【正文】 土木工程專業(yè) 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 西南交通大學(xué)巖土工程教研室 2020 年 10 月 目 錄 1 前 言 .............................................................................................................................. 1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的目的與任務(wù) ............................................................................... 1 地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 ........................................................................................... 2 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)的基本要求 ........................................................................... 3 2 設(shè)計(jì)題目之一 —— 某單層廠房柱下基礎(chǔ)設(shè)計(jì) .............................................................. 4 設(shè)計(jì)任務(wù) ............................................................................................................... 4 設(shè)計(jì)資料 ............................................................................................................... 4 工程概況 ....................................................................................................4 地勘資料 ....................................................................................................6 設(shè)計(jì)荷載 ..................................................................................................11 3 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)指南 ................................................................................................ 17 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的主要內(nèi)容 ............................................................................. 17 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的章節(jié)劃分和內(nèi)容組織 ......................................................... 17 設(shè)計(jì)主要步驟 ..................................................................................................... 18 基礎(chǔ)位置、埋深及以下土層的確定 ....................................................18 基礎(chǔ)形式的確定 ....................................................................................18 擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟 ..................................................................................18 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟 .......................................................................................18 施工圖繪制 ..............................................................................................19 施工方案 ................................................................................................19 1 1 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?；A(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) 工 程 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)。 基礎(chǔ)工程的教學(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》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》。 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?；A(chǔ)工程的知識(shí)來(lái)源于工程實(shí)踐，反過(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)給同學(xué)們 提供 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)。 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 2 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。 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。 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； （ 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）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 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。 基礎(chǔ)工程課程設(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)們可在任課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，并具有一定的處理 地基基礎(chǔ)問(wèn)題的能力。 4 2 設(shè)計(jì)題目 —— 某單層廠房柱下基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)對(duì)象為某機(jī)械廠的裝配車間。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（或由任課教師分配）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（剛性基礎(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； （ 3）初步?jīng)Q定修筑 該 基礎(chǔ)的施工方案。 2．圖紙： （ 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）。 3．將上述成果整理成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書應(yīng) 制做 成 Word 文檔。整個(gè)說(shuō)明書應(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)明書用 16 開(kāi)紙張打印，和圖紙一起裝訂成冊(cè)，交任課老師評(píng)閱。 設(shè)計(jì)資料 工程概況 該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 21。規(guī)定室內(nèi)地面標(biāo)高為177。，相當(dāng)于黃海高程 ，室外地面標(biāo)高為 ，柱頂標(biāo)高為 ，軌頂 1500240004200500A9002 43900Q=30T (兩臺(tái))6000 6000 600042007300051500420206 85009009000注：Z 1,Z2 ,Z3表示柱子的編號(hào)60006000 600090009006000Z2Z3Z3Z2Z1Z2Z3Z1Z3Z2B11098765432111121314151617181920 圖 21 裝配車間平面圖 （ mm） 6 標(biāo)高為 。 各柱在基礎(chǔ)頂面處的截面形狀為矩形，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 22，梁與柱之間的凈距為 20mm，置于柱子外側(cè)的基礎(chǔ)上。 25025 25200300 圖 22 基礎(chǔ)梁的橫截面尺寸 （ mm） 地勘資料