2012-2013-2基础工程答疑.ppt

基础工程 复习与答疑,基础工程的内容,设 计,基 础,地 基,施 工,监 测,承载力,稳定性,变 形,基础内力 断面计算,基础形式 埋置深度面积,解决地基基础问题的合理途径：,勘察,室内、原位试验,设计,理论、经验,施工,监测,判别安全度 评价设计的合理程度，信息化施工,考试题型： 填空题 10分； 选择 20分； 简答题 40分； 计算题 30分。,浅基础 连续基础 桩基础 地基处理 动力机器基础与地基基础抗震,浅基础,2.1.1 浅基础设计内容 主要内容：,1.选择基础方案（确定材料、类型，进行基础平面布置）； 2.确定地基持力层和基础埋置深度；,3.确定地基承载力； 4.确定基础的底面尺寸，必要时进行地基变形与稳定性验算；,5.进行基础结构设计（内力分析、截面计算、构造要求）； 6.绘制基础施工图，提出施工说明。,方案比较,按结构型式分：扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交 叉条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础等。,浅基础类型,按材料分：无筋基础（刚性基础）、钢筋混凝土基础。,扩展基础 将上部结构传来的荷载，通过向侧边扩展成一定底面积，使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力，而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求，这种起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。 （建筑地基基础设计规范 GB50007-2002） 若地基受力层范围内存在有承载力低于持力层的土层，称为软弱下卧层,基础埋置深度的选择 p.16,埋深：一般指基础底面至天然地面的距离。,持力层的选择。,软弱下卧层的选择。,浅基础的地基承载力 地基承载力概念,· 地基承载力是指地基承受荷载的能力。 · 在保证地基稳定的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值 的地基承载力称为地基承载力特征值 fa。,地基变形按其特征可分为四种： 沉降量独立基础中心点的沉降值或整幢建筑物基础的平均 沉降值； 沉降差相邻两个柱基的沉降量之差；,倾 斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值； 局部倾斜砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差 与其距离的比值,不同结构类型需验算的地基变形： 砌体承重结构：由局部倾斜控制； 框架结构和单层排架结构：由沉降差控制； 高耸结构和高层建筑：由建筑物的整体倾斜（特别是横向整 体倾斜）控制，必要时应控制平均沉降量。,减轻不均匀沉降危害的措施,概念：均匀沉降对结构本身无危害； 不均匀沉降危害大。,如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须 认真考虑的问题。 建筑措施 结构措施 施工措施,解决这一问题的途径有二： 一是设法增强上部结构对不均匀沉降的适应能力； 二是设法减少不均匀沉降或总沉降量。,具体的措施不外有： 采用柱下条形基础、筏基和箱基等，以减少地基的不均 匀沉降； 采用桩基或其他深基础，以减少总沉降量（不均匀沉降相 应减少）； 对地基某一深度范围或局部进行人工处理； 从地基、基础、上部结构相互作用的观点出发，在建筑、 结构和施工方面采取本节介绍的某些措施，以增强上部 结构对不均匀沉降的适应能力。,例某承重墙厚240mm，作用于地面标高处的轴心荷载标准值Fk=180kN/m，基础埋深d=1m，地基承载力特征值fa=220kPa，要求： (1) 确定墙下条形基础的底面宽度； (2)按砖基础设计，并分别按两皮一收和二一间隔收（两皮 一收与一皮一收相间）砌法画出砖基础剖面示意图； (3)按毛石基础设计，并画出剖面示意图； (4)按混凝土基础设计，并画出剖面示意图。,解(1)基础宽度,(2)按砖基础设计 为符合砖的模数，取基底宽度b=0.96m，则砖基础所需的台阶数为：,2-6 某承重砖墙厚240mm，传至条形基础顶面处的轴心荷载Fk150kN/m。该处土层自地表起依次分布如下：第一层为粉质粘土，厚度2.2m，17kN/m3，e=0.91，fak=130kPa，Es1=8.1MPa；第二层为淤泥质土，厚度1.6m，fak=65kPa, Es2=2.6MPa；第三层为中密中砂。地下水位在淤泥质土顶面处。建筑物对基础埋深没有特殊要求，且不必考虑土的冻胀问题。（1）试确定基础的底面宽度（须进行软弱下卧层验算）；（2）设计基础截面并配筋（可近似取荷载效应基本组合的设计值为标准组合值的1.35倍）。,解(1)确定地基持力层和基础埋置深度 第二层淤泥质土强度低、压缩性大，不宜作持力层；第三层中密中砂强度高，但埋深过大，暂不考虑；由于荷载不大，第一层粉质粘土的承载力可以满足用做持力层的要求，但由于本层厚度不大，其下又是软弱下卧层，故宜采用“宽基浅埋”方案，即基础尽量浅埋，现按最小埋深规定取d=0.5m。,(2)按持力层承载力确定基底宽度 因为d=0.5m，所以fa= fak=130kPa。P23公式2-14,取b=1.3m。,P29公式2-20,(3)软弱下卧层承载力验算 cz=17×2.2=37.4kPa 由Es1/Es2=8.1/2.6=3.1，z=2.2-0.5=1.7m0.5b，查P34表2-7得23º。,faz= fak+d m (d+z-0.5)=65+1.0×17×(2.2-0.5) =93.9kPa z+cz=55.4+37.4=92.8kPafaz=93.9kPa（可以）,P33公式2-29,P24表2-5,(4)基础设计 因基础埋深为0.5m，若采用无筋扩展基础，则基础高度无法满足基础顶面应低于设计地面0.1m以上的要求，故采用钢筋混凝土条形基础。采用C20混凝土，ft=1.10N/mm2，钢筋用HPB235级，fy=210N/mm2。,荷载设计值 F=1.35Fk=1.35×150=202.5kN,基底净反力,基础边缘至砖墙计算截面的距离,基本组合 P42,基础悬臂挑出长度,基础有效高度 P42公式2-47,h0,取基础高度h=250mm，h0=250-40-5=205mm（107mm）。,配钢筋f12 200，As565mm2，垫层用C10混凝土。,P43公式2-49,P43公式2-50,2-7 一钢筋混凝土内柱截面尺寸为300mm×300mm，作用在基础顶面的轴心荷载Fk400kN。自地表起的土层情况为：素填土，松散，厚度1.0m，g16.4kN/m3；细砂，厚度2.6m，g18kN/m3，gsat20kN/m3，标准贯入试验锤击数N10；粘土，硬塑，厚度较大。地下水位在地表下1.6m处。试确定扩展基础的底面尺寸并设计基础截面及配筋。,解(1)确定地基持力层 素填土层厚度不大，且承载力偏低，不宜作持力层；由细砂层的N10查表2-4，得fak=140kPa，此值较大，故取细砂层作为地基持力层。第三层硬塑粘土层的承载力亦较高，但该层埋深过大，不宜作持力层。,(2)确定基础埋深及地基承载力特征值 由于地下水位在地表下1.6m深处，为避免施工困难，基础埋深不宜超过1.6m。根据浅埋的原则，现取埋深d=1.0m。查表2-5，得细砂的d=3.0，地基承载力特征值为： fa= fak+d m (d-0.5)=140+3.0×16.4×(1-0.5) =164.6kPa,(3)确定基础底面尺寸,取b=l=1.7m。,P28公式2-19,b3m,(4)计算基底净反力设计值,(5)确定基础高度 采用C20混凝土，ft=1.10N/mm2，钢筋用HPB235级，fy=210N/mm2。取基础高度h=400mm，h0=400-45=355mm。,因bc+2h0=0.3+2×0.355=1.01mb=1.7m，故按P47式（2-57）作冲切验算如下：,0.7hp f t ( bc+h0) h0 =0.7×1.0×1100×(0.3+0.355)×0.355 =179.0kN87.4kN（可以）,(6)确定底板配筋 本基础为方形基础，故可取 M=M=(1/24)pj(lac)2(2b+bc),As=As,配钢筋11f10双向，As863.5mm2842mm2。,P48公式2-59,/80,计算题 已知作用在基础上的柱荷载效应标准组合值Fk=1200kN，Mk=150kNm；准永久组合值Fk=1350kN，Mk=168 kNm；基本组合值Fk=1500kN，Mk=190kNm 如图所示，地基土表层为杂填土，r =16.5 kNm3，基础的持力层为粉质粘土，rsat =19 kNm3。持力层下面为软弱下卧层。地下水位位于天然地面下1.2m处。基础埋深为2.0 m，基础底面尺寸为3.62.6m，取长边为偏心方向边长。经过修正后的持力层地基承载力特征值fa=168 kPa、下卧层地基承载力特征值为fa z=100 kPa，试验算该基础底面尺寸是否满足持力层及下卧层承载力要求。（地基压力扩散角 取23）,采用标准组合：Fk=1200kN,Mk=150kNm 基础及回填土重：Gk=20*1.2*3.6*2.6+(2010)*0.8*3.6*2.6=299.52kN PK=160.21KPafa=168kPa（可以） 偏心距：e=150/1499.52=0.1=0.6 （可以） 基底最大压力 PKmax=160.21*(1+0.6/3.6)=186.911.2 fa=201.6kPa（可以） 下卧层承载力验算： pcz=54kPa pc=16.5*1.2+(19-10)*0.8=27 pz+pcz=93.4kPafaz=100kPa 持力层满足承载力要求，下卧层满足承载力要求。,连续基础,连续基础,柱下条形基础、交叉条形基础、筏板基础和箱形基础统称为连续基础。,连续基础的特点： （1）具有较大的基础底面积，因此能承担较大的建筑物荷载，易于满足地基承载力的要求；,（2）连续基础的连续性可以大大加强建筑物的整体刚度，有利于减小不均匀沉降及提高建筑物的抗震性能；,（3）对于箱形基础和设置了地下室的筏板基础，可以有效地提高地基承载力，并能以挖去的土重补偿建筑物的部分（或全部）重量。,地基、基础与上部结构相互作用的概念,地基与基础的相互作用,1.基底反力的分布规律,此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础的“架越作用”。,如果地基土的压缩性很低，基础的不均匀沉降很小，则考虑地基-基础-上部结构三者相互作用的意义就不大。因此，在相互作用中起主导作用的是地基，其次是基础，而上部结构则是在压缩性地基上基础整体刚度有限时起重要作用的因素。,文克勒地基模型以及适用条件,1867年，捷克工程师E. Winkler提出：地基上任一点所受的压力强度p与该点的地基沉降量s成正比，即 p=ks 式中比例系数k称为基床反力系数（或简称基床系数），其单位为kN/m3，地基表面某点的沉降与其它点无关。,文克勒地基上梁的计算,无限长梁的解答 1. 微分方程式,总 结：,(x0)，w，M不变，q 和V取反号,(x0) ， w, M取反号，q 和V不变,注意：在每一次计算时，均需把坐标原点移到相应的集中荷载作用点处。,！多个集中荷载作用：,注意在每一次计算时，均需把坐标原点移到相应的集中荷载作用点处。,地基上梁的柔度指数,在梁端边界条件力的计算公式式（3-24）中，所有的系数都是ll 的函数。ll 称为柔度指数，它是表征文克勒地基上梁的相对刚柔程度的一个无量纲值。当ll 0 时，梁的刚度为无限大，可视为刚性梁；而当ll 时，梁是无限长的，可视为柔性梁。,l/4 短梁（刚性梁） /4 l 有限长梁（有限刚度梁） l 长梁（柔性梁）,内力计算,计算 方法,简化计算法,弹性地基梁法,静定分析法 （静定梁法）,倒梁法,假定上部结构刚度很小,假定上部结构刚度很大,有限长梁的计算,有限长梁求解内力、位移的方法，可按无限长梁运用叠加原理来求解。,附加荷载FA 、MA和FB 、MB称为 梁端边界条件力。,计算步骤归纳如下：,（1）把有限长梁延长到无限长，计算无限长梁上相应于梁的两端A和B截面由于外荷载引起的弯矩和剪力Ma、Va及Mb、Vb;,（2）把有限长梁两端无限延伸，并在、B处加以待定的外荷载 FA 、MA和FB 、MB，如图中梁III。利用公式3-18, 3-21计算在、B截面产生的内力 、 及 、 ；,（3） 求得待定的外荷载 FA 、MA和FB 、MB。,（4）求解梁III的内力与位移，并将其与梁II的内力和位移相叠加，得出结果就是有限长梁在荷载、M作用下的内力和位移。,习题32 某过江隧道底面宽度为33m，隧道A、B段下的土层分布依次为：A段，粉质粘土，软塑，厚度2m，Es4.2MPa，其下为基岩；B段，粘土，硬塑，厚度12m，Es=18.4MPa，其下为基岩。试分别计算A、B段的地基基床系数，并比较计算结果。 解本题属薄压缩层地基，可按式（10-52）计算。 A段：,B段：,比较上述计算结果可知，并非土越硬，其基床系数就越大。基床系数不仅与土的软硬有关，更与地基可压缩土层的厚度有关。,习题33 如图10-13中承受集中荷载的钢筋混凝土条形基础的抗弯刚度EI2×106kN·m2，梁长l10m，底面宽度b2m，基床系数k4199kN/m3，试计算基础中点C的挠 度、弯矩和基底净反力。,解：,查相关函数表，得 Ax=0.57120，Bx=0.31848，Cx=-0.06574，Dx=0.25273， Al=0.12342，Cl=-0.19853，Dl=-0.03765，El=4.61834，Fl=-1.52865,判断： 有限长梁,P81步骤 三部曲,(1)计算外荷载在无限长梁相应于A、B两截面上所产生的弯矩和剪力Ma、Va、Mb、Vb 由式（3-18）及式（3-21）得： p79-80,(2)计算梁端边界条件力 由式(3-24)得： P81,FA=(El+FlDl)Va+(El-FlAl)Ma-(Fl+ElDl)Vb+(Fl-ElAl)Mb =(4.61834+1.52865×0.03756)×121.2 +0.18×(4.61834+1.52865×0.12342)×(-103.9) -(-1.52865-4.61834×0.03756)×(-131.5) + 0.18×(-1.52865-4.61834×0.12342)×(-78.7) =282.7kN FB=(Fl+ElDl) Va+(Fl-ElAl) Ma-(El+FlDl)Vb+(El-FlAl)Mb =(-1.52865-4.61834×0.03756)×121.2 +0.18×(-1.52865-4.61834×0.12342)×(-103.9) -(4.61834+1.52865×0.03756)×(-131.5) + 0.18×(4.61834+1.52865×0.12342)×(-78.7) =379.8kN,=-396.7kN·m,=756.8kN·m,(3) 计算基础中点C的挠度、弯矩和基底净反力,pC=kwC=4199×0.0134=56.3kPa,桩基础,功能、荷载传递机理、截面形状、尺寸、材料、施工方法等,一般分类,桩基础的分类：,根据桩的受力情况 根据桩的作用分类 根据桩的施工工艺,抗拔桩 抗压桩 岩土挡桩,普通桩 抗震桩 挡土桩 抗滑桩 树根桩,预制桩 灌注桩,摩擦桩 端承桩,小型钻孔灌注桩：13-30cm 桩长5-25m。,一般分类,抗压桩,摩擦桩：软土厚、桩只打入一定深度未达到硬土层；桩荷载主要靠桩侧与土体的摩阻力。,端承桩：桩穿过软土层支承于硬土层或岩土层；桩荷载主要靠桩端阻力。,承受轴向压荷载的桩,桩基设计内容, 桩的类型和几何尺寸的选择； 单桩竖向（和水平向）承载力的确定； 确定桩的数量、间距和平面布置； 桩基承载力和沉降验算； 桩身结构设计； 承台设计； 绘制桩基施工图。,桩的竖向承载力,单桩轴向荷载的传递机理,桩顶沉降桩端沉降 桩身压缩量,桩侧摩阻力与桩侧表面的法向压力及桩土界面相对位移成正比。,侧阻的深度效应,桩顶轴力Q桩侧总阻力Qs+ 桩端总阻力Qp,单桩轴向荷载传递的基本微分方程：,竖向荷载下的群桩效应,群桩基础：由2根以上桩组成的桩基。,竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。,群桩效应系数：,1=11,计算 方法,实体深基础法,明德林应力法,考虑扩散作用,不考虑扩散作用,P144 公式(4-27),P145 公式(4-28),群桩地基内应力分布计算：,附加应力,P146 公式(4-33),桩的负摩擦问题,产生负摩擦的条件和原因,在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，土对桩产生的向上作用的摩阻力，称为正摩阻力。但是，当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降（即桩侧土体相对于桩向下位移）时，土对桩产生的向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。,中性点,解 释,Fn 负摩阻力的累计值 Fp 中性点以下正摩阻力的累计值 中性点是摩阻力、桩土之间的相对位移和桩身轴力沿桩身变化的特征点 中性点桩身轴力最大,习题41 截面边长为400mm的钢筋混凝土实心方桩，打入10m深的淤泥和淤泥质土后，支承在中风化的硬质岩石上。已知作用在桩顶的竖向压力为800kN，桩身的弹性模量为3×104N/mm2。试估算该桩的沉降量。 解该桩属于端承桩，桩侧阻力可忽略不计，桩端为中风化的硬质岩石，其变形亦可忽略不计。因此，桩身压缩量即为该桩的沉降量，即,习题42 某场区从天然地面起往下的土层分布是：粉质粘土，厚度l1=3m，qs1a=24kPa；粉土，厚度l2=6m，qs2a=20kPa；中密的中砂，qs3a=30kPa，qpa=2600kPa。现采用截面边长为350mm×350mm的预制桩，承台底面在天然地面以下1.0m，桩端进入中密中砂的深度为1.0m，试确定单桩承载力特征值。,解,地基处理,1.4 地基处理方法分类及适用范围,地基处理方法 见表 1-4-1,置换法 ：换土垫层法、褥垫法、挤淤置换法、砂石桩置换法,振密、挤密法：表层原位压实法、强夯法、土桩和灰土桩法、 振冲密实法、 挤密砂石桩法、爆破挤密法、 柱锤冲扩桩法、孔内夯扩法、夯实水泥土桩法,排水固结法：堆载预压、砂井堆载预压、真空预压、井点降水预压,灌入固化物法：深层搅拌法、高压喷射注浆法、挤密灌浆法,加筋法：土工聚合物加筋、土钉墙、锚杆支护、树根桩等,冷热处理：冻结法和烧结法,托换：基础加宽、桩式托换、地基加固、综合加固技术等,纠倾和迁移：加载纠倾、掏土纠倾、顶升纠倾、综合纠倾等,72,一、场地 场地的地震效应 场地类别划分（确定场地类别） 场地区划 二、地基抗震验算 天然地基的抗震能力 天然地基的抗震验算 三、地基土液化及其防治 液化原理及震害 液化判别及评价 液化地基的抗震措施,场地与地基,复习思考题：,1、如何用无限长梁的解答，用叠加法方法计算有限长梁内力？ 2、影响基础埋置深度的因素有哪些？ 3、天然地基上浅基础设计包括哪些内容？ 4、试述倒梁法计算柱下条形基础内力的一般步骤 。 5、桩身负摩阻力及其产生的原因是什么？中性点的定义是什么？ 6、简述连续基础的特点。 7、地基承载力特征值的确定方法有哪些？ 8、地基基础抗震设计的原则有哪些？ 9、桩基础设计包括哪些内容？ 10、简述桩基础设计的一般步骤。 11、简述单桩竖向承载力的确定方法。 12、简述温克尔地基模型的基本假定，适用条件。 13、 简述减轻不均匀沉降的措施有哪些？ 14、单桩轴向荷载分布图（包括沉降、摩擦力和轴力分布）。,Thank you for your cooperation ！ and wish you good luck！,