3.天然地基上浅基础设计.ppt
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1、第三章 天然地基上 浅基础的设计,基础工程,退出,3.1概述 3.2浅基础的类型与基础材料 3.3地基设计 3.4无筋扩展基础的设计 3.5钢筋混凝土扩展基础的设计 3.6减轻非均匀沉降危害的措施,地基基础类型简介,地基类型,基础类型,天然地基,人工地基,浅基础,深基础,埋深小于5m,或者埋深大于5m,但是小于基础宽度。两侧(四周)的摩阻力忽略不计。,下卧层,地基与基础,d,持力层(受力层),地基,主要受力层,条形基础3b 独立基础1.5b 且5m(二层以下民用建筑除外),主要受力层,3.1 概述,地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则:,(1)强度控制原则地基土体剪切破坏和丧失稳定性方
2、面应具有足够的安全度; (2)变形控制原则应控制地基的特征变形量,不得超过建筑物的地基特征变形允许值,以免引起基础和上部结构的损坏、影响建筑物使用功能和外观; (3)基础结构、刚度与耐久性变形控制原则基础的型式、构造和尺寸,除应能适应上部结构、符合使用需要、满足地基承载力(稳定性)和变形要求外,还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。,地基基础设计等级,A 所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定; B 甲级、乙级建筑物,均应按地基变形设计;,C 表3-1中所列范围内的丙级建筑物可不作变形验算,如有下列情况之一,仍做变形验算 a 地基承载力特征值小于130kpa,且体型复杂的建筑
3、 b 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 c 软弱地基上的相邻建筑如距离过近,可能发生倾斜时 d 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土,其自重固结未完成时,D 对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等,以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物,尚应验算其稳定性; E 基坑工程应进行稳定性验算 F 当地下水埋藏较浅,建筑物地下室或地下构筑物存在上浮问题时,尚应进行抗浮验算,地基基础设计的规定,承载力极限状态 正常使用极限状态,A 确定基础底面积及埋深时,传至基础或承台底 面上的荷载效应,正常使用极限状态下荷载效应的标准组合值,B、计算地基
4、变形时,荷载取值与抗力限值,传至基础或承台底 面上的荷载效应,正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合(不计风载和地震),传至基础或承台底 面上的荷载效应,按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合值(荷载分项系数均取1.0),C 验算地基稳定性时,上部结构传来的荷载效应和相应基底反力,按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合值,采用相应的荷载分项系数,D 确定基础或承台高度,支挡结构截面,计算基础或支挡结构内 力,确定配筋和验算材料强度时,地基基础设计内容和步骤,(1)确定基础的材料、类型、确定平面布置,(2)选择基础的埋置深度,即确定地基持力层,(3)确定地基承载力特征值,(4)确定基础底面积,(
5、5)进行相应的地基验算(变形、稳定性验算),(6)确定基础构造尺寸,进行必要的结构计算,(7)绘制基础施工图,(8)经济技术的方案比较,3.2 浅基础的类型与基础材料,浅基础类型,扩展基础,连续基础,无筋扩展基础,钢筋砼扩展基础,砖基础,三合土基础,灰土基础,毛石基础,混凝土基础,独立基础,墙下条形基础,柱下条形基础,十字交叉条形基础,阀板基础,箱形基础,3.3 地基设计,基础埋置深度的选择,地基承载力的确定,基础底面尺寸的确定,地基变形的验算和计算,下卧层,d,持力层(受力层),地基,主要受力层,1.基础埋置深度(d)的选择,d:基础底面至设计地面的距离,建筑物类型及基础构造,工程地质条件,
6、地基冻融条件,相邻建(构)筑物的影响,选择基础埋置深度也就是选择合适的地基持力层。合理确定基础埋置深度是一个十分重要的问题,设计时必须综合考虑建筑物自身条件,以及所处的环境,寻找技术上可靠、经济上合理的的埋置深度,水文条件,基础上荷载大小及性质,a 在保证安全稳定、耐久使用下,基础应尽量浅埋 b 对高层建筑物基础的埋置深度必须满足地基承载力、变形和稳定性的要求。在抗震设防区,除岩石地基外,天然地基上的箱形和筏形基础埋置深度1/15建筑物高度;桩箱和桩筏基础的埋置深度(不计桩长)1/18建筑物高度。 c 位于岩石地基上的高层建筑,其基础埋深应满足抗滑要求。 d 在基础范围内有管道等地下设施通过时
7、,基础的顶板原则上应低于这些设施的底面。否则,应采取有效措施,消除基础对地下设施的影响。,一、建筑物类型及基础构造,a 荷载大小以及性质不同,对持力层的要求也不同。某一深度的土层,对荷载小的基础可能是持力层,而对荷载大的基础就不宜作为持力层。 b 承受水平荷载的基础,应有足够的埋置深度来获得土的侧向抗力; c 承受上拔力的基础(输电塔基础)应有足够的埋置深度来获得土的抗拔阻力; d 对于承受动荷载的基础,不宜选择饱和疏松的粉细沙作为持力层,以免振动液化,造成基础失稳。,二、基础上荷载大小及性质,地基上硬下软:基础宜尽量浅埋 地基上软下硬:要区别对待。上层软弱层较薄,基础置于下层 土上;上层软弱
8、土较厚时,可用宽基浅埋、桩基础、或人工加 固。应从施工难易、材料用量等方面作方案比较后才能确定。,三、工程地质和水文条件,为防雨水侵蚀基础埋深0.5m; 为保护基础不外漏,基础大放脚 顶面应低于室外地面至少0.1m; 基础埋置于持力层面下0.1m,a,b,d 对修建于坡高(H 8m )和坡角( 45 )的稳定边坡坡顶上的基础,且b3m,a2.5m时,当基础埋深d符合如下要求,认为已满足稳定要求,取3.5(对条形基础) 或2.5(对矩形和圆形基础),c 若地基持力层顶面倾斜,将墙下条基的埋深分段成高低不同的台阶状。台阶高宽比为1:2,每级的台阶高度0.5m,选择基础埋深应注意地下水的埋藏条件和动
9、态。对基底低于潜水面的基础,除应考虑基坑排水、坑壁围护以及保护基土不受扰动等措施外,还应考虑:出现涌土、流砂现象的可能性;地下水对基础材料的化学腐蚀作用;地下室防渗;轻型结构物由于地下水顶托而上浮的可能性;地下水浮托力引起基础底板的内力变化等 。,对埋藏有承压含水层的地基,选择基础埋深时,为防止基底隆起开裂,必须控制基坑开挖深度,保留槽底安全厚度h0,g隔水层土的重度 gw水的重度 h承压水的上升高度 h0槽底安全高度(隔水层剩余厚度),水文条件,a 如拟建房屋临近有其它建筑物时,还应当保证其它建筑物的安 全,最好使新建建筑物的埋深不大于已有建筑基础。 b 新建建筑物的埋深大于已有建筑基础时,
10、两基础间应保持一定净 距(数值由原有建筑物荷载大小,基础形式和土质情况而定)且 不宜小于该相邻基础底面高差的1-2倍,c 如果不能满足,施工期间应采取措施 例如:分段开挖浇筑、设临时加固支撑、地下连续墙等,或 加固原有建筑基础,四、相邻建(构)筑物的影响,五、地基冻融条件的影响,a 季节性冻土区,应考虑地基土的冻胀性。 冻土分为季节性冻土和多年冻土。季节性冻土指一年内冻结与解冻交替出现的冻土。 b 若基础埋于冻胀土内,冻胀产生的上抬力大于基底的竖向力,会引起建筑物开裂甚至破坏。而土层解冻时,冰晶体融化,含水量增大、强度降低,将产生很大的附加沉降,称为融陷。,dmin z0 zs zwze hm
11、ax z0 地区标准冻深;hmax基础底面以下允许残留冻土层的最大厚度,z0zszwze,z0,dmin,室内地面,hmax,对于冻胀性地基,基础的最小埋深应满足:,地基基础设计首先必须保证在荷载作用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方面,应具有足够的安全度。 地基承载力是地基所具的承受荷载的能力,即在保证地基稳定的前提下,使变形不超过允许值的地基承载能力。 地基承载力的确定是一个非常重要又复杂的问题,目前确定承载力的方法主要有:,2.地基承载力的确定,按载荷试验确定,根据土的抗剪强度指标确定,地基承载力的确定方法,按动力、静力触探等方法确定,经验法确定,载荷试验的特点:在现场通过一定尺寸的载荷
12、板对扰动较少的地基土体直接施荷,所测得的成果一般能反映相当于1-2倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。主要有浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。,一、按现场载荷试验确定地基承载力,载荷试验应用要求:对一级建筑物采用载荷试验、理论公式计算及其它原位试验等方法综合确定。 载荷试验的优点:对于成份或结构很不均匀的土层,如杂填土、裂隙土、风化岩等,它则显出用别的方法所难以代替的作用。,载荷试验的步骤:分级加荷、逐级稳定,直至破坏的试验步骤。 载荷试验的确定方法:根据p-s曲线,确定承载力特征值。,要求:对于三个以上的试验点,若基本值的极差不超过平均值的30%,取该平均值作为地基承载力特征值。,按载荷
13、试验p-s曲线确定地基承载力特征值fak,规定:ps曲线上比例界限p0 极限荷载pu2p0 ,取pu/2 上述不行,按限制沉降量取值。当压板面积为 0.250.50m2时, 采用s=(0.0100.015)b所对应的压力,二、按静力、动力触探等方法确定地基承载力,原位测试方法荷载试验外,还有静力触探、动力触探、十字板剪切试验和旁压试验等。 对于设计为甲级、乙级的地基基础应按多种方法综合确定。,静载试验和其它原位测试、经验值等方法,确定的是地基承载力特征值,其直接含义是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值。其最大值为比例界限值。 对具体建筑物来说,应经深度和宽
14、度修正,得出的是修正后的地基承载力特征值。,特征值修正后的特征值,三、修正后的地基承载力特征值,a 浅层平板载荷试验得出的地基土fak修正为fa,当基础底面宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时,其修正后的地基承载力特征值fa由地基承载力特征值fak按下式进行宽度和埋深修正得到:,基础埋置深度d 一般自室外地面标高算起 在填方整平,可自填土地面标高算起,但填土在上部结构施工后完成时,应从天然地面算起 地下室,如采用箱形基础或筏基时,基础埋深自室外标高算起,采用独立基础或条形基础,应从室内地下室地面标高算起,b 深层平板载荷试验得出的地基土fak修正为fa,仅对宽度修正,1.抗剪强度指标标准值ck
15、、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,四、按土的强度理论公式确定地基承载力,2.确定地基承载力特征值,当e0.033b,3.基础底面尺寸的确定,按持力层承载力初定基底尺寸,轴心受压基础,偏心受压基础,对软弱下卧层承载力进行验算,基底尺寸确定,满足,不满足,初定埋深,重定埋深和基底尺寸,基础在中心荷载Fk、Gk的作用下,有:,地基按承载力设计时,要求作用在基础底 面上的压力p 满足p,方形基础:,矩形基础:,条形基础:,1.轴心受压基础,一般取G20kN
16、/m3,d为平均基础埋深,(1)按地基持力层承载力计算基底尺寸,在荷载Fk、Gk和单向弯矩Mk的作用 下,根基底压力呈直线的假定,基 底边缘的最大、最小压力为:,2.偏心受压基础,对于矩形基础 :,先按中心荷载作用的公式求基础底面积A0; 考虑到偏心荷载作用下的应力分布不均匀,按照偏心程度计算出的基础底面积酌情增加10-40,即:A(1.1-1.4)A0 然后计算基底压力 验算持力层的承载力:如不满足,重新计算,计算步骤,注意问题,在确定基底边长时,应注意荷载对基础的偏心距不宜过大,以保证基础不致发生过大的倾斜。在一般情况中,对中、高压缩性土上的基础或有吊车的工业厂房柱基础,偏心距e不宜大于b
17、/6,对低压缩性土,可适当放宽,但偏心距不得大于b/4。,P48例题3-2,当地基受力层范围内存在软弱下卧层,按持力层土的承载力得出基础底面尺寸,还必须对软弱下卧层进行验算,要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过它经深度修正后的承载力特征值,即:,设计规范提出:当持力层与下卧软弱土层的Es1Es23时,对矩形或条形基础的附加应力可按压力扩散角的概念计算。,条形基础,矩形基础,(2)软弱下卧层的验算,P51例题3-4,4.地基变形的计算和验算,地基特征变形,沉降量,沉降差,倾斜,局部倾斜,特征变形验算,ss,s为地基特征变形计算值,可按照建筑地基基础设计规范中建议分层总和法或土
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