基础工程桩基础课件

基础工程,三峡大学土木与建筑学院,第一章 地基基础的设计原则,1.1 概述 1.2 地基基础设计原则 1.3 地基类型 1.4 基础类型 1.5 地基、基础与上部结构共同工作,强度问题,变形问题,地基中的应力状态,上部结构荷载,（自重应力 附加应力）,地基基础示意图,1.1 概述,基础工程设计的目的 设计等级（安全等级等） 设计状况（持久状况、短暂状况、偶然状况） 基础工程设计的任务 基础结构作用效应分析 基础结构抗力及其他性能分析（按两种极限状态、最不利荷载组合）,1.2 地基基础设计原则,一、概率极限设计法与极限状态设计原则,地基基础设计内容,地基计算,基础设计,控制地基的变形：正常使用极限状态,地基的稳定性验算：斜坡，高耸结构,基础结构的强度 刚度 耐久性,防止地基强度破坏：承载能力极限状态,基础选型 基础埋深和形状尺寸,二、地基基础设计原则,1、地基基础设计的内容和步骤,建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）划分地基基础设计等级：,地基计算的要求,3.荷载取值的规定 荷载取值原则遵循以概率理论为指导的极限状态设计方法 该原则特点： （1）建立结构可靠度与结构极限状态方程； （2）充分考虑各有关影响因素的客观差异性； （3）设计计算工作量大，地基基础设计有些参数因统计资料不足，很大程度凭经验确定。 正常使用极限状态对于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值，如影响建筑物正常使用或外观的地基变形。 承载能力极限状态对于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载大变形，如地基失稳而破坏。,荷载组合形式及应用,一、天然地基 土质地基 岩石地基 特殊土地基 二、人工地基若天然地基软弱，承载力和变形不能满足设计要求时，需对其进行加固处理（如排水固结法处理）的地基。,1.3 地基类型,1.扩展基础 1）无筋扩展基础(刚性基础） 特点：（1）砖、石、灰土、素混凝土等材料抗拉强度很低 （2）有基础台阶宽高比(刚性角)要求 适用条件：多层民用建筑和轻型厂房,一、浅基础,1.4 基础类型,无筋扩展基础,灰土基础 三合土基础 毛石基础 毛石混凝土基础 砖基础 叠合基础 混凝土基础,柱下单独基础 墙下条形基础,2）钢筋混凝土扩展基础(柔性基础) 特点：（1）钢筋混凝土材料 （2）要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求 适用条件：宽基浅埋,支模板2mx2m,某工程柱下独立基础,矩形联合基础 梯形联合基础 连梁式联合基础,特点：调整相邻两柱沉降差、防止两柱相向倾斜； 适用条件：两柱设立独立基础时，其中一柱受限；两柱间距较小而基底面积不足或荷载偏心过大等。,2.联合基础,3.柱下条形基础 4.柱下交叉条形基础,（1）单向条形基础：在同一轴线（或同一方向）上若干个单独基础联合组成的长条形连续基础。 （2）十字交叉条形基础：在柱网下纵横两个方向用条形基础连接组合而成。 特点：抗弯刚度大，具有调整不均匀沉降的能力。 适用条件：地基较软，分布不均；基底面积受相邻建筑物或设备基础的限制无法扩展时；柱荷载差异大，以致基底面积扩大使其彼此接近或相碰时。,某工程柱下条形基础,5.筏形基础,筏形基础是指在建筑物的所有柱墙下面用钢筋混凝土做一块连续的整片基础，也称筏板基础，俗称“满堂红基础”。,特点：基底面积大。整体性好，调整不均匀沉降能力强，抗震性好 适用条件：“硬壳层持力层，较均匀软弱地基上6层及其以下承重横墙密集的民用建筑。,某工程现场筏板基础钢筋网,6.箱形基础,箱形基础是筏形基础的进一步发展，它是由顶板、若干纵横墙和底板所组成的整体结构，如同一只埋在土中的刚性密闭的箱子。,特点：显著减少基底压力，降低基础沉降，抗震性能好； 钢筋水泥用量较大，工期长，造价高，基坑施工及护壁，对周围环境影响较大。 适用条件：高层建筑,7.壳体基础,由圆锥形及其组织形式构成的壳体基础，一般用于筒形的独立构筑物（如烟囱、水塔、料仓、中小型高炉等）的基础。,常见浅基础特点总结,单独基础 条形基础 筏形和箱形基础,基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强,在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小， 刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形,在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用,设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高,1、桩基础以桩为主体构成的深基础，简称桩基。是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后通过桩传递到地基中去。 特点： （1）承载力高、沉降小而均匀、用料 较省、机械化程度高而且 能够广泛 适用于各类地层条件； （2）造价相对较高。在基础选型时， 一般应优先选用浅基础。,二、深基础,30,地基土质差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求。 地基软弱或土性特殊，自重湿陷性黄土、膨胀土等。 荷载大，且伴有较大偏心、水平、动力或周期性荷载作用。 水中基础施工困难，如桥梁、码头、钻采平台等。 需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。,下列情况可考虑采用桩基础：,沉井的概念: 是井筒状的结构物。它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。 ,2.沉井基础,沉井基础示意图 a) 沉井下沉; b) 沉井基础,沉井的优点： 埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载； 沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂。 沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。 沉井的缺点： 施工期较长； 对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜； 沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。,沉井基础,根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础： 1.上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理的； 2.在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时； 3.岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。,3.地下连续墙深基础,地下连续墙技术起源于欧洲，是根据钻井中膨润土泥浆护壁以及水下浇灌混凝土的施工技术而建立和发展起来的一种方法。这种方法最初应用于意大利和法国，在1950年前后，意大利首先应用了排式地下连续墙,1954年，这一施工技术传入法国、德国，并很快得到广泛应用。1959年传入日本，目前，日本为该技术使用最多的国家。,图5-42 地下连续墙施工程序示意图 a）成槽；b）放入接头管；c）放入钢筋笼；d）浇筑混凝土,地下连续墙（简称地下墙）具有以下优点： 结构刚度大；整体性、防渗性和耐久性好； 施工时基本上无噪声、无振动，施工速度快，建造深度大，能适应较复杂的地质条件； 可以作为地下主体结构的一部分，节省挡土结构的造价。 地下连续墙在工程应用中，主要有以下四种类型 ： 作为地下工程基坑的挡土防渗墙，它是施工用的临时结构； 在开挖期作为基坑施工的挡土防渗结构，以后与主体结构侧墙以某种形式结合，作为主体结构侧墙的一部分； 在开挖期作为挡土防渗结构，以后单独作为主体结构侧墙使用； 作为建筑物的承重基础、地下防渗墙、隔振墙等。,基底压力,附加应力,地基沉降变形,基底反力,基础结构的外荷载,上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。,上部结构,基础,地基,建筑物设计,常规设计法将地基、基础、上部结构三者分离，分别对三者进行计算。 优缺点：计算简单（不考虑三者共同作用）；满足静力平衡条件；忽略三者受荷后变形的连续性；不经济、不合理。 适用条件：沉降较小或较均匀；基础刚度大。,1.5 地基、基础与上部结构共同工作,一、地基与基础的相互作用 1、基底反力的分布规律 常规设计，假设基底反力呈线性分布。 实际上，与地基因素有关，还受基础与上部结构的制约。 1）柔性基础：抗弯刚度很小的基础。 像一块放在地基上的柔软薄膜，随地基的变形而任意弯曲 柔性基础不能扩散应力 地基反力分布与作用与基础上的荷载分布完全一致,均布荷载作用下，柔性基础的沉降呈蝶形，即中部大、边缘小。 要使柔性基础的沉降趋于均匀，必须增大基础边缘的荷载，并使中部的相应减少,2）刚性基础 刚性基础的抗弯刚度极大，原来是平面的基底，沉降后依然保持平面。 在中心荷载作用下，基础将均匀下沉。 基础基底反力分布是边缘大、中部小。 基底反力呈马鞍形分布 “架越作用”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。,3）基础相对刚度的影响 基础刚度大，地基中塑性区随荷载增大而扩大，在接近液态软土中，基底反力近乎直线分布。 基础刚度小，扩散能力低，基底出现反力集中。 基础刚度式中，介于上述两者之间。,2、地基非均质性的影响,二、地基变形对上部结构的影响 上部结构刚度（整体刚度）：整个上部结构对基础不均匀沉降或弯曲的抵抗能力。 上部结构分：柔性结构、敏感结构和刚性结构。 以屋架-柱-基础为承重体系的木结构和排架结构是典型的柔性结构。 不均匀沉降会引起较大附加应力的结构，称为敏感结构，例如石砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构。 刚性结构指烟囱、水塔、高炉、筒仓类刚度很大的高耸结构物。,三、上部结构刚度对基础受力状况的影响,(a)上部结构为绝对刚性时，将约束基础变形，仅在支座间发生局部弯曲； (b)上部结构为完全柔性时，对基础变形约束作用很小，基础产生整体弯曲。,四、地基计算模型 表达土的应力应变关系的模式 1.文克勒地基模型 地基上任一点所受的压力强度与该点的地基沉降量s成正比。即： 其中k为基床系数，单位kN/m3,适用范围,1、地基主要受力层为软土。 2、厚度不超过基础底面宽度之半的薄压缩层地基。 3、基底下塑性区相应较大时。 4、支