10第十章-地基和基础设计.ppt
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1、第10章 地基和基础的设计,主要内容,概 述 地基和基础类型 基础埋深的选择 天然地基上浅基础的设计 地基和基础的验算,第1节 概 述,基 础,地 基,地 基 种 类,天然地基 未经人工处理就可满足设计要求的地基。 人工地基 地层承载力不能满足设计要求,需进行加固处理的地基。,基 础 种 类,浅基础 埋深35m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基础。 深基础 借助于特殊施工方法建造的基础。如桩基、墩基、沉井和地下连续墙。,墙下条形基础,南京地铁火车站基坑施工现场,建成后的盾构隧道,原基础 Old foundation,基础托换 UNDERPINING,新基础 New foundation
2、,盾构隧道 Shield tunnel,楼房 building,边坡支护工程照片,一、地基和基础的设计原则 1、保证地基和基础具有足够安全度的整体稳定性; 2、在长期荷载作用下,基础沉降不引起上部结构损坏,并在容许范围内; 3、地基具有足够的抗渗稳定性。,设计原则,对地基: pf, ss, 或,对基础: 强度、刚度、耐久性,二、考虑地基、基础、墩台及上部结构整体作用 建筑物是一个整体,地基、基础和上部结构是共同工作且相互影响的,地基的任何变形都必定引起基础和上部结构的变形;不同类型的基础会影响上部结构的受力和工作;上部结构的力学特征也必然对基础的类型与地基的强度、变形和稳定条件提出相应的要求,
3、地基和基础的不均匀沉降对于超静定的上部结构影响较大,因为较小的基础沉降差就能引起上部结构产生较大的内力。同时恰当的上部结构也具有调整地基基础受力条件,改善位移情况的能力。因此,基础工程应紧密结合上部结构特性和要求进行;上部结构的设计也应充分考虑地基的特点,把整个结构物作为一个整体,考虑其整体作用和各个组成部分的共同作用。,三、地基和基础的设计步骤 1、确定地基承载力; 2、选择地基和基础的类型; 3、选择基础埋深; 4、确定基础结构型式和材料; 5、确定基础布置和尺寸; 6、验算地基和基础的稳定、沉降; 7、进行施工图设计。,建筑物荷载通过基础作用于地基,对地基提出两个方面的要求。,1.变形要
4、求,建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差,应该在该建筑物允许的范围内。,2.强度和稳定性要求,建筑物的基底压力应在地基允许的承载能力之内。,地基承载力:地基土单位面积上所能承受荷载的能力。,极限承载力(pu): 地基不致失稳时单位面积能承受的最大荷载。,地基容许承载力(pa): 考虑一定安全储备后的地基承载力。,一、地基承载力概念,第2节 地基承载力的确定,四、确定地基容许承载力的方法,确定地基容许承载力的方法,一般有以下三种: 1. 根据载荷试验的ps曲线来确定地基容许承载力;,2. 根据设计规范确定(新规范已取消);,3. 根据地基承载力理论公式确定地基容许承载力。,注意:第一项对
5、应基底以下土容重; 第二项对应基底以上土容重; 地下水位以下的容重一律采用浮容重。,一、按理论公式计算的方法 1.按极限荷载确定地基承载力 (1)太沙基公式: 适用于以中心垂直荷载为主的各类建筑物条形基础。,用太沙基极限荷载公式计算地基承载力时,其安全系数应取为3。,地下水位在滑动面与基底之间,地下水位在滑动面与基底之间,地下水位在基底与地面之间,地下水位在基底与地面之间,三、汉森极限承载力理论,式中:,汉森公式:,sr、sq、sc 基础的形状系数 ir、iq、ic 荷载倾斜系数 dr、dq、dc 深度修正系数 Nr、Nq、Nc 承载力系数,普朗特尔、太沙基等极限荷载公式,只适用于中心竖向荷载
6、作用时的条形基础,同时不考虑基底以上土的抗剪强度的作用。若基础上作用的荷载是倾斜的或有偏心,基底的形状是矩形或圆形,基础的埋置深度较深,计算时需要考虑基底以上土的抗剪强度影响。 汉森(Hanson,1970)提出的在中心倾斜荷载作用下,不同基础形状及不同埋置深度时的极限荷载计算公式:,一、确定地基承载力特征值,当e0.033b,根据土的抗剪强度指标确定地基承载力:,fa 土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值; Mb、Md、Mc 承载力系数(可根据k查表得到); 地基土的重度,地下水位以下取浮重度; d基础埋置深度(m),从室外地面标高计算; m基底以上土的加权重度,地下水位以下取浮重度; b
7、 基础底面宽度,大于6m时,按6m取值;对于砂土小于3m时按3m取值; ck 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。,二、按规范方法确定地基承载力,抗剪强度指标标准值ck、k,a.根据室内n组三轴试验结果,计算土性指标的平均值、标准差和变异系数,平均值,标准差,变异系数,b.计算内摩擦角和粘聚力的统计修正系数 、c,c.计算内摩擦角和粘聚力的标准值,从前述临界荷载及极限荷载计算公式可以看到,当基础越宽,埋置深度越大,土的抗剪强度指标值越大时,地基承载力也增加。,二、确定地基承载力特征值修正,规范规定:当b3m或d0.5m,地基承载力特征值应该进行修正。,fa 修正后的地基承载力特征值 fak
8、 地基承载力特征值,根据强度指标确定 b、 d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数(可查表),说明:规范规定地基承载力特征值还可以由载荷试验或其它原位测试、并结合工程经验等方法综合确定。,关于地基承载力的讨论,地基承载力的研究是土力学的主要课题之一,地基承载力的确定也是一个比较复杂的问题,影响因素较多。其大小的确定除了与地基土的性质有关以外,还取决于基础的形状、荷载作用方式以及建筑物对沉降控制要求等多种因素。,一、关于载荷板试验确定地基容许承载力,用载荷试验曲线确定的地基容许承载力在或为设计容许承载力时,均未包括基础埋置深度对地基承载力的影响,应进行深度修正。,载荷试验的压板宽度总是小于实际基础
9、的宽度,这种尺寸效应是不能忽略的。因此有必要时应进行地基和基础的变形验算。,从临塑荷载与临界荷载公式推导中,可以看出: 1计算公式适用于条形基础。这些计算公式是从平面问题的条形均布荷载情况下导得的,若将它近似地用于矩形基础,其结果是偏于安全的。 2计算土中由自重产生的主应力时,假定土的侧压力系数 ,这是与土的实际情况不符,但这样可使计算公式简化。一般来说,这样假定的结果会导致计算的塑性区范围比实际偏小一些。 3在计算临界荷载 时,土中已出现塑性区,但这时仍按弹性理论计算土中应力,这在理论上相互矛盾的,其所引起的误差是随着塑性区范围的扩大而加大。,二、关于临塑荷载和临界荷载,对于平面问题,若不考
10、虑基础形状和荷载的作用方式,则地基极限承载力的一般计算公式为: 上式表明,地基极限承载由换算成单位基础宽度的三部分土体抗力组成: (1)滑裂土体自重所产生的摩擦拉力; (2)基础两侧均布荷载所产生的抗力; (3)滑裂面上粘聚力所产生的抗力。,三、关于极限承载力计算公式,1极限承载力公式的含义,3. 极限承载力公式的局限性 应当指出的是,所有极限承载力公式,都是在土体刚塑性假定下推导出来的,实际上,土体在荷载作用下不但会产生压缩变形而且也会产生剪切变形,这是目前极限承载力公式中共同存在的主要问题。因此对地基变形较大时,用极限承载力公式计算的结果有时并不能反映地基土的实际情况。,2. 确定容许承载
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