天然地基上的浅基础

第二章天然地基上的浅基础基础工程

主要内容第一节天然地基上浅基础础的类型及构造第二节基础埋置深度的确确定及刚性扩大基基础尺寸的拟定第三节刚性扩大基础的验验算第四节刚性扩大基础施工工第五节板桩墙围堰的计算算回顾天然地基：没有经经过人为加固处理理的地基人工地基：需人工工加固的软弱地基基浅基础：≤5m，用一般方法法、工艺施工工深基础：(桩基、沉井)，特殊工艺施施工方案组合天然地基人工地基浅基础深基础方案选择造价低易施工安全合理技术先进特点：施工一般采用敞开开挖基坑修筑筑基础的方法法，故亦称称为明挖基础。设计计算时可以忽略基础侧面面土体对基础础的影响，基础结构形形式和施工方方法也较简单单。天然地基浅基基础由于埋深浅，结构构形式简单，，施工方法简简便，造价也也较低，因此是建筑筑物常用的基基础类型。2.1浅基基础的构造与与类型浅基础分类按材料分类按构造分类按受力性能分分类浅基础的分类类：单独基础联合基础条形基础按受力性能分类刚性基础柔性基础按构造分类十字交叉阀板箱形按材料分类砖基础片石基础砼及片石砼基础钢筋砼基础灰土及三合土基础础无筋扩展基础（或或刚性基础）由素混凝土、砖、、毛石、灰土和三三合土等抗压性能能好、而抗弯抗剪剪性能差的材料砌砌筑而成，通常由由台阶的容许宽高比或刚性角控制设计。钢筋混凝土扩展基基础（或柔性基础础）当不便于采用刚性性基础或采用刚性性基础不经济时采采用钢筋混凝土材材料做成的基础，如柱下钢筋混凝土土独立基础和墙下下钢筋混凝土条形形基础）。2.1.1刚性基基础和柔性基础概念：基础在基底反力作作用下，在a-a断面产生弯曲拉应力和剪剪应力若超过了基基础圬工的强度极极限值，为了防止基基础在a-a断面面开裂甚至断裂，，必须在基础中配置足足够数量的钢筋。。在a-a断面所产产生的弯曲拉应力力和剪应力不超过过基础圬工的强度限值。所以以满足上述要求时时，就可得到自墩墩台身边缘处的垂线与基底边缘缘的连线间的最大大夹角α，称为刚性角。在设计时，应使每每个台阶宽度ci与厚度ti保持在一定比例内内，使使其夹角αi<=αmax这时可认为属刚性性基础,不必对基基础进行弯曲拉应力和剪应力力的强度验算，在在基础中也可不设设置受力钢筋。1.刚性基础刚性基础的特点稳定性好，施工简简便用于≤6层的民用建筑、荷荷载较小的桥梁基基础及涵洞等；刚性基础的局限性性当基础承受荷载较较大时，用料多、、自重大，埋深也也加大2钢筋混凝土扩展基基础构造要求墙下钢筋混凝土条条形基础砌体承重墙体及挡挡土墙、涵洞下常常采用的基础形式柱下钢筋混凝土独独立基础建筑物中的柱、桥桥梁中的墩常用基基础形式2.1.2浅基础础的构造（一）刚性扩大基基础砖基础：低层建筑墙下基础础。砌筑方便，强强度低、抗冻性差。≥MU10砖M5砂浆大放脚片石基础：砌筑较方便，抗冻冻性好。砌法：错错缝搭接。≥MU20毛石M5砂浆≥MU20毛石M5砂浆≥MU20片石石；M5砂浆（二）单独和联合合基础砼与片石砼基础：：强度、耐久性和抗抗冻性均较好，适适于荷载大及地下下水位以下结构。。掺入片石要求：：占体积20~30%，尺寸≤300mm。掺入毛石节约水泥柱下砼基础墙下砼基础单独基础联合基础——柱下下十字交叉基础柱基础底板梁联合基础——筏形形基础（板式与梁梁板式）梁柱底板联合基础——箱形形基础柱顶板底版梁隔板条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式式。其横剖面可以以是矩形或将一侧侧筑成台阶形。有时为了增强桥柱柱下基础的承载能能力，将同一排若若干个柱子的基础础联合起来，也就就成为柱下条形基基础。其构造与倒置的T形截面梁相类似，在在沿柱子的排列方方向的剖面可以是是等截面的，也可可以如图那样在柱柱位处加腋的。在在桥梁基础中，一一般是做成刚性基础，个别的也可做成成柔性基础。(三)条形基础条形基础挡土墙下条形基础础柱下条形基础2.2基础埋置置深度的确定和基基础尺寸的拟定定持力层直接支撑基础的土土层下卧层持力层以下的各土土层选择基础埋置深度度也就是选择合适的的地基持力层持力层下卧层层图2.5基基础埋置深深度示意2.2.1基基础埋置深深度的确定将基础设置在在变形较小，，而强度又比比较大的持力力层上，以保保证地基强度度满足要求，，且不致产生生过大的沉降降或沉降差。。还要使基础础有足够的埋埋置深度，以以保证基础的的稳定性，确确保基础的安安全。必须综综合考虑地基基的地质和地地形条件、河河流的冲刷程程度、当地的的冻结深度、、上部结构形形式以及保证证持力层稳定定所需的最小小埋深和施工工技术条件、、造价等因素素。刚性扩大基础沉井基础桩基础1地基的地质质条件岩石地基:覆盖土层较薄时时，一般应清除除覆盖土和风化化层后，将基础础直接修建在新新鲜岩面上；如如岩石的风化层层很厚，难以全全部清除时，基基础放在风化层层中的埋置深度度应根据其风化化程度、冲刷深深度及相应的容容许承载力来确确定。如岩层表表面倾斜时，不不得将基础的一一部分置于岩层层上，而另一部部分则置于土层层上。在陡峭山山坡上修建桥台台时，还应注意意岩体的稳定性性。非岩石地基:如受压层范围内内为均质土，基基础埋置深度除除满足冲刷、冻冻胀等要求外，，可根据荷载大大小，由地基土土的承载能力和和沉降特性来确确定（同时考虑虑基础需要的最最小埋深）。当当地质条件较复复杂如地层为多多层土组成等或或对大中型桥梁梁及其它建筑物物基础持力层的的选定，应通过过较详细计算或或方案比较后确确定。2河流的冲刷刷深度冲刷的基本概念念:洪水冲刷后，整整个河床面要下下降，这叫一般冲刷被冲下去的深度度叫一般冲刷深度同时由于桥墩的的阻水作用，使使洪水在桥墩四四周冲出一个深深坑，这叫局部冲刷河流的冲刷作用用在有冲刷的河流流中，为了防止止桥梁墩、台基基础四周和基底底下土层被水流流掏空冲走以致致倒塌，基础必必须埋置在设计计洪水的最大冲冲刷线以下不小小于1m。特别别是在山区和丘丘陵地区的河流流，更应注意考考虑季节性洪水水的冲刷作用。。冲刷总深度(m)

最小埋置深度(m)桥梁类型0<3≥3≥8≥15≥20一般桥梁1.01.52.02.53.03.5技术复杂修复困难的特大桥及其它重要大桥1.52.02.53.03.54.0对于大、中桥基基础的基底在设设计洪水冲刷总总深度以下的最最小埋置深度，，建议根据桥梁梁大小、技术的的复杂性和重要要性，参照下表表采用。3当地的冻结结深度为了保证建筑物物不受地基土季季节性冻胀的影影响，除地基为为非冻胀性土外外，基础底面应应埋置在天然最最大冻结线以下下一定深度。《《公桥基规》规规定，当上部结结构为超静定结结构时，基底应应埋置在最深冻冻结线以下不小小于0.25m；对静定结构构的基础，一般般也按此要求，，但在冻结较深深地区，为了减减少基础埋深，，有些类别的冻冻土经计算后也也可将基底置于于最大冻结线以以上。4上部结构型型式对中、小跨度简简支梁桥来说，，这项因素对确确定基础的埋置置深度影响不大大。但对超静定定结构即使基础础发生较小的不不均匀沉降也会会使内力产生一一定变化5.当地的地形形条件当墩台、挡土墙墙等结构位于较较陡的土坡上，，在确定基础埋埋深时，还应考考虑土坡连同结结构物基础一起起滑动的稳定性性。当地基为倾斜土土坡时，应结合合实际情况，对对地基容许承载载力适当折减。。若基础位于较陡陡的岩体上，可可将基础做成台台阶形，但要注注意岩体的稳定定性。6保证持力层稳定定所需的最小埋埋置深度地表土的性质是是不稳定的。人人类和动物的活活动以及植物的的生长作用，也也会影响其强度度和稳定，所以以一般地表土不不宜作为持力层层.为了保证地基和和基础的稳定性性，基础的埋置置深度（除岩石石地基外）应在在天然地面或无无冲刷河底以下下不小于1m。在确定基础埋置置深度时，还应应考虑相邻建筑筑物的影响.现举一简例来说说明如何较合理理地确定基础埋埋置深度

和选选择持力层。刚性扩大基础沉井基础桩基础2.2.2刚性扩大基础尺尺寸的拟定基础厚度基础平面尺寸基础剖面尺寸定义：刚性扩大基础的的剖面形式一般般做成矩形或台台阶形，自墩、台身底边边缘至基顶边缘缘的距离c称襟边。作用：一方面是扩大基基底面积增加基基础承载力，同同时也便于调整基础施工时时在平面尺寸上上可能发生的误误差，也为了支支立墩、合身模板的的需要。取值：应视基底面积的的要求、基础厚厚度及施工方法法而定。桥梁墩台基础襟襟边最小值为20cm--30cm。基础较厚(超过过lm以上)时时，可将基础的的剖面浇砌成台台阶形2.2.2基基础尺寸的拟定定基础悬出总长度度(包括襟边与与台阶宽度之和和)按前面刚性性基础的定义，应使悬出出部分在基底反反力作用下，在在a-a截面所所产生的弯曲拉应力和剪应力力不超过基础污污工的强度限值值。所以满足上上述要求时，就可得到自墩台台身边缘处的垂垂线与基底边缘缘的联线间的最最大夹角αmax，称为刚性角。在设计时，应使使每个台阶宽度度ci与厚度ti保持在一定比比例内，使其夹角αi<=αmax这时可认为属刚刚性基础，不必必对基础进行弯弯曲拉应力和剪应力的的强度验算，在在基础中也可不不设置受力钢筋筋。刚性角αmax的数值是与基础础所用的污工材材料强度有关。。根据实验，常用用的基础材料的的刚性角αmax值可按下面提供供的数值取用：砖、片石、块石石、粗料石砌体体，当用5号以以下砂浆砌筑时时αmax≤30度砖、片石、块石石、粗料石砌体体，当用5号以以上砂浆砌筑时时αmax≤35度混凝土浇筑时ααmax≤40度基础每层台阶高高度ti通常为0.50m--1.00m，在一般般情况下各层台阶宜采采取相同厚度。。基础底面长宽尺尺寸与高度有如如下的关系式a=l+2Htgαb=d+2Htgα式中：l-----墩、台身底底截面长度(m);d----墩墩、台身底截面面宽度(m);H----基基础高度(m);α----墩、台身底截面面边缘至基础边边缘连线与垂线线间的夹角。基础平面形式一一般应考虑墩、、台身底面的形状状而确定，基础础平面形状常用矩形。。基础平面形式一一般应考虑墩、台台身底面的形状状而确定，基础平面形形状常用矩形。。2.3地基基础的验算算持力层强度验算算软弱下卧层承载载力验算2.3.1地基基承载力验算持力层下卧层基底应力的分布布：在理论上可采采用弹性理论求求得较精确解，，在土力学课程中中已做了这方面面的介绍，在实实践中采用简化化法，即按材料力学偏偏心受压公式进进行计算。持力层：是直接与基底底相接触的土层层，持力层承载载力验算要求荷载在基底底产生的地基应应力不超过持力力层的地基容许许承载力。1持力层承载载能力验算其计算式Pmax,min=N/A±M/W≤rR[fa]M=ΣTihi+ΣPiei=Ne0，W=ab2/6=ρA,Pmax,min=N/A±Ne0/ρA=N/A(1±e0/ρ)≤rR[fa]由上式分析可知知:当e0=0时,σ=N/A，基底压应力均均匀分布，压应应力分布图为矩矩形。当e0<ρ时，1±e0/ρ>0，基底压应力分分布图为梯形当e0=ρ时，1±e0/ρ=0，这时σ,min=0，基底压应力分分布图为三角形形。当e0>ρ时，1-e0/ρ<0，这时σ,min<0，基底一侧出现现了拉应力。基底一但出现拉拉应力，基底与土体之间会出出现脱空区，应应力重分布。根据静力平衡条条件可求出重分布后基底边缘缘的最大压力为为：讨论:对公路桥梁，一一般由顺桥向控控制基底应力计计算。但对通航航河流或河流中中有漂流物时，，应计算撞击力力在横桥向产生生的基底应力，，并与顺桥向基基底应力比较，，取其大者控制制设计。对于曲线桥，计计算基底应力时时，应按下式计计算：2软弱下卧层层承载能力验算算验算思路：传递到软弱下卧卧层顶面处的附加应力与与自重应力之和和不超过软弱下卧层的的承载力，即：：式中：γ1--相应于深度(h+z)以内土的换算容重;γ2--深度h范围内土土层的换算容重重；h--基底埋深(m);z--从基底到到软弱土层顶面面的距离(m);（三）地基容许承载力力的确定地基容许承载力力的确定一般有有以下四种方法法：1．在土质基本本相同的条件下下，参照邻近建建筑物地基容许许承载力；2．根据现场荷荷载试验的p-s曲线；3．按地基承载载力理论公式计计算；4．按现行规范范提供的经验公公式计算。常用步骤和方法：1．确定土的分分类名称对于一般地基土土，通常根据塑塑性指数、粒径径、工程地质特特性等分为六类类，即粘性土、、砂类土、碎卵卵石类土、黄土土、冻土及岩石石。2．确定土的状状态土的状态是指土土层所处的天然然松密和稠度状状况。粘性土的的天然状态是按按液性指数IL分为坚硬、半坚坚硬状态、硬塑塑、软塑和流塑塑状态；砂类土土根据相对密度度分为稍松、中中等密实、密实实状态；碎卵石石类土则按密实实度分为密实、、中等密实及松松散状态。3．确定地基的的容许承载力当基础最小边宽宽超过2m或基基础埋深超过3m，且h/b≤4时，上述一一般地基上（除除冻土和岩石外外）的容许承载载力[]可按下式计算算：式中：[0]——当基础最最小边宽b≤2m，埋置深度h≤3m的地基土容许承承载力（kPa），可直接从从规范查取。称称为地基承载力力基本容许值。。b——基础验算剖剖面底面最小边边宽(或直径)（m），当b<2m时，取b=2m计；当b>10m时，按10m计计算；h——基础底面的的埋置深度(m)，对于受水流流冲刷的基础，，由一般冲刷线线算起；不受水水流冲刷的基础础，由天然地面面算起，位于挖挖方内的基础，，由开挖后地面面算起；当h<3m时，取h=3m；1——基底下持力力层土的天然重重度(kN/m3)，如持力层在在水面以下且为为透水性土时时，应取用浮重重度；2——基底以上土的的重度（如为多层层土时用换算重度度）(kN/m3)，如持力层在水水面以下且为不透透水性土时，不论论基底以上土的透透水性质如何，应应一律采用饱和重重度，如持力层为为透水性土时，应应一律采用浮重度度；K1、K2——按持力层土类类确定在基础宽度度和深度方面的修修正系数。《公路桥涵地基与与基础设计规范》》（JTGD63-2007）二基底合力偏偏心距验算目的:尽可能使基底应力力分布比较均匀，，以免基底两侧应应力相差过大，使使基础产生较大的的不均匀沉降，墩墩、台发生倾斜，，影响正常使用。。设计原则：非岩石地基：以不出现拉应力为为原则，当墩、台台仅受恒载作用时时，基底合力偏心心距e0应分别不大于基底底核心半径的0.1倍（桥墩）和0.75倍（桥台）；岩石地基：可以允许出现拉应应力，根据岩石的的强度，合力偏心心距e0最大可为基底核心心半径的1.2～1.5倍，以保证必要的的安全储备。三基础稳定性和和地基稳定性验算算基础倾覆稳定性验验算基础稳定性验算基础滑动稳定性验验算地基稳定性验算1、基础倾覆稳定定性验算基础倾覆稳定性与与合力的偏心距有有关。合力偏心距距愈大，则基础抗抗倾覆的安全储备备愈小，如下图所所示，因此，在设设计时，可以用限限制合力偏心距e0来保证基础的倾覆覆稳定性。（一）基础稳定定性验算K0为抗倾覆稳定系数数,一般对主要荷荷载组合K0≥1.5，在各种种附加荷载组合时时，K0≥1.1～1.3。基础倾覆稳定性计计算2、基础滑动稳定定性验算基础在水平推力作作用下沿基础底面面滑动的可能性即即基础抗滑动安全全度的大小，可用用基底与土之间的的摩擦阻力和水平平推力的比值Kc来表示，K