基础工程赵明华第二章.ppt

2. 2. 刚性基础与扩展基础刚性基础与扩展基础 *2*2 2.刚性基础与扩展基础 基础结构构造要求 基础埋置深度的选择 地基承载力的确定方法 浅基础的设计计算（地基承 载力与变形验算） 内容提要 *3*3 2.刚性基础与扩展基础 n无筋扩展基础（或刚性基础） 由素混凝土、砖、毛石、灰土和三合土等抗压性 能好、而抗弯抗剪性能差的材料砌筑而成，通常 由台阶的容许宽高比或刚性角控制设计。 n钢筋混凝土扩展基础（或柔性基础） 当不便于采用刚性基础或采用刚性基础不经济时 采用钢筋混凝土材料做成的基础，如柱下钢筋混 凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）。 2.1 2.1 概概 述述 *4*4 2.刚性基础与扩展基础 2.1.12.1.1 刚性基础构造要求刚性基础构造要求 图2-1 图2.1 刚性基础构造示意 d柱中纵向钢筋直径 *5*5 2.刚性基础与扩展基础 n砖基础 n毛石基础 n素混凝土基础 上述基础材料都要符合强 度等级要求 n灰土基础 石灰和土（粘性土）按其 体积比3：7或2：8构成 n三合土基础 由石灰：砂：碎砖（或碎 石）按1：2：41：3：6配成 n刚性角(宽高比)： bi 任一台阶宽度(m); Hi 相应台阶高度(m); tan 台阶宽高比的允许 值，参照下述规范表格经验 值选用 2.1.1 2.1.1 刚性基础构造要求刚性基础构造要求 *6*6 2.刚性基础与扩展基础 基础材料质量要求 台阶宽 高比允许值 pk100100pk200200pk300 混凝土基础C15混凝土11.0011.0011.25 毛石混凝土基 础 C15混凝土11.0011.2511.50 砖基础砖不低于MU10,M15砂浆11.5011.5011.50 毛石基础M15砂浆11.2511.50 灰土基础 体积比为37或28的灰土 ，其最小干密度：粉土1.55 t/m3；粉质粘土：1.50 t/m3； 粘土：1.45 t/m3 11.2511.50 三合土基础 体积比为124136 （石灰砂骨料），每层 约需铺220mm，夯至150mm 11.5011.20 刚性基础台阶宽高比允许值 *7*7 2.刚性基础与扩展基础 图2.2 砖基础剖面图 （a）“两皮一收”砌法；（b）“二一间隔收”砌法 2.1.12.1.1 刚性基础构造要求刚性基础构造要求 *8*8 2.刚性基础与扩展基础 n刚性基础的特点 稳定性好，施工简便 用于6层的民用建筑、荷载较小的桥梁基础及涵 洞等； n刚性基础的局限性 当基础承受荷载较大时，用料多、自重大，埋深 也加大 2.1.12.1.1 刚性基础构造要求刚性基础构造要求 *9*9 2.刚性基础与扩展基础 2.1.22.1.2 钢筋混凝土扩展基础钢筋混凝土扩展基础 n 墙下钢筋混凝土条形基础 砌体承重墙体及挡土墙、涵洞下常采用 的基础形式 n 柱下钢筋混凝土独立基础 建筑物中的柱、桥梁中的墩常用基础形式 *10*10 2.刚性基础与扩展基础 图2.3 墙下钢筋混凝土扩展基础 （a）无肋；（b）有肋 2.1.22.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求钢筋混凝土扩展基础构造要求 *11*11 2.刚性基础与扩展基础 锥形基础边缘高不宜200mm和 s）条件 n概率极限状态设计原则 f f a a （特征值）（特征值） *23*23 2.刚性基础与扩展基础 n建筑地基基础设计规范要求: p pk相应于荷载效应标准组合时基底平均压力 p p kmax 相应于荷载效应标准组合时基底边缘最大压力 f fa 修正后的地基承载力特征值 n 公路桥涵地基与基础设计规范要求： max基底最大压应力 修正后的地基承载力容许值 2.3 2.3 地基承载力地基承载力基本验算基本验算 *24*24 2.刚性基础与扩展基础 影响因素： n 地基土的成因与堆积年代 n 地基土的物理力学性质 n 地下水 n 上部结构情况 冲（洪）积土 坡积土 2.3 2.3 地基承载力地基承载力 *25*25 2.刚性基础与扩展基础 确定地基承载力的常用方法： n按土的抗剪强度指标以理论公式计算 n按现场载荷试验或其它原位试验确定 n按有关规范提供的承载力或经验公式确定 Pcr、 P1/4、 Pu 原则：不过分严格，也不随意简化 2.3 2.3 地基承载力地基承载力 *26*26 2.刚性基础与扩展基础 2.3.1 2.3.1 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定 n公式 n来由 pu地基极限承载力，按魏锡克或汉森等理论公式计算 A与土接触的有效基底面积 A 基底面积 *27*27 2.刚性基础与扩展基础 魏锡克公式：魏锡克公式： 2.3.1 2.3.1 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定 *28*28 2.刚性基础与扩展基础 2.3.1 2.3.1 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定 汉森汉森 公式：公式： 图图2.102.10 *29*29 2.刚性基础与扩展基础 2.3.2 2.3.2 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定 图2.11 载荷试验示意图（堆载） 规范规定甲级甲级必须进行 该法优点：成果可靠 该法缺点：费时、耗资 *30*30 2.刚性基础与扩展基础 2 2.3.2.3.2 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定 *31*31 2.刚性基础与扩展基础 同一土层参加统计的试验点不应少于三点，符合要求后，取 该平均值作为地基承载力特征值fak n n p-sp-s线有明显比例界限时线有明显比例界限时( ( 密砂、硬土密砂、硬土) ) f fak ak=p =p 1 1 n n 极限荷载能确定，且极限荷载能确定，且 p pu u 3m, d0.5m； 修正后的地基承载力特征值fa为： fak从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定 的地基承载力特征值 hb、hd分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系 数，查规范表格 n n 承载力的修正（建规）承载力的修正（建规）： 2.3.3 2.3.3 按地基规范承载力公式确定按地基规范承载力公式确定 *36*36 2.刚性基础与扩展基础 当b2m, d3m，且h/b4，则容许承载力为： 0当基础宽度b2m，埋深h3m时的容许承载 力，查规范表确定（见下述步骤） k1、k2分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正 系数，查规范表 2.3.3 2.3.3 按地基规范承载力公式确定按地基规范承载力公式确定 n n 承载力的修正（桥规）承载力的修正（桥规）： *37*37 2.刚性基础与扩展基础 桥规桥规查表确定0的步骤： 定名 Dr、N 查表得0 IL定态 修正？ 前公式 粘性土Ip 砂类土（粒径级配） Y =0 N *38*38 2.刚性基础与扩展基础 各种地基规范承载力公式区别： n建筑地基规范与公路桥涵地基规范的区别 ：前者无表，但容许制定地方性经验表格或规范；后 者仍然保留全国统一的承载力表格 n港口工程地基规范采用极限承载力除以抗力分 项系数的方法 2.3.3 2.3.3 按地基规范承载力公式确定按地基规范承载力公式确定 Fk地基极限承载力的竖向分力标准值 R抗力分项系数 *39*39 2.刚性基础与扩展基础 【 例 题 1 】 n某桥梁基础，基础埋置深度(一般冲刷线以下)h 5.2m，基础底面短边尺寸b2.6m。地基土为一般 粘性土，天然孔隙比e0.85，液性指数IL0.7， 土在水面以下的重度(饱和状态)027kNm3。 n要求按公路桥涵地基规范： 查表确定地基土的容许承载力； 计算对基础宽度、埋深修正后的地基容许承载力 。 *40*40 2.刚性基础与扩展基础 【 例 题 2 】 n 某大学4幢教职工住宅楼，均为6层建筑。经岩土 工程勘察结果，该住宅楼地基分为下列4层： 表层为人工填土，层厚1.0m2.7m； 第层为粉土层，层厚0m2.7m； 第层为粉砂层，层厚1.3m2.9m； 第层为粉质粘土，层厚超过6m。 对此粉质粘土层进行了标准贯入试验与轻型动力 触探试验等原位测试，并取原状土进行了物理力 学性试验。有关试验数据如下表所示 n要求：计算此粉质粘土的地基承载力。 *41*41 2.刚性基础与扩展基础 粉质粘土层测试数据表粉质粘土层测试数据表 测试项测试项 目数 据样样本数n平均值值 标标准贯贯入 试验试验 N 8.3，11.7，12.0，10.5，10.2，7.269.98 轻轻型触探 试验试验 N10 26，56，49，39，53，47，45， 43，72，26，33，37，33，35， 49 1542.9 孔隙比e 0.466，0.602，0.773，0.796， 0.671，0.808 60.716 液性指数IL 0.47，0.58，0.72，0.78，0.66， 0.76 60.66 *42*42 2.刚性基础与扩展基础 承载力归总表承载力归总表 （多种方法综合确定多种方法综合确定） 方 法依 据fak或fa (kPa) 标标准贯贯入试验试验修正后的锤击锤击 数N=6.83186 轻轻型动动力触探试试 验验 修正后的锤击锤击 数N10=23172 物理性试验试验 指标标e=0.716, IL=0.66194 理论论公式jk=20，ck=8 kPafa =276.3 *43*43 2.刚性基础与扩展基础 2.4 2.4 刚性基础与扩展基础刚性基础与扩展基础 的设计计算的设计计算 n n 要点要点： 地基承载力验算地基承载力验算 基底合力偏心距验算基底合力偏心距验算 地基与基础稳定性验算地基与基础稳定性验算 基础变形验算（沉降量、沉降差、倾斜基础变形验算（沉降量、沉降差、倾斜 、局部倾斜）、局部倾斜） *44*44 2.刚性基础与扩展基础 2.4.1 2.4.1 地基承载力验算地基承载力验算 按地基承载力计算基底尺寸按地基承载力计算基底尺寸A A n n 中心受荷基础中心受荷基础 图图2.15 2.15 中心荷载作用下的基础中心荷载作用下的基础 要求 ： *45*45 2.刚性基础与扩展基础 方形基础 矩形基础 （需先选定b或l，一般取l/ b 1.02.0 ） 条形基础 沿长度方向取l m计算，则： 2.4.1 2.4.1 地基承载力验算地基承载力验算 *46*46 2.刚性基础与扩展基础 n 偏心受荷基础 2.4.1 2.4.1 地基承载力验算地基承载力验算 Wx、Wy基底对x和y轴的截面抵抗矩，m3 ex 、ey荷载对x轴和y轴的偏心距，m 要求 ： 图2.16 偏心荷载作用下的基础 *47*47 2.刚性基础与扩展基础 n n 偏心荷载下逐次渐近试算法求偏心荷载下逐次渐近试算法求A A 思路思路：先试算，后验算先试算，后验算 步骤：步骤： 先按中心荷载作用下的公式预估A中 取A偏 =（1.11.4） A中 据A偏初选边长l和b 验算偏心距e和基底边缘最大压力； 调整l 和b 2.4.1 2.4.1 地基承载力验算地基承载力验算 *48*48 2.刚性基础与扩展基础 【例2.1】柱截面300mm400mm，作用在柱底的 荷载标准值：中心垂直荷载700kN，力矩80kNm ，水平荷载13kN。其他参数见图2.17 。 试根据 持力层地基承载力确定基础底面尺寸。 2.4.1 2.4.1 地基承载力验算地基承载力验算 *49*49 2.刚性基础与扩展基础 图2.17 例 题 题 图 *50*50 2.刚性基础与扩展基础 【 解】 求地基承载力特征值 根据粘性土e0.7， IL0.78,查规范表得：b0.3 ，d1.6 。 持力层承载力特征值fa(先不考虑对基础宽度进行修 正)： *51*51 2.刚性基础与扩展基础 初步选择基底尺寸 计算基础和回填土重Gk时的基础埋深 d=1/2(1.0+1.3)=1.15m 由公式： 由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即 初步选择基底尺寸 A=lb=2.41.6=3.84m2(3.88m2)，且 b=1.6m3m，不需再对fa进行修正。 *52*52 2.刚性基础与扩展基础 验算持力层地基承载力 基础和回填土重 偏心距 满足。 *53*53 2.刚性基础与扩展基础 基底最大压应力 ： （满足） 最后，确定该柱基础底面长l=2.4m ，宽b=1.6m。 *54*54 2.刚性基础与扩展基础 验算思路：验算思路：传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与自 重应力之和不超过软弱下卧层的承载力，即： pz软弱下卧层顶面处的附加应力值 pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力值 fa软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基 承载力特征值 2.4.2 2.4.2 软弱下卧层的验算软弱下卧层的验算 *55*55 2.刚性基础与扩展基础 2.4.2 2.4.2 软弱下卧层的验算软弱下卧层的验算 图2.18 软弱下卧层顶面附加应力计算 Pz计算压力扩散角法 矩形基础 ： 条形基础 ： 地基压力扩散角，查 规范表确定 *56*56 2.刚性基础与扩展基础 【例2.2】图中柱基础荷载标准值， 若基础底面寸， 。试根据图中资 料验算基础底面是否满足地基承载力要求。 2.4.2 2.4.2 软弱下卧层的验算软弱下卧层的验算 *57*57 2.刚性基础与扩展基础 图2.19 例题题图 *58*58 2.刚性基础与扩展基础 2.4.3 2.4.3 基础与地基的稳定性验算基础与地基的稳定性验算 n 抗水平滑动的稳定性验算n 整体滑动稳定验算 图2.20 地基抗水平滑动图2.21 贯入软土层深处的圆弧滑动面 安全系数 ： *59*59 2.刚性基础与扩展基础 轴心荷载下基础结构设计 (1) 地基净反力pj 仅由基顶荷载设计值所产生的地 基反力，沿墙长取1m计算 图2.22 墙下钢筋混凝土条基受力 pj作用下，图中-截面弯矩 与剪力： V 图 M 图 2.4.4 2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计钢筋混凝土扩展基础结构设计 n 墙下钢筋混凝土条形基础 *60*60 2.刚性基础与扩展基础 (2) 基础底板高度 由于基础内不配箍筋和 弯筋，故基础底板高度由 砼的抗剪切条件确定： (3) 基础底板配筋 每米墙长的受力钢筋截面 面积： fy 钢筋抗拉强度设计值； h0基础有效高度,0.9h0为截面 内力臂的近似值。 ft砼轴心抗拉强度设计值 h截面高度影响系数 2.4.4 2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计钢筋混凝土扩展基础结构设计 *61*61 2.刚性基础与扩展基础 图2.23 墙下钢筋混凝土条形基础的验算截面 基础高度验算 验算截面处的剪力： a验算截面-距基础边缘距离 n确定剪力后，基础有效高度 h0由混凝土抗剪条件确定。 基础底板配筋 由验算截面处的弯矩M决定 p计算截面的地基净反力 n确定弯矩后，可计算 基础底板的配筋面积 。 偏心 荷载 *62*62 2.刚性基础与扩展基础 n 柱下钢筋混凝土独立基础 基础底板厚度由抗冲切验算定 中心荷载作用： 图2.24 冲切破坏示意图 Fj地基净反力设计值，Fj=PjAl am冲切破坏锥体最不利一侧计算长度 偏心荷载作用时，将上式中的Pj 换成Pjmax则可。 2.4.4 2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计钢筋混凝土扩展基础结构设计 *63*63 2.刚性基础与扩展基础 基础底板配筋由抗弯验算定 轴心或偏心荷载作用下 ，对矩形基础，当满足： 台阶宽高比2.5 偏心距el/6 图2.25 矩形基础底板计算 求出M后，由此可计算底板长、 短边方向受力钢筋面积As和As 。 n 柱下钢筋混凝土独立基础 *64*64 2.刚性基础与扩展基础 要求 s s s地基变形特征值，包括：沉降量、沉降差、倾 斜、局部倾斜。按土力学中的方法计算 s相应的允许地基变形特征值，根据建筑物的结 构特征、使用条件和地基土的类别查规范确定 2.4.5 2.4.5 地基变形验算地基变形验算 n 基本概念 *65*65 2.刚性基础与扩展基础 2.4.5 2.4.5 地基变形验算地基变形验算 地基 变形 指标 图 例计算方法结构特点 沉 降 量 s1基础中 点沉降值 单层排架 结构柱基 沉 降 差 两相邻独 立基础沉 降量之差 s= s1 s2 框架结构 *66*66 2.刚性基础与扩展基础 2.4.5 2.4.5 地基变形验算地基变形验算 地基 变形 指标 图 例计算方法 结构特点 倾 斜 高耸结构 以及长高 比很小的 高层建筑 局 部 倾 斜 砌体承重 结构 *67*67 2.刚性基础与扩展基础 建筑物的地基变形允许值 变形特征 地基土类别 中、低压缩 性土高压缩 性土 砌体承重结构基础的局部倾斜结构0.0020.003 工业与民用建筑相邻柱基的沉降差 1.框架结构 2.砌体墙填充的边排柱 3.当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构 0.002 L 0.0007 L 0.005 L 0.003 L 0.001 L 0.005 L 单排排架结构（柱距为6m）柱基沉降量（mm ） (120)200 桥式吊车轨 面的倾斜（按不调整轨道考虑 ） 纵向 横向 0.004 0.003 多层和高层建筑的整体倾斜 Hg 24 24Hg 60 60Hg 100 Hg 100 0.004 0.003 0.002