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基础工程学课程设计(2007-09-13 20:18:31)转载标签：校园生活allan著学校：贵 州 大 学 学院：资源与环境工程学院班级：勘查技术与工程专业姓名：卢 应 红学号：0401021106日期：2007 年 9月 2 日 一概述.2二基本地质情况.8三基础方案选择.9四基础设计.11五基本的施工要求16六结论建议和感想.17一 概 述课程设计是高等教育中一直强调和重视的教学环节，基础课程设计是我们在学习土力学和基础工程学的基础上，综合应用所学到的理论知识，完成基础设计的任务，目的是培养我们综合应用基础理论和专业知识的能力，同时培养我们独立分析和解决基础工程设计问题的能力。整个基础的基本要求是永承上部荷载的必然性。没有空中楼阁，建筑物的全部荷地载都是由地球表面的地层来承担，受荷载影响的哪一部分地层我们就是做地基。为了保证建筑物和构筑物的和正常使用，对于支承载整个建筑荷载的地基，应满足两个基本的条件：首行是作用于基础上的建筑荷载，不超地地基的承载力。其次是沉降量不超过沉降容许值，以保证建筑物的正常使用。为了保证基础的安全和可靠并满足使用功能的要求，基础一般要埋于地珍下的某个深度，这一深度为地基的埋置深度。而用于支承基础的地基，视其实际工程地质条件是否满足结构物和构筑物的受力要求来决定其是否需要人工改造。不需要人工加固处理就可直接修筑建筑物的地基，称为天然地基，要加工处理的为人工地基。基础工程今后的发展方向是：1 基础性状的理论研究不断的深入由于计算机的应用，而使基础性状的分析中如有限元法，边界元法，特征线法得到了应用。2 现场原位测试技术和基础工程质量检测技术的发展为了改娈取样试验质量或者进行现场施工监测，原位测试技术和方法都有了很大的发展。3高层建筑深基础继续受到重视随着高层建筑物修建数量的增多，各类高层建筑深基础的大量修建，深基础继续受到重视4软弱地基处理技术的发展为了保证变形，稳定和抗震的要求，各种不同类型的地基处理新技术因需要而发生和发展，成为岩土工程一个重要的专题。5现有房屋增层和基础加固与托换对于房的要求量在今后较长时时期内都会很大，提出了合理的承载力值，重视地基加固与托换技术的探讨与应用。建筑结构设计统一标准对结构设计应满足的功能要求作了如下规定：一、能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；二、在正常使用时具有良好的工作性能；三、在正常维护下具有足够的耐久性能；四、在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定。按此规定根据地基工作状态地基设计时应考虑：一、长期荷载作用下，地基变形不致造成承重结构的损坏；二、最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象。工程建筑都在地球的表层，地球的形态各种各样都是内，外地质条件的作用的结果。构造运动是指由于地球内部原因引起地壳结构改娈运动的作用。称为地壳运动。按构造运动是造成变动的原因。构造运动方向分，构造运动类型有垂直和水平运动按地质时期分，构造运动分为古构造运动和新构造运动。水文地质条件地下水分为上层滞水，潜水，承压水。地下水含有各种化学成分，当某些成分过多时会对砼和石科，金属管道造成不利。工程地质条件工程地质条件是客观存在的，是自然地质时期形成的，而不是人为造成的。一个地方的工程地质条件反映了当地质发展地程及后生变化，也就是内外动力地质作用的性质和强度，工程地质条件形成受大地构造，地形地势，气候，水文，植被等自然因素控制，例如，一个地方的地形条件是由当地的大地构造演化历吏和现在的构成骨架，又由近代外动力地质作用而形成。人类工程经济活动会引起工程地质条件的变化，但这毕竟是次要的，局部的，而且与原有工程地质条件合为一个整体，对后来的建筑物成为一个新的因素，例如水库蓄水，会引起同围地下水位涨高，新的建筑物就应按变化后的地下水位考虑。岩土类型及工程地质性质是工程地质条件的基本要素，任何建筑物都是脱离不开土体或岩体的，岩土的类型不同，其性质有很大的差别，工程意义大不一样。因此，岩土类型的划分是一项重要工作。土的分类比较统一，岩石有工程地质分类尚不无善，可作几级划分，级数高，同一类岩土的共同性愈粗略，级数向下，相同性愈高。分类的粗略与勘查阶段相造应，在规划阶段按成因类型划分就可以了，在详勘阶段则需要按物理力学性质划分。软土，软岩，软弱夹层及破碎岩体不利于地基的稳定性，边坡的下移，洞室的塌落也往往由这种软弱夹层及破碎引起，勘查中需要特别注意研究。黄土，膨胀土等特殊土，断层岩等破碎岩石也是应当重点研究的，对水利工程来说易造成渗漏的土石，如砂砾层，岩深岩体，破碎岩体等也应特注意。工程地质问题是指工程建筑和地质环境的作用而引起的，对工程建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能有影响的地质问题。一项工程建筑是由许多建筑物组合而成的，建筑与地质环境的作用是由各建筑物及结构成分共同完成的。工程地质环境常处于问题的主要方面，优良的地质条件能使其与建筑物有相互作用限制在一定的程度之内，而不会超过这一个程度，因而工程于质问题不会产生对工程稳定性的影响，这个当然是很理想的，选择建筑物场地的目有就是为了寻找这种理想的地质环境。当工程地质条件不好时，在与工程的相互作用下，超过这一个限度，引起工程地质问题就要对建筑物的安全发生影响，或对周围的环境造成危害。所有首要的工作就是查地质条件。并结合工程地质问题进行分析研究。问题的另一个方面是工程建筑，工程建筑的特征，也就是建筑物的类型，结构特点及规模有、的大小，这些对工程地质问题的影响委大。建筑物的类型，其工作条件不同，存在的工程地质问题也不一样。其次，建筑物的规模不同，则对其工程作用力的大小也不一样，它与工程地质条件杨互作用的强度也有很大的差别。自然地质现象也称为物理地质现象，它是指地壳运动的岩石土体在自然环境中经受物理风化，化学作用等而引起岩土体自身的变化，这些变化又影响着原有的宏观的地质，地理地形条件和人类的工程活动，主要的不良地质条件有：地震，断裂，岩溶和土洞，滑坡，泥石流。不良的工程地质现象形有；地质沉降，采空区地表塌陷，深基坑开挖的次生效应，地裂，地基胀缩和人为诱发地震。二 基本地质情况本场区地层分为三层，第一层为粘土层，厚度为2M，以地面为0起算，这一层的进尺为2M；第二层为淤泥层，厚度为7M，层面进尺为9。5M；第三层为灰色粉质粘土层，由于钻进只到本层，帮未地这一层，由所给出的资料可知道地下水位位于地下2M处，也就是淤泥层的顶，粘土层底，各层的情如下图11所示。为了保证工程安全，一方面必须通过工程勘察来确认场地本身是否稳定，另一方面还必须论证地基本身的强度及变形是否满足建筑物的安全及使用要求。因此评价场地稳定和地基稳定两者的着眼点、研究的范围、内容和方法是不同的，但它们是相互补充的。如果没有场地的稳定性则不能确保整个工程建设的成功。反之，只注意研究场地的宏观稳定性而忽视地基的局部稳定问题，则基础工程设计与施工无从实施，工程安全与使用要求也无从确保。该场区通过现场测试和室内试验所得的参数列入下表：表1-1 场区工程土的物理力学性质指标值土层编号土层名称厚度（m）重度（kNm?含水量()液限L塑限P孔隙比e压缩系数数a1_2(1/Mpa)内聚力CC（kNm?内摩擦角角()允许承载力kPa1粘土2.018.24148231.090.4921181902淤泥7.517.14739211.550.961481203灰黄色粉质粘土未穿透19.626.732.717.70.750.251820240如上表所示，该场区分布的地层至上而下分为三层：（1） 粘土，层厚2米，很湿，处于可塑状态，稍密；（2） 淤泥，层厚7.5米，含水率高于液限，结构疏松；（3） 灰黄色粉质粘土，其厚度未穿透，中密，可塑。场区工程地质条件评价：可塑粘土：fak=190kPa,Ck=21KPa,k18 o淤泥：fak=120kPa,Ck=14KPa,k8 o灰黄色粉质粘土：fak=240kPa（考虑施工因素的折减系数取0.5，较完整性取0.2）粘土层，处于可塑稍密状态，抗剪强度高，按载荷试验成果（表1-1）所示，允许承载力为190kpa。本层具有一定的承载力，可以做天然地基的持力层。当采用该层作为持力层时要考虑地基的沉降问题以及下卧垫层的稳定和附加沉降问题。淤泥土层，含水量高，孔隙比大，抗剪强度低，属高压缩性土，不宜作为地基的持力层。灰黄色粉质粘土层，含水量低，属中压缩性土，具有较高的承载力，是良好的天然地基持力层，根据柱子传到地面的荷载为F=3600kN，当采用该层作地基持力层时应考虑地基沉降问题。其基础形式以采用人工挖孔桩为宜，也可以考虑预制桩，为好用摩檫桩。三 基础方案选择基础设计不像上部建筑物那样有固定的各种各样的模型可以利用，设计时必须根据场地的具体情况做具体分析选择最佳的基础形式。基础类型与荷载大小、土质情况及上部结构形式等有关。同时，基础埋置深度的确定对建筑物的安全和正常使用、施工工期和建筑物造价影响很大。根据场地工程地质分析结果，该场区可以采用的基础形式为天然地基浅基础墩式基础和桩基础为宜，其备选基础形式有条形基础和筏型基础。选择建筑物基础的埋置深度，应考虑建筑物本身和建筑物周围的条件，通过方案比较综合考虑确定。各基础类型特点分析如下：一， 柱下钢筋混凝土墩式基础： 墩式基础为刚性基础是结构最简单的基础形式，具有较好的抗震性。、施工方便，可同时进行，不受时间限制；、受力为一个点，可以合理利用点的位置及条件；、一定情况下，可以扩大基底面积，减少沉降量，提高地基强度；、独立基础沉降值与周边各点的沉降值是有限制的。二，桩基础：、具有较高的承载能力与稳定性；、桩基础是减少建筑物沉降与不均匀沉降的良好措施；、是克服复杂条件下不良地质现象危害的重要措施，且有良好的抗震、抗爆性能；、桩基础具有很强的灵活性，对结构体系、范围及荷载变化等有较强的适应能力，而设桩也可作为地基处理措施以提高地基的强度及稳定性；、造价高，施工一般比浅基础复杂，噪音污染影响周边环境；、桩基础的工作机理比较复杂，其计算方法相对不完善。天然地基是指基础直接建造在未经人工处理过的天然地层上的地基。根据场地的情况，墩式基础即为浅基础，桩基础即为深基础。由于浅基础比深基础和人工地基施工简单，不需要复杂的施工设备，可以缩短工期、降低造价，所以在基础设计时，在土层满足承载力要求的情况下，首先应考虑天然地基上的浅基础的设计方案。由于该场地的地层比较复杂，其间夹有淤泥土层，当采用灰黄色粉质粘土作为持力层时，如果采用墩式基础或条形基础其挖土方量将增大，这是没有必要的。此时桩基将是最佳的选择。而桩基础造价高，施工一般比浅基础复杂，噪音污染影响周边环境；桩基础的工作机理比较复杂，其计算方法相对不完善。通过方案比较及具体情况分析，粘土层的承载力能满足基础的设计要求,但是下卧淤泥土层不能满足极限承载力的要求，根据场区地质特征，这一地区存在一层层厚较厚的淤泥层，以及地下水位较高，离地面仅有2M，第一层层厚较薄，从而导致地基承载力下降和具有较大的沉降量，故浅基础形式无法达到场区地质要求，又则于淤泥层具有流塑性，不适合做箱基的结构形式，因而第三层可作为较好的持力层，所以选择桩基作为基础结构形式。四 基 础 设 计依据：建筑物基础设计规范，建筑物地基基础规范，建筑物钢筋砼设计规范，建筑队物软土地基设计与计算规范。确定浅基础地基承载力的目的是用于浅基础设计，地基承载力（包括持力层和下卧层）是地基所提供的承担外荷载能力。浅基础设计的内容主要包括：选择基础类型，确定基础埋深，确定基础底面尺寸。设计的任务就是依据建筑物的使用要求、荷载特征等，并充分利用地基有利条件避开不利因素进行基础设计并完成必要的验算，力求主客观的协调统一，同时在确保永久安全的前提下使设计的基础经济合理、施工方便。基础承载力的计算：根据已知条件可求液性指数 I：I=(W-Wp)/(Wl-Wp)对于第一层土：I=(W-Wp)/(Wl-Wp)=（41-23）/（48-23）= 0.72对于第二层土：I=(W-Wp)/(Wl-Wp)=（47-21）/（39-21）=1.44对于第三层土：I=(W-Wp)/(Wl-Wp)=（26.7-17.7）/（32.7-17.7）=0.6从建筑队物软土地基设计与计算规范P114表4-3中查得：Qpk =1800，从表8.5中可查得：第一层土：Qpk=62KPa 第一层土：Qpk=14KPa 第一层土：Qpk=58KPa1,求单桩承载力标准值Qu:Qu=UpQsiuLi=1.23.14(0.862+7.514+2.558)+3.140.60.61800=13322.9KN单桩设计承载力为R：从表中8.9,取经验值：Rs=R=1.65R=Qsk/RS+Qpk/Rp=(1359+250)/1.65=795KN桩数的确定：F=3600KNN=F/R=3600/795=4.5取桩数为N=6。桩的布置，1，桩的中心距为3-4d=3.6-4.8,取4M。 2，桩的布置：四个角上各一支，中间放置一支桩。承台尺度的确定：根据桩的布置方式，桩的外边每边外伸净距为d/2=600,则承台的长度为L=9200，宽度也为b=5200.承台的厚度设为1M。取承台及上的土的平均重度为R0=20KN/立方米，则承台及土重为G=R0DA=209.25.21=956.8KN单桩承载力的计算：对5支桩的群桩距径比，Sa/D=0.886Ao/(Nd)=0.886(9.25.2)/(61.2)=4.6 取5，式中：A0为承台面积，d为桩的直径。扫中心受压算；计算群桩中单桩的平均爱力QQ=(F+G)/N=(3600+956.8)/6=759.3R=795KN综上所述满足设计要求。因为基础放在灰黄色粉质性粘土中,厚度未给出来,也不知道下是否有软弱层,(以上合格,假设地基往下没有软弱层).图1,桩配筋图18300mm图2:承台上桩的布置图:.承台厚为1M护壁配筋图: 主筋（挂筋）为16250mm，刳筋为10300mm。承台配筋图：主20300mm，辅筋为12500mm五 基础施工要求1， 施工机具：包括起吊，运输，堆存所必要的工具及桩所用的桩锤，桩架，动力装置等。2， 施工程序：人工挖孔桩，由于场区的地质条件，应做好护壁，护壁里应配筋，主筋（挂筋）为16250mm，刳筋为10300mm。3， 基础混凝土强度等级为C25。4， 桩受力钢筋直径为18 mm，间距为300 mm，由于基础底面边长大于3m，所以双向的钢筋长度可减少10%，并均匀交叉放置，配筋中在中间用D=18 mm每隔1.5M作圆支撑，筋做的圆中用D=18 mm钢筋作等腰三角形固定。5， 基础高度除应满足抗冲切要求外，尚应满足柱子纵向钢筋锚固长度的要求。现浇柱基础如不与柱同时浇灌，在基础内预留插筋的规格和数量应与柱子底部的纵向受力钢筋相同，插筋的锚固及与柱的纵向的搭接长度，应满足混凝土结构设计规范的要求。当基础高度在900mm以内上时，插筋应伸至基础底部的钢筋网。6， 基础顶部做成平台，每边从柱边缘放出50mm的距离，以保证足够的抗剪能力。7， 因为这是软基，当建筑物竣工一年内，每隔2-3个月应对沉降量进行观测一次，以后以适当延长4-6个月，直到没降变形稳一标准为止。六 结 论 通过这次的实际基础设计实践，使我们对基础的类型确定和桩基础设计过程有了一个系统的认识，通过对桩基础各参数和计算，现基本撑握了设计的步骤。1、场地中淤泥土不适宜作天然地基持力层。2、以粘土作为地基持力层是可行的方案，但是要考虑下卧垫层的强度、形变问题，应作稳定性计算。基础形式采用墩式基础、条型基础、筏型基础。3、以灰黄色粉质粘土层作为持力层也是一个可行的方案，采用的基础形式可采用人工挖孔桩或独立基础。4、由于各层土的含水率均较高，基础设计、和开挖时还要考虑防水问题。5、基槽开挖后，应及时组织各方尽快验槽，加紧浇灌，以免基坑跨塌，造成施工工作量重复。6、在设计过程中应该按照建筑地基基础设计规范要求进行设计，施工则依据设计而进行。 对于这次设计的不足之处可能在于对课本的不熟，以后一定要熟悉所学习的课本，在以后的工作中，一定是以规范为主要根据来做。