基础工程 第二章1-2.ppt

第二章天然地基上的浅基础 2 1 浅基础的类型 构造及适应条件2 2 刚性扩大基础施工2 3 板桩墙的计算 本章提要 本章是本课程最重要的内容之一 主要介绍浅基础的分类 地基承载力的确定 基础埋深的确定 地基验算及各种形式浅基础的设计原理及方法 通过本章的学习 要求能对刚性扩大基础 独立基础 条形基础 十字交叉基础 筏板基础及箱形基础进行设计 重点掌握刚性扩大基础设计 熟悉浅基础的施工要点 各种支护计算及减轻基础不均匀沉降的措施 2 1浅基础的类型 浅基础一般按刚度和构造分类2 1 1按基础刚度分类浅基础按刚度可分为刚性基础和柔性基础 1 刚性基础刚性基础是指用抗压性能较好 而抗拉 抗剪性能较差的材料建造的基础 图2 1b 又称为无筋扩展基础 常用材料有砖 三合土 灰土 混凝土 片石 片石混凝土等 图2 1基础类型 刚性基础的特点 其中混凝土是修筑刚性基础最常用的材料 它的优点是强度高 耐久性好 可浇筑成任意形状的砌体 混凝土强度等级一般不宜小于C15号 对于大体积混凝土基础 为了节约水泥用量 可掺入不多于砌体体积25 的片石 称片石混凝土 刚性基础的特点 稳定性好 施工简便 能承受较大的荷载 它的主要缺点是自重大 并且当持力层为软弱土时 由于扩大基础面积有一定限制 需要对地基进行处理或加固后才能采用 否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用 所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物 当持力层的土质较差又较厚时 刚性基础作为浅基础是不适宜的 柔性基础及其特点 2 柔性基础用钢筋混凝土修建的基础称为柔性基础 如图2 1 a 所示 1 当基础荷载较大 按地基承载力确定的基础尺寸也将扩大 若采用刚性基础 按刚性角的要求确定的基础埋深很大 使得基础材料用量增加 造价提高 且过大的埋深也给施工带来不便 同时 刚性基础自重也增加了地基的附加应力 2 采用钢筋混凝土修建的柔性基础 由于配置了钢筋 使得基础的抗弯和抗剪能力得到了较大的提高 可不受刚性角的限制 基础剖面做成扁平形状 用较小的基础高度把上部荷载传到较大的基础地面上去 以适应地基承载力的要求 与刚性基础相比 柔性基础钢材 水泥用量增加 技术复杂 造价较高 2 1 2按基础构造分类 浅基础按构造可以分为刚性扩大基础 独立基础 条形基础 十字交叉基础 筏板基础 箱形基础等 1 刚性扩大基础将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求 这种刚性基础称刚性扩大基础 其平面形状常为矩形 刚性基础每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制 当基础较厚时 可在纵横两个剖面上都做成台阶形 以减少基础自重 节省材料 它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式 2 1 2按基础构造分类 2 独立基础独立基础 也称 单独基础 是整个或局部结构物下的无筋或配筋的单个基础 通常立柱式桥墩柱 房屋建筑 烟囱 水塔 高炉 机器设备常用的基础形式之一 2 1 2按基础构造分类 3 条形基础条形基础是指基础长度远远大于其宽度的一种基础形式 按上部结构形式 可分为墙下条形基础和柱下条形基础 1 墙下条形基础墙下刚性条形基础在砌体结构中广泛应用 如图2 8a 当上部墙体荷重较大而土质较差时 考虑采用 宽基浅埋 的墙下钢筋混凝土条形基础 如图2 8b 挡土墙下条形基础 2 1 2按基础构造分类 墙下钢筋混凝土条形基础一般做成板式 或称为 无肋式 当基础延伸方向的墙上荷载及地基土的压缩性不均匀时 为了增强基础的整体性和纵向抗弯能力 减小不均匀沉降 经常采用带肋的墙下钢筋混凝土条形基础 也称为梁式 2 1 2按基础构造分类 2 柱下钢筋混凝土条形基础在框架结构中 当地基软弱而荷载较大时 若采用柱下独立基础 可能因基础底面积大而使基础边缘相互接近甚至重叠 为了增强基础的整体性 并方便施工 可将同一排的柱基础连通成为柱下钢筋混凝土条形基础 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 2 1 2按基础构造分类 4 十字交叉基础当荷载很大 地基土很软 基础在宽度方向需进一步扩大面积 同时又要求基础具有空间的刚度来调整不均匀沉降 基础采用柱下条形基础不能满足地基基础设计要求时 可采用双向的柱下钢筋混凝土条形基础形成的十字交叉条形基础 又称交叉梁基础 2 1 2按基础构造分类 5 筏板基础当地基软弱而荷载很大 采用十字交叉基础也不能满足地基基础设计要求时 可采用筏板基础 即用钢筋混凝土做成连续整片基础 俗称 满堂红 筏板基础由于基础底面积大 可减小基底压力至最小值 同时增大了基础的整体刚性 适用于各种结构 2 1 2按基础构造分类 6 箱形基础高层建筑由于建筑功能与结构受力等要求 可以采用箱形基础 箱形基础由钢筋混凝土底板 顶板和足够数量的纵横交错的内外墙组成的空间结构 具有比筏板基础大得多的空间刚度 用以抵抗地基或荷载分布不均匀引起的差异沉降 箱形基础的抗震性能好 中空部分可作为地下室 但施工复杂 造价高 对附近建筑物影响大 2 2刚性扩大基础施工 一 旱地上基坑开挖及围护 一 无围护基坑 二 有围护基坑一般基坑较深 土质条件差 地下水影响较大 放坡对邻近建筑有影响时都须对坑壁进行围护 常有板桩墙支护和混凝土护壁等 二 基坑排水基坑在地下水位以下时 随着基坑的下挖 渗水将不断涌集基坑 因此施工过程中必须不断地排水 以保持基坑的干燥 便于基坑挖土和基础的砌筑与养护 三 围堰工程在水中修筑桥梁基础时 开挖基坑前需在基坑周围先修筑一道防水围堰 把围堰内水排干后 再开挖基坑修筑基础 如排水较因难 也可在围堰内进行水下挖土 挖至预定标高后先灌注水下封底混凝土 然后再抽干水继续修筑基础 在围堰内不但可以修筑浅基础 也可以修筑桩基础等 墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土压力 导致墙体滑动 倾覆或支护结构破坏事故 扶壁式挡土墙 锚定板式与锚杆式挡土墙 2 3板桩墙的计算 板桩常用作支撑或施工时的围堰结构 板桩墙的作用是挡住基坑四周的土体 防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌 避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖 作用于板桩墙的外力主要来自坑壁土压力和水压力 或坑顶其它荷载 如挖 运土机械等 所引起的侧向压力 板桩墙土压力计算比较复杂 由于它大多是临时结构物 因此常采用比较粗略的近似计算 即不考虑板桩墙的实际变形 仍沿用古典土压力理论计算作用于板桩墙上的土压力 一般用朗金理论来计算不同深度z处每延米宽度内的主 被动土压力强度Pa Pp kPa 2 1 2 2 2 3板桩墙的计算 一 悬臂式板桩墙的计算悬臂式板桩墙的破坏一般是板桩绕桩底端b点以上的某点o转动 墙身前侧是被动土压力 bcd 其合力为 并考虑有一定的安全系数K 一般K 2 在墙身后方为主动土压力 abe 合力为 另外在桩下端还作用有被动土压力 由于其作用位置不易确定 计算时假定作用在桩端b点 考虑到的实际作用位置应在桩端以上一段距离 因此 在最后求得板桩的入土深度t后 再适当增加10 20 2 3板桩墙的计算 二 单支撑 锚碇式 板桩墙的计算1 下端简支支撑2 下端固定支撑 板桩墙的计算 三 多支撑板桩墙的计算当坑底在地面或水面以下很深时 为了减少板桩的弯矩可以设置多层支撑 板桩支撑的层数和支撑间距布置一般采用以下两种方法设置 1 等弯矩布置 当板桩强度已定 即板桩作为常备设备使用时 可按支撑之间最大弯矩相等的原则设置 2 等反力布置 当把支撑作为常备构件使用时 甚至要求各层支撑的断面都相等时 可把各层支撑的反力设计成相等 多支撑板桩墙的施工程序往往是先打好板桩 然后随挖土随支撑 因而板桩下端在土压力作用下容易向内倾斜 墙后土体达不到主动极限平衡状态 土压力不能按库仑或朗金理论计算 根据试验结果证明这时土压力呈中间大 上下小的抛物线形状分布 板桩墙的计算 多支撑板桩墙上土压力的分布图形a 板桩支撑 b 松砂 c 密砂 d 粘土 H 6Cu e 粘土 H 4Cu 太沙基和佩克根据实测及模型试验结果 提出作用在板桩墙上的土压力分布经验图形 四 基坑稳定性验算 一 坑底流砂验算一般可采用简化计算方法进行验算 其原则是板桩有足够的入土深度以增大渗流长度 减少向上动水力 由于基坑内抽水后引起的水头差h 造成的渗流 其最短渗流途径为在流程t中水对土粒动水力应是垂直向上的 故可要求此动水力不超过土的有效重度 b 则不产生流砂的安全条件为式中 K 安全系数 取2 0 i 水力梯度 w 水的重度 由此可计算确定板桩要求的入土深度t 基坑稳定性验算 二 坑底隆起验算如图 假定土体重W在自重和地面超载的作用下 地基沿圆柱面BC发生滑动失稳 失稳土体将绕圆柱面中心轴O转动 其滑动力矩为 抵抗滑动的力矩为 Su 滑动面上不排水抗剪强度 如土为饱和软粘土 则 0 Su Cu M 与Md之比即为安全系数K一般 1 2 基坑稳定性验算 三 封底混凝土厚度计算1 抗浮 作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰自重 以及板桩和土的摩阻力来平衡的 若混凝土厚度为x则 2 6 小于1