基础工程第二章.ppt
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1、2. 刚性基础与扩展基础,2,2,2.刚性基础与扩展基础,基础结构构造要求 基础埋置深度的选择 地基承载力的确定方法 浅基础的设计计算(地基承载力与变形验算),内容提要,3,3,2.刚性基础与扩展基础,无筋扩展基础(或刚性基础) 由素混凝土、砖、毛石、灰土和三合土等抗压性能好、而抗弯抗剪性能差的材料砌筑而成,通常由台阶的容许宽高比或刚性角控制设计。 钢筋混凝土扩展基础(或柔性基础) 当不便于采用刚性基础或采用刚性基础不经济时采用钢筋混凝土材料做成的基础,如柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础)。,2.1 概 述,4,4,2.刚性基础与扩展基础,2.1.1 刚性基础构造要求,图2-1,
2、图2.1 刚性基础构造示意 d柱中纵向钢筋直径,5,5,2.刚性基础与扩展基础,砖基础 毛石基础 素混凝土基础 上述基础材料都要符合强 度等级要求 灰土基础 石灰和土(粘性土)按其 体积比3:7或2:8构成 三合土基础 由石灰:砂:碎砖(或碎 石)按1:2:41:3:6配成,刚性角(宽高比): bi 任一台阶宽度(m); Hi 相应台阶高度(m); tan 台阶宽高比的允许值,参照下述规范表格经验值选用,2.1.1 刚性基础构造要求,刚性角的定义见图2-1。限制基础刚性角的主要目的是防止基础发生弯曲破坏。,7,7,2.刚性基础与扩展基础,刚性基础台阶宽高比允许值,8,8,2.刚性基础与扩展基础
3、,图2.2 砖基础剖面图 (a)“两皮一收”砌法;(b)“二一间隔收”砌法,2.1.1 刚性基础构造要求,9,9,2.刚性基础与扩展基础,刚性基础的特点 稳定性好,施工简便 用于6层的民用建筑、荷载较小的桥梁基础及涵洞等; 刚性基础的局限性 当基础承受荷载较大时,用料多、自重大,埋深也加大,2.1.1 刚性基础构造要求,10,10,2.刚性基础与扩展基础,2.1.2 钢筋混凝土扩展基础,墙下钢筋混凝土条形基础 砌体承重墙体及挡土墙、涵洞下常采用 的基础形式,柱下钢筋混凝土独立基础 建筑物中的柱、桥梁中的墩常用基础形式,11,11,2.刚性基础与扩展基础,图2.3 墙下钢筋混凝土扩展基础 (a)
4、无肋;(b)有肋,2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求,12,12,锥形基础边缘高不宜200mm,坡度i1:3;小于250mm时可做成等厚板。阶梯形基础每阶高宜为300500mm。,垫层厚度一般为100mm。,底板受力钢筋最小直径不宜200mm和100mm。有垫层时混凝土的净保护层厚不宜40mm,无垫层时不宜70mm。纵向分布筋直径8mm,间距300mm。,混凝土强度等级不宜低于C20。,当地基软弱或承受差异荷载时,为增强基础的整体性和抗弯能力,可采用带肋基础。肋部纵向筋和箍筋按经验确定。,根据经验,初选时基础的高度一般大于或等于b/8。,13,13,图2.4 柱下钢筋混凝土单独基础 (a)
5、台阶型;(b)锥台型;(c)杯口型,14,14,2.刚性基础与扩展基础,2.2 基础埋置深度的选择,基础埋深 基础埋置深度一般指基础底面到室外设计地面的距离。,图2.5 基础埋置深度示意,15,15,2.刚性基础与扩展基础,2.2 基础埋置深度的选择,持力层 直接支撑基础的土层 下卧层 持力层以下的各土层 选择基础埋置深度 也就是选择合适的地基持力层,图2.5 基础埋置深度示意,16,16,2.刚性基础与扩展基础,应考虑因素: 建筑结构条件与场地环境条件 工程地质条件 水文地质条件 地基冻融条件,2.2 基础埋置深度的选择,17,17,2.刚性基础与扩展基础,结构条件 荷载大小 荷载性质 场地
6、环境,图2.6 相邻基础埋深,2.2 基础埋置深度的选择 建筑结构条件与场地环境条件,18,18,2.刚性基础与扩展基础,2.2 基础埋置深度的选择 场地环境条件,若满足图示(b3m,a2.5m )则 条形基础 矩形基础 不满足要求时,应进行地基稳定性验算,d,图2.7 土坡坡顶处基础的埋深,当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上,在确定基础埋深时,还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的稳定性。,当地基为倾斜土坡时,应结合实际情况,对地基容许承载力适当折减。,20,20,2.刚性基础与扩展基础,地基由多层土组成,上好下软,基础应尽量浅埋 地基上软下好,应具体分析,进行方案比较 地基在水平方向倾斜较
7、大时,基础埋深如图处理,2.2 基础埋置深度的选择 工程地质条件,图2.8 台 阶 形 过 渡 处 理,保证持力层稳定所需的最小埋置深度,地表土的性质是不稳定的。人类和动物的活动以及植物的生长作用,也会影响其强度和稳定,所以一般地表土不宜作为持力层.为了保证地基和基础的稳定性,基础的埋置深度(除岩石地基外)应在天然地面或无冲刷河底以下不小于1m。 在确定基础埋置深度时,还应考虑相邻建筑物的影响.,若基础位于较陡的岩体上,可将基础做成台阶形,但要注意岩体的稳定性。,22,22,2.刚性基础与扩展基础,2.2 基础埋置深度的选择 水文地质条件,遇水时,基底应尽量放在地下水位以上 基底低于潜水面时,
8、要考虑基坑排水、支护和地下水水质问题 若遇承压水时,应验算基坑的稳定性 桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度,河流的冲刷深度,冲刷的基本概念: 洪水冲刷后,整个河床面要下降,这叫一般冲刷 被冲下去的深度叫一般冲刷深度 同时由于桥墩的阻水作用,使洪水在桥墩四周冲出一个深坑,这叫局部冲刷,河流的冲刷作用,在有冲刷的河流中,为了防止桥梁墩、台基础四周和基底下土层被水流掏空冲走以致倒塌,基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线以下不小于1m。 特别是在山区和丘陵地区的河流,更应注意考虑季节性洪水的冲刷作用。,26,26,2.刚性基础与扩展基础,图2.9 基坑下埋藏有承压含水层的情况,2.2 基础埋置深度的选
9、择 水文地质条件,有承压含水层的情况:选择基础埋深时必须考虑承压水的作用,以免在开挖基坑时被承压水冲破,引起流砂现象,控制基坑开挖深度,保证承压含水层顶部的净水压力小于该处由基坑土产生的总覆盖压力。,27,27,2.刚性基础与扩展基础,冻胀机理 冻胀现象 影响冻胀的因素(土类、地下水位及气温) 冻融条件考虑 先按规范进行地基土冻胀性的划分(五类),后再进行最小埋深dmin的计算 dmin=zd-hmax 式中 hmax 基底下允许残留冻土层的最大厚度 zd 设计冻深,2.2 基础埋置深度的选择 地基冻融条件,当地的冻结深度,为了保证建筑物不受地基土季节性冻胀的影响,除地基为非冻胀性土外,基础底
10、面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。 公桥基规规定,当上部结构为超静定结构时,基底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m;对静定结构的基础,一般也按此要求,但在冻结较深地区,为了减少基础埋深,有些类别的冻土经计算后也可将基底置于最大冻结线以上。,29,29,2.刚性基础与扩展基础,2.3 地基承载力,定义:地基土单位面积上承受荷载的能力称为地基承载力 三个问题 地基承载力的基本概念及基本验算 影响地基承载力大小的因素 确定地基承载力的方法,30,30,2.刚性基础与扩展基础,建筑物因地基问题引起破坏的两种主要原因: 基础过大的沉降或沉降差 地基产生滑动破坏,地基承载力设计原则,fa(特征值)
11、,31,31,2.刚性基础与扩展基础,建筑地基基础设计规范要求:,pk相应于荷载效应标准组合时基底平均压力 pkmax相应于荷载效应标准组合时基底边缘最大压力 fa 修正后的地基承载力特征值,公路桥涵地基与基础设计规范要求: max基底最大压应力 修正后的地基承载力容许值,2.3 地基承载力基本验算,32,32,2.刚性基础与扩展基础,影响因素:,地基土的成因与堆积年代 地基土的物理力学性质 地下水 上部结构情况,33,33,2.刚性基础与扩展基础,确定地基承载力的常用方法:,按土的抗剪强度指标以理论公式计算 按现场载荷试验或其它原位试验确定 按有关规范提供的承载力或经验公式确定,原则:不过分
12、严格,也不随意简化,34,34,2.刚性基础与扩展基础,2.3.1 按土的抗剪强度指标确定,公式 来由 pu地基极限承载力,按魏锡克或汉森等理论公式计算 A与土接触的有效基底面积 A 基底面积,35,35,2.刚性基础与扩展基础,魏锡克公式:,2.3.1 按土的抗剪强度指标确定,36,36,2.刚性基础与扩展基础,2.3.1 按土的抗剪强度指标确定,汉森 公式:,图2.10,37,37,2.刚性基础与扩展基础,2.3.2 按地基载荷试验确定,图2.11 载荷试验示意图(堆载),规范规定甲级必须进行 该法优点:成果可靠 该法缺点:费时、耗资,38,38,2.刚性基础与扩展基础,2.3.2 按地基
13、载荷试验确定,39,39,2.刚性基础与扩展基础,同一土层参加统计的试验点不应少于三点,符合要求后,取该平均值作为地基承载力特征值fak,p-s线有明显比例界限时(密砂、硬土) fak=p1 极限荷载能确定,且pu2.0p1时, 取fak=0.5pu 当不能按上述两点确定(中、高压缩性土的缓变型曲线),取s/b=0.010.015时对应荷载作为fak,2.3.2 按地基载荷试验确定,图2.12 按载荷试验确定地基承载力 (a)低压缩性土;(b)高压缩性土,40,40,2.刚性基础与扩展基础,方法:(1)钻孔,贯入器放入孔底;(2)63.5kg重锤以76cm高度自由下落将贯入器击入土中15cm;
14、(3)记录继续打入30cm的锤击数N,标贯试验得标贯击数N,其他原位测试方法标准贯入试验,图2.13 标准贯入器构造图,41,41,2.刚性基础与扩展基础,其他原位测试 按静力触探试验确定地基承载力,比贯入阻力:,根据比贯入阻力查经验表格或由经验公式计算 确定承载力特征值,图2.14 静力触探示意图,42,42,2.刚性基础与扩展基础,GB50007(建规)推荐的公式(P1/4) 条件:荷载偏心距e0.033b(b为偏心方向基础边长) fa 由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,由jk查规范表; b 基础底面宽度; jk、ck基底下一倍短边宽深度范围内土的内摩
15、擦角 及粘聚力标准值; g 基础底面以下土的重度,水下取浮重度; gm基础埋深范围内各层土的加权平均重度。,2.3.3 按地基规范承载力公式确定,43,43,2.刚性基础与扩展基础,宽度与深度修正条件:b3m, d0.5m; 修正后的地基承载力特征值fa为: fak从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值 hb、hd分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数,查规范表格,承载力的修正(建规):,2.3.3 按地基规范承载力公式确定,44,44,2.刚性基础与扩展基础,当b2m, d3m,且h/b4,则容许承载力为: 0当基础宽度b2m,埋深h3m时的容许承载力,查规范表确定(
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