地基和基础设计 (2)ppt课件

1、第第10章章 地基和根底的设计地基和根底的设计主要内容主要内容l概 述l地基和根底类型l根底埋深的选择l天然地基上浅根底的设计l地基和根底的验算第第1节节 概概 述述基基 础础地地 基基地 基 种 类l天然地基天然地基l 未经人工处置就可满足设计要求的地基。未经人工处置就可满足设计要求的地基。l人工地基人工地基l 地层承载力不能满足设计要求，需进展加固地层承载力不能满足设计要求，需进展加固处置的地基。处置的地基。l l 基 础 种 类l浅根底浅根底l 埋深埋深35m,只需挖槽、排水等普通施工程序只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的根底。即可建造的根底。l深根底深根底l 借助于特殊施工方法建造

2、的根底。如桩基、借助于特殊施工方法建造的根底。如桩基、墩基、沉井和地下延续墙。墩基、沉井和地下延续墙。l l 墙下条形根底南京地铁火车站基坑施工现场南京地铁火车站基坑施工现场建成后的盾构隧道建成后的盾构隧道原根底原根底Old foundation根底托换根底托换UNDERPINING新根底新根底New foundation盾构隧道盾构隧道Shield tunnel楼房楼房building边坡支护工程照片边坡支护工程照片l一、地基和根底的设计原那么l1、保证地基和根底具有足够平安度的整体稳定性；l2、在长期荷载作用下，根底沉降不引起上部构造损坏，并在允许范围内；l3、地基具有足够的抗渗稳定性。设

3、计原那么对地基: pf, ss, 或对根底: 强度、刚度、耐久性l二、思索地基、根底、墩台及上部构造整体作用l l 建筑物是一个整体，地基、根底和上部构造是共同任务且相互影响的，地基的任何变形都必定引起根底和上部构造的变形；不同类型的根底会影响上部构造的受力和任务；上部构造的力学特征也必然对根底的类型与地基的强度、变形和稳定条件提出相应的要求，地基和根底的不均匀沉降对于超静定的上部构造影响较大，由于较小的根底沉降差就能引起上部构造产生较大的内力。同时恰当的上部构造也具有调整地基根底受力条件，改善位移情况的才干。因此，根底工程应严密结合上部构造特性和要求进展；上部构造的设计也应充分思索地基的特点

4、，把整个构造物作为一个整体，思索其整体作用和各个组成部分的共同作用。 l三、地基和根底的设计步骤l1、确定地基承载力；l2、选择地基和根底的类型；l3、选择根底埋深；l4、确定根底构外型式和资料；l5、确定根底布置和尺寸；l6、验算地基和根底的稳定、沉降；l7、进展施工图设计。 建筑物荷载经过根底作用于地基，对地基提出两个方面的要求。 1.1.变形要求变形要求 建筑物根底在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物允许的范围内。 2.2.强度和稳定性要求强度和稳定性要求 建筑物的基底压力应在地基允许的承载才干之内。地基承载力：地基土单位面积上所能接受荷载的才干。地基承载力：地基土单位面积

5、上所能接受荷载的才干。极限承载力极限承载力(pu): 地基不致失稳时单位面积能接受的最大荷载。地基不致失稳时单位面积能接受的最大荷载。地基允许承载力地基允许承载力(pa): 思索一定平安贮藏后的地基承载力。思索一定平安贮藏后的地基承载力。 一、地基承载力概念一、地基承载力概念第第2节节 地基承载力确实定地基承载力确实定四、确定地基允许承载力的方法四、确定地基允许承载力的方法 确定地基允许承载力的方法，普通有以下三种：1. 根据载荷实验的ps曲线来确定地基允许承载力；2. 根据设计规范确定(新规范已取消)；3. 根据地基承载力实际公式确定地基允许承载力。 cqpcNdNbNf21留意：第一项对应

6、基底以下土容重； 第二项对应基底以上土容重； 地下水位以下的容重一概采用浮容重。l一、按实际公式计算的方法l 1.按极限荷载确定地基承载力l 1太沙基公式：l 适用于以中心垂直荷载为主的各类建筑物条形根底。 用太沙基极限荷载公式计算地基承载力时，其平安系数应取为3。地下水位在滑动面与基底之间h1db)()( 111bhbhbhcqucNdNbNf21地下水位在滑动面与基底之间地下水位在基底与地面之间h2h2bd)()( 222dhdhdh地下水位在基底与地面之间cqucNdNbNf21三、汉森极限承载力实际三、汉森极限承载力实际 式中：式中：ccccqqqquidscNidsqNidsBNp2

7、1汉森公式汉森公式: :sr、sq、sc 根底的外形系数ir、iq、ic 荷载倾斜系数dr、dq、dc 深度修正系数Nr、Nq、Nc 承载力系数 普朗特尔、太沙基等极限荷载公式，只适用于中心竖向荷载作用时的条形根底，同时不思索基底以上土的抗剪强度的作用。假设根底上作用的荷载是倾斜的或有偏心，基底的外形是矩形或圆形，根底的埋置深度较深，计算时需求思索基底以上土的抗剪强度影响。 汉森(Hanson,1970)提出的在中心倾斜荷载作用下，不同根底外形及不同埋置深度时的极限荷载计算公式： 一、确定地基承载力特征值一、确定地基承载力特征值 当e0.033b,根据土的抗剪强度目确实定地基承载力：kcmdb

8、acMdMbMffa 土的抗剪强度目确实定的地基承载力特征值；Mb、Md、Mc 承载力系数可根据k查表得到)；地基土的重度，地下水位以下取浮重度；d根底埋置深度(m)，从室外地面标高计算；m基底以上土的加权重度，地下水位以下取浮重度；b 根底底面宽度，大于6m时，按6m取值；对于砂土小于3m时按3m取值；ck 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力规范值。二、按规范方法确定地基承载力抗剪强度目的规范值抗剪强度目的规范值ckck、k ka.a.根据室内根据室内n n组三轴实验结果，组三轴实验结果，计算土性目的的平均值、规计算土性目的的平均值、规范差和变异系数范差和变异系数/niin11) 1/()(1

9、22nnnii平均值平均值规范差规范差变异系数变异系数b.b.计算内摩擦角和粘聚力的计算内摩擦角和粘聚力的统计修正系数统计修正系数 、cc2678. 4704. 11nnccnn2678. 4704. 11c.c.计算内摩擦角和粘聚力的计算内摩擦角和粘聚力的规范值规范值kcckc 从前述临界荷载及极限荷载计算公式可以看到，当根底越宽，埋置深度越大，土的抗剪强度目的值越大时，地基承载力也添加。 二、确定地基承载力特征值修正二、确定地基承载力特征值修正 规定：当规定：当b3m或或d0.5m，地基承载力特征，地基承载力特征值应该进展修正。值应该进展修正。fa 修正后的地基承载力特征值fak 地基承载

10、力特征值，根据强度目确实定b、 d根底宽度和埋深的地基承载力修正系数(可查表)5 . 0()3(dbffmbbaka阐明：阐明： 规定地基承载力特征值还可以由载荷实验或规定地基承载力特征值还可以由载荷实验或其它原位测试、并结合工程阅历等方法综合确定。其它原位测试、并结合工程阅历等方法综合确定。关于地基承载力的讨论 地基承载力的研讨是土力学的主要课题之一，地基承载力确实定也是一个比较复杂的问题，影响要素较多。其大小确实定除了与地基土的性质有关以外，还取决于根底的外形、荷载作用方式以及建筑物对沉降控制要求等多种要素。 一、关于载荷板实验确定地基允许承载力一、关于载荷板实验确定地基允许承载力 用载荷

11、实验曲线确定的地基允许承载力在或为设计允许承载力时，均未包括根底埋置深度对地基承载力的影响，应进展深度修正。 载荷实验的压板宽度总是小于实践根底的宽度，这种尺寸效应是不能忽略的。因此有必要时应进展地基和根底的变形验算。 从临塑荷载与临界荷载公式推导中，可以看出： 1计算公式适用于条形根底。这些计算公式是从平面问题的条形均布荷载情况下导得的，假设将它近似地用于矩形根底，其结果是偏于平安的。 2计算土中由自重产生的主应力时，假定土的侧压力系数 ，这是与土的实践情况不符，但这样可使计算公式简化。普通来说，这样假定的结果会导致计算的塑性区范围比实践偏小一些。 3在计算临界荷载 时，土中已出现塑性区，但

12、这时仍按弹性实际计算土中应力，这在实际上相互矛盾的，其所引起的误差是随着塑性区范围的扩展而加大。10K4/1p二、关于临塑荷载和临界荷载二、关于临塑荷载和临界荷载 对于平面问题，假设不思索根底外形和荷载的作用方式，那么地基极限承载力的普通计算公式为： 上式阐明，地基极限承载由换算成单位根底宽度的三部分土体抗力组成： 1滑裂土体自重所产生的摩擦拉力； 2根底两侧均布荷载所产生的抗力； 3滑裂面上粘聚力所产生的抗力。bNcNqNpcqu三、关于极限承载力计算公式三、关于极限承载力计算公式1极限承载力公式的含义3. 极限承载力公式的局限性 该当指出的是，一切极限承载力公式，都是在土体刚塑性假定下推导

13、出来的，实践上，土体在荷载作用下不但会产生紧缩变形而且也会产生剪切变形，这是目前极限承载力公式中共同存在的主要问题。因此对地基变形较大时，用极限承载力公式计算的结果有时并不能反映地基土的实践情况。 2. 确定允许承载力时平安系数的选用 不同极限承载力公式是在不同假定情况下推导出来，在确定允许承载力时，其选用的平安系数不尽一样。普通用太沙基极限承载力公式，平安系数采用3，用汉森公式，对于无粘土可取2，对于粘性土可取3。第第3节节 地基和根底类型及其选择地基和根底类型及其选择选择地基根底类型，主要思索两方面要素： 1、建筑物的性质； 2、地基的地质情况。1、普通粘性土地基: 土质均匀、承载力大，可

14、作为天然地基； 2、软土地基: 紧缩性高、地基承载力小、透水性差。 3、粉土和细砂地基：振动荷载作用下易液化。 4、砂卵石地基：强度高，紧缩性小，但浸透性强。天然地基，人工地基天然地基，人工地基根底浅基(造价低、施工方便)深基埋深大于5米 做在天然地基上，埋置深度小于5米的普通根底柱基或墙基以及埋置深度虽超越5米，但小于根底宽度的大尺寸根底如箱形根底，在计算中根底的侧面摩擦力不用思索，统称为天然地基上的浅根底。按资料和构造两方面分类。1、砖根底、砖根底就地取材、价钱较低、施工简便2、三合土根底、三合土根底 石灰、砂、碎砖或碎石，按体积比为1:2:4 1:3:6配成，常用于地下水位较低的四层及四

15、层以下的民用建筑工程中。3、灰土根底、灰土根底石灰和土(粘性土)按其体积比为3:7或2:8，灰土根底适用于地下水位较低，五层及五层以下的混合构造房屋和墙承重的轻型工业厂房。4、毛石根底、毛石根底未风化的毛石，毛石根底的宽度及台阶高度不得小于40mm。5、混凝土和毛石混凝土根底、混凝土和毛石混凝土根底 混凝土根底的强度、耐久性、抗冻性都较好。 上述根底，设计时必需保证其拉、剪应力不超越相应资料强度设计值这种保证是经过对根底构造的限制来实现的。6、钢筋混凝土根底、钢筋混凝土根底 钢筋混凝土根底强度度大，具有良好的抗弯性能，在一样条件下，根底的厚度较薄。建筑物的荷载较大或土质较脆弱时，常采用这类根底

16、。适宜于“ 宽基浅埋情况。前述的根底根据受力特点可分类为：1、砖根底2、三合土根底3、灰土根底4、毛石根底5、混凝土和毛石混凝土根底6、钢筋混凝土根底(1)、柱下单独根底、柱下单独根底 柱根底主要类型。依资料，常采用砖石、混凝土和钢筋混凝土等。(2)、墙下单独根底、墙下单独根底 当上层土质松散，而在不深处有较好的土层时，为了节省根底资料和减少开挖土方量而采用的一种根底方式。条形根底是指根底长度远大于其宽度的一种根底方式。(1)、墙下条形根底、墙下条形根底承重墙根底的主要方式，常用砖、毛石、三合土和灰土建造。当上部构造荷重较大而土质较差时，可采用混凝土或钢筋混凝土建造。(2)、柱下钢筋混凝土条形

17、根底、柱下钢筋混凝土条形根底地基脆弱而荷载较大。荷载较大的高层建筑。 地基脆弱而荷载又很大，采用十字形根底仍不能满足要求或相邻基槽间隔很小时。 箱形根底是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横交叉的隔墙构成。 具有很大的整体刚度。 根底中空部分可作地下室，与实体根底相比可减小基底压力。 适于高层建筑物的根底。第第4节节 根底埋深的选择根底埋深的选择根底埋置深度是指设计地面到根底地面的深度根底埋置深度是指设计地面到根底地面的深度原那么： 在保证平安可靠的前提下，尽量浅埋，但不应浅于0.5m。 根底顶面低于设计地面至少0.1米。 根据实践情况，选择良好的土层作为根底持力层，减小根底尺寸，减少土方开挖，使根底

18、的造价最低。一、与建筑物有关的条件 包括建筑物的用途，有无地下室、设备根底和地下设备，根底的型式和构造等。二、作用在地基上的荷载大小和性质三、工程地质条件和水文地质条件 合理选择地基持力层。另外，选择根底埋深时应留意地下水的埋藏条件和动态。渗流力、浮托力应选好土层作为持力层。1、假设表层土好、下层土软，根底应尽量浅埋2、假设表层土软、下层土好，如图。应详细分析H软土好土H5米，采用深基H2米 选下层土H=24米低层：选上层土，需加强上部构造；其它：选下层土3、位于边坡坡顶上的建筑物要求：条基：d(3.5ba)tg矩形根底：d(2.5ba)tg条件：坡高h8m，坡角45o、b3m为防止费事，根底

19、应尽量埋在地下水位以上。根底位于水下时，要思索流砂、涌土及地下水水质问题。 4、地下水位、地下水位 遇承压水时(如图)，应验算基坑的稳定性。即：u/ 1其中：u=rwh; =r1z1 + r2z2四、相邻建筑物的根底埋深四、相邻建筑物的根底埋深当存在相邻建筑物时，新建建筑物的根底埋深不当存在相邻建筑物时，新建建筑物的根底埋深不宜大于原有建筑物的根底埋深。宜大于原有建筑物的根底埋深。当埋深大于原有建筑物的根底埋深时，两根底之当埋深大于原有建筑物的根底埋深时，两根底之间应坚持一定间应坚持一定净距，其数值应根净距，其数值应根据原有建筑物荷载据原有建筑物荷载大小、根底型式和大小、根底型式和土质情况而定

20、。土质情况而定。五、地基土冻胀和融陷的影响五、地基土冻胀和融陷的影响l一、基底轮廓外形l 普通应与上部构造顺应。尽量使根底设计成中心受压形状，使荷载经过基底面积形心；如必需设计成偏心受压形状，那么应根据地基的地质条件、建筑物的特点和荷载情况，使根底的偏心距尽量小或控制在一定的适宜值范围。第第5节节 天然地基上浅根底的设计天然地基上浅根底的设计二、计算基底尺寸1. 轴心荷载要求 p fvaGfAAdrFAGFp 而drfFAGv 则 方形根底：drfFAbGv 矩形根底：drFAlbG 条形根底：沿长度(l)方向取1m, 故：drfFAbGv12. 偏心荷载偏心荷载要求：p fapmax 1.2

21、fae l/6设计中，先试算，后验算。WMAGFppkkkminmaxl二、刚性根底剖面尺寸和设计l自学自学例题例题3-1P51l三、钢筋混凝土根底的型式和剖面设计l一型式和构造l1、柱下独立根底a阶梯形 b角锥形 c杯口形l2、墙下条形根底无 肋有 肋l二剖面设计l1、柱下独立根底: 进展抗冲切破坏验算l2、墙下条形根底: 进展抗剪切破坏验算l三配筋计算l 根据基底最大弯矩进展配筋计算。l自学例题3-2P56第第6节节 地基和根底验算地基和根底验算l一、地基稳定性验算l1、沿根底底面程度滑动验算l2、深层整体滑动验算l3、倾覆稳定性的验算l1、沿根底底面程度滑动验算黏土铺盖必要时设防渗帷幕滑

22、动力抗滑阻力sFl2、深层整体滑动验算滑动力矩抗滑力矩sF黏 土 铺 盖必 要 时 设 防 渗 帷幕l3、倾覆稳定性的验算倾覆力矩抗倾覆力矩sF 建筑措施建筑措施构造措施构造措施施工措施施工措施三、减轻不均匀沉降危害的措施三、减轻不均匀沉降危害的措施一、建筑措施一、建筑措施二、构造措施二、构造措施三、施工措施三、施工措施挡土墙设计挡土墙设计l一、挡土墙类型一、挡土墙类型n1.1.重力式挡土墙重力式挡土墙块石或素混凝土砌筑而成，靠本块石或素混凝土砌筑而成，靠本身重力维持稳定，墙体抗拉、抗身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，剪强度都较低。墙身截面尺寸大，普通用于低挡土墙。普通

23、用于低挡土墙。n2.2.悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承稳定，墙体内拉应力由钢筋承当，墙身截面尺寸小，充分利当，墙身截面尺寸小，充分利用资料特性，市政工程中常用用资料特性，市政工程中常用墙顶墙顶墙基墙基墙趾墙趾墙面墙面墙背墙背墙趾墙趾墙踵墙踵立壁立壁钢筋钢筋n3.3.扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺陷，增设扶弯矩和挠度过大缺陷，增设扶壁，扶壁间距壁，扶壁间距0.8

24、1.0h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙体稳定靠扶壁间填土重维持n4.4.锚定板式与锚杆式挡土墙锚定板式与锚杆式挡土墙预制钢筋混凝土面板、立柱、预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持稳定由拉杆和锚定板来维持墙趾墙趾墙踵墙踵扶壁扶壁墙板墙板锚定板锚定板基岩基岩锚杆锚杆l二、挡土墙计算二、挡土墙计算n1.1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定n2.2.地基承载力验算地基承载力验算挡土墙计算内容挡土墙计算内容n3.3.墙身强度验算墙身强度验算抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa06 . 10faxfaztzExEGxK抗倾覆稳定条件抗倾覆稳定条件)cos(aaazEE)sin(aaaxEEacotzbxf0tanabzzf挡土墙在土压力作用下能够绕墙趾挡土墙在土压力作用下能够绕墙趾O O点向外倾覆点向外倾覆Ox0 xfbz抗滑稳定验算抗滑稳定验算3 . 1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件抗滑稳定条件0cosaGGn)cos(0aaaanEEEaEanEatGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下能够沿根底挡土墙在土压力作用下能够沿根底底面发生滑动底面发生滑动0sinaGGt)sin(0aaaa