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1、土木工程专业基础工程课程设计指导书西南交通高校岩土工程教研室2007 年 9 月目 录1 前 言11.1 地基基础设计的目的与任务11.2 地基基础的设计内容21.3 基础工程课程设计的基本要求32 设计题目之一某单层厂房柱下基础设计42.1 设计任务42.2 设计资料52.2.1 工程概况52.2.2 地勘资料62.2.3 设计荷载113 设计题目之二某铁路桥梁桥墩基础设计143.1 设计任务143.2 设计资料143.2.1 工程概况143.2.2 工程地质和水文地质143.2.3 设计荷载174 基础工程课程设计指南194.1 设计计算说明书的主要内容194.2 设计计算说明书的章节划分
2、和内容组织194.3 设计和计算方法204.3.1 概述部分204.3.2 基础定位与基础形态214.3.3 方案设计（或初步设计）214.3.4 技术设计（或具体设计）234.3.5 施工方案274.4 进度支配支配参考27规范及参考书291 前 言基础工程是土木工程专业的学科基础课，在土木工程学科的学问体系中占据了重要地位。基础工程课程的特点在于它以较多的力学课程为基础，以土层中的困难的基础结构为探讨对象，又涉及到建筑、交通、水电等多个领域，这就确定了课程具有内容杂、概念多和理论较深的特点，加之学时数较少和本科学生普遍缺少工程学问，故同学们往往感到比较难学。基础工程的教学内容和课程体系改革
3、是在上述背景条件下绽开的，其主要目标是在学时有限的条件下，使学生能够对课程的学问体系有较为系统和整体的把握，重点驾驭其基本理论和基本方法，并具有肯定的工程概念和学问。结合土木工程大专业教学工作的需求，更为了强化培育学生的工程意识和解决实际工程问题的实力并反映近年来工程规范的更新，在教研室原来编写的工民建专业基础工程课程设计任务书和桥梁、隧道和铁道工程专业基础工程课程设计任务书与指南的基础上，我们着手编写了这本新的土木工程专业基础工程课程设计指导书。课程设计对理解和驾驭工程基本原理具有非常重要的作用，也是同学们由理论学习通往工程实践的一座桥梁。基础工程的学问来源于工程实践，反过来又对工程实践具有
4、指导作用。同学们在本科学习期间参加工程实践的机会是非常有限的，因而应当重视课程设计带给同学们的动手机会，通过课程设计更好地理解和巩固学习到的各种理论和方法，有意识地培育自己的工程意识和解决实际工程问题的实力。为了帮助同学们更好地完成本次课程设计，下面从课程设计的角度对地基基础设计的内容和方法做一个小结。1.1 地基基础设计的目的与任务地基和基础是建筑体系的重要组成部分。因为基础埋置于地基之中，两者之间亲密相关，设计时必需仔细考虑其相互间的影响，所以在实际工作中通常将两者合并在一起进行设计。地基基础设计的目的是依据上部结构的运用功能和结构形式在确定的场地条件下选择相宜的地基基础方案并确定其技术细
5、微环节，使设计的地基基础在预定的运用期限内和规定的运用条件下能够平安正常地工作，在此基础上满足降低造价和爱护环境的要求。地基基础设计的总体目标可以概括为：平安适用、技术先进、经济合理、确保质量和爱护环境。地基基础设计的任务通常包含：1方案设计：目的是确定地基基础的技术方案，包括地基持力层的选取和基础结构形式的确定。2技术设计：包括地基检算和基础结构设计两者。其任务是通过力学计算和结构措施两方面的手段来保证所设计的地基基础满足设计总体目标的要求。1.2 地基基础的设计内容地基基础的设计内容通常包括：1收集相关的设计资料，通常有：（1）上部结构的类型、平安等级和平面尺寸；（2）地基勘察资料；（3）
6、作用于基础上的荷载的大小、性质、组合状况及作用位置。2初步确定地基基础的技术方案，包括：（1）选择地基类型和持力层。一般地，当自然地基能满足各项设计要求时，应优先选用自然地基，只有在自然地基不能满足要求时才考虑采纳人工地基。持力层的选择及基础埋置深度的确定是一个困难的问题，应综合考虑多方面的因素确定，在基础工程的教材中对此已有具体的论述，此处不赘述；（2）依据上部结构的类型、荷载的大小与性质和地基持力层的承载力、埋置深度等因素确定基础的类型（浅基础或深基础，刚性基础或钢筋混凝土扩展基础等），并初步确定基础的尺寸，选择基础的材料；（3）依据地质、水文和施工条件拟定施工方案，如基坑开挖的方式和基础
7、的施工形式等。3地基基础的技术设计，包括：（1）采纳浅基础时应进行下列设计和计算：1）地基检算，包括地基持力层和懦弱下卧层的承载力检算，必要时还应进行基础沉降和地基基础的稳定性方面的检算；2）确定基础的平面尺寸和立面尺寸，使之满足相关要求；3）采纳钢筋混凝土扩展基础、柱下条形基础等柔性基础时尚应计算基础的内力、检算基础的强度并配置钢筋；4）当上述计算不能通过，或设计方案未达志向状态时调整设计方案，重新进行上述各项检算。（2）采纳沉井基础时应进行下列设计和计算：1）确定沉井的平面形态，拟定沉井各部分尺寸；2）施工期间沉井下沉实力检算；3）考虑弹性抗力时沉井基础的整体检算；4）沉井结构强度检算（包
8、括配筋）。（3）采纳桩基础时应进行下列设计和计算：1）单桩承载力计算。应依据规范的规定采纳相应的方法确定单桩的竖向承载力，对于承受水平荷载较大的桩基础，尚应确定单桩的水平承载力；2）依据桩基础的结构形式和受力状况选择适当的方法计算桩顶内力；3）检算单桩承载力是否满足要求；4）依据桩基础的结构形式和受力状况检算群桩基础的承载力，必要时计算基础的沉降；5）当上述计算不能通过，或设计方案未达志向状态时调整设计方案，重新进行上述各项检算。当设计对象为建筑桩基础时，上述第3）步和第4）步可合并为一步。4绘制施工图，计算工程数量，编制工程概预算。1.3 基础工程课程设计的基本要求由于课时数的限制，在本次课
9、程设计中只要求同学们完成上述设计任务中的一部分。在本指导书的后面列出了若干设计题目，这些题目均来源于工程实际，但依据基础工程课程教学的要求并结合同学们的实际状况进行了简化，目的是帮助同学们尽快上手，以期在课时有限的条件下达到更好的效果。同学们可在指导老师的帮助下选择一个设计题目并确定相应的设计任务，参考后面的设计指南完成本次课程设计。通过本次课程设计，要求同学了解地基基础设计的全过程，驾驭一种常用的基础结构和地基的设计计算方法，培育同学具有处理地基基础问题的初步实力。2 设计题目之一某单层厂房柱下基础设计2.1 设计任务本设计对象为某机械厂的装配车间。厂房基础顶面以上部分的建筑和结构设计工作已
10、经完成。本课程设计的任务是完成柱下基础与地基的设计与检算。要求同学选择（或由指导老师安排）一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作，具体要求如下：1设计计算：（1）综合分析设计资料，对三种常用的房屋基础类型（无筋扩展基础、钢筋混凝土扩展基础和桩基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。确定所选柱下基础的类型，平面尺寸及埋深；（2）完成该基础（包括地基）的计算，要求分别采纳扩展基础和桩基础共两种方案完成设计计算；（3）初步确定修筑基础的施工方案。2图纸：每种设计方案，都必需绘出如下图纸：（1）基础总平面布置图（假定全部基础均与自己设计的基础
11、相同）；（2）基础结构图（应包含图纸说明和工程数量表），包括平面图、立面图及剖面图（三者均需给出），同时在剖面图中，必需给出基础底面的位置（表示出埋深）。因此，每种设计方案须要上交总平面布置图（占1张图纸）和基础结构图（含平面图、立面图及剖面图，占1张图纸）共2张图纸，两套方案共需上交4张图纸（浅基础2张、桩基础2张）。图纸规格详见本指导书的设计指南部分。3将上述成果整理成设计计算说明书。设计计算说明书应制作成文档。整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清晰、文字简明、符号规范和版面美观的要求，图纸应用制作而且应当表达正确，布局合理，比例合适和尺寸齐全。说明书用16开纸张打印，和图纸一起装订成
12、册，交指导老师评阅。2.2 设计资料 工程概况某装配车间采纳单层钢筋混凝土排架承重结构，设计跨度24m，柱距6m，车间内有2对30吨中级工作制桥式吊车。建筑平面图见图2-1。规定室内地面标高为0.00，相当于黄海高程455.00m，室外地面标高为-0.15m，柱顶标高为12.50m，轨顶标高为9.80m。柱子编号为（1）（20），同学们应依据指导老师的要求完成相关编号的柱下基础的设计。依据布置的位置和功能来分，柱子的类别主要有边柱Z1、角柱Z2及抗风柱Z3三类。各柱在基础顶面处的截面形态为矩形，尺寸为：边柱Z1： 长宽=1000400；角柱Z2： 长宽=1000400；抗风柱Z3： 长宽=70
13、0400；基础梁的横截面尺寸如图2-2，梁与柱之间的净距为20，置于柱子外侧的基础顶面（浅基础）或承台（桩基础）上。图2-2 基础梁的横截面尺寸示意图（单位：）（单位：）图2-1 装配车间平面图 地勘资料简化后的建筑场地“工程地质勘察报告”如下。工程地质勘察报告拟建工程为机械厂的装配车间，建筑场地位于该机械厂厂区内，厂房平面尺寸为42m24m，采纳钢筋混凝土排架结构，结构的设计跨度为24m，柱距为6m。勘察工作按施工图设计阶段的要求进行。自X年X月X日起先，至X年X月X日结束。共完成钻孔6个，并结合钻孔取原状土样X个进行了室内土工试验。场地处地面平坦。据钻探揭露，各地层的状况如下：第层：人工填
14、土。分布于场地表面，以灰黑色粉土为主，伴有碎砖，炉渣等杂物的填土层。厚约0.51.2m，结构疏松，土质不均，平均自然重度为17.13。第层：粉质粘土。呈棕红色。除1#孔外各孔均有，厚度9.510.1m。硬塑可塑，土质较匀称。第层：粘土。呈黄黑色，各孔均可见到，没有钻透，据调查厚度在10m以上。土质匀称，可塑硬塑。场区地下水属潜水，初见水位在2.53.1m深处，稳定水位在2.93.9m深处。地下水补给来源为大气降水，水位随季节改变，无侵蚀性。依据钻探及室内土工试验的状况分析，第层杂填土不宜用作建筑物地基。建议把基础埋置在强度较高的第层粉质粘土或第层粘性土中。其地基承载力标准值分别为：第层：200第层：220建议：基础设计采纳两种方案，即浅基础和桩基础。基础形式可采纳柱下预制独立基础、柱下现浇独立基础、沉管灌注桩基础或预应力管桩基础。设计桩基时不宜采纳大直径桩（如大直径灌注桩），而宜采纳小直径桩（如预应力管桩）。在桩基础设计时，桩径或边长建议取值范围为300400，即选择桩径（或边长）为300、350、400的圆桩（方桩）。钻探点布置见图2-3，地质剖面见图2-4图2-6，土工试验成果见表2-1，地质柱状图略。 报告人 ： X年X月X日8图2-3 地质钻孔平面布置图9图2-4 II地质剖面（m） 10图2-5 地质剖面（m）图2
