基础工程课件

1、基础工程1 基础工程基础工程 黄金林 华南农业大学水利与土木工程学院 基础工程2 基底压力基底压力：基础底面传基础底面传 递给地基表面的压力，递给地基表面的压力， 也称也称基底接触压力基底接触压力。 基底压力基底压力 附加应力附加应力 地基沉降变形地基沉降变形 基底反力基底反力 基础结构的外荷载基础结构的外荷载 上部结构的自重及各上部结构的自重及各 种荷载都是通过基础种荷载都是通过基础 传到地基中的。传到地基中的。 上部结构上部结构 基础基础 地基地基 建筑物设计建筑物设计 v暂不考虑上部结构的影暂不考虑上部结构的影 响，使问题得以简化；响，使问题得以简化； v用荷载代替上部结构用荷载代替上部

2、结构 基础工程3 1. 地基基础工程国内外现状 地基基础工程需解决的问题： 建（构筑）物的地基强度设计、变形 控制、稳定性控制、基础材料设计、检验 与监测技术和相关施工技术。 地基强度设计：应包括，地基原位测 试技术、室内测试技术、允许设计取值。 变形控制：应包括，地基变形计算、 建筑物允许变形、对相邻建筑物的影响。 稳定性控制：应包括，建筑物整体稳 定性、抗浮稳定性、抗震稳定性。 基础工程4 建筑物的用途 建筑物安全等级 建筑布置 上部结构类型 工程地质 水文地质 气候条件 工期 施工条件 造价 环境保护 地 基 基 础 设 计 依 据 上部结构 工程地质条件 其他要求 基础工程5 地基基础

3、设计 基础设计基础设计 地地 基基 结结 构构 承承 载载 力力 沉降变形沉降变形 稳稳 定定 性性 强强 度度 刚刚 度度 基基 本本 尺尺 寸寸 钢钢 筋筋 数数 量量 等等 2. 2. 设计内容和任务设计内容和任务 基础工程6 根据上部结构的受力特点和使用要求，综合考虑地质条根据上部结构的受力特点和使用要求，综合考虑地质条 件、施工条件、经济造价和环境保护等因素，寻求技术先进、件、施工条件、经济造价和环境保护等因素，寻求技术先进、 经济合理而且实际可行的地基基础方案并进行必要的力学检经济合理而且实际可行的地基基础方案并进行必要的力学检 算，使之满足安全、合理、经济和环保的总体设计目标。算

4、，使之满足安全、合理、经济和环保的总体设计目标。 基础工程7 地 基 天然地基：不需处理直 接放置基础的天然土层。 人工地基：需要人工加 固或处理后才能修建基 础的土层。 简单、造价低， 尽量选择 （1）地基分类 基础工程8 分类依据：埋置深度及施工工艺特点 基 础 浅基础：埋置深度较 浅，施工程序简单。 深基础：埋置深度较 深，施工较为复杂。 埋深界限5m？ 专门的设备或 专业的人员 基础工程9 我国建筑地基基础设计规范(GB500072011)(以下 简称地基基础规范)，根据地基复杂程度、建筑物的 规模和特征、由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响程 度将地基基础设计分为甲级、乙级、丙级3个

5、设计等级。 地基基础设计等级分类 基础工程10 基础工程11 基础工程12 3.0.3 表 所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算。 基础工程13 基础工程14 基础工程1515 n概率极限设计法与极限状态设计原则概率极限设计法与极限状态设计原则 极限状态极限状态 承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 基础工程16 概率极限设计法概率极限设计法 两种极限状态两种极限状态 承载力极限状态承载力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 ZRS 近似概率近似概率 法法 全概率全概率 法法 半概率法半概率法分项系数分项系数 基础工程17 概率极限状态设计法概率极

6、限状态设计法 概率极限状态设计法以概率论为基础，以结构的可靠指概率极限状态设计法以概率论为基础，以结构的可靠指 标（或失效概率）表示结构的可靠程度，采用与传统形式标（或失效概率）表示结构的可靠程度，采用与传统形式 近似的分项系数设计表达式，以分项系数代替过去的安全近似的分项系数设计表达式，以分项系数代替过去的安全 系数，是一种先进的设计方法。系数，是一种先进的设计方法。 先进性：比较充分地考虑各种设计因素的变异性。先进性：比较充分地考虑各种设计因素的变异性。 但在地基基础的设计中，由于资料收集的困难，目前对但在地基基础的设计中，由于资料收集的困难，目前对 于设计变量的变化规律掌握不够，以及由于

7、数学上的一些困于设计变量的变化规律掌握不够，以及由于数学上的一些困 难，全面采用该法尚不成熟。难，全面采用该法尚不成熟。 基础工程18 地基基础设计原则地基基础设计原则 p fa 原则原则（承载力验算）（承载力验算） ss原则原则（变形验算）（变形验算） 基础结构强度、刚度和耐久性的要求基础结构强度、刚度和耐久性的要求 经常承受水平荷载的高层建筑、构筑物以及基坑经常承受水平荷载的高层建筑、构筑物以及基坑 工程的稳定性验算等工程的稳定性验算等 基础工程1919 n地基基础设计资料地基基础设计资料 上部结构荷载资料上部结构荷载资料 设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的设计时所采用的荷载效应最不

8、利组合与相应的 抗力或限值应符合相应规范的有关规定抗力或限值应符合相应规范的有关规定 岩土工程勘察资料岩土工程勘察资料 原位测试资料原位测试资料 地基承载力、单桩竖向承载力以及地基压缩模地基承载力、单桩竖向承载力以及地基压缩模 量和变形模量的原位测试报告等量和变形模量的原位测试报告等 基础工程20 荷载资料荷载资料 基础工程21 基础工程22 岩土工程勘察资料 (1) (1) 建筑场地（不良）地质条件及危害程度建筑场地（不良）地质条件及危害程度 (2) (2) 地层分布情况及各层岩、土的物理力学性质地层分布情况及各层岩、土的物理力学性质 (3) (3) 地下水类型、水位、腐蚀性等地下水类型、水

9、位、腐蚀性等 (4) (4) 地震设防区：场地类别，砂土液化地震设防区：场地类别，砂土液化 (5) (5) 方案建议方案建议 基础工程23 工工程程地地质质断断面面图图 321 1 2 3 4 5 319.70 319.00 319.80 319.90 319.90 319 317 2.5m 315 313 311 309 307 305 303 301 316.1 315.3 313.3 312.5 313.8 318.0 317.7 313.0 311.2 317.1 311.0 313.2 314.8 301.0 311.3 317.2 318.5 间隔距离/m 21.00 20.00

10、19.00 18.50 高程/m 314.5 301.5 311.5 304.4 304.2 311.8 316.5 317.5 302.0 304.8 304.6 301.1 301.3 301.3 301.3 建筑物中心线 基础工程24 土土 层层 编编 号号 土层名土层名 土性特征描述土性特征描述 天然容天然容 重重 /kN/m/kN/m3 3 孔隙孔隙 比比 e e 粘聚粘聚 力力 /kPa /kPa 内摩擦内摩擦 角角 / / 承载力标准承载力标准 值值 /kPa /kPa 压缩模压缩模 量量 /MPa /MPa 说说 明明 人工填土人工填土 褐黄色，稍湿到很褐黄色，稍湿到很 湿，上

11、湿，上 部约部约0.5m0.5m为杂填土为杂填土 16 16 0.7 0.7 10 10 15 15 不宜作为持力层不宜作为持力层 粉质粘土粉质粘土 灰黄色，软塑灰黄色，软塑 17 17 0.7 0.7 12 12 15 15 不宜作为持力层不宜作为持力层 粉砂粉砂 灰色，成分为长石、灰色，成分为长石、 石英石英 等，稍密，饱和等，稍密，饱和 17.5 17.5 0.7 0.7 20 20 150 150 10 10 粉质粘土粉质粘土 灰黄色，软塑到流灰黄色，软塑到流 塑，呈塑，呈 透镜体分布透镜体分布 18.5 18.5 0.73 0.73 15 15 18 18 不宜作为持力层不宜作为持力

12、层 细砂细砂 灰色，成分为长石、灰色，成分为长石、 石英石英 等，稍密，饱和等，稍密，饱和 18.5 18.5 0.55 0.55 25 25 200 200 12 12 粘土粘土 灰黄色，硬塑灰黄色，硬塑 19 19 0.5 0.5 25 25 20 20 300 300 14 14 泥质砂岩泥质砂岩 浅灰色，中等风化浅灰色，中等风化 到微风到微风 化，岩体完整性较化，岩体完整性较 好好 20 20 1000 1000 可认为不可压缩可认为不可压缩 地层参数表地层参数表 基础工程25 基础的材料形式、构造和尺寸，除应能适应上部 结构、符合使用要求、满足上述地基承载力、稳 定性和变形要求外，还

13、应满足对基础结构的强度、 刚度和耐久性的要求。 基础工程五类主要工程问题基础工程五类主要工程问题由于地基基础问题由于地基基础问题 引起的上部结构倾斜、墙体破坏；引起的上部结构倾斜、墙体破坏； 基础自身的基础自身的 破坏破坏；地基承载力不足发生整体滑动破坏或沉地基承载力不足发生整体滑动破坏或沉 降量过大；降量过大；边坡丧失稳定性；边坡丧失稳定性；其他特殊不良其他特殊不良 地质条件引起的地基失效。地质条件引起的地基失效。 基础工程26 3.地基基础设计基本规定 对地基计算的要求对地基计算的要求 承载力承载力甲、乙、丙级建筑物甲、乙、丙级建筑物 变变 形形 1. 1. 甲、乙级甲、乙级 2. 2.

14、表以外的丙级表以外的丙级 3. 3. 表以内但符合第表以内但符合第3 3款的丙级款的丙级 稳定性稳定性 1. 1. 承受水平荷载的高层建筑或高耸承受水平荷载的高层建筑或高耸 结构物结构物 2. 2. 建在斜坡上的基础建在斜坡上的基础 基础工程27 荷载组合 荷荷 载载 永久荷载永久荷载 可变荷载可变荷载 偶然荷载偶然荷载 荷载分类（按随时间的变化） 基础工程28 地基基础设计采用的荷载效应组合地基基础设计采用的荷载效应组合 正常使用极限状态下，荷载效应的标准组合值正常使用极限状态下，荷载效应的标准组合值S Sk k： S Sk k= =S SGk Gk+ + q1 q1S SQ1kQ1k+ +

15、 q2 q2S SQ2kQ2k+ +qn qnS SQnkQnk (2) (2) S Sk k=S=SGk Gk+S +SQ1k Q1k+ + c2 c2S SQ2kQ2k+ +cn cnS SQnkQnk (1) (1) 其中：其中：S SGk Gk 按永久荷载标准值按永久荷载标准值G Gk k计算的荷载效应值；计算的荷载效应值； S SQik Qik 按可变荷载标准值按可变荷载标准值Q Qik ik计算的荷载效应值； 计算的荷载效应值； ci ci 可变荷载可变荷载Q Qi i的组合值系数，按规范取值。的组合值系数，按规范取值。 常用的荷载效应组合：常用的荷载效应组合： 正常使用极限状态下

16、，荷载效应的准永久组合值正常使用极限状态下，荷载效应的准永久组合值S Sk k： 基础工程29 地基基础设计采用的荷载效应组合地基基础设计采用的荷载效应组合 承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设 计值计值S S： S S=1.35=1.35S Sk kR (4)R (4) 其中：其中：RR结构构件抗力的设计值，按有关建筑结构设计规结构构件抗力的设计值，按有关建筑结构设计规 范确定；范确定；S Sk k荷载效应的标准组合值。荷载效应的标准组合值。 S=S=G G S SGk Gk+ + Q1 Q1 S SQ1kQ1k+ + Q2 Q

17、2 c2 c2S SQ2kQ2k+ + Qn Qn cn cnS SQnkQnk (3) (3) 其中：其中：G G永久荷载的分项系数；永久荷载的分项系数； Qik Qik 第第i i个可变荷载的分项系数；个可变荷载的分项系数； ci ci 可变荷载可变荷载Q Qi i的组合值系数，按规范取值。的组合值系数，按规范取值。 承载能力极限状态下，由永久荷载效应控制的基本组合，承载能力极限状态下，由永久荷载效应控制的基本组合， 可由荷载效应基本组合的设计值可由荷载效应基本组合的设计值S S，按下式确定，按下式确定： 设计计算中，计算内容设计计算中，计算内容 不同，荷载效应也不不同，荷载效应也不 同！

18、同！ 基础工程30 地基基础设计采用的荷载效应组合地基基础设计采用的荷载效应组合 地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的 抗力限值应按下列规定： 基础工程31 基础工程32 1、确定基础尺寸时，其基底压力值为多少 答：正常使用极限状态荷载效应标准组合 165+60=225kPa 基础工程33 1、确定地基变形时，基底压力值为多少 答：正常使用极限状态荷载效应准永久组合， 不计风载和地震荷载 150+60-36=174kPa 基础工程34 1、确定地基稳定性时，基底压力值为多少 答：正常承载能力极限状态荷载效应基本组合， 分项系数为1 150+60=225kPa 基础工程35 1、确

19、定基础结构内力时，基底压力值为多少 答：正常承载能力极限状态荷载效应基本组合 （注意：这时分项系数不为1） 1651.35=222.75kPa 基础工程36 1.4 1.4 基础类型基础类型 F 浅埋基础浅埋基础 F 深埋基础深埋基础 基础工程37 基础基础 浅埋基础浅埋基础 独立基础独立基础 条形基础条形基础 十字交叉基础十字交叉基础 箱形基础箱形基础 桩桩 基基 础础 沉井和沉箱基础沉井和沉箱基础 地下连续墙基础地下连续墙基础 筏板基础筏板基础 基础分类基础分类 壳体基础壳体基础 深埋基础深埋基础 基础工程38 天然地基：天然地基：没有经过人为处理，直接修建。没有经过人为处理，直接修建。

20、人工地基：人工地基：承载力低，高压缩性地基，人工处承载力低，高压缩性地基，人工处 理后才能修建。理后才能修建。 地基地基 基础工程3939 n天然地基天然地基 土质地基土质地基 岩石地基岩石地基 特殊土地基特殊土地基 n人工地基人工地基若天然地基软弱，承载力和变形若天然地基软弱，承载力和变形 不能满足设计要求时，需对其进行加固处理的不能满足设计要求时，需对其进行加固处理的 ( (如排水固结法等处理如排水固结法等处理) )地基。地基。 n复合地基复合地基由两种不同强度的介质（如软土由两种不同强度的介质（如软土 中加入水泥）组成的人工地基。中加入水泥）组成的人工地基。 基础工程4040 柱下单独基

21、础柱下单独基础 墙下单独基础墙下单独基础 十字十字 交叉梁基础交叉梁基础 梁板或平板梁板或平板 式筏形基础式筏形基础 柱下条形基础柱下条形基础 墙下条形基础墙下条形基础 桩基础桩基础 沉井基础沉井基础 沉箱基础沉箱基础 箱形箱形 基础基础 基础工程41 基础基础 深基础深基础 刚性扩大基础刚性扩大基础 单独和联合基础单独和联合基础 条形基础条形基础 筏板和箱形基础筏板和箱形基础 桩基础桩基础 沉井基础沉井基础 浅基础浅基础 基础工程4242 图图1.1 1.1 柱下单独基础柱下单独基础 基础工程43 砼与片石砼基础：砼与片石砼基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，强度、耐久性和抗冻性均较好， 适于

22、荷载大及地下水位以下结构。掺入片石要求：适于荷载大及地下水位以下结构。掺入片石要求： 占体积占体积2030%，尺寸，尺寸300mm 。 掺入毛石掺入毛石 节约水泥节约水泥 柱下砼基础柱下砼基础 独立基础 基础工程4444 图图1.2 1.2 墙下单独基础墙下单独基础 基础工程45 条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡 土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一 侧筑成台阶形。侧筑成台阶形。 有时为了增强桥柱下基础的承载能力，将同一排若干个有时为了增强桥柱下基础的承载能力

23、，将同一排若干个 柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置 的的T T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截 面的，也可以如图那样在柱位处加腋的。在桥梁基础中，一般面的，也可以如图那样在柱位处加腋的。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。是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。 条形基础 基础工程46 挡土墙下条形基础 柱下条形基础 基础工程4747 图图1.3 1.3 柱下条形基础柱下条形基础 基础工程4848 图图1.4 1.4 墙下无筋扩

24、展条形基础墙下无筋扩展条形基础 基础工程4949 图图1.5 1.5 十字交叉梁基础十字交叉梁基础 柱下条形基础在柱网的双向布置柱下条形基础在柱网的双向布置 基础工程5050 图图1.6 1.6 箱形基础箱形基础 （由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇而成空间整体结构）（由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇而成空间整体结构） 基础工程51 箱形基础 柱柱 顶板顶板 底版底版 梁梁 隔板隔板 基础工程5252 基桩直径基桩直径 2.2m,长度长度 80m,钻孔长钻孔长 度近度近90m 图图1.7 1.7 某公路大桥主桥南塔的桩基础某公路大桥主桥南塔的桩基础 基础工程53 桩基桩基 础

25、础 基础工程5454 井筒状井筒状的结构物的结构物 在井壁的围护下从井内挖土在井壁的围护下从井内挖土 在在自重作用自重作用下逐渐下沉下逐渐下沉 封底封顶形成的封底封顶形成的深基础深基础 a)b) 6 4 5 123 6 7 8 图图1.8 1.8 沉井基础沉井基础 基础工程55 沉井沉井 基础工程56 基础工程57 泰州长江大桥中塔沉井基础开始封底施工泰州长江大桥中塔沉井基础开始封底施工 基础工程58 安徽九华电厂取水工程安徽九华电厂取水工程 基础工程59 污水管施工现场，沉井内顶管施工污水管施工现场，沉井内顶管施工 基础工程6060 图图 1.10 地基、基础、上部结构的常规分析简图地基、基

26、础、上部结构的常规分析简图 基础工程6161 n 刚性结构刚性结构：上部结构为绝：上部结构为绝 对刚性，将约束基础变形，对刚性，将约束基础变形， 仅在支座间发生局部弯曲仅在支座间发生局部弯曲 n 柔性结构柔性结构：上部结构为完：上部结构为完 全柔性，对基础变形约束全柔性，对基础变形约束 作用很小，基础产生整体作用很小，基础产生整体 弯曲弯曲 图图1.11 1.11 上部结构刚度影响示意图上部结构刚度影响示意图 基础工程6262 柔性基础柔性基础，随地基，随地基 变形而任意弯曲，变形而任意弯曲， 基底反力分布与基基底反力分布与基 础上荷载分布相同，础上荷载分布相同， 无力调整基底的不无力调整基底的不 均匀沉降均匀沉降 图图1.12 1.12 刚性基础刚性基础，在荷载，在荷载 作用下基础不产生作用下基础不产生 挠