学习情境五天然地基上的浅基础设计学习教案

1、会计学1学习情境五天然地基学习情境五天然地基(dj)上的浅基础设计上的浅基础设计第一页，共72页。天然(tinrn)地基上的基础：埋入地层(dcng)深度较浅 5m结构形式和施工方法复杂设计计算时需考虑基础侧面土体的影响第1页/共72页第二页，共72页。浅基础(jch)的分类：第2页/共72页第三页，共72页。刚性(n xn)基础柔性(ru xn)基础第3页/共72页第四页，共72页。柔性基础(jch)钢筋混凝土要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求F0hbtgt1:1.0 1:2.0与材料和荷载(hzi)有关Fbth0第4页/共72页第五页，共72页。 灰灰 土土 三分石灰和七分粘性三分石灰和七

2、分粘性(zhn xn)土，北方地区使用较多三合土灰土中加入土，北方地区使用较多三合土灰土中加入适量水泥，南方地区使用较多适量水泥，南方地区使用较多人工(rngng)地基第5页/共72页第六页，共72页。第6页/共72页第七页，共72页。刚性基础的宽度大小应能使所产生的基础截面弯曲拉应力和剪应力不超过基础施工材料的刚性基础的宽度大小应能使所产生的基础截面弯曲拉应力和剪应力不超过基础施工材料的强度限值。满足了这个要求，就得到墩台身边缘处的垂线强度限值。满足了这个要求，就得到墩台身边缘处的垂线(chu xin)与基底边缘的连线间的最大夹角与基底边缘的连线间的最大夹角max ，即称为刚性角。刚性角主要

3、与基础所用的圬工材料强度有关。在设计中，应尽，即称为刚性角。刚性角主要与基础所用的圬工材料强度有关。在设计中，应尽力使基础大放角与基础材料的刚性角相一致，目的：确保基础底面不产生拉应力，最大限力使基础大放角与基础材料的刚性角相一致，目的：确保基础底面不产生拉应力，最大限度地节约基础材料。度地节约基础材料。 第7页/共72页第八页，共72页。第8页/共72页第九页，共72页。(2) (2) 柔性柔性(ru xn)(ru xn)基础基础 抗弯和抗剪性能良好，基础在基底反力作用抗弯和抗剪性能良好，基础在基底反力作用下，在下，在a-a断面产生断面产生(chnshng)弯曲拉应弯曲拉应力和剪应力若超过了

4、基础圬工的强度极限值力和剪应力若超过了基础圬工的强度极限值，为了防止基础在，为了防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，断面开裂甚至断裂，可将刚性基础尺寸重新设计，并在基础中配可将刚性基础尺寸重新设计，并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础。 第9页/共72页第十页，共72页。优点： 稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。缺点： 自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础(jch)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结构物的正常使用。适用条件： 只要地基强度能满足要求，它是桥梁和涵洞等结构物首

5、先考虑的基础(jch)形式。对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的结构物，当持力层的土质较差又较厚时，不适宜的。刚性刚性(n xn)基础基础第10页/共72页第十一页，共72页。优点：它整体性能较好，抗弯刚度较大。在外力作用下只产生均匀沉降或整体倾斜(qngxi)，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起结构物损坏的影响。缺点： 钢筋和水泥的用量较大，施工技术的要求也较高。适用条件： 土质较差的地基上修建高层建筑时，采用这种基础形式是适宜的。柔性柔性(ru xn)基础基础第11页/共72页第十二页，共72页。2.按基础(jch)的结构形式分类它是桥涵常用它是桥涵常用(chn yn)的基础形式，其平面形

6、状常为矩形。其每边扩大的尺寸最小为的基础形式，其平面形状常为矩形。其每边扩大的尺寸最小为0.20m0.50m，视土质、基础厚度、埋置深度和施工方法而定。作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制。，视土质、基础厚度、埋置深度和施工方法而定。作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制。 地基强度低 墩台强度高 基础平面尺寸扩大 刚性扩大基础配置于整个构筑物（敦、台）之下，比上边构筑物底面扩大第12页/共72页第十三页，共72页。独立基础的主要(zhyo)受力层深度 1.5b第13页/共72页第十四页，共72页。第14页/共72页第十五页，共72页。条形基础的条形基础的主要

7、主要(zhyo)受力层深度受力层深度 3.0b第15页/共72页第十六页，共72页。纵向条形基础横向条形基础第16页/共72页第十七页，共72页。第17页/共72页第十八页，共72页。底板底板外墙外墙内墙内墙第18页/共72页第十九页，共72页。高耸(o sn)建筑物第19页/共72页第二十页，共72页。第20页/共72页第二十一页，共72页。地基容许承载力的确定一般有以下四种方法：1在土质基本相同的条件下，参照邻近建筑物地基容许承载力；2根据现场荷载试验的p-s曲线(qxin)；3按地基承载力理论公式计算；4按现行规范提供的经验公式及表格计算。常用(chn yn)浅基础地基(dj)容许承载力

8、的确定：第21页/共72页第二十二页，共72页。通过载荷试验(shyn)确定第22页/共72页第二十三页，共72页。通过载荷试验(shyn)确定第23页/共72页第二十四页，共72页。第24页/共72页第二十五页，共72页。通过载荷(zi h)试验确定 有明显(mngxin)直线段：fak = Pcr 加载到破坏(phui)且 Pu / 2 Pcr ： 不能满足上述要求时：123SP0比例界限极限荷载PcrPuPS曲线临塑荷载fak = Pu / 2 取某一沉降量对应的荷载，但其值不取某一沉降量对应的荷载，但其值不能大于最大加载量的一半能大于最大加载量的一半第25页/共72页第二十六页，共72

9、页。探头QfQcF钻杆用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接力。探头贯入阻力的大小直接(zhji)(zhji)反映了反映了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建以把土的贯入阻力与土的变形模

10、量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量 方法(fngf)介绍：探头阻力Q可分为两个部分1.锥头阻力Qc 2.侧壁摩阻力Qf 比贯入阻力：探头单位截面积的阻力 AQQAQpfcs其它原位测试方法第26页/共72页第二十七页，共72页。试验时，先行试验时，先行(xinxng)(xinxng)钻孔，再把上端接有钻杆的钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5kg63.5kg的锤，以的锤，以76cm76cm的高度自由下落将贯入器先击入土中的高度自由下落将贯入器先击入土中15cm15cm，然

11、后测，然后测继续打继续打30cm30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数 方法(fngf)介绍：器靴贯入器身器头钻杆建立标准贯入击数与地基承载力之间的对应关系，可以建立标准贯入击数与地基承载力之间的对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力得到相应标准贯入击数下的地基承载力 第27页/共72页第二十八页，共72页。公路桥涵地基(dj)与基础设计规范（JTJD63-2007）第28页/共72页第二十九页，共72页。第29页/共72页第三十页，共72页。第30页/共72页第三十一页，共72页。第31页/共72页第三十二页，共72页。第32页/共72

12、页第三十三页，共72页。第33页/共72页第三十四页，共72页。 地基承载力设计值确定地基承载力设计值确定 fafak b (b3)d (d0.5)式中式中 fa 修正后的地基承载力特征值，修正后的地基承载力特征值，kPa； fak 地基承载力特征值，地基承载力特征值，kPa； 基底以下土的天然容重，地下水位以下用浮容重，基底以下土的天然容重，地下水位以下用浮容重，kNm3； b 基础宽度，当宽度小于基础宽度，当宽度小于3m时按时按3m计，大于计，大于6m时按时按6m计；计； d 基础埋置深度基础埋置深度m；一般基础自室外地面标高起算。在填方整平地区；一般基础自室外地面标高起算。在填方整平地区

13、(dq)，可自填土面标高算起，可自填土面标高算起， 但填土在上部结构施工完成后进行，应从天然地但填土在上部结构施工完成后进行，应从天然地面标高算起。面标高算起。 对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起，当采用独立基础或条形基础时应从室内地面标高算起。标高算起，当采用独立基础或条形基础时应从室内地面标高算起。 地下室的外墙基础埋深，可按下式计算地下室的外墙基础埋深，可按下式计算 d=(d1+d2)/2。在其他情况下，从室内。在其他情况下，从室内地面标高起算；地面标高起算； b、d 基础宽度和埋置深度的承载力修正

14、系数。基础宽度和埋置深度的承载力修正系数。 第34页/共72页第三十五页，共72页。当偏心(pinxn)距e小于0.033b时，承载力公式 fa：承载力特征值（设计(shj)值） Mb、Md 、Mc：承载力系数(xsh)，由 k 查表 b：基底宽度，大于6m按6m考虑， 对于砂土小于3m按3m考虑 ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力建筑地基基础设计规范GB50007-20021.公式法第35页/共72页第三十六页，共72页。第36页/共72页第三十七页，共72页。第37页/共72页第三十八页，共72页。第38页/共72页第三十九页，共72页。第39页/共72页第四十页，共72页。第40页/

15、共72页第四十一页，共72页。一）地基一）地基(dj)的极限状态设计的极限状态设计 根据建筑地基根据建筑地基(dj)基础设计规范基础设计规范(GBJ 789)(以下简称地基以下简称地基(dj)规范规范)，为保证建筑物的安全使用，地基，为保证建筑物的安全使用，地基(dj)必须满足两种极限状态的必须满足两种极限状态的要求，即：要求，即： 1.承载力极限状态承载力极限状态 p f式中：式中：p 基础底面处的平均压力设计值，基础底面处的平均压力设计值，kPa；在；在p的计算中，所采用的的计算中，所采用的荷载是荷载的基本组合设计值。荷载是荷载的基本组合设计值。 f 地基地基(dj)承载力设计值，承载力设

16、计值，kPa。 2.正常使用极限状态正常使用极限状态 s s式中：式中：s 建筑物地基建筑物地基(dj)的变形的变形;在在s的计算中，应采用荷载的长期效应的计算中，应采用荷载的长期效应组合不计入风荷载和地震荷载，且荷载用标准值；组合不计入风荷载和地震荷载，且荷载用标准值；s 建筑物地基建筑物地基(dj)的变形容许值。的变形容许值。 第41页/共72页第四十二页，共72页。 承载力特征值的含义与材料强度计算值的内涵完全不一样。首先，地基土体的承载能力f 值不是土的强度，其值不仅与土的性质有关，而且与荷载的分布范围以及作用的深度等因素有关；其次，f 值在很大程度上仍然是反映建筑物对变形(bin x

17、ng)的限制。如上所述，地基发生失稳破坏的情况极为少见。变形(bin xng)验算的实质是控制地基内不要出现过大的塑性区，以免变形(bin xng)迅速发展，导致地基失稳。3.地基的验算要求地基的验算要求 地基规范按由于地基的原因造成建筑物破坏后果的严地基规范按由于地基的原因造成建筑物破坏后果的严重性，将建筑物分成重性，将建筑物分成(fn chn)3个安全等级，并相应地规定个安全等级，并相应地规定验算要求。验算要求。第42页/共72页第四十三页，共72页。刚性扩大基础的设计(shj)与计算：一、主要(zhyo)内容：第43页/共72页第四十四页，共72页。二、浅基础设计内容及步骤二、浅基础设计

18、内容及步骤 天然地基上浅基础的设计内容和顺序如下：天然地基上浅基础的设计内容和顺序如下： 1.阅读和分析建筑物场地的地质勘察资料和建筑物的设计资料，阅读和分析建筑物场地的地质勘察资料和建筑物的设计资料，进行相应的现场勘察和调查；进行相应的现场勘察和调查； 2.选择基础的结构类型和建筑材料；选择基础的结构类型和建筑材料； 3.选择持力层，决定合适的基础埋置深度；选择持力层，决定合适的基础埋置深度； 4.根据地基的承载力和作用在基础上的荷载，计算基础的初步尺根据地基的承载力和作用在基础上的荷载，计算基础的初步尺寸；寸； 5.进行地基计算，包括地基持力层和软弱下卧层进行地基计算，包括地基持力层和软弱

19、下卧层(如果存在如果存在)的承的承载力验算，以及按规定需要进行的变形验算，根据验算结果载力验算，以及按规定需要进行的变形验算，根据验算结果(ji gu)修改基础尺寸；修改基础尺寸； 6.进行基础的结构和构造设计；进行基础的结构和构造设计； 7.绘制基础的设计图和施工图；绘制基础的设计图和施工图； 8.编制工程预算书和工程设计说明书。编制工程预算书和工程设计说明书。第44页/共72页第四十五页，共72页。原则(yunz)：在满足在满足(mnz)承载力的条件下尽量浅埋承载力的条件下尽量浅埋第45页/共72页第四十六页，共72页。第46页/共72页第四十七页，共72页。基础埋深的不同方案c)b)a)

20、h3h2h1刚性(n xn)扩大基础 沉井(chn jn)基础 桩基础第47页/共72页第四十八页，共72页。在满足在满足(mnz)其他要求下尽其他要求下尽量浅埋量浅埋只有低层房屋可只有低层房屋可用用, ,否则否则(fuz)(fuz)处理处理尽量尽量(jnling)(jnling)浅浅埋但是如埋但是如h1h1太小太小就为就为IIIIh14 m 桩基或桩基或处理处理好土软土(很深)好土软土软土好土 I II III IVh1h1第48页/共72页第四十九页，共72页。局部冲刷原河床面一般冲刷第49页/共72页第五十页，共72页。 冲刷总深度冲刷总深度(m) 最小埋置深度最小埋置深度(m)桥梁类型

21、桥梁类型0333881515 2020一一 般般 桥桥 梁梁1.01.52.02.53.03.5技术复杂修复困难的特大桥及其它重要技术复杂修复困难的特大桥及其它重要大桥大桥1.52.02.53.03.54.0 对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深度，建议(jiny)根据桥梁大小、技术的复杂性和重要性，参照下表采用。第50页/共72页第五十一页，共72页。二）刚性基础尺寸确定二）刚性基础尺寸确定 基础类型和埋置深度确定以后基础类型和埋置深度确定以后(yhu)就可以根就可以根据地基土层的承载力和作用在基础上的荷载，计算基据地基土层的承载力和作用在基础上的荷载，计算基础底面积和

22、基础的高度。础底面积和基础的高度。 一、作用在基础上的荷载计算一、作用在基础上的荷载计算 基础的受力情况可分四种，一般桥梁建筑物的基基础的受力情况可分四种，一般桥梁建筑物的基础主要是承受竖向荷载。水平荷载如土压力、风压力础主要是承受竖向荷载。水平荷载如土压力、风压力等所占的比例很小。作用在基础底面上的竖向荷载包等所占的比例很小。作用在基础底面上的竖向荷载包括上部结构的自重、桥面荷载和基础的自重括上部结构的自重、桥面荷载和基础的自重(包括基础包括基础台阶上的填土台阶上的填土)等。活荷载应按规范折减。荷载的计算等。活荷载应按规范折减。荷载的计算方法应按规范要求进行。方法应按规范要求进行。 第51页

23、/共72页第五十二页，共72页。 确定刚性基础的高度确定刚性基础的高度 刚性基础在宽度确定后刚性基础在宽度确定后(满足承载力要求满足承载力要求(yoqi)，应该按刚性角的要求应该按刚性角的要求(yoqi)，确定刚性基础的高度。，确定刚性基础的高度。 若墙或柱的宽度为若墙或柱的宽度为bo，基础的宽度为，基础的宽度为b，刚基础两侧，刚基础两侧的外伸长度为的外伸长度为bt(bbo)/2，按刚性角的要求，按刚性角的要求(yoqi):)(tan21tan tan ; 200bbbhhbbbbttt基础的最小高度基础宽度 为了保护基础不受外力的破坏(phui)，基础的顶面必须埋在设计地面以下 100 15

24、0mm，所以基础的埋置深度众必须大于基础的高度h加上保护层的厚度。不满足这项要求时，必须加大基础的埋深或者采取其他措施。D大于10cm第52页/共72页第五十三页，共72页。二）中心荷载作用下基础的计算二）中心荷载作用下基础的计算 在基础的设计中，通常假定基础底面压力是直线分布，在基础的设计中，通常假定基础底面压力是直线分布，受中心荷载作用时，则为均匀分布，基础采用受中心荷载作用时，则为均匀分布，基础采用(ciyng)对对称形式，使荷载作用线通过基底形心。称形式，使荷载作用线通过基底形心。计算步骤如下：计算步骤如下： 计算基础底面积计算基础底面积A (矩形矩形)或基础底面宽度或基础底面宽度b

25、(条形、正条形、正方形方形) 中心荷载作用下的基础，按承载力设计值计算，应满中心荷载作用下的基础，按承载力设计值计算，应满足条件：足条件： 初步估算时，可假定基础与土的平均容重初步估算时，可假定基础与土的平均容重 为为19.6kN/m3(工程计算中，常简化取为工程计算中，常简化取为 20 kN/m3) 即即GG dA。在实际计算时。在实际计算时G则为基础自重的设计值和基础上则为基础自重的设计值和基础上土重的标准值，地下水位以下部分均用浮容重计算。土重的标准值，地下水位以下部分均用浮容重计算。kGkaFAdpfA kaGkaGkaGFbfdFbfdFAfd条形基础方形基础矩形基础第53页/共72

26、页第五十四页，共72页。 三）偏心荷载作用下基础的计算 偏心荷载作用下，基础底面的尺寸一般用逐次渐近法进行计算。计算步骤如下： 1.先不考虑偏心，用条形基础公式或矩形基础公式计算出基础的底面积A1 (对于单独基础)或基础宽度b1(对于条形基础)。 2.根据偏心大小，把底面积A1(或b1)适当提高1040，作为偏心荷载作用下基础底面积(或宽度)的第一次近似值，即：A(1.11.4)A1 3.按假定的基础底面积A，用下式计算基底(j d)的最大和最小的边缘压力。 如不满足要求，或应力过小，地基承载力未能充分发挥，应调整基础尺寸，直到既满足要求又能发挥地基承载力为止。 基础高度的确定方法与受中心荷载

27、作用的方法相同。 若地基中有软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验算。若建筑物属于必需进行变形验算的范围，应按要求进行变形验算。必要时还要对尺寸进行调整，并重新进行各项验算。maxmaxminmaxmin1 () 1.22kkkkakakpFGMppfpfpAW验算地基承载力第54页/共72页第五十五页，共72页。一、地基承载力验算一、地基承载力验算 1.持力层的承载力验算持力层的承载力验算 直接支承基础的地基土层称为持力层。对于所有等级的建筑物都必须进行地基直接支承基础的地基土层称为持力层。对于所有等级的建筑物都必须进行地基承载力验算。当基础只承受轴心荷载时，要求满足式承载力验算。当基础只

28、承受轴心荷载时，要求满足式pk fa式中式中 pk 基础底面的压力。基底压力均简化为按直线分布，用材料力学方法基础底面的压力。基底压力均简化为按直线分布，用材料力学方法(fngf)求得求得式中式中 Fk 相应荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面竖向力，相应荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面竖向力，kN； Gk 基础自重和基础上的土重，基础自重和基础上的土重，kN； A 基础底面积，基础底面积，m2。地地 基基 计计 算算 采用极限状态设计方法，结合采用极限状态设计方法，结合(jih)地基土的特点和长期积累的工程地基土的特点和长期积累的工程经验，地基计算包括地基承强力验算、地基变形验算、地基稳定验算三经验，地基计算包括地基承强力验算、地基变形验算、地基稳定验算三个方面内容。个方面内容。kkk