基础工程第一章.ppt

1,基础工程 黄金林 华南农业大学水利与土木工程学院,2,基底压力：基础底面传递给地基表面的压力，也称基底接触压力。,基底压力,附加应力,地基沉降变形,基底反力,基础结构的外荷载,上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。,上部结构,基础,地基,建筑物设计,暂不考虑上部结构的影响，使问题得以简化； 用荷载代替上部结构,3,1. 地基基础工程国内外现状,地基基础工程需解决的问题： 建（构筑）物的地基强度设计、变形控制、稳定性控制、基础材料设计、检验与监测技术和相关施工技术。 地基强度设计：应包括，地基原位测试技术、室内测试技术、允许设计取值。 变形控制：应包括，地基变形计算、建筑物允许变形、对相邻建筑物的影响。 稳定性控制：应包括，建筑物整体稳定性、抗浮稳定性、抗震稳定性。,4,建筑物的用途 建筑物安全等级 建筑布置 上部结构类型,工程地质 水文地质 气候条件,工期 施工条件 造价 环境保护,地基基础设计依据,上部结构,工程地质条件,其他要求,5,地基基础设计,基础设计,地 基,结 构,承 载 力,沉降变形,稳 定 性,强 度,刚 度,基本尺寸,钢筋数量等,2. 设计内容和任务,6,根据上部结构的受力特点和使用要求，综合考虑地质条件、施工条件、经济造价和环境保护等因素，寻求技术先进、经济合理而且实际可行的地基基础方案并进行必要的力学检算，使之满足安全、合理、经济和环保的总体设计目标。,7,地基,天然地基：不需处理直接放置基础的天然土层。,人工地基：需要人工加固或处理后才能修建基础的土层。,简单、造价低，尽量选择,（1）地基分类,8,分类依据：埋置深度及施工工艺特点,基础,浅基础：埋置深度较浅，施工程序简单。,深基础：埋置深度较深，施工较为复杂。,埋深界限5m？,专门的设备或专业的人员,9,我国建筑地基基础设计规范(GB500072011)(以下简称地基基础规范)，根据地基复杂程度、建筑物的规模和特征、由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响程度将地基基础设计分为甲级、乙级、丙级3个设计等级。,地基基础设计等级分类,10,11,12,3.0.3 表 所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算。,13,14,15,15,概率极限设计法与极限状态设计原则 极限状态 承载能力极限状态 正常使用极限状态,3、地基基础设计原则,16,概率极限设计法,两种极限状态,承载力极限状态,正常使用极限状态,近似概率法,全概率法,半概率法,17,概率极限状态设计法,概率极限状态设计法以概率论为基础，以结构的可靠指标（或失效概率）表示结构的可靠程度，采用与传统形式近似的分项系数设计表达式，以分项系数代替过去的安全系数，是一种先进的设计方法。,先进性：比较充分地考虑各种设计因素的变异性。,但在地基基础的设计中，由于资料收集的困难，目前对于设计变量的变化规律掌握不够，以及由于数学上的一些困难，全面采用该法尚不成熟。,18,1基础底面的压力小于地基的容许承载力； 2地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值； 3地基及基础的整体稳定性有足够保证； 4基础本身的强度满足要求。,地基基础设计原则 p fa 原则（承载力验算） ss原则（变形验算） 基础结构强度、刚度和耐久性的要求 经常承受水平荷载的高层建筑、构筑物以及基坑工程的稳定性验算等,19,19,地基基础设计资料 上部结构荷载资料 设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力或限值应符合相应规范的有关规定 岩土工程勘察资料 原位测试资料 地基承载力、单桩竖向承载力以及地基压缩模量和变形模量的原位测试报告等,20,荷载资料,21,22,岩土工程勘察资料,(1) 建筑场地（不良）地质条件及危害程度,(2) 地层分布情况及各层岩、土的物理力学性质,(3) 地下水类型、水位、腐蚀性等,(4) 地震设防区：场地类别，砂土液化,(5) 方案建议,23,24,地层参数表,25,基础的材料形式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用要求、满足上述地基承载力、稳定性和变形要求外，还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。,基础工程五类主要工程问题由于地基基础问题引起的上部结构倾斜、墙体破坏； 基础自身的破坏；地基承载力不足发生整体滑动破坏或沉降量过大；边坡丧失稳定性；其他特殊不良地质条件引起的地基失效。,26,3.地基基础设计基本规定,对地基计算的要求,27,荷载组合,荷 载,永久荷载,可变荷载,偶然荷载,荷载分类（按随时间的变化）,28,地基基础设计采用的荷载效应组合,正常使用极限状态下，荷载效应的标准组合值Sk：,Sk=SGk+q1SQ1k+q2SQ2k+qnSQnk (2),Sk=SGk+SQ1k+c2SQ2k+cnSQnk (1) 其中：SGk按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值； SQik 按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值； ci可变荷载Qi的组合值系数，按规范取值。,常用的荷载效应组合：,正常使用极限状态下，荷载效应的准永久组合值Sk：,29,地基基础设计采用的荷载效应组合,承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设计值S：,S=1.35SkR (4) 其中：R结构构件抗力的设计值，按有关建筑结构设计规范确定；Sk荷载效应的标准组合值。,S=G SGk+ Q1 SQ1k+Q2c2SQ2k+ Qn cnSQnk (3) 其中：G永久荷载的分项系数； Qik 第i个可变荷载的分项系数； ci可变荷载Qi的组合值系数，按规范取值。,承载能力极限状态下，由永久荷载效应控制的基本组合，可由荷载效应基本组合的设计值S，按下式确定：,设计计算中，计算内容不同，荷载效应也不同！,30,地基基础设计采用的荷载效应组合,地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：,31,32,1、确定基础尺寸时，其基底压力值为多少,答：正常使用极限状态荷载效应标准组合 165+60=225kPa,33,1、确定地基变形时，基底压力值为多少,答：正常使用极限状态荷载效应准永久组合，不计风载和地震荷载 150+60-36=174kPa,34,1、确定地基稳定性时，基底压力值为多少,答：正常承载能力极限状态荷载效应基本组合，分项系数为1 150+60=225kPa,35,1、确定基础结构内力时，基底压力值为多少,答：正常承载能力极限状态荷载效应基本组合（注意：这时分项系数不为1） 1651.35=222.75kPa,36,1.4 基础类型,浅埋基础,深埋基础,37,基础,浅埋基础,独立基础,条形基础,十字交叉基础,箱形基础,桩 基 础,沉井和沉箱基础,地下连续墙基础,筏板基础,基础分类,壳体基础,深埋基础,38,天然地基：没有经过人为处理，直接修建。,人工地基：承载力低，高压缩性地基，人工处,理后才能修建。,地基,1.3 地基类型,39,39,天然地基 土质地基 岩石地基 特殊土地基 人工地基若天然地基软弱，承载力和变形不能满足设计要求时，需对其进行加固处理的(如排水固结法等处理)地基。 复合地基由两种不同强度的介质（如软土中加入水泥）组成的人工地基。,40,40,柱下单独基础 墙下单独基础,十字 交叉梁基础,梁板或平板 式筏形基础,柱下条形基础 墙下条形基础,桩基础 沉井基础 沉箱基础,1.4 基础类型,箱形 基础,41,基础,深基础,42,42,图1.1 柱下单独基础,43,砼与片石砼基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，适于荷载大及地下水位以下结构。掺入片石要求：占体积2030%，尺寸300mm 。,掺入毛石 节约水泥,柱下砼基础,独立基础,44,44,图1.2 墙下单独基础,45,条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。 有时为了增强桥柱下基础的承载能力，将同一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置的T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以如图那样在柱位处加腋的。在桥梁基础中，一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。,条形基础,46,挡土墙下条形基础,柱下条形基础,47,47,图1.3 柱下条形基础,48,48,图1.4 墙下无筋扩展条形基础,49,49,图1.5 十字交叉梁基础,柱下条形基础在柱网的双向布置,50,50,图1.6 箱形基础 （由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇而成空间整体结构）,51,箱形基础,柱,顶板,底版,梁,隔板,52,52,基桩直径2.2m,长度80m,钻孔长度近90m,图1.7 某公路大桥主桥南塔的桩基础,53,桩基础,54,54,井筒状的结构物 在井壁的围护下从井内挖土 在自重作用下逐渐下沉 封底封顶形成的深基础,图1.8 沉井基础,55,沉井,56,57,泰州长江大桥中塔沉井基础开始封底施工,58,安徽九华电厂取水工程,59,污水管施工现场，沉井内顶管施工,60,60,1.5 地基、基础与上部结构共同工作,图 1.10 地基、基础、上部结构的常规分析简图,61,61,1.5.1 共同工作的概念 上部结构刚度的影响,刚性结构：上部结构为绝对刚性，将约束基础变形，仅在支座间发生局部弯曲,柔性结构：上部结构为完全柔性，对基础变形约束作用很小，基础产生整体弯曲,图1.11 上部结构刚度影响示意图,62,62,1.5.2 地基与基础的相互作用,63,63,1.5.3 线性变形体的地基计算模型,文克勒地基模型 地基任一点所受的压力强度与该点的地基沉降成正比的假设即,p 土体表面某点单位面积 上的压力，kN/m2 s 相应于某点的竖向位移,m k 基床系数，kN/m3,图1.14 文克勒地基模型 （a）弹簧模型； （b）文克勒地基 上的刚性基础,64,64,弹性半空间地基模型,r 集中力到计算点的距离 E 弹性材料的弹性模量 弹性材料的泊桑比,将地基土体视为均质弹性半空间体，