第2-45章浅基础

.,第2章天然地基上的浅基础,.,2.4地基承载力的确定,地基承载力是地基承受荷载的能力。确定地基承载力的方法:1）按理论公式计算2）按静载荷试验确定3）按规范承载力表格确定,.,2.4.1按理论公式计算根据土力学地基承载力的理论可知，按土的抗剪强度指标C、计算的地基临塑荷载Pcr、极限荷载Pu以及临界荷载P1/3(或P1/4)等，均可用来衡量地基土体强度方面的承载力。我国建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）推荐以P1/4为基础的理论计算公式。,.,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）5.2.5当偏心距eb/30时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求：,.,2.4.2按静载荷试验确定试验现场通过一定面积的载荷板(亦称承压板)上向地基逐级施加荷载，测出地基土的压力与变形特征，它能反映荷载板下12倍荷载板宽度或直径范围内地基土强度、变形的综合性状。载荷试验结果可靠，尤其适用于成分或结构不均匀的土层，如垃圾土、杂填土、风化岩等。利用载荷试验记录而成的p-s曲线来确定地基承载力特征值。,.,.,低压缩性土高压缩性土按载荷试验成果确定地基承载力特征值同一土层参加统计的试验点数不应少于3个，且基本值的极差(即最大值与最小值)不超过平均值的30%，取此平均值作为地基承载力特征值fak。,.,静载荷试验是一种原位测试方法，试验结果比较可靠。但试验费工费时，影响深度有限（一般为承压板宽度的12倍）。,.,按下述方法之一确定地基承载力特征值fak：当载荷试验p-s曲线上有明显的比例极限时，取该比例极限所对应的荷载值p1；当极限荷载pu能确定，且pu1.5p1时，取荷载极限值pu的一半；不能按上述两种方法确定时，如压板面积为0.250.50m2，对低压缩性土和砂土，可取s/b=0.010.015所对应的荷载值，但其值不应大于最大加载量的一半。,.,2.4.3按规范承载力表格确定公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）确定地基容许承载力的步骤和方法如下：1）确定土的分类名称2）确定土的状态3）确定土的容许承载力,.,2.4.4修正后的地基承载力特征值试验表明,地基承载力不仅与土的性质有关,还与基础的大小、形状、埋深有关，采用载荷试验、查承载力表等确定地基承载力标准值时，是对应于基础宽度b3m、埋置深度d0.5m的条件下的值。在进行地基基础工程设计和计算时，应计入实际基础宽度、埋深给承载力带来的影响，进行宽度和深度修正后得到修正后的地基承载力特征值。,.,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）5.2.4规定：当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时,从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值fak，尚应按下式修正：,.,公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）3.3.1规定:地基承载力的验算应以修正后的地基承载力容许值fa控制。该值系在地基原位测试或本规范给出的各类岩土承载力基本容许值fa0的基础上，经修正而得。3.3.4规定，修正后的地基承载力容许值fa按下式确定。当基础位于水中不透水地层上时，fa按平均常水位至一般冲刷线的水深每米再增大10kpa。,.,式中：fa修正后的地基承载力容许值(kPa)；b基础底面的最小边宽(m)；当b2m时，取b=2m；当b10m时，取b=10m；h基底埋置深度(m)，自天然地面起算，有水流冲刷时自一般冲刷线起算；当h3m时，取h=3m；当h/b4时，取h=4b；k1、k2基底宽度、深度修正系数，根据基底持力层土的类别按表2-19确定；1基底持力层土的天然重度(kN/m3)；若持力层在水面以下且为透水者，应取浮重度；2基底以上土层的加权平均重度(kN/m3)；换算时若持力层在水面以下，且不透水时，不论基底以上土的透水性质如何，一律取饱和重度；当透水时，水中部分土层则应取浮重度。,.,2.5基础底面尺寸的确定,2.5.1按持力层承载力确定基础底面尺寸地基基础必须保证在基底压力作用下防止地基土体发生剪切破坏和丧失稳定性，并具有足够的安全度，对于各级建筑物均应进行地基承载力计算。地基承载力计算均应满足下式要求：,.,1、中心荷载作用下的基础矩形基础条形基础,说明：计算时，可先对地基承载力只进行深度修正，计算fa值；然后按计算所得的A=lb，考虑是否需要进行宽度修正，使得A、f相互协调。,图2.18中心荷载作用下的基础,.,2、偏心荷载作用下的基础,图2.19单向偏心荷载作用下的基础,其中：Pkmax为相应于荷载效应标准组合时基础底面边缘的最大压力设计值；fa为地基承载力特征值。,.,适用于偏心距e=Mk/(Fk+Gk)L/6(L为偏心方向基础边长)。对于低压缩性地基上的基础，当考虑短暂作用的偏心荷载时，可放宽至eL/4。必要时，还可采用形状不对称的基础，使基础形心尽量靠近荷载合力作用点，减小e值。,.,当偏心距e=Mk/(Fk+Gk)b/6(b为偏心方向基础边长)时，这时基底压力分布如图2.20所示。,图2.20基底压力分布图,其中，l为垂直于力矩作用方向的基础底面边长；a为合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。,.,2.5.2公路桥涵刚性扩大基础底面尺寸的拟定,a=l+2Htgb=d+2Htg式中：l-墩、台身底截面长度(m);d-墩、台身底截面宽度(m);H-基础高度(m);-墩、台身底截面边缘至基础边缘连线与垂线间的夹角。i=max这时可认为属刚性基础，不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算，在基础中也可不设置受力钢筋。,.,公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）1、当基底只承受轴心荷载时：2、当基底单向偏心受压，承受竖向力N和弯矩M共同作用时：,.,3、当基底双向偏心受压，承受竖向力N和绕x轴弯矩Mx与绕y轴弯矩My共同作用时：,以上N与M均由短期效应组合在基底产生的力和弯矩,.,公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）3.3.6规定，地基承载力容许值fa应根据地基受荷阶段及受荷情况，乘以下列规定的抗力系数R1使用阶段1）当地基承受作用短期效应组合或作用效应偶然组合时，可取R=1.25；但对承载力容许值fa小于150kPa的地基，应取R=1.0。2）当地基承受的作用短期效应组合仅包括结构自重、预加力、土重、土侧压力、汽车和人群效应时，应取R=1.0。,.,3）当基础建于经多年压实未遭破坏的旧桥基（岩石旧桥基除外）上时，不论地基承受的作用情况如何，抗力系数均可取R=1.5；对fa小于150kPa的地基，可取R=1.25。4）基础建于岩石旧桥基上，应取R=1.0。2、施工阶段：1）地基在施工荷载作用下，可取R=1.25。2）当墩台施工期间承受单向推力时，可取R=1.5。,.,公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）4.2.5规定，桥涵墩台应验算作用于基底的合力偏心距墩台基底的合力偏心距容许值e0,.,基底以上外力作用点对基底重心轴的偏心距e0按下式计算：式中：N、M作用于基底的竖向力和所有外力（竖向力、水平力）对基底截面重心的弯矩。基底承受单向或双向偏心受压的值可按下式计算：式中：pmin基底最小压应力，当为负值时表示拉应力；e0N作用点距截面重心的距离。,.,2.5.3软弱下卧层的验算,要求：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，即式中：pz相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值；pcz软弱下卧层顶面处的自重压力值；faz软弱下卧层顶面处经深度修正后地基际载力特征值。,.,软弱下卧层顶面处扩散面积上的附加应力：矩形基础条形基础,.,公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）4.2.6规定，在基础底面下或基桩桩端下有软弱地基或软土层时，应按下式验算软弱地基或软土层的承载力：,.,式中：pz软弱地基或软土层的压应力；h基底或桩端处的埋置深度(m)；当基础受水流冲刷时，由一般冲刷线算起；当基础不受水流冲刷时，由天然地面算起；如位于挖方内，则由开挖后地面算起；z从基底或基桩桩端处到软弱地基或软土层地基顶面的距离(m)；1深度（h+z）范围内各土层的换算重度(kN/m3)；2深度h范围内各土层的换算重度(kN/m3)；土中附加压应力系数，参见本规范附录M第M.0.1；p基底压应力（kPa）；当z/b1时，p采用基底压力平均压应力；当z/b1时，p按基底压应力图形采用距最大压应力点b/3b/4处的压应力，以上b为矩形基底的宽度；fa软弱地基或软土层地基顶面的承载力容许值。,.,.,.,.,.,2.5.4地基变形验算,在荷载作用下，地基要产生压缩变形，使建筑物产生沉降，由于不同建筑物的结构类型、整体刚度、使用要求的差异，对地基变形的敏感程度、危害、变形要求也不同。对于各类建筑物，控制其不利的沉降，使之不影响建筑物的正常使用甚至发生破坏，是地基基础设计中必需考虑的一个基本问题。规范要求：建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值，即,.,1、变形验算范围基础底面尺寸后，仍应作地基变形验算的情况：（1）地基基础设计等级为甲、乙级的建筑物；（2）表7.2范围内,有下列情况之一的丙级建筑物：地基承载力特征值小于130kPa，且建筑体型复杂；在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；软弱地基上的相邻建筑存在偏心荷载时；相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；填土的自重固结未完成。,.,公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）4.3.1规定，当墩台建筑在地质情况复杂、土质不均匀及承载力较差的地基上，以及相邻跨径差别悬殊而需计算沉降差或跨线桥净高需预先考虑沉降量时，均应计算其沉降。,.,2、变形特征值,图2.22地基特征变形,.,表2-23建筑物的地基变形允许值,.,注：有括号者仅使用于中压缩性土；l为相邻柱基中心距离/mm，Hg为自室外地面起算的建筑物高度/m。,.,公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）4.3.3规定,墩台的沉降，应符合下列规定：1相邻墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降），不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折角）。2外超静定结构桥梁墩台间不均匀沉降差值，还应满足结构的受力要求。,.,在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧产生较大的不均匀沉降，而导致结构物倾斜和造成墩、台顶面发生过大的水平位移等后果。对于较低的墩、台可用限制基础上合力偏心距的方法来解决;对于结构物较高，土质又较差或上部为超静定结构物时，则须验算基础的倾斜，从而保证结构物顶面的水平位移控制在容许范围以内。,.,规范规定，按分层总和法计算地基沉降量,p0对应于荷载长期效应组合时的基础底面处附加压应力（kPa）,不计入风荷地载、汽车荷载和地震作用。,.,沉降不满足时,修改设计增大尺寸(减少p0)增加埋深,尤其增加地下室-补偿基础地基处理调整荷载,.,2.5.5地基基础稳定性验算,1、基础倾覆稳定性验算,Pi、Ti不考虑其分项系数和组合系数的作用标准值组合或偶然作用（地震除外）标准值组合引起的竖向力与水平力(kN),.,2、基础滑动稳定性验算,注：Tip和Tia分别为两个相对方向的各自水平力总和，绝对值较大者为滑动水平力Tia，另一为抗滑稳定力Tip；Pi为抗滑稳定力,.,抗倾覆和抗滑动的稳定性系数,.,3、地基稳定性验算,(a)表层滑动面(b)深层滑动面图2.24地基滑动破坏,.,当判定地基失稳形式属于深层滑动时，可用圆弧滑动法进行验算，此时稳定安全系数指作用于最危险滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩的比值，其值应满足：,其中：MR为抗滑力矩；Ms为滑动力矩；,.,例题,L=2.6m,b=1.8m,d=1.5m,N=800kN,混凝土容重20kN/m3，验算持力层及软弱下卧层的承载力是否满足要求？,.,基底以上土体，所以持力层是0.5m,b3m,不需要进行修正,基础自重,.,基底以上土体自重应力,按扩散角计算附加应力,.,算至软弱下卧层顶面处,.,2.6刚性基础的构造,刚性基础经常做成台阶断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最重要的一点是要保证断面各处能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。,.,2.6.1砖基础砖基础是应用最多的一种刚性基础，各部分的尺寸应符合砖的模数。砖基础一般做成台阶式，俗称“大放脚”。施工中顶层砖和底层砖必须是二皮砖，即120mm，使得局部都保证符合刚性角的要求。两种做法都符合要求，“二皮一收”的做法施工方便，“二一间收”较为节省材料。,(a)二一间收(b)二皮一收,.,2.6.2砌石基础,.,2.6.3混凝土基础,.,2.6.4灰土基础,.,例题2-2,.,2.7扩展基础的构造和结构设计,钢筋混凝土扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。属于柔性基础，基础的抗弯和抗剪能力高，在构造上可以不受刚性角的限制，基础剖面可做成扁平状，用较小的基础高度把荷载传递到较大的基础底面上去。,.,基础设计方面与刚性基础的联系与区别？,扩展基础埋置深度及基底平面尺寸的确定方法与刚性基础相同；不同的是基础高度的确定，基础高度可以不满足刚性角要求，但基础本身需满足抗弯、抗剪和抗冲切破坏的要求。,.,基础的破坏形式,(1)纯剪切破坏纯剪切破坏是指沿墙或柱子边缘，以及基础变截面处(如图2.35(a)中的1-1或2-2截面)，产生竖向剪切破坏。,.,当荷载较大而跨度较小时，可能发生斜压破坏，见图2.35b，为避免斜压破坏，要求截面剪力满足,.,(2)斜截面剪切破坏构件在弯、剪荷载共同作用下，先在弯剪区域出现斜裂缝，随荷载增加，裂缝向上扩展，未开裂部分的正应力和剪应力迅速增