基础工程设计原理

1、基础工程设计原理课程教学大纲（Principle Design of Foundation Engineering）一、课程编号：08081281二、课程性质：专业基础课三、课程类型：必修课四、学分：2.5总学时：40五、考核方式：考试六、先修课程：土力学与工程地质，材料力学，结构力学，钢筋混凝土结构七、适用专业：土木工程八、课程教学目标：通过本课程主要讲授土木工程中常见的浅基础、桩基础及其他人工构造基础的设计基本 理论、设计计算方法，同时了解各类基础的施工要点。九、说明本课程是土木工程专业的一门重要的专业基础课，其主要任务是使学生掌握建筑物基础 的设计原理及计算方法，了解基础的施工方法，为今

2、后从事工程设计或施工打好基础。本大纲坚持以中国特色社会主义理论体系为指导，借鉴省内外同类高校有关该学科的理 论研究成果与应用实践，力图合理、准确、全面概括基础工程设计的基本内容，期望能较好 的体现以下特点：了解地基基础的概念和建筑工程对地基基础的要求。掌握浅基础的类型，基础埋置深 度的选择，地基土容许承载力的确定和基础底面尺寸的确定方法;掌握软弱下卧层的验算和 地基变形验算；了解地基变形引起的建筑物的危害；掌握钢筋混凝土单独基础的设计方法； 了解地基、基础与上部结构共同作用的概念和钢筋混凝土梁、板式基础的简化计算方法；了 解柱下条形基础，柱下交梁基础，片筏基础和箱形基础；掌握减轻不均匀沉降危害

3、的措施； 了解补偿式基础概要。了解Winkler地基上梁和板的计算原理，地基上梁的数值分析和地基上板的数值分 析方法。掌握单桩竖向承载力的确定方法，静载荷试验方法，群桩的竖向承载力确定方法和 群桩的地基强度验算方法;掌握桩基础沉降计算方法，桩基础的设计方法和桩的水平承载力 确定方法。了解沉井的构造及施工工艺，掌握沉井的设计与计算。了解支护结构的类型及特点；掌握基坑围护工程设计的依据；掌握重力式水泥土挡 墙设计；熟悉排桩或地下连续墙式支护结构设计；熟悉井点降水及土方开挖。掌握常用的地基处理原理与设计方法。使用教材及参考资料教材：袁聚云主编，基础工程设计原理，同济大学出版社，2007。参考资料：白

4、晓红主编，基础工程设计原理，科学出版社，2005。平时成绩、期末比例关系：平时（30%），期末（70%）。十、基本教学内容及课时分配（一）教学内容第一章地基模型及其参数的确定【教学目的与要求】地基与基础的基本概念，基础工程重要性，课程基本内容简介、课程特点及学习要求。基础工程的设计原则：设计内容、依据及原则（需同时满足强度、变形及稳定性三大要 求）；基础型式选取原则、地基一基础一上部结构共同作用概念。【教学重点与难点】基础底面尺寸的确定方法；软弱下卧层的验算，地基变形验算；地基变形引起建筑物危 害的实例分析；钢筋混凝土单独基础的设计；地基、基础与上部结构共同作用的概念；钢筋 混凝土梁、板式基础

5、的简化计算方法；柱下条形基础，柱下变梁基础，片筏基础，箱形基础； 减轻不均匀沉降危害的措施；补偿式基础概要。【主要内容】第一节概述第二节线性弹性地基模型一、文克勒地基模型二、弹性半空间地基模型三、分层地基模型第三节非线性弹性地基模型第四节地基的柔度矩阵和刚度矩阵一、文克勒地基模型的柔度矩阵二、弹性半空间地基模型的柔度矩阵三、分层地基模型的柔度矩阵四、非线性弹性地基模型的柔度矩阵第五节地基模型参数的确定一、基床系数K的确定二、几种曲线的线性变换及参数确定法第六节地基模型的选择【思考题】何谓地基模型？最常用的，最简单的线弹性地基模型有哪几种？写出文克勒地基模型的柔度矩阵？试述非线性弹性地基模型的参

6、数及其确定方法？第二章天然地基上浅基础的设计【教学目的与要求】浅基础的分类；浅基础的材料；浅基础埋置深度的确定方法；地基计算（承载力、地基 变形、地基稳定性）；刚性基础设计；扩展基础设计。了解浅基础的结构类型、材料类型；掌握浅基础埋置深度的确定方法；掌握浅基础的地 基计算（承载力、地基变形、地基稳定性）方法；掌握刚性基础、扩展基础的设计方法。【教学重点与难点】Winkler地基上梁和板的计算；地基上梁的数值分析；地基上板的数值分析方法。【主要内容】第一节 概述第二节 浅基础的类型一、刚性基础二、柔性基础第三节基础的埋置深度一、建筑物的用途类型及荷载大小性质二、工程地质和水文地质三、相邻建筑物基

7、础埋深的影响四、地基土冻胀和融陷得影响五、补偿基础概念第四节 地基承载力的确定及验算一、安全等级二、荷载确定三、地基基础设计的技术要求四、地基基础设计的三种表达式五、地基承载力的确定及验算第五节地基底面尺寸的确定第六节地基的变形验算第七节地基基础的稳定性验算一、基本概念二、.上部结构刚度对共同作用的影响三、地基土性质与计算模型的影响第八节减轻不均匀沉降危害的措施一、建筑措施二、结构措施三、施工措施【思考题】试述刚性基础和柔性基础的区别？何谓基础的埋置深度？影响基础埋深有哪些因素？何谓补偿基础？地基基础设计原理是什么？确定地基承载力的方法有哪些？何谓软弱下卧层？试述验算软弱下卧层强度的要点？什么

8、情况下需进行地基变形验算？变形控制特征有哪些？何谓上部结构与地基基础的共同作用？由于地基不均匀变形引起的建筑物裂缝有什么规律？减轻建筑物不均匀沉降危害的措施有哪些？第三章浅基础结构设计【教学目的与要求】条形、筏形、箱形基础的结构特点、计算特点；上部结构一基础一地基共同作用原理； 地基模型（文克尔、半无限空间、有限压缩层）；柱下条形基础计算（倒梁法、文克尔地基 梁法）。【教学重点与难点】钢筋混凝土条形基础、筏形基础及箱形基础的特点、适宜条件和一般构造要求。弹性地 基梁的基本分析方法。柱下钢筋混凝土条形基础、筏形基础及箱形基础等基本分析和简化计 算方法。【主要内容】第一节概述第二节无筋扩展基础一、

9、刚性基础的设计原理二、刚性基础的构造要求三、刚性基础的设计计算步骤第三节墙下条形基础一、墙下条形基础的设计原则二、基础截面的设计计算步骤三、墙下条形基础的构造要求第四节柱下独立基础一、柱下独立基础的设计计算二、柱下独立基础的设计构造要求第五节柱下交叉条形基础一、柱下条形基础的受力特点二、基础梁的纵向内力计算三、柱下条形基础的设计计算步骤四、柱下条形基础的构造要求第六节十字交叉条形基础一、节点荷载的初步分配二、节点荷载的调整第七节筏板基础一、地基承载力验算二、筏板的内力计算三、截面强度验算与配筋计算四、筏板基础的构造与基本要求第八节箱型基础一、箱型基础的构造与基本设计要求二、箱型基础的设计计算【

10、思考题】地基反力分布假设有哪些？其适用条件各是什么？简述基础结构设计的主要内容？试比较刚性基础，墙下条形基础与柱下独立基础在截面高度确定方法上的区别？试述倒梁法计算柱下条形基础的过程和适用条件？如何区分无限长梁河有限长梁？文克勒地基上无限长梁河有限长梁的内力是如何求 得的？简述用有限单元法计算弹性地基梁与弹性地基板内力与变形的主要步骤。第四章桩基础【教学目的与要求】概述（深基础类型、桩的分类等）；单桩竖向承载力分析、负摩擦力等；单桩竖向承载 力的确定方法（静载试验法、静力触探法、经验公式法）；桩的抗拔承载力、横向承载力； 横向荷载作用下单桩内力计算；桩基计算（群桩基础的工作特点、桩基承载力计算

11、）；承台 的设计与计算；桩基础的设计步骤。了解深基础的类型（桩基础、沉井基础、沉箱基础、地下连续墙基础等）；了解单桩竖 向承载力分析方法，理解负摩擦力的概念；了解单桩竖向承载力的现场试验方法（静载试验 法、静力触探法等）；掌握按经验公式法（规范）计算单桩承载力的方法；理解桩的抗拔承 载力、横向承载力的确定方法；掌握横向荷载作用下单桩内力计算方法；理解桩基群桩基础 的工作特点，掌握其承载力的计算方法；掌握承台的设计与计算、桩基础的设计步骤。【教学重点与难点】单桩竖向荷载的传递；单桩竖向承载力的确定方法，静载荷试验方法；群桩的竖向承载 力，群桩的地基强度验算；桩基础沉降计算方法简介；桩基础的设计；

12、桩的水平承载力。【主要内容】第一节概述第二节桩的类型及施工工艺一、桩的分类二、各类桩的主要特点第三节 竖向荷载下的桩基础一、单桩的荷载传递和荷载-沉降特性二、单桩承载力确定三、群桩承载力确定四、桩的负摩阻力和抗拔承载力五、桩基沉降计算六、沉降控制符合桩基设计的基本概念第四节 水平荷载下的桩基础一、单桩水平静荷载试验确定水平承载力二、基桩内力和位移计算的基本概念三、弹性单桩，单排桩的内力和位移计算四、弹性多排桩基桩内力与位移计算第五节 桩基础设计一、桩型的选择二、基桩几何尺寸确定三、确定桩数及其平面布置四、桩身结构强度验算五、承台设计计算【思考题】桩可以分为多少类？各类桩的优缺点和适用条件是什么

13、？轴向荷载在桩身是如何传递的？影响桩侧，桩端阻力的因素有哪些？什么是桩的负摩阻力？如何进行计算？地基土的水平向土抗力大小与那些因素有关？“m”法为什么要分多排桩和单排桩？弹性桩和刚性桩？什么叫“群桩效应”？请说明单桩承载力与群桩中一根桩的承载力有什么不同？第五章沉井基础（选修）【教学目的与要求】了解沉井的概念、作用、适用条件及主要施工方法。熟悉沉井的常用类型和基本构造。 掌握沉井的设计内容与验算思路，尤其是作为永久整体深基础的计算方法（刚性桩），以及作 为临时支挡结构的受力特点、刃脚等计算与验算位置。【教学重点与难点】沉井的构造及施工工艺；沉井的设计与计算。【主要内容】第一节概述第二节沉井基础

14、的构造及施工计算一、沉井的组成构造二、沉井的施工第三节沉井的设计与计算一、沉井作为整体深基础的设计与计算二、沉井的结构设计【思考题】沉井基础有什么特点？沉井基础的设计计算包含哪些内容？第六章基坑围护【教学目的与要求】了解基坑工程特点、常用支护结构形式及其适用条件与稳定性分析方法。熟悉基坑各种 常用的控制地下水设计计算方法。掌握作用于支护结构上的水、土压力计算方法。掌握悬臂 式、单支撑桩墙结构的基本计算方法。【教学重点与难点】支护结构的类型及特点；基坑围护工程设计的依据；重力式水泥土挡墙设计；排桩或地 下连续墙式支护结构设计；井点降水及土方开挖。【主要内容】第一节 概述第二节基坑支护的形式及特点

15、一、重力式挡土墙二、排桩或地下连续墙式挡土墙三、逆作拱墙挡土墙四、土钉支护第三节基坑支护的设计与施工一、基坑工程等级二、国家及地区的有关规范规程三、场地岩土工程地质勘察资料四、周围环境资料五、主体结构的设计资料六、施工条件第四节重力式水泥挡土墙设计一、设计内容二、土压力计算三、基本验算第五节 排桩或地下连续墙式支护结构设计一、围护桩墙设计二、内支撑系统设计三、土层锚杆设计第六节 土钉墙设计一、一般规定二、基本计算第七节井点降水及土方开挖一、井点降水二、土方开挖第八节基坑监测与环境监护一、监测项目的选择二、现场测试前的准备工作三、现场测试【思考题】试简述支护结构的类型及其各自主要特点？进行重力式

16、水泥挡土墙设计需进行哪些基本验算？排桩或地下连续墙式支护结构进行坑底抗隆起稳定验算时应采用什么土层的C， 值？在对内支撑系统进行布置时应注意哪些事项？土层锚杆与土钉墙主要区别在哪些方面？试简述井点降水的类型及各自适用条件？基坑监测的项目主要有哪些？第七章软弱土地基处理【教学目的与要求】了解软弱地基概念、常用的处理方法及其适应性。了解复合地基理论和基本概念，熟悉 复合地基承载力的确定方法和地基沉降计算方法。掌握换填法、排水固结法的适用范围及设 计计算。了解深层搅拌法、砂石桩法、强夯法适用范围及设计计算。了解土工合成材料在工 程中的应用、已有建筑物地基加固方法以及常用纠倾方法。【教学重点与难点】软

17、弱土的分类和特性；土的压实和夯实；换土垫层；深层搅拌法简介。【主要内容】第一节概述一、地基处理的对象与目的二、地基处理方法的分类三、地基处理的原则及其注意事项第二节换填垫层法一、还填法的作用和适用范围二、垫层的设计与计算三、垫层的施工四、砂垫层工程实例第三节排水固结法一、加固机理二、地基固结度计算三、排水系统四、加载系统第四节密实法一、碾压法二、夯实法三、挤密法第五节化学加固法一、注浆法二、水泥土搅拌法【思考题】地基处理方法的选择应考虑哪些原则问题？试述排水固结法加固地基的机理？采用排水固结法处理地基时，为什么要设置排水系统？简述超载预压法的概念以及如何合理的确定超载量的大小？密实法处理地基的

18、方法有哪几种？为什么密实法对饱和软土的效果没有非饱和软土 好？试比较表面压实法，重锤夯实法和强夯法的特点，为什么强夯法又称为动力加固法？试从基底的应力状态来说明换土垫层法处理地基的原理？换土垫层的厚度和宽度是如何确定的？并验算哪些问题？何谓挤密注浆，劈裂注浆和高压喷射注浆？三者有何区别？适用条件是什么？挤密桩的作用是什么？其设计计算包括哪些内容？排水固结法中砂井的作用是什么？砂井地基的固结度如何计算？深层搅拌法是如何加固地基的？如何验算复合地基的承载力？深层搅拌桩加固地基，湿法和干法有何区别？比较两者之间的优缺点？第八章 特殊性土地基（选修）【教学目的与要求】了解特殊土的种类、工程性质及其判别

19、方法。熟悉湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和山区 地基等基本的处治方法。【教学重点与难点】了解几种特殊地基的工程特性及基础工程应注意事项。【主要内容】第一节概述一、特殊性土的成土环境二、特殊性土类及其分布第二节黄土地基一、黄土的成因特征及其分布二、黄土的湿陷性及其评价三、黄土地基的湿陷性等级四、黄土地基的承载力五、黄土地基的工程措施第三节膨胀土地基一、膨胀土的成因及其分布二、膨胀土的工程特性及对工程的危害三、膨胀土地基的分类及评价四、建筑施工注意事项第四节 红粘土地基一、红粘土的成因及其分布二、红粘土的工程特性三、红粘土的工程分类四、红粘土地基设计处理第五节盐渍土地基一、盐渍土的成因及其分布二、盐渍土的分类三、盐渍土地基的评价四、盐渍土地区施工及防腐措施第六节冻土地基一、冻土的特征及分布二、冻土的物理力学性质三、冻土的融化下沉与融化压缩【思考题】试述特殊性土的工程特性与成土环境的关系？何谓湿陷性黄土，自重湿陷性黄土与非自重湿陷性黄土？试述黄土地基处理的原理以及各种处理方法的优缺点？试述膨胀土的胀缩机理？在膨胀土地基上建筑的工程措施注意哪些问题？建筑地基土盐渍化的机理？简述冻胀土地基的冻胀机理？试述湿陷性，溶陷性和融陷性的机理？试比较膨胀土的膨胀，盐渍土的盐胀以及冻土的冻胀其各自的特点，应采取哪些工程 措施来防止其对建筑物的危害？第九章动力机器基础（选修）【教学目的与要求】了解