《基础工程总复习》PPT课件.ppt

基 础 工 程 学 总 复 习,第一章 绪 论,地基受建筑物影响的那一部分地层; 基础建筑物向地基传递荷载的下部结构.,地 基 天然地基 人工地基 基 础 浅基础 深基础 基础工程设计包括基础设计和地基设计： 基础设计基础形式、基础埋深、基底尺寸（面积）、基础内力、截面计算等。 地基设计地基承载力、地基变形计算、地基稳定性、地基处理。 基础设计需满足的三个基本要求： 1）强度要求： 2）变形要求： 3）上部结构的其他要求：,浅基础：通常把位于天然地基上、埋置深度小于 5m 的一般基础 ( 柱基或墙基 ) 以及埋置 深度虽超过 5m, 但小于基础宽度的大尺寸基础 ( 如箱形基础 ), 统称为天然地基上的浅基础 。,第二章 天然地基上的浅基础,浅基础的设计内容及步骤 1.选择基础的材料和类型，进行基础平面布置； 2.确定地基持力层，选择基础的埋置深度； 3.确定地基承载力 4.根据地基承载力，确定基础的底面尺寸，必要时进行下卧层强度验算、地基验算（包括变形与稳定性验算）； 5.进行基础的结构设计（内力分析、截面计算、同时满足构造要求）； 6.绘基础施工图，提出施工说明。,地基计算的规定： （1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的规定，即基础底面的压力应符合下列要求：,当轴心受压时,当偏心受压时,Pkfa,Pkmax1.2 fa,（2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基 变形设计。,SS,（3）部分设计等级为丙级的建筑物，可不作变形验算.,基础埋置深度的选择,原则：,在满足承载力的条件下尽量浅埋,基本要求：,除岩石以外，D大于50cm（表土扰动，植物，冻融，冲蚀） 基础顶距离表土大于10cm，保护基础面。 桥要求在冲刷深度以下,1、 建筑物的 2、 工程地质和水文地质条件 3、 地基土的冻胀 4、 场地环境条件,其它控制因素：,2002规范采用地基承载力特征值 的概念： 在保证地基稳定的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力。,地基承载力的概念,我国规范中取：,fa=Mbb+Md md+Mcck,1 通过公式计算,2 通过载荷试验确定,3 通过经验确定,GBJ7-89 规范：,推荐查表方法,GB50007-2002 规范：,取消了相关表格,fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5),对从载荷试验、其他原位测试、规范表格等方法确定的承载力，应进行深度和宽度修正：,fak ：查表计算或静载荷试验确定的承载力标准值,fa ：深宽修正后的承载力特征值（设计值）,b、d ：宽度和埋深修正系数, ：基础底面以下土的重度,m ：基础底面以上土的加权平均重度,b ：大于6m按6m考虑，小于3m按3m考虑,4、按建筑经验确定 同一地区，相同土层，相近建筑。,地基变形验算: 变形验算要求：计算值允许值 ,f a修正后的地基承载力特征值。,pk基底压应力设计值（kPa） Fk上部结构作用在基础顶面的荷载设计值(kN)； Gk基础自重及其台阶上土的重力（kN）；,中心荷载：,G 平均重度，一般取 20 kN/m3,基础地面尺寸的确定,按地基承载力确定基础底面尺寸,方形基础：b,b ,条形基础：,b L ,独立基础：,确定基底面积的步骤： （1）按中心受压求A1。 （2）考虑偏心荷载，将A1扩大 10%40%得A。 （3）验算：,例：某条形基础，埋置深度为2m，地下水位埋深1m。已知传至基础顶面的竖向轴心荷载 ，弯矩 。设经修正后的地基承载力特征值为 ，试确定基础宽度b。,扩大10，取b=2.2m。验算：,满足要求。故取b=2.2m。,地基软弱下卧层承载力验算：,对条形基础：,对矩形基础：,例：某钢筋混凝土条形基础和地基情况见下图，试验算软弱下卧层是否满足要求？,沉降量：基础某点的沉降值； 沉降差：基础两点或相邻柱基中点的沉降量之差； 倾斜：基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值； 局部倾斜：砌体结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。,地基变形验算：,建筑物需满足地基变形要求,沉降量、沉降差、倾斜等 ,地基稳定性验算：,水平荷载较大时，稳定验算,建筑在斜坡上时，稳定验算,抗震验算,扩展基础设计,刚性基础（无筋扩展基础）,1:1.0 1:2.0,有刚性角要求,刚性基础设计步骤:,3、 按宽高比决定台阶高度与宽度从基底开始向上逐步收小尺寸，使基础顶低于室外地面至少0.1m，否则应需修改尺寸或基底埋深。 4、 基础材料强度小于柱的材料强度时，应验算基础顶面的局部抗压强度，如不满足，应扩大柱脚的底面积。,1、确定基底面积bl; 2、 选刚性基础类型;,2、轴心荷载作用,墙下钢筋混凝土条形基础设计,1、一般构造要求,基础高度和配筋仍按上上述方法计算，但剪力和弯矩按下式计算：,1）基础高度 按抗冲切强度计算,Fl V,Fl = pj Ac,V = 0.7h ftbph0,其中：冲切力和抗力分别为,柱下钢筋混凝土独立基础设计,2）抗弯验算 （底板配筋）,抗弯验算控制扩展基础的配筋,同理，,同理，可计算-截面、-截面的弯矩。按同方向取大值进行配筋。 长方向钢筋置于底层。,偏心受荷,偏心荷载,一般都设计为长边偏心，只需对危险部位进行冲切验算,原理同上,M,不均匀沉降造成的危害 墙体裂缝； 梁板拉裂； 构配件损坏； 影响正常使用。 防止的方法 采用筏基或箱基； 采用深基础； 地基处理； 在建筑、结构和施工方面采取措施。,减轻不均匀沉降危害的措施,1、房屋体型力求简单,建筑措施,2、控制建筑物的长高比，合理布置墙体 三层和三层以上房屋L/Hf2.5，如2.5L/ Hf 3.0时，宜做到纵墙不转折或少转折，内横墙间距不宜过大。,3、 设置沉降缝：从基础至屋面垂直断开。 设缝部位： 平面转折部位。 高度或荷载差异较大处。 地基土的压缩性有显著差异处。 结构或基础类型不同处。 分期建造房屋的交界处。 房屋长高比过大时在房屋的适当部位。 拟设置伸缩缝处,4、保持相邻建筑物基础间的净距,5、调整建筑物设计标高,结构措施,2、 加强上部结构的刚度，改善基础的不均沉降。,（1）设圈梁 圈梁应四周闭合，必要时在内纵墙或一定间隔的横墙也设置，并与外墙连接，圈梁不能连通时应设附加圈梁。,（2）在墙体上开洞时，宜在开洞部位配筋或采用构造柱及圈梁加强。,1、减轻建筑物的自重 轻型结构、轻质材料，减少覆土。,3、 减少基底附加压力,选用轻型结构，减少墙体自重，采用架空地板代替室内厚填土。 设地下室或半地下室，调整各部分的荷载分布、基础宽度或埋置深度。,4、加强基础刚度,目的加强基础平面的整体性，设置必要的条基予以拉接，加设钢筋混凝土地梁。,5、采用对不均匀沉降欠敏感的结构型式 排架，铰接结构等。,1） 注意施工顺序：先高后低，先重后轻，先主体后附属。 2）在开挖基坑时，避免扰动基底土的结构；尤其注意对淤泥和淤泥质土基槽底面的保护，减少扰动 3）注意井点降水；在已建的房屋周围不应堆大量的地面荷载，以免引起附加沉降。,施工措施,弹性半空间模型,文克勒地基模型,地基计算模型,第三章 连 续 地 基,地基、基础和上部结构共同作用的概念,浅层地基承载力及变形不满足要求时 ，需采用深基础。 常用的深基础类型包括：,第四章 桩基础,1.桩基础 2.沉井基础 3.地下连续墙 4.大直径墩基础,一、桩基础的适用性,1、桩基础的优点,(1) 承载力高。 (2) 沉降量小且沉降均匀。 (3) 能承受一定的水平荷载。 (4) 可以减小机械基础的振幅、减弱机械振动对结构的 不利影响。 (5) 可以提高建筑物的抗震能力。 (6) 便于实现基础工程机械化和工业化。,2、采用桩基的条件,（1） 高层建筑。 （2） 重型工业厂房和荷载很大的建筑物。 （3）沉降量过大的建筑物。 （4）软弱地基和某些特殊土上的永久建筑物。 （5）高耸构筑物（受水平力和上拔力作用）。 （6）需要减弱其振动影响的动力机械基础。 （7）有可能被水冲刷的桥梁基础； （8）需穿越水体或软弱土层的建构筑物基础。,三、桩基础的设计原则,(1) 承载能力极限状态所有桩基础均计算。,(2) 正常使用极限状态桩端为软弱土的一、二级建筑物桩基； 桩端为粘性土、粉土或存在软弱下卧 层的一级建筑物。,极限状态分类：,二、桩的分类,桩基设计应满足下列基本条件： 1）单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值； 2）桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值； 3）对位于坡地、岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。 还应考虑特殊土对桩基的影响。 “减沉桩”数量按沉降控制条件确定。,四、桩基础的设计内容,(1)选桩基础的数量和几何尺寸。 (2) 确定单桩竖向承载力特征值。 (3) 确定桩基础的数量、间距和布置方式。 (4) 验算桩基础的承载力和沉降值。 (5) 桩身结构设计。 (6) 承台设计。 (7) 绘制桩基础施工图。,单桩竖向承载力的确定,单桩竖向承载力：指单桩在竖向荷载作用下不失去稳定，也不 产生过大的沉降时，所承受的最大荷载。,单桩竖向承载力,桩身的材料强度,土对桩的支承力,一、按材料强度确定单桩承载力,Q Ap fc c,二、按土对桩的支承力确定单桩承载力,1、 载荷试验确定单桩承载力,载荷试验确定单桩承载力,02地基规范,Ra 单桩竖向承载力特征值,Qu,QS曲线,2、按地基规范经验公式计算确定,1） 地基规范,单桩承载力特征值（kN）；,桩端端阻力、桩侧阻力特征值（kPa）；,桩底端横截面面积（ m2 ）,桩身周长（m）；,第i层岩土的厚度（m）。,、,静力触探 标准贯入试验,可以采用原位测试的方法确定。,也可以利用现有表格查表求取。,当桩端嵌入基岩时（端承桩），,2） 桩基规范（2008）,单桩极限承载力标准值（kN）；,桩极限端阻力、桩极限侧阻力标准值（kPa）；,桩底端横截面面积（ m2 ）,桩身周长（m）；,第i层岩土的厚度（m）。,、,单桩竖向承载力特征值应按下式确定：,静力触探 标准贯入试验,可以采用原位测试的方法确定。,也可以利用现有表格查表求取。,根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：,当桩端嵌入基岩时（端承桩）：,3、按土的抗剪强度指标确定,4 动力测试法,群桩的承载力,三、群桩基础的承载力计算（2008桩基规范）,试验表明，当桩的间距当桩距sa3d时不考虑群桩效应。,当桩的沉降较大时，可考虑承台效应：,考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定： 不考虑地震作用时 ：,考虑地震作用时：,桩基沉降计算,建筑桩基沉降变形计算值不应大于桩基沉降变形允许值。,群桩沉降计算 2002地基规范法 计算桩基础沉降时，最终沉降量宜按单向压缩分层总和法计算。地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论，按下列方法计算： 1）实体深基础（桩距不大于6d）； 2）其他方法，包括明德林应力公式方法。,2008桩基规范法 对于桩中心距不大于6倍桩径的桩基,其最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加压力近似取承台底平均附加压力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。,正摩擦,负摩擦,桩侧负摩阻力,定义,桩在轴向荷载作用下，桩身和桩端土将产生压缩变形，如果桩周土层由于某种原因而下沉，并且它的下沉量大于桩身的下沉量时，在桩侧将会产生向下的摩阻力，称为负摩阻力。,产生负摩阻力的原因有 （1）桩周地面大面积堆载、填土或桩侧地面承受局部较大长期荷载； （2）桩基场地降低地下水位； （3）自重欠固结土层的桩基；新填土，灵敏土； （4）沉桩严重扰动桩周土后引起土的固结；砂土液化、冻土融解 （5）桩穿越厚层松散填土、自重湿陷性黄土进入相对较硬土层。,减少负摩阻力的工程措施,缓解办法： 1）对预制桩：利用沥青减摩 2）对灌注桩：利用膨润土泥浆产生滑动层 对干作业成孔：采用塑料膜,桩的水平承载力,横向静力载荷试验,理论公式计算,桩的平面布置原则,基桩的最小中心距应符合表3.3.3的规定；当施工中采取减小挤土效应的可靠措施时，可根据当地经验适当减小。 应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石类土，不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。 对于嵌入倾斜的完整和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m，倾斜度大于30%的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；对于嵌入平整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度不宜小于0.2d，且不应小于0.2m。,注： 1、 d 圆桩直径或方桩边长，D扩大端设计直径。 2、当纵横向桩距不相等时，其最小中心距应满足“其他情况”一栏的规定。 3、当为端承桩时，非挤土灌注桩的“其他情况”一栏可减小至2.5d。,表3.3.3 基桩的最小中心距,桩承台设计,承台作用：连结各桩，转换、调整、分配荷载。 桩基承台可分为柱下独立承台、柱下或墙下条形承台（梁式承台）、筏板承台、箱形承台。 桩基承台的构造，应满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和上部结构要求.,桩基础设计原则、设计内容和步骤,（一）桩基础设计原则,当天然地基不能满足建筑物、构筑物承载力或沉降要求时， 一般可提出桩基础、地基加固方案进行比较。当天然地基承载 能力已基本满足或差不多而地基沉降偏大时，也可考虑在地基 中设置部分桩，成为一种沉降控制桩基础，此时，需按控制 沉降进行桩基础设计。,桩基础的设计应符合安全、合理合经济的要求。,对桩和承台来说，应有足够的强度、刚度合耐久性。,（二）桩基础设计基本资料,1、建筑本身的资料； 2、建筑场地、建筑环境资料； 3、岩土工程勘察资料； 4、施工条件和桩型条件； 5、供设计比较用的有关桩型及实施的可行性的资料。,（三）桩基础设计基本内容和步骤,1、收集设计基本资料，包括提出勘察要求并实施勘察。 2、持力层选择和桩型选择。 3、确定单桩承载能力。 4、根据上部结构荷载情况，初步确定桩的数量和平面布置，初步确定承台尺寸与埋置深度。 5、验算作用于单桩的荷载，若不符合要求，需调整平面布置与承台尺寸再进行验算，直至满足要求。 6、验算群桩承载力和变形，若不符合要求则返回第4步修正设计，直至满足要求。 7、桩身结构设计和计算。 8、承台设计和计算。 9、绘制桩位、桩身结构和承台结构施工图，编制设计说明。,1）桩基中各单桩的桩顶竖向力,（1）轴心竖向力作用下,（2）偏心竖向力作用下,桩基承载力验算,（3）水平荷载,Fk ：荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力；,G k ：桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力；,2）单桩承载力验算 荷载效应标准组合：,（1）轴心竖向力作用下,（2）偏心竖向力作用下，除应满足上式外还应满足,（3）水平承载力：,例：某承台下为四根截面直径为500mm的沉管灌注桩，桩长10m，上部结构通过柱传至承台顶面的荷载为 ， 。土层为可塑粘土，桩的极限侧阻力标准值 ，极限端阻力标准值 。试验算该柱下独立承台桩基础的承载力。,当桩的间距sa3d时不考虑群桩效应。,满足要求。,若考虑承台效应，地基承载力特征值为： 承台效应系数： 试确定基桩竖向承载力特征值（不考虑地震作用）：,桩基础软弱下卧层验算（桩基94规范法）：,当桩端平面以下受力层范围内存在软弱下卧层时，应进行 软弱层的承载力验算,桩基础软弱下卧层验算（2008规范法）,对于桩距不超过6d的群桩基础，桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力1/3的软弱下卧层时，可按下列公式验算软弱下卧层的承载力（实体深基础）:,软弱下卧层承载力验算,作用于软弱下卧层顶面的附加应力；,软弱层顶面以上各土层重度(地下水位以下取浮重度)的厚度加权平均值；,硬持力层厚度；,软弱下卧层经深度z修正的地基承载力特征值；,5）桩基沉降验算,沉降计算方法：,实体深基础方法（ 桩距 6d ） 明德林应力公式方法,6）桩基负摩阻力验算,桩身结构设计和计算,桩的质量检验 抽芯 超声波 低应变、高应变动测 开挖检查,第五章,地 基 处 理,换土垫层法 复合地基 加密法 预压加固法 胶结法 土工合成材料,第七章 特 殊 土 地 基,湿陷性黄土 膨胀土 红粘土 盐渍土 多年冻土,湿陷性黄土地基,特征 湿陷性黄土：在覆盖土层的自重应力或自重应力和附加应力综合作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉（湿陷），强度降低。 非湿陷性黄土：不湿陷的黄土。,湿陷系数：,非湿陷性黄土,湿陷性黄土,湿陷类型和湿陷等级 （1）建筑场地湿陷类型的划分,（2）黄土地基的湿陷等级,（一）地基处理破坏土的大孔结构。 （二）防水措施建筑物的防水和排水。 （三）结构措施增强建筑物适应不均匀沉降的能力。,湿陷性黄土地基的工程措施,膨胀土地基,膨胀土的性质 概念：膨胀土是指土中粘粒成分主要有亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土和泥质岩石。 膨胀土的特征： 粘粒含量很高，粒径0.002mm的颗粒含量一般超过20; 液限大于40%， 塑性指数IP大于17，一般在2235之间。自由膨胀率一般超过40。 天然含水量接近或略小于缩限，液性指数小于0; 压缩性低。,膨胀土的胀缩性指标,膨胀土地基的胀缩等级 按地基胀缩变形量 划分：,膨胀土地基的评价,膨胀土地基的工程措施,（一）设计措施： 建筑场地的选择、建筑措施、结构处理、地基处理。 （二）施工措施： 排水、防水。,红粘土地基,颜色为棕红或褐黄，覆盖于碳酸盐岩系之上，其液限大于或等于50%的高塑性粘土，应判定为原生红粘土。 原生红粘土经搬运、沉积后仍保留其基本特征，且其液限大于45%的粘土，可判定为次生红粘土。,红粘土的工程特性 具有较好的水稳性； 粘粒含量高：5570； 较大的孔隙比e=1.11.7; 天然含水量高，w=30%60%，常处于饱和状态Sr85%； 液性指数小-0.10.4，常处于硬塑和坚硬状态；,强度较高，压缩性较低。 次生红粘土呈可塑软塑状，压缩性较高。,红粘土地区的岩溶和土洞,红粘土地基的评价 1、地基稳定性评价,2、地基承载力评价,3、地基均匀性评价,红粘土地基的工程措施,岩溶和土洞,岩溶和土洞的概念 岩溶： 可