1、基礎工程學課程設計 基礎工程學課程設計 (2007-09-13 20:18:31) 轉 載 標簽： 校園 生活 allan 著 學校：貴 州 大 學 學院：資源與環境工程學院 班級：勘查技術與工程專業 姓名：盧 應 紅 學號： 0401021106 日期： 2007 年 9 月 2 日 概 述 .2 基本地質情 況 .8 基礎方案選 擇 .9 四 基礎設 計 . 11 五 基本的施工要 求 16 結論 17 課程設計是高等教育中一直強調和重視的教學 環節，基礎課程設計是我們在學習土力學和 基礎工程學的基礎上，綜合應用所學到的理 論知識，完成基礎設計的任務，目的是培養我們 綜合應用基礎理論和專業

2、知識的能力，同時培養 我們獨立分析和解決基礎工程設計問題的能力。 整個基礎的基本要求是永承上部荷載的必然性。 沒有空中樓閣，建筑物的全部荷地載都是由地球 表面的地層來承擔，受荷載影響的哪一部分地層 我們就是做地基。 為了保證建筑物和構筑物的和正常使用，對于支 承載整個建筑荷載的地基，應滿足兩個基本的條 件：首行是作用于基礎上的建筑荷載，不超地地 基的承載力。其次是沉降量不超過沉降容許值， 以保證建筑物的正常使用。 為了保證基礎的安全和可靠并滿足使用功能的 要求，基礎一般要埋于地珍下的某個深度， 這一 深度為地基的埋置深度。而用于支承基礎的地 基，視其實際工程地質條件是否滿足結構物和構 筑物的受

3、力要求來決定其是否需要人工改造。 不 需要人工加固處理就可直接修筑建筑物的地基， 稱為天然地基，要加工處理的為人工地基。 基礎工程今后的發展方向是： 1 基礎性狀的理論研究不斷的深入 由于計算機的應用， 而使基礎性狀的分析中如有 限元法，邊界元法，特征線法得到了應用。 2 現場原位測試技術和基礎工程質量檢 測技術的發展 為了改孌取樣試驗質量或者進行現場施工監測， 原位測試技術和方法都有了很大的發展。 3高層建筑深基礎繼續受到重視 隨著高層建筑物修建數量的增多， 各類高層建筑 深基礎的大量修建，深基礎繼續受到重視 4軟弱地基處理技術的發展 為了保證變形， 穩定和抗震的要求， 各種不同類 型的地基

4、處理新技術因需要而發生和發展， 成為 巖土工程一個重要的專題。 5現有房屋增層和基礎加固與托換 對于房的要求量在今后較長時時期內都會很大， 提出了合理的承載力值， 重視地基加固與托換技 術的探討與應用。 建筑結構設計統一標準 對結構設計應滿足的 功能要求作了如下規定： 一、能承受在正常施工 和正常使用時可能出現的各種作用； 二、在正常 使用時具有良好的工作性能； 三、在正常維護下 具有足夠的耐久性能； 四、在偶然事件發生時及 發生后， 仍能保持必需的整體穩定。 按此規定根 據地基工作狀態地基設計時應考慮： 一、長期荷 載作用下，地基變形不致造成承重結構的損壞； 二、最不利荷載作用下，地基不出現

5、失穩現象。 工程建筑都在地球的表層， 地球的形態各種各樣 都是內，外地質條件的作用的結果。 構造運動是指由于地球內部原因引起地殼結構 改孌運動的作用。稱為地殼運動。 按構造運動是造成變動的原因。構造運動方向 分，構造運動類型有垂直和水平運動 按地質時期分， 構造運動分為古構造運動和新構 造運動。 水文地質條件 地下水分為上層滯水，潛水，承壓水。 地下水含有各種化學成分， 當某些成分過多時會 對砼和石科，金屬管道造成不利。 工程地質條件 工程地質條件是客觀存在的， 是自然地質時期形 成的，而不是人為造成的。 一個地方的工程地質 條件反映了當地質發展地程及后生變化， 也就是 內外動力地質作用的性質

6、和強度， 工程地質條件 形成受大地構造，地形地勢，氣候，水文，植被 等自然因素控制， 例如，一個地方的地形條件是 由當地的大地構造演化歷吏和現在的構成骨架， 又由近代外動力地質作用而形成。 人類工程經濟活動會引起工程地質條件的變 化，但這畢竟是次要的，局部的，而且與原有工 程地質條件合為一個整體， 對后來的建筑物成為 一個新的因素， 例如水庫蓄水， 會引起同圍地下 水位漲高，新的建筑物就應按變化后的地下水位 考慮。 巖土類型及工程地質性質是工程地質條件的基 本要素，任何建筑物都是脫離不開土體或巖體 的，巖土的類型不同，其性質有很大的差別，工 程意義大不一樣。因此，巖土類型的劃分 是一項重要工作

7、。 土的分類比較統一， 巖石有工 程地質分類尚不無善，可作幾級劃分，級數高， 同一類巖土的共同性愈粗略， 級數向下， 相同性 愈高。分類的粗略與勘查階段相造應， 在規劃階 段按成因類型劃分就可以了， 在詳勘階段則需要 按物理力學性質劃分。軟土，軟巖，軟弱夾層及 破碎巖體不利于地基的穩定性， 邊坡的下移， 洞 室的塌落也往往由這種軟弱夾層及破碎引起， 勘 查中需要特別注意研究。 黃土，膨脹土等特殊土， 斷層巖等破碎巖石也是應當重點研究的， 對水利 工程來說易造成滲漏的土石， 如砂礫層， 巖深巖 體，破碎巖體等也應特注意。 工程地質問題是指工程建筑和地質環境的作用 而引起的，對工程建筑本身的順利施

8、工和正常運 行或對周圍環境可能有影響的地質問題。 一項工程建筑是由許多建筑物組合而成的， 建筑 與地質環境的作用是由各建筑物及結構成分共 同完成的。 工程地質環境常處于問題的主要方面， 優良的地 質條件能使其與建筑物有相互作用限制在一定 的程度之內， 而不會超過這一個程度， 因而工程 于質問題不會產生對工程穩定性的影響， 這個當 然是很理想的，選擇建筑物場地的目有就是為了 尋找這種理想的地質環境。 當工程地質條件不好 時，在與工程的相互作用下，超過這一個限度， 引起工程地質問題就要對建筑物的安全發生影 響，或對周圍的環境造成危害。 所有首要的工作 就是查地質條件。 并結合工程地質問題進行分析

9、研究。 問題的另一個方面是工程建筑，工程建筑的特 征，也就是建筑物的類型，結構特點及規模有、 的大小， 這些對工程地質問題的影響委大。 建筑 物的類型， 其工作條件不同， 存在的工程地質問 題也不一樣。其次，建筑物的規模不同，則對其 工程作用力的大小也不一樣， 它與工程地質條件 楊互作用的強度也有很大的差別。 自然地質現象也稱為物理地質現象， 它是指地殼 運動的巖石土體在自然環境中經受物理風化， 化 學作用等而引起巖土體自身的變化， 這些變化又 影響著原有的宏觀的地質， 地理地形條件和人類 的工程活動，主要的不良地質條件有：地震，斷 裂，巖溶和土洞，滑坡，泥石流。不良的工程地 質現象形有；地質

10、沉降，采空區地表塌陷，深基 坑開挖的次生效應，地裂，地基脹縮和人為誘發 地震。 二 基本地質情況 本場區地層分為三層， 第一層為粘土層， 厚度為 2M，以地面為 0起算，這一層的進尺為 2M；第二 層為淤泥層，厚度為 7M，層面進尺為 9。5M；第 三層為灰色粉質粘土層， 由于鉆進只到本層， 幫 未地這一層，由所給出的資料可知道地下水位位 于地下 2M處，也就是淤泥層的頂，粘土層底， 各層的情如下圖 11所示。 為了保證工程安全， 一方面必須通過工程勘察來 確認場地本身是否穩定， 另一方面還必須論證地 基本身的強度及變形是否滿足建筑物的安全及 使用要求。因此評價場地穩定和地基穩定兩者的 著眼點

11、、研究的范圍、內容和方法是不同的，但 它們是相互補充的。 如果沒有場地的穩定性則不 能確保整個工程建設的成功。 反之，只注意研究 場地的宏觀穩定性而忽視地基的局部穩定問題， 則基礎工程設計與施工無從實施， 工程安全與使 用要求也無從確保。 該場區通過現場測試和室內 試驗所得的參數列入下表： 表 1-1 場區工程土的物理力學性質指標值 土層 編號 土層 名稱 厚度 （ m ） 重度 （kN m? 含水量 ( ) 液限 L 塑限 P 孔隙比 e 壓縮系 數 數 a1_2 (1/Mp a) 內聚力 C C （kN m? 內摩擦角 角 （o） 允許承 載力 kPa 1 粘土 2.0 18.2 41 4

12、8 23 1.09 0.49 21 18 190 2 淤泥 7.5 17.1 47 39 21 1.55 0.96 14 8 120 3 灰黃色 19.6 26.7 32.7 17.7 0.75 0.25 18 20 240 粉質粘 未穿透 土 如上表所示，該場區分布的地層至上而下分為三 層： （ 1） 粘土，層厚 2米，很濕，處于可塑狀態， 稍密； （2） 淤泥，層厚 7.5 米，含水率高于液限，結 構疏松； （ 3） 灰黃色粉質粘土，其厚度未穿透，中密， 可塑。 場區工程地質條件評價： 可塑粘土： f ak=190kPa,Ck=21KPa,k18 o 淤泥： f ak=120kPa,Ck=

13、14KPa,k8 o 灰黃色粉質粘土： f ak=240kPa（考慮施工因素的 折減系數取 0.5 ，較完整性取 0.2 ） 粘土層，處于可塑稍密狀態，抗剪強度高，按載 荷試驗成果（表 1-1 ）所示，允許承載力為 190kpa。 本層具有一定的承載力， 可以做天然地基的持力 層。當采用該層作為持力層時要考慮地基的沉降 問題以及下臥墊層的穩定和附加沉降問題。 淤泥土層，含水量高，孔隙比大，抗剪強度低， 屬高壓縮性土，不宜作為地基的持力層。 灰黃色粉質粘土層，含水量低，屬中壓縮性土， 具有較高的承載力，是良好的天然地基持力層， 根據柱子傳到地面的荷載為 F=3600kN，當采用 該層作地基持力層

14、時應考慮地基沉降問題。 其基 礎形式以采用人工挖孔樁為宜， 也可以考慮預制 樁，為好用摩檫樁。 三 基礎方案選擇 基礎設計不像上部建筑物那樣有固定的各種各 樣的模型可以利用， 設計時必須根據場地的具體 情況做具體分析選擇最佳的基礎形式。 基礎類型 與荷載大小、土質情況及上部結構形式等有關。 同時，基礎埋置深度的確定對建筑物的安全和正 常使用、施工工期和建筑物造價影響很大。 根據場地工程地質分析結果， 該場區可以采用的 基礎形式為天然地基淺基礎墩式基礎和樁基礎 為宜，其備選基礎形式有條形基礎和筏型基礎。 選擇建筑物基礎的埋置深度， 應考慮建筑物本身 和建筑物周圍的條件， 通過方案比較綜合考慮確

15、定。各基礎類型特點分析如下： 一， 柱下鋼筋混凝土墩式基礎： 墩式基礎為剛性基礎是結構最簡單的基礎 形式，具有較好的抗震性。 、施工方便，可同時進行，不受時間限制； 、受力為一個點， 可以合理利用點的位置及條 件； 、一定情況下，可以擴大基底面積，減少沉降 量，提高地基強度； 、獨立基礎沉降值與周邊各點的沉降值是有限 制的。 二，樁基礎： 、具有較高的承載能力與穩定性； 、樁基礎是減少建筑物沉降與不均勻沉降的良 好措施； 、是克服復雜條件下不良地質現象危害的重要 措施，且有良好的抗震、抗爆性能； 、樁基礎具有很強的靈活性，對結構體系、范 圍及荷載變化等有較強的適應能力， 而設樁也可 作為地基處

16、理措施以提高地基的強度及穩定性； 、造價高，施工一般比淺基礎復雜，噪音污染 影響周邊環境； 、樁基礎的工作機理比較復雜， 其計算方法相 對不完善。 天然地基是指基礎直接建造在未經人工處理過 的天然地層上的地基。 根據場地的情況， 墩式基 礎即為淺基礎， 樁基礎即為深基礎。 由于淺基礎 比深基礎和人工地基施工簡單， 不需要復雜的施 工設備，可以縮短工期、降低造價，所以在基礎 設計時， 在土層滿足承載力要求的情況下， 首先 應考慮天然地基上的淺基礎的設計方案。 由于該場地的地層比較復雜，其間夾有淤泥土 層，當采用灰黃色粉質粘土作為持力層時， 如果 采用墩式基礎或條形基礎其挖土方量將增大， 這 是沒

17、有必要的。 此時樁基將是最佳的選擇。 而樁 基礎造價高， 施工一般比淺基礎復雜， 噪音污染 影響周邊環境； 樁基礎的工作機理比較復雜， 其 計算方法相對不完善。 通過方案比較及具體情況分析， 粘土層的承載力 能滿足基礎的設計要求 , 但是下臥淤泥土層不能 滿足極限承載力的要求， 根據場區地質特征， 這 一地區存在一層層厚較厚的淤泥層， 以及地下水 位較高，離地面僅有 2M，第一層層厚較薄，從而 導致地基承載力下降和具有較大的沉降量， 故淺 基礎形式無法達到場區地質要求， 又則于淤泥層 具有流塑性， 不適合做箱基的結構形式， 因而第 三層可作為較好的持力層， 所以選擇樁基作為基 礎結構形式。 四

18、基礎設計 依據：建筑物基礎設計規范 ，建筑物地 基基礎規范，建筑物鋼筋砼設計規范 ，建筑 隊物軟土地基設計與計算規范 。 確定淺基礎地基承載力的目的是用于淺基礎設 計，地基承載力(包括持力層和下臥層)是地基 所提供的承擔外荷載能力。 淺基礎設計的內容主 要包括：選擇基礎類型，確定基礎埋深，確定基 礎底面尺寸。設計的任務就是依據建筑物的使用 要求、荷載特征等， 并充分利用地基有利條件避 開不利因素進行基礎設計并完成必要的驗算， 力 求主客觀的協調統一， 同時在確保永久安全的前 提下使設計的基礎經濟合理、施工方便。 基礎承載力的計算： 根據已知條件可求液性指數 I ： I=(W-Wp)/(Wl-W

19、p) 對于第一層土： I=(W-Wp)/(Wl-Wp)= (41-23 )/ (48-23)= 0.72 對于第二層土： I=(W-Wp)/(Wl-Wp)= (47-21 )/ (39-21)=1.44 對于第三層土：I=(W-Wp)/(Wl-Wp)=(26.7-17.7 ) / ( 32.7-17.7 ) =0.6 從建筑隊物軟土地基設計與計算規范 P114 表4-3中查得： Qpk =1800，從表 8.5中可查得： 第一層土： Qpk=62KPa 第一層土： Qpk=14KPa 第一層土： Qpk=58KPa 1, 求單樁承載力標準值 Qu: Qu=UpQsiuLi=1.2 3.14 (

20、0.8 62+7.514 +2.5 58)+3.14 0.60.61800=13322.9KN 單樁設計承載力為 R：從表中 8.9, 取經驗值： Rs=R=1.65 R=Qsk/RS+Qpk/Rp=(1359+250)/1.65=795KN 樁數的確定： F=3600KN N=F/R=3600/795=4.5 取樁數為 N=6。 樁的布置，1，樁的中心距為 3-4d=3.6-4.8, 取4M。 2 ，樁的布置：四個角上各一支，中間 放置一支樁。 承臺尺度的確定： 根據樁的布置方式，樁的外邊每邊外伸凈距為 d/2=600, 則承臺的長度為 L=9200，寬度也為 b=5200. 承臺的厚度設為

21、 1M。 取承臺及上的土的平均重度為 R0=20KN立/ 方米， 則承臺及土重為 G=R0DA=209.2 5.2 1=956.8KN 單樁承載力的計算：對 5支樁的群樁距徑比， Sa/D=0.886Ao/( Nd)=0.886 (9.2 5. 2)/( 61.2)=4.6取 5， 式中： A0為承臺面積， d 為樁的直徑。 掃中心受壓算；計算群樁中單樁的平均愛力 Q Q=(F+G)/N=(3600+956.8)/6=759.3 R=795KN 綜上所述滿足設計要求。 因為基礎放在灰黃色粉質性粘土中 , 厚度未給出 來, 也不知道下是否有軟弱層 ,( 以上合格 , 假設 地基往下沒有軟弱層 )

22、. 圖1, 樁配筋圖 18300mm 圖2:承臺上樁的布置圖 :. 承臺厚為 1M 護壁配筋圖 : 主筋(掛筋)為 16250m，m刳 筋為 10300m。m 承臺配筋圖：主 20300m，m輔筋為 12500mm 五 基礎施工要求 1， 施工機具：包括起吊，運輸，堆存所必要 的工具及樁所用的樁錘，樁架，動力裝置等。 2， 施工程序：人工挖孔樁，由于場區的地質 條件，應做好護壁， 護壁里應配筋， 主筋（掛筋） 為 16250m，m刳筋為 10300m。m 3，基礎混凝土強度等級為 C25。 4，樁受力鋼筋直徑為 18 mm，間距為 300 mm，由于基礎底面邊長大于 3m，所以雙向的 鋼筋長度可減少 10%，并均