A地基基础部分.doc

11版冬施规程讲座A.地基基础部分修编时间2011-11-27A.1施工过程地基土防冻计算A.1.1 基本计算式(1)防冻材料厚度计算保温材料所需厚度hF按公式(A.1.1-1)计算hF=H/ (A.1.1-1)规程C.0.1式中 H按公式(A.1.1-4)计算的冻深(cm)； 地基冻结速度与保温材料冻结速度比值的系数，见表C.0.1 各种材料对土壤冻结影响系数 表C.0.1 保温材料土壤种类树叶刨花锯末干炉渣茅草膨胀珍珠岩炉渣芦苇草帘泥炭土松散土密实土砂土3.33.22.82.02.53.81.62.12.52.81.41.12粉土3.13.12.71.92.43.61.62.042.42.91.31.08粉质粘土2.72.62.31.62.03.51.31.72.02.311.21.06粘土2.12.11.91.31.63.51.11.41.61.91.21.00注：表中值，对于地下水位低的(比冻结线低lm)土壤有效，对地下水位高的土壤(饱和水的)，其值接近于1。 其它保温材料或复盖物的值可参照公式(A.1.1-2)计算。 = (A.1.1-2) 式中：被保温地基土种类系数：砂土0.059；轻亚粘土0.057；亚粘土0.048；粘土0.030 保温材料热工性能系数；=(C/(3.6)0.5 (A.1.1-3) 保温材料导热系数，W/(mK;) C保温材料热容量，kJ/(kgK) 保温材料密度，kg/m3(2)地基土冻结深度H的计算在预计受冻期间内的冻结深度按(1.2.1)式估算(无保温自然状态)。H=60(4P-P2) (A.1.1-4)式中：H冻结深度，cm；PP=zt/1000，zt预计受冻期间的“度天积”总和。A.1.2 防冻计算类型 (1)底板施工类 本类型高层或较大型工程基础施工的特点是工序多工期长，一般情况下从挖土到基础底板混凝土浇筑完毕的工序为：挖土钎探混凝土垫层底板外围防水层保护墙找平层养护防水层保护层养护帮扎底板钢筋浇筑底板混凝土。工期约一个月左右。为此，对基础应采取防冻措施。 例1：某工程混凝土底板在平均气温为Tm,a = -4下施工，从开始绑底板钢筋至浇筑混凝土预计t =30d。地基土上层为亚粘土，地下水位较高。施工时采用井点降水方法，降水后水位离坑底约50cm，为冻胀性土。问应采取怎样的措施才能防止地基土受冻。解：由于该工程地下水位较高，即使换成粗颗粒土，由于有充分的补水条件，亦具有较强冻胀性。故不宜采取换土方法，拟选用加厚垫层且改为陶粒混凝土，现求其需要的厚度hF。 P=0.12 H=60(4P-P2)28cm由冬施手册查得陶粒混凝土的有关数据： =1600kg/m 3，=0.84W/(mK)c=1.05kJ/(kgK) 按式(A.1.1-3)：=23.6运用式(A.1.1-2)：对亚粘土a=0.048 代入得：= =23.60.048=1.13所需陶粒混凝土厚度 hF=24.8cm考虑到地基土水份充足，垫层处于潮湿环境，保温性能有所降低，故选用30cm厚陶粒混凝土垫层。(2)因故停工类例2：北京地区某工程基础在1月20日挖完后，需要停10天，为了防止土壤冻结用草帘保温复盖。地基土为亚粘土，试计算需盖草帘厚度。解：按公式(A.1.1-4)计算土壤在负温下暴露10天的冻结深度，根据天津一月下旬的平均气温为-5.0，故 zt10-5.0=50d P=zt/1000 H=60(4P-P2)=60(40.05-0.0025)=11.9cm 求草帘复盖厚度，按公式(1.2.1)计算，由表C.0.1查得值为2.0，则hF=H/=11.9/2.0=5.956.0cm。例3：哈尔滨某工程，土质为亚粘土，11月下旬施工。基础挖掘后，砼因故未按计划供应，预计需拖期7天。拟采取干砂保温基土，求需铺设干砂的厚度? 解：根据哈尔滨市地区历年气象用资料，查得11月下旬平均气温为-7.9，则 zt=7-7.9=55.3d P=55.3/1000=0.0553 H60(4P-P 2)60(40.0553-0.05532)=13.1cm查冬施手册砂（建筑用砂）：0.58W/(mK)； C1.01kJ/(kgK)； =1500kg/m3(手册值1600kg/m3)以上参数代入式(A.1.1-3)得 =(C/(3.6)0.5=(1.011500/(3.60.58)0.5=26.9 亚粘土a=0.048代人公式(A.1.1-2) =0.04826.9=1.29砂需铺设厚度hF=H/=13.1/1.29=10.2cm 取用铺10cm干砂复盖。(3)越冬类例4：哈尔滨市某大学图书馆工程，采用钢筋混凝土板式基础，厚lm，混凝土垫层10cm；于10月末钢筋混凝土基础施工完毕，停工至次年4月续建。为防止基础冻结，需采取人工保温防冻措施。查建筑地区工程地基土为亚粘土，地下水位较深。由于建筑物的地基面积大，从防火、经济和保温材料货源等条件出发，决定采用未冻结的松散亚粘土复盖保温，需计算铺设的松土厚度。解：1.计算钢筋混凝土板式基础和混凝土垫层的保温作用(1)计算冻结速度系数：由冬施手册查得的混凝土导热系数1.74W/(mK)热容量C=0.92kJ/(kgK)。密度=2500kg/m3，代人公式(A.1.1-3)得： =(C/(3.6)0.5=(0.922500/(3.61.74)0.5=19.2再代人公式(A.1.1-2) =0.04819.2=0.92 (2)由于垫层和底板的复盖作用 由基本计算式(A.1.1-1) hF=H/b得： 对地基土冻深的减少值为： H=hF=0.92(1.0+0.10)=1.01m2. 计算需铺设松土层的厚度(1)根据哈尔滨市历年气象资料查得最大冻结深度为1.97m，由于混凝土垫层和钢筋混凝土底板的复盖保温作用，在越冬期内基土冻深值为： Z2=1.97-1.01=0.96m(2)为防止基土受冻，需要填的松土层厚度的计算，由表C.0.1查得：冻结速度系数=1.20(松土/亚粘土)，代人公式(A.1.1-1) hF=H/=0.96/1.2=0.80m 考虑松土回填时，由于面积大，在操作过程中，可能局部被踩实。为安全越冬回填松土层厚度取用0.85m，相当于回填密实土的厚度。对于在钢筋混凝土底板浇筑以前，由于垫层混凝土的防冻作用甚微，应根据土的冻胀性及绑扎钢筋时间的长短，进行防冻计算和采取措施。一般可采取降水换土或采用导热系数较小的陶粒混凝土等类垫层，同时增加垫层厚度，亦可采用重锤夯实，暖棚法等。A.2越冬底板的最小厚度钢筋混凝土筏基入冬前施工完毕，因故不能继续施工，需要越冬，不需作任何防冻处理的底板最小厚度的计算，详见以下例题。例5：试计算北京越冬底板的最小厚度，已知条件：地基土为亚粘土，地下水较深，可不考虑其影响(若地下水位较高，取1)，气温：月平均气温：12月-3，1月-4.7，2月-2.5解：查有关资料，混凝土比热C=0.92KJ/(kgK)，混凝土密度=2500kg/m3，混凝土导热系数1.75W/(mK），根据国家有关资料查得北京大部分地区冻深Zo=0.8m。 由公式(A.1.1-3) =19.2对于亚粘土0.048则=0.04819.2=0.92 根据公式(A.1.1-1) hF=对于底板下有混凝土垫层、防水层等l7cm厚。所以底板最小厚度tmin=87-17=70cm。例6：试求哈尔滨(市区)越冬底板的最小厚度。解：已知哈尔滨Zo=1.97m1当地基为非冻胀性土时，越冬时可不考虑底板的最小厚度。2当地基为冻胀类土时，可根据建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)考虑扣除允许残留冻土层厚度的规定进行计算。为便于计算，将冻胀性地基土按其冻胀类别分为4类（14），根据建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)附录G表G.0.2建筑基底下允许残留冻土层厚度hmax，经回归后得：hmax=0.72X-0.75 (A.2.1-1)式中 X地基土冻胀类别，弱冻胀土X1，冻胀土X2，强冻胀土X3，特强冻胀土X4。按式(1.5)算得见下表：允许残留冻土层厚度hmax 表A.2.1-1冻土类别弱冻胀土冻胀土强冻胀土特强冻胀土hmax(m)0.720.430.320.25(1)冻胀土 根据上述资料，对于地基土为冻胀土在哈尔滨混凝土底板越冬的最小厚度： tmin=(z0-hmax)/0.92=(1.97-0.43)/0.92=1.67m，减去板下垫层和防水层等厚度约0.17m，则底板最小厚度=1.67-0.17=1.5m(2)弱冻胀土 同理，对于地基土为弱冻胀土在哈尔滨混凝土底板越冬的最小厚度： tmin=(z0-hmax)/0.92=(1.97-0.72)/0.92=1.36m，减去板下垫层和防水层等厚度约0.17m，则底板最小厚度=1.36-0.17=1.19m。A.3基础在土体冻力作用下垂直方向的稳定性A.3.1 冻切力作用下的稳定性 垂直作用于基础侧表面的水平冻胀力，加上基础与冻土间的冻结强度，使基础随着土体的冻胀变形而产生向上位移的拔力，称为作用于基础侧表面的冻切力。如果对浅埋基础采取措施，消除其法向冻胀力影响，而使基础只受有切向冻胀力的作用，见图A.3.1-1和图11-7。图A.3.1-1冻切力示意图图 11-6中Kd为地基土的平均冻胀率，系指野外实测提供的含水率数据，也可以根据地质资料提供的土层构成与含水率按公式(A.3.1-1)计算，然后取其加权平均值。 Kd=A(W-Wp) (A.3.1-1)式中 A系数，当无水源补给时取0.8，有水源补给时取 1.5； W土的天然含水率； Wp土的塑限。 图中h为自天然地面至冻结面的深度(=Z0，cm)基础的稳定性必须符合下列条件：2000ZP (A.3.1-2)式中：P作用于基础上的常驻荷载N/m； Z基础埋深mm； 冻切力N/mm2。由于沿深度分布不均匀，故采用平均值，取值：(1) 由图11-6虚线曲线根据Kd查取，也可按以下计算式计算；(2) 计算式： =0.051nkd (A.3.1-3) 若计算不符合式(3.1.1)时，可采取以下措施：(1)根据土的冻胀性大小，在基础侧面预留50150mm空隙，并填以非冻胀松散物料如干砂、砾石、炉渣等。(2)若基础两侧已填土，应挖出根据施工可能的最小宽度空隙(如300mm)，并填以松散物料。A.3.2法向冻胀力作用下的稳定性法向冻胀力垂直于冻结面及基础底面，把基础向上抬起的冻胀力，称之为法向冻胀力。当浅埋基础消除侧面的冻切力影响，使基础只受有法向冻胀力的作用时，见图11-8。法向冻胀力t由图 11-6实线曲线根据Kd和h( 自基底至冻结面的距离cm)查取。图 11-6中Kd 地基土的平均平均冻胀率，系指野外实测提供的含水率数据，也可以根据地质资料提供的土层构成与含水率按公式(A.3.1-1)计算，然后取其加权平均值。 Kd=A(W-Wp) (A.3.1-1)式中 A系数，当无水源补给时取0.8，有水源补给时取 1.5； W土的天然含水率； Wp土的塑限(相当于起始冻胀含水率)。基础的稳定性必须符合下列条件 tPzh (A.3.2-1)式中：t冻结界面处的冻胀应力，按下式计算：t=(37+2.6Kd-0.29Z0)/1000(MPa) (A.3.2-2) h200cm，取h =200cm Kd土的平均冻胀率， （Kd=h/Z100%）P按基础以上常驻荷载计算的基底附加应力(MPa)； zh与基础的形状，尺寸有关的冻结界面处的附加应力系数，其值按下列各式计算1圆形基础 zh=(448+1.67D-6.5h)/1000(MPa) (A.3.2-3)2方形基础 zh=(346+1.27A-3.9h)/1000(MPa) (A.3.2-4)3条形基础 zh=(518+1.56B-5.0h)/1000(MPa) (A.3.2-5)式中D圆形基础直径cm； A方形基础边长cm； B条形基础宽度cm；h基底至冻结界面的距离cm。Z0冻深(cm)以上三式的应用范围为D,A,B均不大于200cm。A.3.3计算例例7：100100cm方形独立基础埋深80cm，基底以上的附加荷载P=0.2MPa，基础为IV类冻胀土，平均冻胀率Kd10，最大冻结深度为190cm。基础侧面冻切力已采取措施消除。试算在冻结各阶段的稳定性。解：1 按公式(A.3.2-2)，当Kd=10，冻深Z01=130cm时 得t=(37.33+2.6310-0.29130)/1000=0.026 MPa按公式(A3.2-4)当A=100cm，h=50cm(Z01-Z)时，zh=(346.46+1.273100-3.90550)/1000=0.28则冻结界面处的附加应力 Pzh=0.20.28=0.056MPa=0.026MPa符合式(3.1.2) tPzh的要求，稳定合格2当冻胀发展至地面以下190cm时：(37.33+2.6210-0.286190)/10000.009MPazh(346.46+1.273100-3.905110)/1000=0.044 MPa则冻结界面处的附加应力 Pzh=0.20.044=0.0088MPa0.009MPa稳定性稍差。A.3.4浅埋基础在法向与切向冻胀力同时作用下的稳定性计算的假定条件见图3：基础的稳定必须符合下列条件：(A+nA0)/A0P (A.3.4-1)式中：A在基础侧面A上冻切力总和KPa； nA0一在基底面积A0上法向冻胀力总和KPa； 冻切力(MPa)按式(A.3.1-3) =0.051nkd计算。 A基础侧面受冻切力作用的表面积cm2； A0基础底面积cm2； n基底法向冻胀力MPa；n按下式计算： n=(t-Pzh)/zh (A.3.4-2)P将作用在基础侧表面冻切力换算为假想作用在基础横截面(埋深1/2处)上的附加应力MPa； zh以基侧冻切力作用的表面中心至冻结界面距离h为依据，按公式(A.3.2-3)、(A.3.2-4)、(A.3.2-5)算得的附加应力系数； zh以基础实际基底至冻结界面距离h为依据，根据公式(A.3.2-3)、(A.3.2-4)、(A.3.2-5)算得的附加应力系数； t按公式(A.3.2-2)算得的土的冻胀力(MPa)。例8：某条形基础宽度B=100cm，埋深50cm，附加荷载引起的应力P=0.2MPa，基土为IV类冻胀土，kd=10，最大冻深140cm，试算冻深发展到140cm时该基础是否稳定。解：应用公式(A.3.4-1): (A+nA0)/A0P 式中各项数据计算如下：按公式(A.3.1-3)，当kd=10时，冻切力：=0.05lnkd=0.115MPa；得：=0.115MPa；注：由图11-6虚线曲线根据Kd=10查取得：=0.113MPa；冻胀力：图11-6实线曲线根据Kd=10和h=Z01-Z=140-50=90查取得当kd=10时，冻深Z01=140cm时，得：t=0.038MPa注：t=(37+2.6Kd-0.29Z0)/1000=0.0224MPa 取lm长计算A=501002=10000cm2 A0=100100=10000cm2 P=A/A00.11510000/10000=0.115MPa 按公式(A.3.2-5) zh=(518+1.56B-5.0h)/1000=0.22(MPa)当h=90+25=115cm时， zh =0.1 当h=90cm时，zh=0.22代人公式(A.3.4-2) n=(t-Pzh)/zh=(0.018-0.1150.1)/0.22MPa=0.05代人公式(A.3.4-1) (A+nA0)/A0=(0.11510000+0.0510000)/10000=0.165MpaP=0.2MPa稳定。 A.4建筑物在水平冻胀力作用下的稳定性 挡土构筑物包括建筑物下的地下室外墙(未做顶板前)，需核算其在水平冻胀力作用下的稳定性时，其水平冻胀力沿墙背分布的计算图形可参考图(4)采用。 图(4)(a)：当墙底接近地下水位，土体含水量沿深度增大，且构筑物较大时，水平冻胀力呈三角分布； 图(4)(b)：当墙后土体含水量正常时，在0.6H (H为档土墙的外露高度)处，出现最大值。 图(4)(c)：当墙后的地下水位较高，顶部填土的含水量大时，水平冻胀力的最大值偏于顶部。 图中Hmax最大水平冻胀力(M