)的要求并結(jié)合同學(xué)們的實(shí)際情況進(jìn)行了簡(jiǎn)化，目的是幫助同學(xué)們盡快上手，以期在課時(shí)有限的條件下達(dá)到更好的效果。同學(xué)們可在指導(dǎo)教師的幫助下選擇一個(gè)設(shè)計(jì)題目并確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，參考后面的設(shè)計(jì)指南完成本次課程設(shè)計(jì)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，要求同學(xué)了解地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，掌握一種常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和地基的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，培養(yǎng)同學(xué)具有處理地基基礎(chǔ)問(wèn)題的初步能力。4 / 352 設(shè)計(jì)題目之一某單層廠房柱下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)對(duì)象為某機(jī)械廠的

10、裝配車間。廠房基礎(chǔ)頂面以上部分的建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作已經(jīng)完成。本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成柱下基礎(chǔ)與地基的設(shè)計(jì)與檢算。要求同學(xué)選擇（或由指導(dǎo)教師分配）一個(gè)基礎(chǔ)，按給定的條件完成相關(guān)的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作，具體要求如下：1設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）綜合分析設(shè)計(jì)資料，對(duì)三種常用的房屋基礎(chǔ)類型（無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)、鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)）的技術(shù)合理性進(jìn)行比較（限于課時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)不考慮造價(jià)因素），選擇較為合理的基礎(chǔ)方案。確定所選柱下基礎(chǔ)的類型，平面尺寸及埋深；（2）完成該基礎(chǔ)（包括地基）的計(jì)算，要求分別采用擴(kuò)展基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)共兩種方案完成設(shè)計(jì)計(jì)算；（3）初步?jīng)Q定修筑基礎(chǔ)的施工方案。2圖紙：每種設(shè)計(jì)方案，都必須繪出如下圖紙：（

11、1）基礎(chǔ)總平面布置圖（假定所有基礎(chǔ)均與自己設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)相同）；（2）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖（應(yīng)包含圖紙說(shuō)明和工程數(shù)量表），包括平面圖、立面圖及剖面圖（三者均需給出），同時(shí)在剖面圖中，必須給出基礎(chǔ)底面的位置（表示出埋深）。因此，每種設(shè)計(jì)方案需要上交總平面布置圖（占1張圖紙）和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖（含平面圖、立面圖及剖面圖，占1張圖紙）共2張圖紙，兩套方案共需上交4張圖紙（淺基礎(chǔ)2張、樁基礎(chǔ)2張）。圖紙規(guī)格詳見(jiàn)本指導(dǎo)書(shū)的設(shè)計(jì)指南部分。3將上述成果整理成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)應(yīng)制做成Word文檔。整個(gè)說(shuō)明書(shū)應(yīng)滿足計(jì)算過(guò)程完整、計(jì)算步驟清楚、文字簡(jiǎn)明、符號(hào)規(guī)范和版面美觀的要求，圖紙應(yīng)用CAD制作而且應(yīng)該表達(dá)正確，布局

12、合理，比例合適和尺寸齊全。5 / 35說(shuō)明書(shū)用16開(kāi)紙張打印，和圖紙一起裝訂成冊(cè)，交指導(dǎo)老師評(píng)閱。2.2 設(shè)計(jì)資料2.2.1 工程概況某裝配車間采用單層鋼筋混凝土排架承重結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)跨度24m，柱距6m，車間內(nèi)有2對(duì)30噸中級(jí)工作制橋式吊車。建筑平面圖見(jiàn)圖2-1。規(guī)定室內(nèi)地面標(biāo)高為±0.00，相當(dāng)于黃海高程455.00m，室外地面標(biāo)高為-0.15m，柱頂標(biāo)高為12.50m，軌頂標(biāo)高為9.80m。柱子編號(hào)為（1）（20），同學(xué)們應(yīng)根據(jù)指導(dǎo)教師的要求完成相關(guān)編號(hào)的柱下基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。根據(jù)布置的位置和功能來(lái)分，柱子的類別主要有邊柱Z1、角柱Z2及抗風(fēng)柱Z3三類。各柱在基礎(chǔ)頂面處的截面形狀為矩形，

13、尺寸為：邊柱Z1： 長(zhǎng)´寬=1000´400mm；角柱Z2： 長(zhǎng)´寬=1000´400mm；抗風(fēng)柱Z3： 長(zhǎng)´寬=700´400mm；基礎(chǔ)梁的橫截面尺寸如圖2-2，梁與柱之間的凈距為20mm，置于柱子外側(cè)的基礎(chǔ)頂面（淺基礎(chǔ)）或承臺(tái)（樁基礎(chǔ)）上。圖2-2 基礎(chǔ)梁的橫截面尺寸示意圖（單位：mm）（單位：mm）5 / 35圖2-1 裝配車間平面圖 /mm1 / 352.2.2 地勘資料簡(jiǎn)化后的建筑場(chǎng)地“工程地質(zhì)勘察報(bào)告”如下。XX工程地質(zhì)勘察報(bào)告擬建工程為XX機(jī)械廠的裝配車間，建筑場(chǎng)地位于該機(jī)械廠廠區(qū)內(nèi)，廠房平面尺寸為42m´24

14、m，采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)跨度為24m，柱距為6m。勘察工作按施工圖設(shè)計(jì)階段的要求進(jìn)行。自X年X月X日開(kāi)始，至X年X月X日結(jié)束。共完成鉆孔6個(gè)，并結(jié)合鉆孔取原狀土樣X(jué)個(gè)進(jìn)行了室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)。場(chǎng)地處地面平坦。據(jù)鉆探揭露，各地層的情況如下：第層：人工填土。分布于場(chǎng)地表面，以灰黑色粉土為主，伴有碎磚，爐渣等雜物的填土層。厚約0.51.2m，結(jié)構(gòu)疏松，土質(zhì)不均，平均天然重度為17.1kN/m3。第層：粉質(zhì)粘土。呈棕紅色。除1#孔外各孔均有，厚度9.510.1m。硬塑可塑，土質(zhì)較均勻。第層：粘土。呈黃黑色，各孔均可見(jiàn)到，沒(méi)有鉆透，據(jù)調(diào)查厚度在10m以上。土質(zhì)均勻，可塑硬塑。場(chǎng)區(qū)地下水屬潛水，初

15、見(jiàn)水位在2.53.1m深處，穩(wěn)定水位在2.93.9m深處。地下水補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，水位隨季節(jié)變化，無(wú)侵蝕性。根據(jù)鉆探及室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)的情況分析，第層雜填土不宜用作建筑物地基。建議把基礎(chǔ)埋置在強(qiáng)度較高的第層粉質(zhì)粘土或第層粘性土中。其地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別為：第層：fk=200kPa第層：fk=220kPa建議：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用兩種方案，即淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。基礎(chǔ)形式可采用柱下預(yù)制獨(dú)立基礎(chǔ)、柱下現(xiàn)澆獨(dú)立基礎(chǔ)、沉管灌注樁基礎(chǔ)或預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)樁基時(shí)不宜采用大直徑樁（如大直徑灌注樁），而宜采用小直徑樁（如預(yù)應(yīng)力管樁）。在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，樁徑或邊長(zhǎng)建議取值范圍為300400mm，即選擇樁徑（或邊長(zhǎng)）為300mm

16、、350mm、400mm的圓樁（方樁）。鉆探點(diǎn)布置見(jiàn)圖2-3，地質(zhì)剖面見(jiàn)圖2-4圖2-6，土工試驗(yàn)成果見(jiàn)表2-1，地質(zhì)柱狀圖略。 報(bào)告人 ：XXX6 / 35 X年X月X日7 / 358圖2-3 地質(zhì)鉆孔平面布置圖6 / 359圖2-4 II地質(zhì)剖面（m） 7 / 3510圖2-5 IIII地質(zhì)剖面（m）8 / 35圖2-6 IIIIII剖面和圖例（m）11 / 352.2.3 設(shè)計(jì)荷載基礎(chǔ)梁上的荷重（包括基礎(chǔ)梁自重）按30kN/m計(jì)算。各柱底位于室內(nèi)地面以下0.5m處，各柱在地面處的截面內(nèi)力取值如下：（1）邊柱 Z1：（橫向計(jì)算）荷載組合編號(hào)： L11 L12 （2）角柱Z2：（橫向計(jì)算）荷

17、載組合編號(hào)： L21 L22 （3）抗風(fēng)柱Z3：（縱向計(jì)算）荷載組合編號(hào)： L31 L32 上述所謂縱向是指沿車間的長(zhǎng)軸方向，橫向是指沿車間的短軸方向。彎矩M以柱子的外側(cè)受拉為正，剪力H以指向車間內(nèi)部為正。在荷載組合編號(hào)“Lij”中，“i”表示柱的類別，邊柱、角柱、抗風(fēng)柱分別用1、2、3表示，“j”表示荷載效應(yīng)的組合類別，“1”表示標(biāo)準(zhǔn)組合、“2”表示基本組合。各荷載項(xiàng)中帶下標(biāo)K者表示荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，否則為荷載效應(yīng)的基本組合。12 / 35表2-1 某機(jī)械廠裝配車間土工試驗(yàn)結(jié)果匯總表試樣編號(hào)取樣深度/m土的分類名稱天然含水量/%天然重度/kN/m3比重天然孔隙比液限/%塑限/%塑性指數(shù)液性

18、指數(shù)壓縮系數(shù)/MPa-1內(nèi)摩擦角粘聚力/kPa1孔-13.003.40粉土32.919.52.720.85432.626.46.21.050.3916°15.62-29.009.40粉質(zhì)粘土29.0619.42.740.8130.4920.1710.320.8610.3323°395.96-316.6017.00粘土26.120.22.750.71843.1520.6522.50.2420.2719°205.40-421.0021.40粘土27.1219.72.730.78639.0821.7617.320.3090.2515°487.222孔-12.6

19、03.00粉質(zhì)粘土24.420.12.70.68133.8121.3112.50.250.1925°156.22-28.008.40粉質(zhì)粘土25.3520.32.710.68731.572110.570.4120.2216°558.64-311.0011.40粘土25.5120.42.720.66937.7120.1117.60.250.1718°418.84-415.0015.40粘土26.5919.92.70.71843.122.1920.910.210.2316°129.263孔-15.005.40粉質(zhì)粘土23.0820.12.710.62933.

20、9620.0413.920.2180.2120°156.224孔-14.104.50粉質(zhì)粘土22.9419.92.730.68737.4323.9613.47<00.2122°296.045孔-17.507.90粉質(zhì)粘土26.6420.12.720.74130.819.2711.530.6390.2320°277.26-213.1013.50粘土28.9519.52.730.80548.329.6418.66<00.2316°519.606孔-13.203.60粉質(zhì)粘土24.5020.12.710.69230.319.8510.450.445

21、0.2220°567.0813 / 353 設(shè)計(jì)題目之二某鐵路橋梁橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)對(duì)象為某鐵路的特大型橋梁，該橋梁的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成橋墩基礎(chǔ)與地基的設(shè)計(jì)與檢算。要求同學(xué)選擇（或由指導(dǎo)教師分配）一個(gè)基礎(chǔ)，按給定的條件完成相關(guān)的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作，具體要求如下：1綜合分析設(shè)計(jì)資料，對(duì)三種常用的橋梁基礎(chǔ)類型（剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)）的技術(shù)合理性進(jìn)行比較（限于課時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)不考慮造價(jià)因素），選擇較為合理的基礎(chǔ)方案。2對(duì)選定的基礎(chǔ)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。3初步?jīng)Q定修筑基礎(chǔ)的施工方案。4將以上全部成果整理成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)施工圖。設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)

22、應(yīng)制作成Word文檔。整個(gè)說(shuō)明書(shū)應(yīng)滿足計(jì)算過(guò)程完整、計(jì)算步驟清楚、文字簡(jiǎn)明、符號(hào)規(guī)范和版面美觀的要求，圖紙應(yīng)用CAD制作而且應(yīng)該表達(dá)正確、布局合理和尺寸齊全。說(shuō)明書(shū)用16開(kāi)紙張打印，和圖紙一起裝訂成冊(cè)，交指導(dǎo)老師評(píng)閱。3.2 設(shè)計(jì)資料3.2.1 工程概況該橋梁系某I級(jí)鐵路干線上的特大橋（單線），線路位于直線平坡地段。該地區(qū)地震烈度較低，不考慮地震設(shè)防問(wèn)題。橋梁及橋墩部分的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，橋跨由8孔32m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，1孔48m下承式鋼桁梁和9孔32m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁組成，見(jiàn)圖3-1和圖3-3。3.2.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)場(chǎng)地處的地質(zhì)剖面見(jiàn)圖3-2，相關(guān)土工試驗(yàn)資料見(jiàn)表3-1。水文資料見(jiàn)

23、圖3-1。14 / 35圖3-3 橋墩結(jié)構(gòu)圖3.2.3 設(shè)計(jì)荷載由上部結(jié)構(gòu)傳至各橋墩設(shè)計(jì)低水位（高程22.00m）處的設(shè)計(jì)荷載如表3-2所示。17 / 3518 / 35表3-1 土工試驗(yàn)成果表土層編號(hào)及名稱地質(zhì)年代比重Gs重度g/kN/m3含水量w/%液限wL/%塑限wp/%jc/kPa滲透系數(shù)k/cm/s壓縮系數(shù)a/MPa-1 軟粘土Q42.7214.991.585.055.06°1710.12.8E-80.494 砂粘土Q42.6918.834.543.028.012°0519.43.4E-70.112 粗砂中密Q32.6019.526.2/24°32/2.

24、7E-10.011 強(qiáng)風(fēng)化砂巖K飽和單軸抗壓強(qiáng)度 R=2.4MPa 中風(fēng)化砂巖K飽和單軸抗壓強(qiáng)度 R=6.7MPa表3-2 各橋墩作用于設(shè)計(jì)低水位處的設(shè)計(jì)荷載（高程22.00m處）墩位號(hào)兩孔滿載（低水位）一孔重載（低水位）一孔輕載（高水位）一孔輕載（低水位）NHMNHMNHMNHM16#8858.2406.72720.17956.4406.73160.16130.4402.73039.87334.6406.73055.77#，10#8920.2409.52739.18812.1409.53786.46173.3405.53061.17385.9409.53077.189#13355.0613.

25、24100.911995.4613.24764.39242.5607.14582.911058.0613.24606.91117#8858.2406.72720.17956.4406.73160.16130.4402.73039.87334.6406.73055.7注：1橋梁位于直線平坡地區(qū)，故只考慮縱向荷載組合；2豎向力N和水平力H的單位為kN，力矩M的單位為kN-m，H和M的符號(hào)相同表示兩者對(duì)基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)相同。19 / 354 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)指南由于同學(xué)們大多缺乏工程知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在開(kāi)始階段往往感到無(wú)從下手，為幫助同學(xué)們順利完成本課程設(shè)計(jì)，特編寫了課程設(shè)計(jì)指南，供參考。4.1 設(shè)計(jì)計(jì)

26、算說(shuō)明書(shū)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)通常應(yīng)包含下述內(nèi)容：（1）工程概況和設(shè)計(jì)任務(wù)。包括：工程名稱，場(chǎng)地位置，上部結(jié)構(gòu)的類型、尺寸，本人承擔(dān)的課程設(shè)計(jì)任務(wù)；（2）地質(zhì)勘察資料；（3）設(shè)計(jì)荷載；（4）方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容和過(guò)程，包括：基礎(chǔ)選型，尺寸擬定，地基持力層的選取。需要闡明自己的思路和考慮的因素，并列出必要的說(shuō)明；（5）技術(shù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和過(guò)程，包括：計(jì)算項(xiàng)目，計(jì)算過(guò)程和計(jì)算結(jié)果，方案調(diào)整的理由和結(jié)果。需要闡明參數(shù)選取的理由、考慮的因素并列出必要的說(shuō)明；在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中必須明確繪制計(jì)算分析簡(jiǎn)圖；（6）計(jì)算項(xiàng)目的一部分應(yīng)可編制程序上機(jī)計(jì)算，說(shuō)明書(shū)中應(yīng)列出框圖、源程序和計(jì)算結(jié)果；（7）根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果繪制相應(yīng)的施工

27、圖，并用CAD制作完成；（8）施工方案（初步），包括：基礎(chǔ)施工方式，主要施工機(jī)具，對(duì)淺基礎(chǔ)尚應(yīng)包括基坑開(kāi)挖方式和對(duì)于支擋結(jié)構(gòu)的初步考慮。4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的章節(jié)劃分和內(nèi)容組織可參照下列方式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的章節(jié)劃分和內(nèi)容組織。第1章 概述1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)（包括：設(shè)計(jì)題目，工程名稱，場(chǎng)地位置，上部結(jié)構(gòu)的類型、尺寸，本人承擔(dān)的課程設(shè)計(jì)任務(wù)）1.2 設(shè)計(jì)資料1.2.1 地基勘察資料（包括：場(chǎng)地描述，土層描述，土層剖面圖，土性指標(biāo)）21 / 351.2.2 設(shè)計(jì)荷載（列出設(shè)計(jì)荷載組合，包括荷載的數(shù)值，作用方向和位置，必要時(shí)輔以草圖，荷載不完整時(shí)應(yīng)補(bǔ)充計(jì)算）1.3 設(shè)計(jì)依據(jù)本次課程設(shè)計(jì)的依據(jù)為本課

28、程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)和相關(guān)規(guī)范。第2章 方案設(shè)計(jì)（或初步設(shè)計(jì)）2.1 基礎(chǔ)類型選擇（包括：基礎(chǔ)型式的比較與選擇，尺寸擬定，需要闡明自己的思路，考慮的因素和必要的說(shuō)明）2.2 地基持力層選擇（包括：持力層選取，基礎(chǔ)埋置深度。需要闡明自己的思路，考慮的因素和必要的說(shuō)明）第3章 技術(shù)設(shè)計(jì)（或詳細(xì)設(shè)計(jì)，以擴(kuò)展基礎(chǔ)為例）3.1 地基檢算3.1.1 地基承載力檢算3.1.2 地基沉降計(jì)算3.1.3 地基穩(wěn)定性檢算（必要時(shí)進(jìn)行）3.2 基礎(chǔ)立面設(shè)計(jì)3.2.1 基礎(chǔ)高度計(jì)算3.2.2 基礎(chǔ)配筋（采用擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)繪制成施工圖。施工圖以附圖的形式裝訂于設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的后面。第4章 施工方案（初步）4.1 基礎(chǔ)

29、施工方式（例如：淺基礎(chǔ)的基坑開(kāi)挖方式，是否需要降低水位，對(duì)于支擋結(jié)構(gòu)的初步考慮，施工順序等）4.2 主要施工機(jī)具（列出主要施工機(jī)具）4.3 設(shè)計(jì)和計(jì)算方法以下按上述說(shuō)明書(shū)的章節(jié)順序講述本課程設(shè)計(jì)的要求、設(shè)計(jì)方法和一些注意事項(xiàng)。4.3.1 概述部分在概述中應(yīng)說(shuō)明設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)的來(lái)源和內(nèi)容、設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)的依據(jù)。21 / 35設(shè)計(jì)依據(jù)除了本指導(dǎo)書(shū)外，尚可包括相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)手冊(cè)。其余具體內(nèi)容可參見(jiàn)4.2節(jié)。4.3.2 基礎(chǔ)定位與基礎(chǔ)形狀基礎(chǔ)位置的確定包括平面位置和埋深位置兩大方面。（1）平面位置根據(jù)上部結(jié)構(gòu)布置平面圖，先在地質(zhì)剖面圖中確定所設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)豎向中心線位置（注意作用于擬設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上的

30、荷載特征），由此才能選擇確定該基礎(chǔ)的埋深和基底下各土層的厚度。（2）埋深位置主要根據(jù)地層條件確定持力層的位置，可參考鉆孔地質(zhì)剖面圖所示的地層屬性及力學(xué)特征，依據(jù)規(guī)范的相關(guān)要求，選擇合適的地層作為持力層，從而確定基底埋深。（3）基礎(chǔ)形狀若基礎(chǔ)在受到豎向荷載作用的同時(shí)還受到側(cè)向荷載作用，則會(huì)出現(xiàn)偏心受力問(wèn)題，應(yīng)盡量布置成單向小偏心的受力狀態(tài)，而盡量避免出現(xiàn)雙向偏心或大偏心的受力狀態(tài)。同時(shí)，通常應(yīng)考慮基底形狀的對(duì)稱性和規(guī)則性，如采用矩形、圓形、圓端形等，偏心受力條件容許時(shí)，可考慮柱底在基礎(chǔ)頂面呈對(duì)稱布置。另外，有條件的情況下，宜將基礎(chǔ)布置成受中心荷載作用的情形，即外力作用中心通過(guò)基礎(chǔ)底面的形心。4.

31、3.3 方案設(shè)計(jì)（或初步設(shè)計(jì)）鑒于同學(xué)們?nèi)鄙偈┕ぜ夹g(shù)、施工機(jī)械和施工組織方面的知識(shí)，亦不了解施工單位的技術(shù)和施工條件，這給基礎(chǔ)方案的確定帶來(lái)一定的困難。同學(xué)們可以根據(jù)自己掌握的知識(shí)，綜合分析建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)和水文資料，考慮上部結(jié)構(gòu)條件，對(duì)幾種可能采用的基礎(chǔ)類型進(jìn)行比較，選擇一個(gè)與上部結(jié)構(gòu)的類型相匹配、適合于當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件而且施工難度不大的方案。建議從下面幾個(gè)方面進(jìn)行綜合分析和比較：（1）上部結(jié)構(gòu)的類型及荷載大??；（2）場(chǎng)地處的地質(zhì)和水文條件；（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和局限性；22 / 35（4）施工難易程度。以下是幾種常用基礎(chǔ)的方案設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法。1無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)（1）擬定基礎(chǔ)的形式和尺寸1）

32、確定基礎(chǔ)埋深及基頂標(biāo)高，并說(shuō)明理由；2）擬定基礎(chǔ)立面形式及平面尺寸擬定立面尺寸時(shí)應(yīng)注意滿足剛性角或臺(tái)階寬高比的要求，此外還應(yīng)檢查是否滿足最小埋置深度的要求。（2）荷載計(jì)算任務(wù)書(shū)的荷載只計(jì)算到柱底或河床面，所以在基礎(chǔ)的尺寸初步擬定后應(yīng)計(jì)算作用于基底的荷載，以便檢算地基承載力。對(duì)于柱下基礎(chǔ)，作用于基底的荷載等于作用于柱底的荷載加上基礎(chǔ)自重、基礎(chǔ)上覆土的自重和由基礎(chǔ)梁傳來(lái)的壓力。對(duì)于橋墩基礎(chǔ)，應(yīng)考慮：1）題目所給荷載作用位置以下的墩身和基礎(chǔ)的自重；2）各種水位情況下墩身及基礎(chǔ)所受浮力（是否計(jì)浮力視持力層的透水性而定，只考慮題目所給荷載作用位置以下部分）；3）臺(tái)階以上覆蓋土的重力。將全部外力簡(jiǎn)化至基底

33、中心，建議列表計(jì)算。（3）地基基礎(chǔ)的檢算1）地基強(qiáng)度檢算（包含持力層強(qiáng)度和軟弱下臥層強(qiáng)度）橋墩基礎(chǔ)的最不利荷載組合為縱向主附兩孔滿載（低水位）。2）基底偏心距檢算橋墩基礎(chǔ)有此項(xiàng)檢算，最不利荷載組合為縱向主附孔輕載（低水位）。3）基礎(chǔ)傾覆和滑動(dòng)穩(wěn)定性檢算橋墩基礎(chǔ)有此項(xiàng)檢算，最不利荷載組合為縱向主附孔輕載（高水位）。方案設(shè)計(jì)時(shí)各檢算項(xiàng)目允許留有較多的安全儲(chǔ)備，給以后技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)留下余地。2鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)本基礎(chǔ)類型僅用于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。方案設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算項(xiàng)目（除剛性角不作要求外）與無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)相同。23 / 353沉井基礎(chǔ)（1）確定沉井的平面形狀并擬定沉井各部分尺寸；（2）施工期間沉井下沉能力檢算1）

34、沉井結(jié)構(gòu)自重及所受浮力；2）井壁摩擦力；3）下沉能力檢算若下沉困難，要考慮調(diào)整方案或研究采用的措施。（3）荷載計(jì)算1）基礎(chǔ)自重及所受浮力；2）河床下墩身自重及低水位墩身浮力；3）井頂上覆蓋土重。全部外力簡(jiǎn)化至局部沖刷線處基礎(chǔ)截面中心，考慮縱向主+附兩孔滿載（低水位）和縱向主+附一孔重載（低水位），建議列表計(jì)算。（4）考慮彈性抗力時(shí)沉井基礎(chǔ)的檢算1）基底壓應(yīng)力和基礎(chǔ)橫向抗力檢算最不利荷載組合為縱向主附兩孔滿載（低水位）。2）墩頂水平位移檢算最不利荷載組合為縱向主附一孔重載（低水位）。4樁基礎(chǔ)（以橋梁樁基礎(chǔ)為例）（1）選定樁基類型考慮樁基為高承臺(tái)還是低承臺(tái)，考慮采用打入樁還是鉆孔樁。（2）選擇樁材

35、與樁徑；（3）擬定承臺(tái)底面和頂面標(biāo)高以及平面形狀、尺寸；（4）估算樁長(zhǎng)和樁數(shù)1）按縱向主附兩孔滿載（低水位）將全部外力簡(jiǎn)化至承臺(tái)底面中心；2）擬定樁長(zhǎng)：a柱樁：樁尖需插入硬層一定深度。b摩擦樁：求出P材，試求樁長(zhǎng)，使P土接近P材。3）確定樁數(shù)。（5）配合承臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行樁的布置；（6）按低承臺(tái)簡(jiǎn)化計(jì)算法初步檢算單樁承載力。24 / 35房屋建筑的樁基礎(chǔ)一般均能滿足低承臺(tái)樁基礎(chǔ)的簡(jiǎn)化算法的要求，可按簡(jiǎn)化算法進(jìn)行計(jì)算，具體可參考教材。4.3.4 技術(shù)設(shè)計(jì)（或詳細(xì)設(shè)計(jì)）基礎(chǔ)方案確定后，同學(xué)們可以參照方案設(shè)計(jì)中所用的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)不滿意處適當(dāng)修改和細(xì)化后進(jìn)行基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，但不必重復(fù)初步設(shè)計(jì)的內(nèi)容。當(dāng)檢算結(jié)

36、果不滿足要求時(shí)需進(jìn)行方案調(diào)整，直至滿足各項(xiàng)要求。計(jì)算時(shí)可編制程序上機(jī)計(jì)算，說(shuō)明書(shū)中應(yīng)列出框圖、源程序和計(jì)算結(jié)果。以下是幾種常用基礎(chǔ)的技術(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法。1無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)（1）確定基礎(chǔ)的形式和尺寸檢查方案設(shè)計(jì)的結(jié)果是否滿意，如未達(dá)理想狀態(tài)可加以調(diào)整，調(diào)整時(shí)應(yīng)注意滿足基礎(chǔ)剛性角和最小埋置深度的要求。（2）荷載計(jì)算如果基礎(chǔ)的形式和尺寸未調(diào)整，可直接應(yīng)用方案設(shè)計(jì)的結(jié)果，否則應(yīng)重新計(jì)算。（3）地基基礎(chǔ)的檢算1）地基強(qiáng)度檢算（包含持力層強(qiáng)度和軟弱下臥層強(qiáng)度）；2）基底偏心距檢算；3）基礎(chǔ)傾覆和滑動(dòng)穩(wěn)定性檢算如果基礎(chǔ)方案未調(diào)整，上述檢算可直接應(yīng)用方案設(shè)計(jì)的結(jié)果，否則應(yīng)重新計(jì)算。4）地基沉降計(jì)算請(qǐng)同學(xué)們注意，當(dāng)

37、檢算不通過(guò)或安全系數(shù)偏大而造成浪費(fèi)時(shí)，需重新設(shè)計(jì)，直至滿足既安全又經(jīng)濟(jì)的要求。2鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算項(xiàng)目與剛性基礎(chǔ)基本相同，但應(yīng)增加基礎(chǔ)自身強(qiáng)度的檢算如下述。（1）抗彎計(jì)算抗彎計(jì)算的主要目的是為基礎(chǔ)配置鋼筋。（2）抗沖切計(jì)算25 / 35抗沖切計(jì)算的目的是檢算基礎(chǔ)的厚度是否足夠。（3）杯口部分的構(gòu)造車間的承重柱為預(yù)制結(jié)構(gòu)，故基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置杯口，杯口的尺寸和配筋可采用標(biāo)準(zhǔn)配置，具體可參考李克釧主編基礎(chǔ)工程第二版p. 60p. 62或建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50007第 8.2.5條和8.2.6條。3沉井基礎(chǔ)檢查方案設(shè)計(jì)的結(jié)果是否滿意，如未達(dá)理想狀態(tài)可加以調(diào)整，如需加以調(diào)整，則應(yīng)重新計(jì)

38、算方案設(shè)計(jì)中的相關(guān)內(nèi)容，然后補(bǔ)充進(jìn)行沉井基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算。（1）底節(jié)沉井檢算1）豎向抗裂性檢算；2）內(nèi)隔墻強(qiáng)度檢算；（2）刃腳內(nèi)外側(cè)豎直鋼筋計(jì)算1）配筋：最小配筋率不小于0.05%；2）向外彎曲時(shí)內(nèi)力計(jì)算；3）向內(nèi)彎曲時(shí)內(nèi)力計(jì)算；4）內(nèi)外側(cè)鋼筋配置。（3）刃腳水平鋼筋計(jì)算1）內(nèi)力計(jì)算；2）配置鋼筋一般根據(jù)彎矩配置鋼筋。如按構(gòu)造配筋，應(yīng)檢算素混凝土的彎曲應(yīng)力是否小于混凝土的容許彎曲應(yīng)力值。（4）井壁水平鋼筋檢算1）內(nèi)力計(jì)算；2）配置鋼筋一般根據(jù)彎矩配置鋼筋。如按構(gòu)造配筋，應(yīng)檢算素混凝土彎曲應(yīng)力是否小于混凝土的容許彎曲應(yīng)力值。（5）井壁豎直鋼筋檢算1）豎向最大拉力計(jì)算；2）檢算純混凝土的拉應(yīng)力是否小

39、于容許值，考慮是否配筋。（6）封底混凝土計(jì)算。（7）頂蓋計(jì)算。26 / 35以上各項(xiàng)計(jì)算方法可參考文獻(xiàn)4或相關(guān)手冊(cè)的沉井算例。4樁基礎(chǔ)（以橋梁樁基礎(chǔ)為例）（1）擬定樁基礎(chǔ)各部分尺寸詳細(xì)擬定樁基礎(chǔ)各部分的尺寸，如與方案設(shè)計(jì)時(shí)相同，本步可略。（2）荷載計(jì)算取用縱向主+附兩孔滿載（低水位）和縱向主+附一孔重載（低水位）兩種荷載組合，簡(jiǎn)化至承臺(tái)底面中心。（3）計(jì)算變形系數(shù)a；（4）計(jì)算剛度系數(shù)r1、r2、r3和r4；（5）電算求解承臺(tái)變位a，b, b和樁頂內(nèi)力Ni、Hi、Mi；（6）繪制樁身彎矩圖，剪力圖和樁側(cè)土的橫向抗力圖；（7）單樁的軸向承載力檢算；（8）樁身配筋計(jì)算1）按樁身的最大彎矩配筋，也可將樁分為兩段分段配筋。當(dāng)樁身彎矩較小時(shí)可按構(gòu)造配筋；2）按穩(wěn)定性檢算樁的承載力；3）按材料強(qiáng)度檢算樁的承載力。（9）樁基承載力檢算；（10）墩基水平位移檢算最不利荷載組合為縱向主+附一孔重載（低水位）。（11）樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度檢算。