第九章地基土基本知识与建筑基础ppt课件.ppt

第九章地基土基本知识与建筑基础 a 粉土 b 砂土 c 黄土 d 地下独立基础 e 梁板式筏形基础 学习目标 1 了解土的组成成份及地基土的工程分类和各类土的特征 2 理解土的物理性质及指标 3 掌握地基承载力的概念 4 掌握基础的类型 及其基本构造要求 5 了解浅基础设计原理 建筑物都要建造在土层 或岩石 上 建筑物荷载通过墙 柱传递给土层 会造成土层压缩下沉 为减小建筑物下沉和保证稳定 就应把墙或柱与土接触部分的断面尺寸扩大 将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分称为基础 为支承基础的岩土层称为地基 如图9 2所示 地基不需要处理就可满足设计要求所需承载力的称为天然地基 凡需经过人工加强才能达到设计要求的称为人工地基 图9 2地基与基础的示意图 第一节地基土的物理性质及工程分类一 土的组成土是一种松散物质 由固体颗粒 固相 水 液相 和空气 气相 组成 也称为土的三相体系 固体颗粒构成土的骨架 水和空气则填充于固体颗粒的孔隙中 当孔隙完全被水充满时为饱和土 孔隙被气体充满时称为干土 饱和土和干土均系二相体系 二 土的物理性质指标土是一种三相体 土中固体颗粒 水 气体三部分之间比例的变化 能反映出土处于各种不同的物理状态 如软或硬 干或湿 松或密 轻或重 因此我们可用三相比例关系作为评定土的工程性质的定量指标 为了方便说明和计算 将三相体系中分散交错的土颗粒 水和空气分别集中在一起 用质量和体积来表示 即土的三相简图 图9 3 上图中 m 土的总质量 ms 土中颗粒质量 mw 土中水的质量V 土的总体积 Vs 土中颗粒体积 Vw 土中水的体积Vv 土中孔隙体积 Va 土中空气的体积 图9 3土的三相简图 1 土的含水量特征指标 土的含水量土中水的质量与颗粒质量之比的百分率 称为土的含水量 用 表示 9 1 是表示土的湿度的一个指标 含水量小的土较干 强度就高 对于黏性土 随着含水量的增加 土由较干的坚硬状态变化为可塑状态 甚至为流塑状态 土的饱和度土中水的体积与孔隙总体积之比的百分率 称为土的饱和度 用Sr表示 9 2 Sr表示土的潮湿程度 当Sr 100 表示土的孔隙中完全充满水 土处于完全饱和状态 当Sr 0时 土是完全干燥的 2 土的孔隙特征指标 土的孔隙比土中孔隙体积与土的颗粒体积之比 称为土的孔隙比 用e表示 9 3 e是表示土的密实程度的一个很重要的指标 一般e1的土是疏松的高压缩性土 一般黏性土e在0 4 1 20 砂土e在0 3 0 9的范围内 土的孔隙率土中孔隙的体积与土的总体积之比的百分率 称为土的孔隙率 用n表示 9 4 黏性土的孔隙率一般为30 60 砂土的孔隙率一般为25 45 kN m3 9 8 图9 3土的三相简图 三 黏性土的特征黏性土颗粒细 单位体积的颗粒总表面积大 粒间存在粘聚力 而含水量的大小对黏性土的影响很大 黏性土的特征和状态随着含水量的增减而发生变化 黏性土由某一状态转入另一种状态的分界含水量称为界限含水量 图9 4所示为黏性土的物理状态与含水量的关系 黏性土随着含水量不同可处于固体 塑性 流动三种状态 界限含水量是评价黏性土类型及工程性质的重要依据 图9 4黏性土状态与含水量的关系 1 塑限土由固体状态转为塑性状态的界限含水量称为塑限 用符号 P表示 测定塑限常用搓条法 即在干土内加适量水 拌均匀后捏成小圆球 放在毛玻璃上用手掌握搓成土条 当土条搓到直径3mm刚好断裂时的含水量即为塑限 2液限黏性土由可塑状态转变为流动状态的界限含水量称为液限 用符号 L表示 四 地基土的分类及其特征建筑地基土 岩 可分为六大类 岩石 碎石土 砂土 粉土 黏性土和人工填土 1 岩石岩石是指颗粒间牢固联结 呈整体或具有节理裂隙的岩体 岩石按坚固性可分为硬质岩和软质岩二种 按风化程度可分为微风化 中等风化和强风化三种 2 碎石土碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50 的土 根据其颗粒大小和形状不同可分为六类 见表9 1 密实的碎石土层 压缩性小 是很好的建筑地基 表9 1碎石土分类 注 分类时应根据粒组含量由大到小以最先符合者确定 3 砂土砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50 粒径大于0 075mm的颗粒含量超过全重50 的土 砂土可分为砾砂 粗砂 中砂 细砂和粉砂五类 见表9 2 表9 2砂土分类 4 粉土粉土是指塑性指数IP 10 且粒径大于0 075mm的颗粒含量不超过全重50 的土 粉土的性质介于砂土和黏性土之间 粉土的天然孔隙比e 0 75时为密实状态 强度较高 是良好的天然地基 0 75 e 0 90时为中密状态 e 0 9时为稍密状态 粉土随含水量增加 强度降低 5 黏性土黏性土是指塑性指数IP 10的土 黏性土可分为粘土和粉质粘土 塑性指数IP 17的为粘土 10 IP 17的为粉质粘土 黏性土的软硬程度随天然含水量的大小而变化 按液性指数IL值大小可分坚硬 IL 0 硬塑 0 IL 0 25 可塑 0 25 IL 0 75 软塑 0 25 IL 0 75 流塑 IL 1 五种 液性指数IL 0的土是坚硬土 可以作为建筑地基 但要避免雨水浸入地基土 使地基土软化 6 人工填土人工填土是指由人类活动而堆填的土 根据基土成因不同 可分为素填土 压实填土 冲填土 杂填土等 素填土是由碎石土 砂土 粉土 黏性土等组成的填土 冲填土是由水力冲填泥沙形成的填土 这两类填土较稳定 不易沉降 杂填土是含有建筑垃圾 工业废料 生活垃圾等杂物的填土 含有有机物质 易腐烂沉降 作为建筑填土应妥善处理 第二节岩土工程勘察与地基承载力 一 岩土工程勘察地基基础设计前应进行岩土工程勘察 岩土工程勘察的目的是查明地下土层分布 土的物理力学性质 及地下水的状况 取得工程地质资料 为地基基础的设计和施工提供依据 地质勘探 一般可采用坑探与钻探 现场原位测试等方法 此外 也可通过土的野外鉴别获得地质变异程度 1 坑探与钻探坑探与钻探的目的是获取地基在水平向或竖向的土层分布状况 绘制地质断面图 获得各层土的物理力学指标 地下水位标高 以便进行地基设计 坑探坑探也称槽探 方法原始可靠 即在现场开挖1 5m 1 0m的矩形坑或直径为0 8 1 0m的圆形坑 深度不超过3 4m的坑槽 直接观察土层情况 并从坑中取原状土样进行试验分析 标准贯入试验标准贯入试验是动力触探的一种 标准贯入试验的穿心锤重63 5kg 贯入时的落距为76cm 穿心锤自由下落 将贯入器靴打入土中15cm后 开始记录每打入10cm的锤击数 累计打入30cm深度所需的锤击数N来鉴别土的物理状态 土的强度 变形参数 地基承载力 单桩承载力 标准贯入试验适用于砂土 粉土和一般黏性土 图9 7Fp s曲线图 圆锥动力触探试验圆锥动力触探试验的类型可分为轻型 重型和超重型三种 3土的野外鉴别土的野外鉴别是指用直观的看 摸 搓 压等方法来判别土性 工程基坑开挖后 通过野外鉴别还可以发现地质的变异程度以及地质勘察报告密实度与实地有无差异 也是鉴别碎石类土 区分砂土 粉土和黏性土的主要方法 碎石类土的承载力决定于其密实度 可分为密实 中密 稍密三级 砂土为散粒土 干时呈松散状 可自由流动 手搓时无粘性感的是砾砂 粗砂 中砂 有轻微粘着感的是细砂 粉砂 根据粘着程度可区别粉土和黏性土 粉土不粘着物体 黏性土潮湿时极易粘着物体 干燥后不易剥去 粉质粘土能粘着物体 但易剥掉 二 地基承载力的确定1确定地基承载力的原则设计地基基础时 需知道地基承载力特征值 也就是需知道地基单位面积上所能承受的最大压力 确定地基承载力特征值的方法有理论公式计算 原位试验及野外鉴别等 二 地基承载力的确定1确定地基承载力的原则设计地基基础时 需知道地基承载力特征值 也就是需知道地基单位面积上所能承受的最大压力 确定地基承载力特征值的方法有理论公式计算 原位试验及野外鉴别等 2由理论公式确定地基承载力特征值通过试验和统计得到土的抗剪强度指标 然后按公式 9 13 求地基承载力特征值 9 13 式中 fa 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值 基底以下土的重度 地下水位以下取浮重度 基础底面以上土的加权平均重度 地下水位以下取浮重度 b 基础底面宽度 大于6m时按6m考虑 对于砂土小于3m按3m考虑 d 基础的埋置深度 一般自室外地面标高算起 ck 基底下一倍短边宽深度内的粘聚力标准值 Mb Md Mc 承载力系数 由 建筑地基基础设计规范 GB50007 2011 查 3修正后的地基承载力特征值当基础宽度 3m或埋置深度 0 5m时 根据野外鉴别结果 室内物理 力学指标和原位试验可确定地基承载力特征值fak 然后根据地基深度和宽度修正其值 就得到修正后地基承载力特征值fa 公式如下 9 14 式中 fa 修正后的地基承载力特征值 fak 地基承载力特征值 可由相应地质勘察报告查得 b 基础底面宽度 m 当基宽小于3m按3m考虑 大于6m按6m考虑 d 基础埋置深度 m 一般自室外地面标高算起 b d 基础宽度和埋深的地基承载力修正系数 按基底下土类别查表9 5 其余符号意义同前 表9 5承载力修正系数 当计算所得设计值fa 1 1fak时 可取fa 1 1fak 规范规定 当不满足按 9 14 式计算的条件时 可按fa 1 1fak直接确定地基承载力特征值 三 地基的沉降土在压力作用下体积缩小 从而引起地基变形 由于地基变形就必然引起建筑物基础的沉降 对于重要的建筑物及建造在软弱地基上建筑物必须进行沉降观测 沉降观测的目的主要是了解地基的沉降量与沉降速率 沉降观测首先要设置好水准基点 其位置必须稳定可靠 妥善保护 且在一个观测区内其数量不应少于三个 其次是设置好建筑上的沉降观测点 一般设置在室外地面以上 外墙 柱 身的转角或其他重要部位 四 岩土工程勘察报告岩土工程勘察报告主要反映地质勘探位置 勘探试验数据及实验室数据 岩土层分布状况及承载力结论和建议等内容 为工程设计提供可靠数据 具体内容可分为文字说明 数字表格 岩土工程勘探图 文字说明 前言包括任务 要求 工作概况 工作方法与工作布置及采用的主要技术标准 工程现场地质条件包括地形地貌 地层描述 地下水位 地基土的分析与评价 结论与建议对可供采用的地基基础设计方案进行论证分析 提出经济合理的设计方案建议 提供与设计要求相对应的地基承载力及变形计算参数 并对设计与施工应注意的问题提出建议 数字表格工程现场勘探试验所测得的数字 实验室试验所得的有关指标 以表格化出现 简明直观 勘探图勘探图包括勘探点平面布置图 工程地质剖面图等 建筑物地基均应进行施工验槽 如地基条件与原勘察报告不符时 应进行施工勘察 根据地基土承载力及建筑物荷载大小的不同 可将基础设计成浅基础和深基础两大类 一般认为 若基础埋深不大于5m 用较为简便的方法施工的基础 属于浅基础 而基础埋置较深 需用特殊方法施工的基础 如桩基础等 则属于深基础 一 浅基础的类型 无筋扩展基础无筋扩展基础是指用砖 毛石 灰土 三合土 混凝土等材料建成的 且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础 其特点是抗压性能好 但抗弯 抗拉性能差 适用于一般民用建筑和墙承重的轻型厂房 砖基础砖基础由砖和砂浆砌筑而成 其剖面一般为阶梯型 称为大放脚 大放脚的砌法有两皮一收和二一间隔收两种 每次收进1 4砖长 60mm 为了保证基础的强度 底层必须保证两皮砖厚 图9 9 第三节基础的类型 图9 9砖基础 a 两皮一收 b 二一间隔收 三合土基础 图9 10c 三合土基础在我国南方地区应用较为广泛 它的优点是施工简单 造价低廉 但其强度较低 故这种基础只宜用于地下水位较低 不超过四层的民用混合结构房屋 灰土基础 图9 10c 灰土基础适用于五层和五层以下 地下水位较低的民用混合结构房屋和用墙承重的轻型厂房 毛石基础 图9 10b 毛石基础用于石料取材容易 价格相对便宜的地方 毛石基础用强度较高又未风化的毛石砌筑 混凝土和毛石混凝土基础 图9 10d 当荷载较大时 常用混凝土基础 图9 10无筋扩展基础 a 砖基础 b 毛石基础 c 灰土 三合体基础 d 毛石混凝土土 混凝土基础 扩展基础扩展基础是指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础 1 柱下钢筋混凝土独立基础现浇柱下钢筋混凝土基础剖面可做成阶梯型 图9 11a 或锥形 图9 11b 预制柱下的基础做成杯形 图9 11c a 阶梯形基础 b 锥形基础 c 杯形基础图9 11柱下单独基础图 2 墙下钢筋混凝土条形基础当建筑物上部结构荷载较大 地基土较差时 墙下常采用该条形基础 墙下条形基础一般做成无肋板式的 图9 12a 为增加基础的刚度 减小不均匀沉降 也可做成有肋的条形基础 图9 12b a 无肋式 b 有肋式图9 12墙下钢筋混凝土条形基础 三 柱下钢筋混凝土条形基础当荷载较大而地基软弱时 采用柱下单独基础会使基底面积过大 这时可将同一排 条 柱的基础连通做成钢筋混凝土条形基础 图9 13 当荷载更大而地基相对更软弱时 可在柱网的纵 横两个方向都设置钢筋混凝土条形基础连成柱下十字交叉基础 图9 14 图9 13柱下钢筋混凝土条形基础图9 14柱下十字交叉基础 四 筏形基础若地基特别软弱 荷载又很大 采用十字交叉基础仍不能满足要求时 或有地下室时 可将基础底板连成一片形成筏形基础 图9 15 b 平板式 c 梁板式 一 d 梁板式 二 图9 15筏形基础 图9 16箱形基础 五 箱形基础当地基特别软弱 荷载又很大时 可采用箱形基础 箱形基础是由钢筋混凝土底板 顶板和纵 横交叉的隔墙构成 图9 16 三部分共同工作形成比上述各种基础形式大得多的刚度和整体性 能有效防止由于地基不均匀沉降而导致的破坏 二 桩基础的类型当上部结构荷载太大且浅层地基软弱又不宜采用地基处理 或坚实土层距基础底面较深 采用浅基础不能满足地基变形及承载力要求时 可利用地基下部深层较坚硬的土层作为持力层而设计成深基础 桩基础就是一种常用的深基础 图9 17桩基础示意图1 持力层2 桩身3 桩基承台4 上部建筑物5 软弱层 桩基础由承台和桩身两部分组成 图9 17 桩基能承受较大的荷载和减少建筑物的不均匀沉降 而且挤土桩对地基有挤密作用 桩基础类型 1 按桩的受力性能分类 图9 18 端承桩 摩擦桩2 按桩的制作方法分类 预制桩 灌注桩 a b 摩擦桩 c d 端承桩图9 18桩基础 第四节基础的构造 一 无筋扩展基础 图9 19 图9 19无筋扩展基础构造示意图 表9 5无筋扩展基础台阶宽高比的允许值注 p 为荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值 阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度 不宜大于 二 扩展基础 垫层钢筋混凝土基础通常在底板下面浇筑一层素混凝土垫层 它可以作为绑扎钢筋的工作面 以保证底板钢筋混凝土的质量 垫层厚度一般不少于 混凝土强度等级不低于 垫层两边各伸出底板 底板现浇钢筋混凝土基础底板的厚度h由抗剪计算决定 锥形基础底板边缘厚度不宜小于200 图 a 阶梯形基础每阶高度宜为 图 1 锥形基础的顶部为安装柱模板 从柱边缘每边至少放大 墙下钢筋混凝土基础 b 柱下锥形基础图 图 1柱下阶梯形基础 底板的受力钢筋按受弯计算确定 受力钢筋最小直径 10m 间距宜为100 200 底板分布筋直径 8 间距不大于300 每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的 5 混凝土强度等级不应低于 底板钢筋的保护层厚度 当有垫层时不小于 无垫层时不小于 当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度b 时 受力钢筋长度可取为 倍的边长或宽度 并交错放置 图 22 钢筋混凝土条形基础底板在 形及十字形交接处 底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置 另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度 处 图 22 在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置 图 22 图9 22扩展基础底板受力钢筋布置示意 独立基础与柱的连接 现浇柱基础基础与柱一般不同时浇筑 在基础内需预留插筋 其直径和根数应与柱内纵向受力钢筋相同 插筋伸入基础内的锚固长度为l 或l 其下端宜作成直钩并放在基础底板的钢筋网上 应至少有上下两个箍筋固定 图 1 插筋与柱纵向受力钢筋的连接方法应符合有关规定 预制柱基础 图9 3 柱的插入深度为h 按表9 7选用 并应满足锚固长度的要求和吊装时柱的稳定性 基础的杯底厚度和杯壁厚度t 以及杯壁配筋可按规范的相关规定选取 图9 3预制柱独立基础 表9 6柱的插入深度h1 mm 注 h为柱截面长边尺寸 ha为双肢柱整个截面长边尺寸 hb为以肢柱整个截面短边尺寸 图 4柱下条形基础 四 桩基础 桩及桩基摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的 倍 扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的 倍 扩底灌注桩的扩底直径不应大于桩身直径的 倍 当扩底直径大于 时 桩端净距不宜小于 预制桩的混凝土强度等级应 30 灌注桩的混凝土强度等级应 预应力桩的混凝土强度等级应 40 承台承台的构造 除满足承载力计算和上部结构的要求之外 尚应符合 最小宽度不应小于 边缘至桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长 且边缘挑出部分不应小于150 承台的厚度不应小于 承台混凝土强度等级不宜小于C20 承台底面钢筋的混凝土保护层厚度不应小于 当有混凝土垫层时 保护层厚度不应小于 矩形承台板其配筋按双向均匀通长布置 图9 25 钢筋直径不宜小于 间距不宜大于 三桩承台 钢筋按三向板带均匀布置 且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内 图9 25 承台梁的纵向受力筋除满足计算外 其直径不宜小于 架立筋直径不宜小于 箍筋直径不宜小于 图9 25 图9 25承台配筋示意 第五节基础埋置深度及基础底面积的选择一 基础埋置深度室外设计地面至基础底面的距离称为基础的埋置深度 在确定基础埋置深度时 应综合考虑以下几个方面的因素 建筑物的类型和使用要求凡是对稳定性要求较高的高层建筑 多层框架结构及设置地下室 设备基础或地下设施的建筑物 往往要求局部或整个加大基础的埋置深度 实践证明 抗震设防区内的高层建筑