土木工程專業(yè)課程設(shè)計(jì).doc

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2005年9月目 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42.2.1 工程概況42.2.2 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)算說明書的主要內(nèi)容194.2 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的章節(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 方案設(shè)計(jì)（或初步設(shè)計(jì)）214.3.3 技術(shù)設(shè)計(jì)（或詳細(xì)設(shè)計(jì)）234.3.4 施工方案26規(guī)范及參考書271 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，故同學(xué)們往往感到比較難學(xué)?；A(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。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)生的工程意識和解決實(shí)際工程問題的能力并反映近年來工程規(guī)范的更新，在教研室原來編寫的工民建專業(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)工程的知識來源于工程實(shí)踐，反過來又對工程實(shí)踐具有指導(dǎo)作用。同學(xué)們在本科學(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，有意識地培養(yǎng)自己的工程意識和解決實(shí)際工程問題的能力。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)是通過力學(xué)計(jì)算和結(jié)構(gòu)措施兩方面的手段來保證所設(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）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，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，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)問題的能力。2 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)算說明書。設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)制作成Word文檔。整個(gè)說明書應(yīng)滿足計(jì)算過程完整、計(jì)算步驟清楚、文字簡明、符號規(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。說明書用16開紙張打印，和圖紙一起裝訂成冊，交任課老師評閱。2.2 設(shè)計(jì)資料2.2.1 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30噸中級工作制橋式吊車。建筑平面圖見圖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，軌頂圖2-1 裝配車間平面圖 /mm標(biāo)高為9.80m。各柱在基礎(chǔ)頂面處的截面形狀為矩形，尺寸為：邊柱Z1： 長寬=1000400mm；角柱Z2： 長寬=1000400mm；抗風(fēng)柱Z3： 長寬=700400mm；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)的杯口基礎(chǔ)上。圖2-2 基礎(chǔ)梁的橫截面尺寸2.2.2 地勘資料簡化后的建筑場地“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，建筑場地位于該機(jī)械廠廠區(qū)內(nèi)，廠房平面尺寸為42m24m,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XX個(gè)進(jìn)行了室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)。場地處地面平坦。擬建車間的西南角有一古河道，現(xiàn)已淤填。據(jù)鉆探揭露，各地層的情況如下：第層：人工填土。分布于場地表面，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：粉土。呈褐黃色。僅在1#孔可見到，厚約3.3m，流塑。第層：淤泥。呈黑色，流塑。含大量有機(jī)質(zhì)，有臭味。僅在1#孔見到，厚度約8.0m。第層：粉質(zhì)粘土。呈灰黃色，僅在1#孔見到，厚約3.6m，夾有粉砂薄層，流塑。第層：粘土。呈黃黑色，各孔均可見到，沒有鉆透，據(jù)調(diào)查厚度在10m以上。土質(zhì)均勻，可塑硬塑。場區(qū)地下水屬潛水，初見水位在2.53.1m深處，穩(wěn)定水位在2.93.9m深處。地下水補(bǔ)給來源為大氣降水，水位隨季節(jié)變化，無侵蝕性。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=260kPa第層：fk=270kPa建議：受古河道影響的幾個(gè)柱基采用樁基礎(chǔ)；其余基礎(chǔ)可采用柱下杯口單獨(dú)基礎(chǔ)。鉆探點(diǎn)布置見圖2-3，地質(zhì)剖面見圖2-4圖2-6，土工試驗(yàn)成果見表2-1，地質(zhì)柱狀圖略。 報(bào)告人 ：XXX X年X月X日圖2-3 地質(zhì)鉆孔平面布置圖圖2-4 II地質(zhì)剖面圖2-5 IIII地質(zhì)剖面圖2-6 IIIIII剖面和圖例2.2.3 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（標(biāo)高-0.5m處）的內(nèi)力設(shè)計(jì)值如下：（1）邊柱 Z1： （橫向計(jì)算） M=265kN-mF=1400kNH=40kN（2）角柱Z2: （橫向計(jì)算） M=350kN-mF=1000kNH=65kN（3）抗風(fēng)柱Z3: （縱向計(jì)算） M=200kN-mF=420kNH35kN上述所謂縱向是指沿車間的長軸方向，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。表2-1 某機(jī)械廠裝配車間土工試驗(yàn)成果報(bào)告試樣編號取樣深度/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32.919.52.720.85432.626.46.21.050.391615.62-25.005.40淤泥74.1115.62.661.97143.3123.0120.32.641.126301.20-39.009.40淤泥80.5915.22.682.18447.3126.0121.32.551.46601.28-413.0013.40粉質(zhì)粘土29.0619.42.740.8130.4920.1710.320.8610.3323395.96-516.6017.00粘土26.120.22.750.71843.1520.6522.50.2420.2719205.40-621.0021.40粘土27.1219.72.730.78639.0821.7617.320.3090.2515487.222孔-12.603.00粉質(zhì)粘土24.420.12.70.68133.8121.3112.50.250.1925156.22-28.008.40粉質(zhì)粘土25.3520.32.710.68731.572110.570.4120.2216558.64-311.0011.40粘土25.5120.42.720.66937.7120.1117.60.250.1718418.84-415.0015.40粘土26.5919.92.70.71843.122.1920.910.210.2316129.263孔-15.005.40粉質(zhì)粘土23.0820.12.710.62933.9620.0413.920.2180.2120156.224孔-14.104.50粉質(zhì)粘土22.9419.92.730.68737.4323.9613.4700.2122296.045孔-17.507.90粉質(zhì)粘土26.6420.12.720.74130.819.2711.530.6390.2320277.26-213.1013.50粘土28.9519.52.730.80548.329.6418.6600.2316519.603 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綜合分析設(shè)計(jì)資料，對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)算說明書和設(shè)計(jì)施工圖。設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)制作成Word文檔。整個(gè)說明書應(yīng)滿足計(jì)算過程完整、計(jì)算步驟清楚、文字簡明、符號規(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。說明書用16開紙張打印，和圖紙一起裝訂成冊，交任課老師評閱。3.2 設(shè)計(jì)資料3.2.1 工程概況該橋梁系某I級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，見圖3-1和圖3-3。3.2.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)場地處的地質(zhì)剖面見圖3-2，相關(guān)土工試驗(yàn)資料見表3-1。水文資料見圖3-1。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。表3-1 土工試驗(yàn)成果表土層編號及名稱地質(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Q42.7214.991.585.055.061710.12.8E-80.494 砂粘土Q42.6918.834.543.028.0120519.43.4E-70.112 粗砂中密Q32.6019.526.2/2432/2.7E-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#13355.0613.24100.911995.4613.24764.39242.5607.14582.911058.0613.24606.91117#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的符號相同表示兩者對基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)相同。4 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和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在開始階段往往感到無從下手，為幫助同學(xué)們順利完成本次課程設(shè)計(jì)，特編寫了本課程設(shè)計(jì)指南，供參考。4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)計(jì)算說明書通常應(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)。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明；（5）技術(shù)設(shè)計(jì)的過程。包括：計(jì)算項(xiàng)目，計(jì)算過程和計(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明；（6）計(jì)算項(xiàng)目的一部分應(yīng)編制程序上機(jī)計(jì)算，說明書中應(yīng)列出框圖、源程序和計(jì)算結(jié)果；（7）由設(shè)計(jì)結(jié)果形成的施工圖，該圖用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，對淺基礎(chǔ)尚應(yīng)包括基坑開挖方式和對于支擋結(jié)構(gòu)的初步考慮。4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的章節(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)算說明書的章節(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：場地描述，土層描述，土層剖面圖，土性指標(biāo)）1.2.2 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)為本課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和相關(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)類型和尺寸（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明）2.2 地基持力層（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明）第3章 技術(shù)設(shè)計(jì)（或詳細(xì)設(shè)計(jì)，以剛性擴(kuò)大基礎(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（必要時(shí)進(jìn)行）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（包括：立面尺寸計(jì)算，剛性角或臺階寬高比檢算）3.2.2 基礎(chǔ)置深度校核當(dāng)采用的基礎(chǔ)型式不是剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)時(shí)，本章的形式和內(nèi)容應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。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)算說明書的后面。第4章 施工方案（初步）4.1 基礎(chǔ)施工方式（例如：淺基礎(chǔ)的基坑開挖方式，是否需要降低水位，對于支擋結(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明書的章節(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)說明設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)的來源和內(nèi)容、設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)的依據(jù)。設(shè)計(jì)依據(jù)除了本指導(dǎo)書外，尚可包括相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)手冊。其余具體內(nèi)容可參見4.2節(jié)。4.3.2 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，亦不了解施工單位的技術(shù)和施工條件，這給基礎(chǔ)方案的確定帶來一定的困難。同學(xué)們可以根據(jù)自己掌握的知識，綜合分析建筑場地的工程地質(zhì)和水文資料，考慮上部結(jié)構(gòu)條件，對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)的類型及荷載大小；（2）場地處的地質(zhì)和水文條件；（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和局限性；（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剛性基礎(chǔ)（1）擬定基礎(chǔ)的形式和尺寸1）確定基礎(chǔ)埋深及基頂標(biāo)高，并說明理由；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)算題目給定的荷載只計(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)梁傳來的壓力。對于橋墩基礎(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）臺階以上覆蓋土的重力。將全部外力簡化至基底中心，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）與剛性基礎(chǔ)相同。3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）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還是低承臺，考慮采用打入樁還是鉆孔樁，確定設(shè)計(jì)為端承樁還是摩擦樁。（2）選擇樁材與樁徑；（3）擬定承臺底面和頂面標(biāo)高以及平面形狀、尺寸；（4）估算樁長和樁數(shù)1）按縱向主附兩孔滿載（低水位）將全部外力簡化至承臺底面中心；2）擬定樁長：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，使P土接近P材。3）確定樁數(shù)。（5）配合承臺設(shè)計(jì)進(jìn)行樁的布置；（6）按低承臺簡化計(jì)算法初步檢算單樁承載力。房屋建筑的樁基礎(chǔ)一般均能滿足低承臺樁基礎(chǔ)的簡化算法的要求，可按簡化算法進(jìn)行計(jì)算，具體可參考教材。4.3.3 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)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)算項(xiàng)目的一部分應(yīng)編制程序上機(jī)計(jì)算，說明書中應(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剛性基礎(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5）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。請同學(xué)們注意，當(dāng)檢算不通過或安全系數(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)造杯口部分的構(gòu)造同剛性基礎(chǔ)。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)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；