[宝典]土木基础工程课件--地基基础设计的基础道理

1、2021-12-29 第2章 浅根底 2-1 概述 2-2 浅根底的类型 2-3 根底埋置深度的选择 2-4 浅根底的地基承载力 2-5 根底底面尺寸确实定 2-6 扩展根底设计 2-7 联合根底设计 2-8 减轻不均匀沉降危害的措施2021-12-292-1 概 述天然地基上的浅根底本章讨论人工地基上的浅根底2.1.1 浅根底设计内容2.1.2 浅根底设计方法2.1.3 地基根底设计原那么2021-12-291. 地基的类型一般土质地基一般土质地基特殊土质地基特殊土质地基土质地基土质地基岩石地基岩石地基土岩组合地基土岩组合地基天然地基天然地基换填地基换填地基强夯地基强夯地基压实地基压实地基灌

2、浆地基灌浆地基复合地基复合地基人工地基人工地基地基地基2021-12-292. 根底的类型柱柱下下独独立立基基础础墙墙下下条条形形基基础础刚刚性性基基础础（无无筋筋扩扩展展基基础础）柱柱下下独独立立基基础础墙墙下下条条形形基基础础钢钢筋筋混混凝凝土土扩扩展展基基础础柱柱下下条条形形基基础础筏筏板板基基础础箱箱形形基基础础浅浅基基础础桩桩基基础础沉沉井井基基础础沉沉箱箱基基础础地地下下连连续续墙墙基基础础组组合合型型深深基基础础深深基基础础基基础础2021-12-292.1.1 浅根底设计内容主要内容：1.选择根底方案确定材料、类型，进行根底平面布置；2.确定地基持力层和根底埋置深度；3.确定地

3、基承载力；4.确定根底的底面尺寸，必要时进行地基变形与稳定性验算；5.进行根底结构设计内力分析、截面计算、构造要求；6.绘制根底施工图，提出施工说明。2021-12-292.1.2 浅根底设计方法常规设计法简化计算法、相互作用设计法。常规设计法要点：特点：满足静力平衡条件；不满足变形协调条件。结论：地基越软弱或越不均匀，按常规设计法计算的结果与实际情况的差异就可能越大。2021-12-29合理的设计方法：考虑地基、根底与上部结构的相互作用分析难度较大。常规设计法适用条件：1.地基沉降较小或较均匀；2.根底刚度较大。2021-12-292.1.3 地基根底设计原那么2021-12-295)地基内

4、有厚度较大或厚薄不匀的填土，其自重固结未完成时。即应验算地基变形。2021-12-292021-12-292021-12-292021-12-29标准值2021-12-29设计值2021-12-29按结构型式分：扩展根底、联合根底、柱下条形根底、柱下交叉条形根底、筏形根底、箱形根底、壳体根底等。2.2.1 扩展根底作用：把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。2.2 浅根底类型按材料分：无筋根底刚性根底、钢筋混凝土根底。2021-12-291. 无筋扩展根底指由砖、毛石、砼、毛石砼、灰土、三合土等材料组成的无需配置钢筋的墙下条形根底或柱下独立根底。俗称“刚性根底。适用于多

5、层民用建筑和轻型厂房。砖：强度等级不低于MU10。砂浆：不低于M5。在地下水位以下或当地基土潮湿时，应采用水泥砂浆砌筑。适用于6层及6层以下的民用建筑和砖墙承重的厂房。(1)砖根底2021-12-29垫层作用素砼，100厚，C10：保护坑底土体不被人为扰动和雨水浸泡；改善根底的施工条件。(2)毛石根底毛石是指未经加工凿平的石料。应采用未风化的硬质岩石，禁用风化毛石。2021-12-29(3)灰土根底石灰和土料按体积比3:7或2:8拌和均匀，在基槽内分层夯实每层虚铺220250mm,夯实至150mm。灰土根底宜在比较枯燥的土层中使用。在我国华北和西北地区，广泛用于5层和5层以下的民用房屋。(4)

6、三合土根底由石灰、砂、骨料矿渣、碎砖、碎石加水混合而成。体积比1:2:4或1:3:6。用于4层和4层以下的民用房屋。2021-12-29四合土根底南方个别地区用：水泥：石灰：砂：骨料1:1:5:10或1:1:6:12(5)砼根底C15。抗压强度、耐久性、抗冻性较好。毛石砼根底： 在砼根底中埋入体积占25%30%的毛石，石块尺寸不宜超过300mm。 可节省水泥用量，减少水化热。2021-12-292. 钢筋砼扩展根底简称扩展根底特点：抗弯、抗剪性能较好，根底高度较小。(1)墙下钢筋砼条形根底(a)(b)图2-3墙下钢筋混凝土条形基础 (a)无肋的； （b）有肋的底板肋垫层2021-12-29(2

7、)柱下钢筋砼独立根底 图2-4 柱下钢筋混凝土独立根底(a)阶梯形根底；(b)锥形根底；(c)杯口根底2021-12-292.2.2 联合根底2021-12-292.2.3 柱下条形根底肋梁翼板(a)(b) 图2-6 柱下条形基础 (a）等截面的 （b）柱位处加腋的 2021-12-29特点：整体抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力；基底压力较均匀；造价高于扩展根底。常用作软弱地基或不均匀地基上框架或排架结构的根底。2021-12-292.2.4 柱下交叉条形根底2021-12-292.2.5 筏形根底特点： 底面积大，故可减小基底压力；可提高地基承载力尤其在有地下室时；能增强根底的整体

8、性，调整不均匀沉降。其他功能：见教材。注意：当地基显著软硬不均时，要慎用。2021-12-29(1)墙下筏形根底 为一块厚度约200300mm的钢筋砼平板。 主要在华东地区采用，浅埋或不埋。 适用于具有硬壳持力层、比较均匀的软弱地基上六层及六层以下承重横墙较密的民用建筑。硬土软土2021-12-29(2)柱下筏形根底(a)(b) 图2-9 筏形基础 （a）平板式（b）梁板式2021-12-292.2.6 箱形根底柱外 墙内 横 墙底 板图 2 - 1 0箱 形 基 础顶 板特点：刚度极大；抗震性能好；有补偿效应。地下室用途受限制；工期长；造价高；施工技术复杂。 柱下条形根底、柱下交叉条形根底、

9、筏形根底、箱形根底又统称为连续根底。2021-12-292.2.7 壳体根底（ a ） 正 圆 锥 壳（ b ） M 形 组 合 壳（ c ） 内 球 外 锥 组 合 壳图 2 1 1壳 体 基 础 的 结 构 型 式其他根底：折板根底等。2021-12-292-3 根底埋置深度的选择 根底的埋置深度是指根底的底面至室外设计地面的距离。确定根底埋深时，除了要考虑持力层的情况外，还应考虑使用功能、地下室、地下设施、根底形式、荷载、地质水文条件、相邻建筑物以及冻胀、冲刷等因素。 2021-12-29根底埋深确实定原那么是：根底埋深确实定原那么是： 在保证平安可靠的前提下尽量浅埋。但根底埋在保证平安

10、可靠的前提下尽量浅埋。但根底埋深不得小于深不得小于0.5m，根底顶面距地面的距离宜大于，根底顶面距地面的距离宜大于0.1m。 同一建筑物下面各局部的根底埋深可以不一致。同一建筑物下面各局部的根底埋深可以不一致。 2021-12-292.3.1 与建筑物有关的条件建筑物在使用功能和用途方面的要求；高层建筑；承受上拔力的根底；高耸结构；冷库等。2021-12-292.3.2 工程地质条件 持力层 下卧层 软弱下卧层2021-12-29对于中小型建筑物：良好土层坚硬、硬塑、可塑状态的粘性土层；密实或中密状态的砂土层和碎石土层；其他中低压塑性土层。软弱土层软塑、流塑状态的粘性土层；松散状态的砂土层；未

11、经处理的填土；其他高压缩性土层。2021-12-29(1)良好土层埋深由其他条件和最小埋深确定。浅埋，一般取d=0.51.5m。(2)软弱土层12层：按情况(1)处理35层：可采用连续根底方案、或人工地基方案。6层以上：桩基方案。2021-12-29(3)软弱土层良好土层h当h2m时：按情况(2)处理。当h短期承载力超强固结土可能例外。2021-12-292021-12-292. 按地基载荷试验确定最可靠浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验。2021-12-29地基静载试验概况平板载荷试验装置示意图百分表百分表堆堆 载载荷载板荷载板主主梁梁平台平台千斤顶千斤顶2021-12-29

12、2021-12-29优缺点：能较好的反映天然土体的压缩性；试验工作量和 费用较大，时间较长。fa确实定方法：ps图2-16 按载荷试验成果确定地基承载力特征值 （a）低压缩性土 （b）高压缩性土puupsp（a）（b）1p2021-12-29(1)当ps曲线上有比例界限p1时，取fak=p1；确定地基承载力实测值：(2)当pu2p1时，取fak=pu/2；应的荷载作为fak ，但其值不应大于最大加载量的一半。 对同一土层，应选择三个以上的试验点，当试验实测值的极差最大值与最小值之差不超过其平均值的30%时，取其平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。确定地基承载力特征值：2021-12-29

13、野外鉴别结果室内物理力学指标现场动力触探试验锤击数fak2021-12-29注意：埋深d的取法，见教材。超载q=mdqd=q/m主裙楼一体的情况2021-12-29 与土力学中介绍的理论公式具有相同的形式，与土力学中介绍的理论公式具有相同的形式，但两者含义不同。但两者含义不同。 还需要注意以下两点：还需要注意以下两点： 1公式中已经包含了根底宽度和埋深的影响；公式中已经包含了根底宽度和埋深的影响； 2公式中的公式中的b是指根底的短边。是指根底的短边。2021-12-292021-12-29基槽检验和地基的局部处理： 在基槽挖至接近槽底时，应由设计、施工和勘察人员对槽底土层进行检查，即所谓“验槽

14、。 对没有地基勘察资料的轻型建筑物，地基浅层情况只能凭验槽了解；有地基勘察报告的工程，主要是核实勘察资料是否符合实际。 通过验槽，可以判断持力层的承载力、地基的均匀程度是否满足设计要求，以防止产生过量的不均匀沉降。 验槽以细致的观察为主，辅以轻便简易的勘探方法，如轻便触探和夯击听音等。 2021-12-29 通过观察验槽和钎探后，如不满足要求，应根据具体情况更改设计或进行地基处理。对于槽底的局部人工填土和墓坑、松土坑、废井，一般宜挖除并用碎石、砂、灰土等分层回填夯实。对于局部松软土，一般应挖除至原土。 当上述挖、填方法由于施工困难等缘故而不宜采用时，可考虑采用钢筋混凝土梁板根底，以跨越局部松软

15、土，或采用增大根底埋深、扩大根底面积、布置联合根底、加设挤密桩或局部设置桩基等方法加以解决。 当柱基或局部基槽下方存在过于坚硬的旧根底、树根和岩石等障碍物时，均应尽可能挖除，以防建筑物产生不均匀沉降或开裂。2021-12-29 2.4.3 地基变形验算 建筑物的地基变形计算值应不大于地基变形允许值 ，即要求满足以下条件： 215回忆2021-12-29地基变形按其特征可分为四种：沉降量独立根底中心点的沉降值或整幢建筑物根底的平均 沉降值；沉降差相邻两个柱基的沉降量之差；2021-12-29倾斜根底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内根底两点的沉降差与其距离

16、的比值。2021-12-29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。2021-12-292021-12-292021-12-29沉降观测 在必要情况下，需要分别预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形值，以便预留建筑物有关局部之间的净空，考虑连接方法和施工顺序。此时，一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已完成80%以上，对于其他低压缩性土可认为已完成最终沉降量的50%80%，对于中压缩性土可认为已完成20%50%，对于高压

17、缩性土可认为已完成5%20% 。 如果地基变形计算值大于地基变形允许值，一般可以先考虑适当调整根底底面尺寸如增大基底面积或调整基底形心位置或埋深，如仍未满足要求，再考虑是否可从建筑、结构、施工诸方面采取有效措施以防止不均匀沉降对建筑物的损害，或改用其他地基根底设计方案。 2021-12-29wwGkkkkhdAFAGFpdpppmcd0室内外平均埋深从已固结完毕的老天然地面算起注意以下三式中d的区别：2021-12-292.5 根底底面尺寸确实定2.5.1 按地基持力层承载力计算基底尺寸要求：pk fawwGkkkkhdAFAGFpwwGakhdfFA柱下独立根底：wwGakhdfFb墙下条形

18、根底：wwGakhdfFbb、l 宜为100mm的整数倍。2021-12-29 某粘性土重度m为18.2kN/m3 ，孔隙比e=0.7，液性指数IL=0.75，地基承载力特征值fak为220kPa。现修建一外柱根底，作用在根底顶面的轴心荷载Fk830kN，根底埋深自室外地面起算为1.0m，室内地面高出室外地面0.3m，试确定方形根底底面宽度。 【解】 先进行地基承载力深度修正。自室外地面起算的根底埋深d=1.0m ,查表25，得d=1.6，由式214得修正后的地基承载力特征值为：例题22fa= fak +dm (d -0.5) =220 +1.618.2(1.0-0.5)=235 kPa202

19、1-12-29mdfFbGak98. 115. 120235830取b=2m。因b3m，不必进行承载力宽度修正。计算根底及其上土的重力Gk时的根底埋深为：d=(1.0+1.3)/2=1.15m。由于埋深范围内没有地下水，hw=0。由式219得根底底面宽度为：2021-12-29要求：pk fapkmax 1.2 fae l/6或pkmin0kkkGFMelepblMhdblFpkkwwGkk6162max2021-12-29试算法步骤：1进行深度修正，初步确定修正后的地基承载力特征值fa。wwGakhdfFA)4 . 11 . 1 (2根据荷载偏心情况，将按轴心荷载作用计算得到的基底面积增大1

20、0%40%，即取3选取基底长边l与短边b的比值n一般取n2，于是有nblnAb2021-12-294考虑是否应对地基承载力进行宽度修正。如需要，在承 载力修正后，重复上述2、3两个步骤，使所取宽度前后 一致。 5计算偏心距e和基底最大压力pkmax，并验算是否满足式 221和224的要求。 6假设b、l 取值不适当太大或太小，可调整尺寸再行验 算，如此反复一二次，便可定出适宜的尺寸。2021-12-29 同例题22，但作用在根底顶面处的荷载还有力矩200kNm和水平荷载20kN见例图2-3，试确定矩形根底底面尺寸。 -0 .3 00 .0 08 3 0 k N2 0 k Npk maxpk m

21、in例 图 2 - 32 4 0 0Gk10006007002 0 0k N . m解 1初步确定根底底面尺寸考虑荷载偏心，将基底面积初步增大20%，由式225得25 . 415. 1202358302 . 12 . 1mdfFAGak例题232021-12-29取基底长短边之比n=l/b=2，于是mnblmnAb0 . 35 . 125 . 12/5 . 4因b=1.5m3m，故fa无需作宽度修正。 2验算荷载偏心距e基底处的总竖向力：Fk+Gk= 830+201.53.01.15= 933.5 kN基底处的总力矩： Mk= 200+200.6 = 212 kNm偏心距： e = Mk/ (

22、 Fk+Gk ) =212/ 933.5 = 0.227 m 1.2fa = 282 kPa 不行 4调整底面尺寸再验算 取b=1.6m，l=3.2m，那么Fk+Gk= 830+201.63.21.15= 947.8 kN e=212/947.8=0.224m )(2 . 19 .262)2 . 3224. 061 (2 . 36 . 18 .947max可以akfkPap所以基底尺寸为1.6m3.2m。 2021-12-29 试确定图218中带壁柱的墙根底的底面尺寸。取图中长度等于壁柱间距3m的T形基底面积为计算单元。作用于根底顶面的竖向力Fk=315kN，作用位置距墙中线0.15m偏向壁柱

23、一侧，修正后的持力层承载力特征值fa=130kPa。 例题24说明原理2021-12-292.5.2 地基软弱下卧层承载力验算E软 弱 下 卧 层E图 2 - 1 7 软 弱 下 卧 层 验 算dzzp要求： z +czfaz 标准值仅作深度修正2021-12-29E软 弱 下 卧 层E图 2 - 1 7 软 弱 下 卧 层 验 算dzzp矩形根底：tan2tan2cdkzzbzlplb条形根底：tan2zzbpbcdk地基压力扩散角值 表2-7Es1/Es2z=0.25bz0.50b3623 510 25 1020 30 注：z0.25b 时取 =0，必要时， 宜由试验确定；z0.50b时值

24、不变。2021-12-29 例图2-5中的柱下矩形根底底面尺寸为 5.4m2.7m，试根据图中各项资料验算持力层和软弱下卧层的承载力是否满足要求。例题252021-12-29解 持力层承载力验算b=0，d=1.0 , fa=209+1.018.0(1.8-0.5)=232.4 kPa =2545kN Mk=950+1801.2+2200.62=13302kNm )(4 .2326 .1744 . 57 . 22545可以kPafkPaAGFpakkk)(9 . 06512. 025451302可以mlmGFMekkk2021-12-29)(9 .2782 . 19 .2734 . 5512. 0616 .17461max可以kPafkPaleppakk软弱下卧层承载力验算 由Es1/Es2=7.5/2.5=3, z/b=2.5/2.70.50,查表2 -7得 =23，tan = 0.424。 tan2tan2zbzlplb