第四章房屋基础工程.ppt

第四章 房屋基础工程,概述,房屋基础工程包括房屋的基础与地基的设计与施工。 基础是将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，处于房屋结构的下部，也称下部结构。 地基是承受由基础传递 的各种作用的土体或岩体 ，位于基础之下。,地基和基础分类,地基按其是否需要加固处理分为天然地基和人工地基。 基础可以分为脆性材料基础和延性材料基础；浅基础和深基础。 基础的结构形式有独立基础、条形基础、筏板基础以及桩基础。 选择地基和基础的原则：使用上安全可靠、施工上技术可行、经济上合理。,第一节 天然地基上的浅基础类型及设计原理,基础类型： 脆性材料基础（刚性基础）：用混凝土、毛石混凝土、毛石、粘土砖、灰土、三合土等脆性材料做的基础成为刚性基础。可以做成墙下条形基础和柱下方基础。,设计要求,延性材料基础,刚性基础受台阶宽高比的限制，往往会高度很大，造成材料多，自重大的缺点。 钢筋混凝土基础允许有弯曲变形，有抗弯抗拉能力，因此不受宽高比的限制。,分类,条形基础,独立基础,独立基础亦称单独基础，是柱基础中最常用的一种基础。,交叉梁基础,在柱网的纵横两个方向上都布置条形基础。在柱底构成十字交叉梁基础。,筏板基础,箱形基础,当地基极软弱且不均匀筏板基础显得刚度偏小，难于满足要求时，采用箱形基础更合理。,天然地基上的浅基础设计原理,方案的选择 （1）天然地基上做浅基础 （2）人工加固地基上做浅基础 （3）在天然地基上做深基础,天然地基上浅基础设计步骤,确定基础的类型和平面布置方式 确定基础的埋深 确定地基承载力 确定基础底面尺寸 进行地基计算 进行基础结构计算 绘制施工图,基础埋深的选择与地基设计原则,基础埋置深度 硬性基础埋深的主要因素： （1）建筑的用途 （2）施加在地基上各种作用的大小和性质 （3）工程地质和水文地质条件 （4）相邻建筑物基础的埋置深度 （5）地基土冻胀和融陷的影响,地基设计的原则,地基引起建筑物的破坏形式： （1）荷载超过地基土的承载能力，使地基发生大范围的剪切破坏，造成建筑物倾倒或滑移。 （2）过大沉降或差异沉降，破坏上部结构或影响建筑物正常使用。,地基基础设计时满足： （1）上部结构的作用使基底产生的平均压力不能大于地基承载力； （2）基础的沉降量或倾斜度不能大于该类建筑物的容许变形值。,地基承载力的确定方法,地基承载力的确定方法： （1）理论公式计算 （2）荷载试验 （3）用规范地基承载力表确定地基承载力标准值,理论公式计算,用于偏心荷载时，外力合力偏心距不能超过0.033b，否则，应调整基础底面的边长。 当基础为多层时，c和标准值采用基底以下相应于一倍基础底宽深度范围内各层土的c和的标准值。,临界荷载公式,极限荷载公式,fv=Pu/k,荷载实验法,适用于单一土层 压力板面积宜在0.25-0.5m2.,规范承载力表法,将持力层以某个性参数作大致分类 不考虑软弱下卧层对地基承载力产生的影响。 承载力表按标准埋深0.5m，标准基础宽度3m定出的，未考虑地下水位高低、升降的影响。 根据全国各地上百个载荷试验曲线以及相应的土性参数确定。,承载力标准值和承载力基本值 承载力基本值向承载力标准值转换 标准贯入试验锤击数N及轻便触探试验锤击数N10的统计公式 地基承载力标准值转化为设计值的计算公式,各种确定地基承载力方法的适用范围,一级建筑，至少有三方面的分析结果综合 三级建筑物，可以采用类比法 二级建筑物，分为两类,按地基承载力确定基础尺寸,基础底面的压力,Pmin0 Pmin/Pmax0.25,基础尺寸的确定,中心荷载下的基础尺寸,(F+G)/Af,偏心荷载,按中心荷载计算面积A1 考虑偏心荷载的影响程度，加大初始面积，作为偏心荷载的基底面积A。增大幅度为10%-40%。 计算Pmax和Pmin，满足条件即可。,软弱下卧层的承载力验算,上 下 土 层 的 压 缩 模 量 比 值 大 于 3,如果上下土层的压缩模量之比小于3，则可以采用通常计算地基中附加应力的方法求出基底中心线上的软弱下卧层顶面的附加应力。,地基变形计算与地基变形允许值,一级建筑物和部分二级建筑物应该计算地基变形。,地基沉降量采用规范推荐的分层总和法。 地基沉降计算深度的确定。 沉降计算经验系数。,建筑物的地基变形允许值,包括沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜。,弹性基础的地基计算模型,地基模型：描述在任意荷载条件下地基土的应力应变关系的模型。 基础的变形-基底的反力。,文克尔地基模型 p=Ks 一般用30.5cm×30.5cm面积的荷载板试验求得，在工程设计时，实际基础下的基床系数设计值K则应做调整。 K=（Bp/B)Kp,半无限弹性地基模型 文克尔模型是一些互不相干的竖立的弹簧组成，而半无限弹性地基模型是连续弹性介质。 半无限弹性地基模型：变形系数-压缩系数,第二节 软弱地基上的建筑,软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂质土或其它高压缩性土层构成的地基。特点为压缩性大、固结时间长、承载力低。,软弱地基上建筑结构设计中的问题,由地基变形引起的结构应力称结构次应力；由地基沉降引起的结构变形称结构的外加变形。在软弱地基上的建筑容易产生结构次应力和外加变形。 解决的措施：加固地基、建筑措施、结构措施。,建筑措施的目的：提高建筑的整体刚度，增强抵抗不均匀沉降的危害性的能力。 措施：尽量采用简单的建筑体型； 设置沉降缝 控制建筑物的长高比 当建筑物高度差异或荷载差异较大时，可将两者隔开一定的距离,沉降缝的设置部位: 建筑物平面的转折部位； 高度差异或荷载差异处； 长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位； 地基土的压缩性有显著差异处； 建筑结构或基础类型不同处； 分期建造房屋的交界处。 沉降缝的宽度应按建筑物的高度考虑。 相邻建筑物的距离，可以根据预估沉降量和被影响建筑物的长高比两个指标确定。,结构措施： （1）减轻建筑物的自重，选用轻型材料；设置地下室或半地下室，采用覆土少、自重轻的钢筋混凝土基础。 （2）加强基础整体刚度，采用箱形基础、厚筏板基础等，减少不均匀沉降。 （3）增强建筑物的整体刚度和强度。控制长高比、设置圈梁。,第三节 人工地基,人工地基是指经过人工加固处理或是由人工填筑压实的地基。 处理的对象：软弱地基、填土地基、湿陷性黄土地区、膨胀土地基 处理方法：压实法、换土法、灌浆加固法,压实法,对松软粘性土层采用重锤夯实、分层碾压、预压加固、碎石挤密桩；对砂性土层采用振动压实等措施，使地基土中的孔隙减少、密实度增大、强度提高。,机械压实法：指用机械设备将疏松软弱的地基土压实或夯实，以降低其压缩性，提高其承载力的一类方法。 常用的机械有压路机、羊脚碾压机、振动机、混凝土夯锤及起重机等。 施工方法有分层碾压法、振动压实法、重锤夯实法和强夯法。,分层碾压法：常用语每次压实深度30-40cm，要分层铺土分层碾压。利用压实系数和控制含水量控制。 振动压实法：常用于处理砂土地基和粘土含量较少、透水性较好的松散杂填土地基。,夯实法 重锤夯实法：破坏黄土的结构，减少其湿陷性；含水饱和度不宜太高，击实影响深度范围内不宜有饱和的软弱下卧层。地下水位应低于夯实影响深度。 强夯法：利用巨大的冲击能，使土中出现很大的冲击波和动应力，土中的许多微气泡发生瞬间压缩，孔隙水压力增大，使土体局部野外，在夯击点周围产生许多径向裂隙，孔隙水得以迅速排出，土体迅速固结。适用于砂土、粉土、湿陷性黄土、杂填土和粘性土。,换土法,换土法是指将工程性质不符合设计要求的地基土挖除一部分，并用好土分层回填，以用作基础持力层的地基处理方法。置换以后的持力层称为垫层。,软土地基的换土法：当厚度不大于3m时全部换掉；当软弱土层较厚，可以换掉一部分，留下一部分，但是要进行下卧土层的承载力验算。 砂垫层宽度： b b+2Ztg,膨胀土换土法：把地基主要胀缩变形层内的膨胀土全部或部分挖除，回填灰土，以消除或减小地基的膨胀变形。回填用的灰土是用重量比为1:10的熟石灰与膨胀土经过破碎拌和而成。,湿陷性黄土换土法：利用三七灰土分层回填夯实。湿陷性黄土地基的处理深度决定于黄土的湿陷起始压力Psh与上覆土饱和自重压力Z及建筑物在地基中的附加压力Pz的关系。若垫层厚度大于3m则考虑其它处理方法。 Z+ PzPsh,预压加固法,在建筑物施工之前，先在饱和软土地基上堆放重物，使地基逐渐渗水固结，以降低其压缩性，并提高其承载力的方法。 为了加速固结，可以在软土地基上钻一些竖向井孔，并用细砂回填。 真空预压法，在软土表面铺设砂垫层，然后做竖向砂井或塑料排水管，在砂垫层上面覆盖密封塑料膜使软土与大气隔断。利用吸水管和真空泵抽气，形成真空。,挤密桩法,砂桩挤密法：通过振动沉管成孔设备在软基上成孔，再用中、粗、砾砂填孔，使原有的地基土受到挤密作用而改善其工程特性的方法。,振冲碎石桩法：先用振冲成孔设备在松砂类地基上成孔，再向孔中填砂石料并同时用振冲设备振动密实成桩，用以挤密地基土。一般用于加固砂性土地基和剪切强度大于20kPa的地基土。,化学浆液加固法,用水泥浆液配以速凝剂或使用硅酸钠为主剂，配制成混合溶液，通过压力泵灌注或搅拌混合等方法将地基土胶结起来，成为圆柱状固结体，使地基形成复合地基，以提高地基承载力。,高压旋喷水泥浆法：用钻机和超高压水泥浆泵组成的施工设备系统。钻机在预定孔位钻孔到设计高程后，用超高压水泥浆泵通过安装在钻杆低端的横向喷嘴向周围射水泥浆液，同时钻杆旋转上升。 水泥浆流失多，用量大。适合局部加固。,深层搅拌水泥浆法：通过专用设备“深层搅拌机”在地基深处把软土与水泥浆拌和在一起，形成水泥土桩以加固地基的方法。,加筋土法：在压实填土地基中分层铺设一些拉筋约束土体侧向位移，减少地基沉降量和增大地基承载力。,第四节 桩基础,桩基础是一种由桩和连接桩顶的桩承台组成的深基础，简称桩基。 桩基础承载力高、沉降量和沉降差都较小，抗震能力好，几乎可以应用于各种工程地质条件和各种类型的工程，尤其适用于建筑在软弱地基上的重型建筑物。,桩的类型,按承台与地面的相对位置，可以分为低承台桩基和高承台桩基。 按桩的材料可以分为木桩、钢桩、混凝土桩。 混凝土桩具有强度高、耐久性好，桩的尺寸不受限制，能适应各种土层，材料供应方便等优点。按钢筋桩的施工方法分，有钢筋混凝土预制桩、钢筋混凝土、灌注桩和钢筋混凝土爆扩桩。,钢筋混凝土预制桩,预先在钢筋混凝土构件厂（或工地现场）做好，运到工地的预定位置，用打桩机（或压桩机）打入（或压入）地下的钢筋混凝土桩。,预制桩单桩轴向承载力,端承桩：桩尖落到岩层上，桩顶上的荷载主要由桩端的岩层来承受。 摩擦桩：桩尖只能穿过弱土层进入到中等密实的土层，那么桩尖在桩顶荷载作用下，要向下发生一定的位移，这时桩周围的土要对桩发生摩擦阻力，阻碍桩下沉。这时桩的承载力由桩身周围的摩擦力和桩端土层的阻力构成。,单桩承载力是指桩基土和桩身都处于稳定状态的承载力。 预制桩的单桩轴向承载力的确定方法有三种：静力试验法（单桩静荷载试验，静力触探试验）、动力试验法（打桩公式、波动方程法）和计算公式法（经验公式和理论公式）。,单桩承载力的静荷载试验确定法,1.分级加载； 2. 定时测读桩顶沉降量； 3. 沉降稳定； 4. 终止加载； 5. 卸载观测； 6. 单桩极限承载力的确定； 7.单桩承载力标准值。,预制桩单桩承载力的经验公式估算法,摩擦桩： 端承桩：,桩基承载力,桩基础承载力即组成桩基础的群桩的承载力。由摩擦桩群组成的桩基础称端承桩基础；由摩擦桩群组成的桩基础称摩擦桩基础。 端承桩基础的竖向承载力为各单桩轴向承载力之和。可以认为桩基础的沉降量等于单桩静荷载试验时相应荷载的沉降量。,摩擦柱基础承载力 根据摩擦桩群的桩数及桩间距离等条件，确定方法不同。 1. 桩数少于9根及桩列不多于两排的条形桩基础承载力，等于各单桩承载力之和。当桩间距离大于6倍桩径时，沉降量等于在同样土层中静载试验时相应荷载的单桩沉降量；当小于6倍桩径时，则把群桩作为整体深基础考虑，用分层总和法计算。,2. 多于9根桩的桩基承载力 单桩相互之间的影响不能忽视。将此桩基视作一假想实体深基础。其埋深即为桩端埋深，其底面尺寸为群桩外围的平面尺寸加上摩擦桩应力扩散角的底边宽度。 承载力确定原则：当假想基础中心受压时，承台下群桩中各桩所分担的轴向压力不得超过其单桩承载力设计值R，并且基底压力不得超过桩群底端土层的地基承载力；当偏心受压时，承台下桩群中的各桩所分担的最大轴向压力不得超过1.2R,并且基底压力最大值不得超过地基承载力的1.2倍。,桩基础的设计,设计步骤 （1）确定桩的类型和几何尺寸，初步选择承台底面标高； （2）确定单桩承载力； （3）确定桩的数量及平面布置； （4）确定群桩承载力，必要时要进行地基变形验算； （5）计算桩基中各桩的荷载，做单桩设计； （6）设计承台。,桩的类型和桩长的选择,类型决定于工程地质条件的好坏，能否使用预制桩，决定于打桩时是否会遇到障碍物，如孤石、岩脉等。如打桩困难，可采用灌注桩。 桩长要根据持力层的深度确定。,桩的根数及布置,桩的根数 中心荷载：n(N+G)/R; R=1.2Rk，对于3根和以下取R=1.1Rk 。 偏心荷载：n (1.1-1.2)(N+G)/R,桩的布置 布置原则：尽可能使桩基内的每根桩受的荷载接近或相当，以发挥每根桩的最大效用。,验算桩的荷载 轴心受压：Q=（N+G）/nR； R=1.2Rk 当n 3时，R=1.1Rk。 偏心受压： Q=（N+G）/n±Myi/yi2 Qmax 1.2 R,桩的负摩擦力问题,阻碍桩的下沉的摩擦力，是构成摩擦桩承载力的一部分，成为正摩擦力。 增大桩的下沉量的摩擦力称为负摩擦力。,确定作用在桩上的负摩擦力的大小，首先应确定中心点的深度及软土的摩擦强度。,由于桩基础在工程荷载作用之下的沉降过程与上层软弱土的固结沉降过程并不一定同时发生，所以，中性点的位置很难确定。通常通过估算确定桩的负摩擦力。,钢筋混凝土灌注桩,钢筋混凝土灌注桩是指在工地预制的桩位上用机具设备先钻出桩孔，再向桩孔布置钢筋、浇灌混凝土所形成的钢筋混凝土桩。根据地基土中不同的成孔方法，灌注桩主要分为锤击灌注桩和钻孔灌注桩。,锤击沉管灌注桩：用打桩机在设计桩位将带有活动钢筋混凝土桩靴的钢管打入到地下设计标高，通过钢管放入钢筋，再一边灌注混凝土，一边提升钢管，桩靴自动脱落留在孔底，混凝土与钢筋充填桩孔而形成钢筋混凝土灌注桩。还可以用锤击沉管成孔法做成扩大装。,钻孔灌注桩：钻孔灌注桩是采用冲击钻或回转钻在工地设计桩位上钻进成孔随后置放钢筋灌注混凝土而成的钢筋混凝土桩。在钻进过程中要向孔内不断灌水（或泥浆），利用水头（或泥浆水位）保持孔壁不塌，钻孔到预定深度后，如用泥浆钻进就要进行洗孔，后放入钢筋骨架并灌入混凝土。,钢筋混凝土爆扩桩,钢筋混凝土爆扩桩是指利用炸药的扩张力将预定桩位上的细导孔爆炸扩张成合乎需要的桩孔，再经布置钢筋，灌注混凝土做成的钢筋混凝土桩。爆扩桩通常带有扩大的底端。用基础承台把若干爆扩桩练成的整体就是爆扩桩基础。,钢筋混凝土爆扩桩基础的形式 单桩、并联桩、双扩大端庄、斜桩或群桩构成。,爆扩桩适宜于作短桩，最佳桩长范围是2.5-7m。适用于上覆软土层不超过7m的地基。山区建设中基岩起伏不平，覆盖土层厚薄不均时，或下伏岩层的基岩表面坡度较大时，爆扩短桩明显优于其它桩型。 不适用于持力层地质条件复杂，地下洞穴、旧基础、漂石较多的建筑场地。,爆扩桩的施工要点：,爆扩桩的尺寸及构造： 爆扩桩应利用比较坚硬的土层作持力层。深度一般在2.5m-7m之间，通常范围是3-6m。 爆扩桩的直径一般由计算决定，但不得小于200mm，一般采用250-500mm。桩头直径可取为桩身直径的2.5-3.5倍。,桩身材料及桩型 混凝土强度等级不宜低于C15，一般为C20，混凝土骨料粒径不宜大于25-30mm，爆破前浇筑的混凝土坍落度，在粘土中可取12-18mm，在砂土及矿渣填土中可取15-20mm。爆破后浇筑的混凝土强度，其坍落度取7-12mm。,作业,软土地基上建筑结构设计中的问题有哪些？解决这些问题的建筑措施有哪些？沉降缝如何设置？ 桩基的承载力如何确定？,