基础工程总复习-2006.12

第一篇《绪论》及《地基基础的设计原则》1、地基基础设计必须满足三个基本条件：（1）、承载力要求:作用于地基上的荷载效应(基底压应力)不得超过地基容许承载力或地基承载力特征值。（2）、沉降和稳定性要求：基础沉降不得超过地基变形容许值；挡土墙、边坡以及地基基础应保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。（3）、基础作为结构物，应满足结构的强度、刚度和耐久性要求。2、地基、基础的分类：地基按照材料性质可分为土质地基和岩石地基；按照处理与否可分为天然地基（包括特殊土地基)和人工地基。基础按照埋置深度可分为浅基础和深基础两大类.3、常用的线性弹性地基模型有文克勒地基模型、弹性半空间地基模型、分层地基模型。第二篇天然地基上的浅基础刚性基础：由素混凝土、砖、毛石等抗压强度较高而抗弯拉强度较低的材料砌筑而成的基础，计算时不计其弯曲变形，基础高度由刚性角控制，这类基础叫刚性基础.刚性角:刚性基础中为使基底弯曲拉应力和剪应力不超过基础圬工强度极限，墩台身边缘处的垂线与基底边缘的连线间的最大夹角。刚性角的大小与基础材料及基底反力大小有关。或者：刚性基础允许宽高比所对应的角度。柔性基础:由具有较好的抗剪能力和抗弯能力的钢筋混凝土材料所构成的基础叫柔性基础，柔性基础整体性能较好,抗弯刚度较大.所以柔性基础也叫钢筋混凝土基础.无筋扩展基础：由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的,且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础.基础埋深:从设计地面线到基础底面的距离。软弱下卧层：位于持力层以下，且承载力小于持力层承载力的土层.动力触探：利用落锤能量将一定规格的探头打入土中，由打入的贯入度来判断土的性质的测试方法。静力触探：是利用机械或油压装置将带有探头的触探杆压入土层，用电阻应变仪测出土的贯入阻力，并将该阻力与野外载荷试验测得的地基土承载力和变形指标建立相关关系式,从而确定建筑物地基土的承载力特征值和变形指标等数据。地基净反力：仅由基础顶面标高以上部分传下的荷载所产生的地基反力。1、浅基础的设计步骤：（1）选择基础的材料、类型和平面布置；（2）选择基础的埋置深度；（3）确定地基承载力设计值；（4)确定基础的底面积和底面尺寸（地基承载力验算)；(5）地基变形验算（特殊情况下，还应进行稳定性验算)；(6)基础结构设计(主要指确定基础的内力、高度及配筋);（7)基础施工图绘制（包括施工说明）。上述设计步骤相互关联,通常按顺序进行，当后面不能满足设计要求时，可返回重复。2、浅基础的分类：从构造形式来看,浅基础有：独立基础、条形基础、十字交叉条形基础、筏板基础、箱形基础等。按照材料的受力性能分为:刚性基础和柔性基础.3、基础埋深确定：原则：在保证安全可靠的前提下,尽量浅埋，但不应浅于0.5m,且基础顶面距设计地面的距离宜大于0。1m。具体来讲，应结合以下因素综合确定.一、建筑结构条件（指建筑物的用途、类型、荷载的大小及性质）二、工程地质条件：尽量选择承载力高而压缩性小的土层;存在软弱下卧层时，应同时考虑软弱下卧层的强度和变形要求；当场地土层分布明显不均匀或荷载大小相差很大时，也可采用不同埋深。三、水文地质条件:(1）当有地下水存在时，基础底面应尽量埋置在地下水以上;否则应采取必要的施工防范措施.(2）有冲刷的河流中，桥梁墩台基础必须埋置在设计洪水冲刷线以下一定深度。四、地基冻融条件五、场地环境条件:（1）基础最小埋深为0。5m,基础顶面至少应低于设计地面0。lm。（2）当存在相邻建筑物时，新建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物基础，否则两基础间应保持一定的净距。（3）基础附近有管道或坑道等地下设施时，埋深一般应低于地下设施底面。（4)位于稳定土坡坡顶的建筑，基础与土坡边缘应具有一定距离。4、浅基础地基承载力特征值确定方法:1)按土的抗剪强度指标以理论公式计算；2）按地基载荷试验确定；3）按触探试验（动力或静力)确定；4)按有关规范提供承载力经验公式确定；5）按有关规范提供承载力表查表确定（新规范已取消）。5、按地基载荷试验确定地基承载力特征值时，低压缩性土一般由强度安全控制，中、高压缩性土往往受基础沉降量控制.6、承载力的修正:基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值须进行深度和宽度修正：7、地基承载力的验算包括：一、持力层的验算;1、轴心荷载作用:2、偏心荷载作用：二、软弱下卧层的验算：软弱下卧层顶面土体的附加应力与自重应力之和不超过软弱下卧层承载力，即。附加应力计算一般采用扩散角法.8、水平和竖向荷载共同作用下,地基失稳定破坏形式:(1）沿基底产生表层滑动；（2）偏心荷载过大而使基础倾覆；（3）深层整体滑动破坏.9、地基变形验算:对于甲、乙级建筑物和荷载较大、土质不坚实的丙级建筑物,需进行地基变形验算.地基变形特征有四种：（1）沉降量：独立基础或刚性特别大的基础中心的沉降量;(2)沉降差：两相邻独立基础中心点沉降量之差；（3）倾斜:独立基础在倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值;(4）局部倾斜:砌体承重结构沿纵向6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。对于单层排架结构的柱基，一般应限制其沉降量;对于框架结构和单层排架结构，应由沉降差来控制，并要求沉降量不宜过大;对于高耸结构物,高层建筑物，控制地基特征变形的主要是整体倾斜；对于砌体承重结构，主要由局部倾斜控制。10、浅基础结构设计：在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时,应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用；在进行基础截面设计中，应采用地基净反力计算。一、刚性基础:基础宽度根据地基承载力条件确定，基础高度由基础允许宽高比来控制.二、墙下钢筋混凝土条形基础：基础底面尺寸根据地基承载力和沉降要求确定；基础高度由混凝土的抗剪切条件确定；基础的受力钢筋配筋由抗弯验算确定。三、柱下钢筋混凝土独立基础:基础底面尺寸由地基承载力确定，基础高度由抗冲切验算确定，基础底板双向配筋由抗弯验算确定。四、柱下条形基础：翼板可视为悬臂于肋梁两侧，计算方法同墙下条形基础；基础梁纵向内力计算方法有：（1）直线分布法（满足静力平衡条件，不满足变形协调条件）。具体有:静定分析法和倒梁法。(2)弹性地基梁法（满足静力平衡条件和变形协调条件）。地基模型有文克勒地基模型和弹性半空间地基模型.五、十字交叉条形基础:视为双向的柱下条形基础,柱的竖向荷载在两个方向上分配，弯矩则直接加于相应方向的基础梁上,不再分配。节点分为三种：中柱节点:两个方向均为无限长梁;边柱节点:一个方向为无限长梁，另一方向为半无限长梁;角柱节点：两个方向均为半无限长梁。例题2—1：某粉土地基如下图所示，试按规范提供的承载力公式计算地基承载力特征值。.解：根据持力层粉土,查表得,例题2—2：某建筑物的箱形基础宽8。5m，长20m，持力层情况见下图所示，其承载力特征值，箱基埋深,已知地下水位在地面下2m处。试确定粘土持力层的承载力特征值.解:箱基宽度,故按6m考虑；箱基埋深.持力层为粘土，因为，查表可得：因基础埋在地下水位以下，故持力层的取有效重度：例题2—3：“承载力验算"：某柱基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值为(作用于长边方向),水平力（作用于长边方向），基础底面长3.5m,宽3m,基础埋深2。3m，地下水位深2.3m,土基分两层:首层为厚1。5m的填土,；持力层为粉质粘土,,，，地基承载力特征值为200kPa.基础及回填土的平均重度为:。试验算持力层的强度.解:（1）确定地基承载力设计值：因,查表由得，故kPa（2)基底平均压力：所以满足要求.（3）基底最大压力：所以满足要求.例题2—4：“基底面积确定":已知厂房作用在基础上的柱荷载如图所示，地基土为粉质粘土,，地基承载力特征值，试设计矩形基础底面尺寸。解:（1）按轴心荷载初拟基础底面积由得考虑偏心荷载的影响，将增大30％，即设长宽比为，则可得，（2）计算基底应力(包括平均和最大应力）基础及回填土重:合力偏心距（基底应力为梯形分布）基底最大应力:(3)地基承载力设计值确定与验算根据，查表2—3得，（满足)（满足）所以，基础采用的底面尺寸是合适的。第三篇桩基础单桩基础：采用单根桩的形式以承受和传递上部结构荷载的独立桩基础称单桩基础。群桩基础:由2根或以上的多根桩组成桩群，由承台将桩群在上部联结成一个整体，建筑物的荷载通过承台分配给各根桩，桩群再把荷载传给地基，这种桩基础称群桩基础。低承台桩基:承台底面位于土中的桩基。高承台桩基：承台底面高出土面以上的桩基.摩擦桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计的桩基。端承桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，桩侧阻力可忽略不计的桩基。嵌岩桩：桩端嵌入岩层一定深度（要求桩的周边嵌入微风化或中等风化岩体的深度不小于0。5m)的桩基.沉管灌注桩：利用锤击或振动等方法沉管成孔,然后放钢筋笼,浇灌混凝土，拔出套管所成的桩。钻孔灌注桩：用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌水下混凝土所成的桩.挖孔灌注桩：采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护,达所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及浇灌混凝土而成的桩。群桩效应:摩擦型群桩基础当桩数较多，桩距较小时,此时群桩中各桩的工作状态与单桩的显著不同，其承载力小于各单桩承载力之和，沉降量大于单桩沉降量,这种现象叫群桩效应。复合桩基：在荷载作用下，由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基.1、桩基础由桩和承台两部分组成。(1）、按基桩数量，桩基础分为：单桩基础和群桩基础。群桩基础中的单桩称基桩.（2）、根据承台与地面相对位置，桩基础分为低承台桩基和高承台桩基。2、桩的分类：（1）、按承载性状可分为:摩擦型桩和端承型桩。摩擦桩具体有：桩的长径比很大;桩端下无较坚实的持力层；桩底残留虚土或沉渣的灌注桩;桩端出现脱空的打入桩等。端承桩具体有:桩的长径比较小，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩层中的桩。（2)、按施工方法可分为:预制桩和灌注桩。常用预制桩有：木桩、钢桩、混凝土预制桩（含预应力混凝土桩)等，施工方法有：锤击、震动、静压或旋入等.常用灌注桩有：沉管灌注桩、钻（冲)孔灌注桩、挖孔灌注桩等。钻孔灌注桩施工时,护筒的作用：固定桩位，钻孔导向；保护孔口，防止坍塌；隔离孔内外表层水；泥浆的作用：防止坍孔；护壁;浮渣.(3）按挤土效应可分为：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩。钻（冲或挖）孔灌注桩、机挖井形灌注桩及机动洛阳铲成孔灌注桩等属于非挤土桩；冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩、H型钢桩、开口钢管桩和开口预应力混凝土管桩等属于部分挤土桩；实心预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等属于挤土桩.3、各种桩的比较:（1）振动噪声：预制桩、沉管灌注桩在用锤击或振动法下沉时，施工噪音大，污染环境；预制桩用静压法施工可消除噪音污染；钻孔桩在施工过程中产生的振动、噪音较小。（2）挤土效应：预制钢筋混凝土桩、沉管灌注桩均属于挤土桩，会造成各种危害；钻孔灌注桩、挖孔灌注桩为非挤土桩,对邻近建筑物及地下管线危害很小.(3）沉桩能力:除钢桩、嵌岩桩外，受沉桩能力的限制,预制混凝土桩、沉管灌注桩其桩径、桩长不可太大，单桩极限承载力一般不超过6000kN；钻孔灌注桩直径可大至1～2m，桩长可达100m，可适用于各种地层;挖孔灌注桩直径更可扩大至2～3m，因此单桩的总承载能力大。(4)施工应力：预制桩的配筋往往由搬运起吊和锤击时的施工工况控制，因此，桩身需用高标号混凝土、高含筋率，主筋要求通长配置,用钢量大；灌注桩省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序，桩不承受这些过程中的弯折和锤击应力,混凝土标号较低，配筋也少.(5）质量稳定性：预制桩预制质量易保证，但接头往往是薄弱环节；钻（冲）孔灌注桩桩身的混凝土质量不易控制和保证，易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥等现象，钻进时用泥浆护壁会影响桩的承载能力;挖孔桩一般为无水作业，因而施工质量比钻孔桩更有保证。4、桩基检测：桩的质量检测常用的方法有：开挖检查、钻孔取芯法、超声波透射法、低应变动测法。桩的承载力检测常用的方法有：静载试验、高应变动测法。5、桩的荷载传递过程:桩身位移和桩身荷载(轴力)随深度递减,侧摩阻力自上而下逐步发挥；先桩侧阻力后桩端阻力。6、桩的荷载传递一般规律：（1）、侧阻端阻的发挥程度与桩土之间的相对位移有关，桩侧阻力的发挥先于桩端阻力。一般粘性土为4—6mm，砂土约为6-10mm(2)、桩端阻力发挥滞后于桩侧阻力,充分发挥所需桩端位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。（3）、桩侧阻力和桩端阻力都存在深度效应。桩的端阻临界深度:桩的极限端阻力一般随桩的入土深度增加而线性增大,但当桩入土深度超过一定值后，桩的极限端阻力不再随深度增加而增大，该一定深度称为桩的端阻临界深度。桩的侧阻临界深度：桩侧摩阻力一般随桩的入土深度增加而线性增大,但当桩入土深度超过一定值后,侧阻力不再随深度增加而增大,该一定深度称侧阻临界深度。（4）、桩侧、桩端的分配比例与长径比、桩端与桩侧土的相对刚度等有关.7、单桩的破坏模式：（1)、压屈破坏：承载力取决于桩身材料强度。如穿越深厚淤泥质土层的小直径端承桩或嵌岩桩、细长的木桩。（2）、整体剪切破坏：承载力主要取决于桩端土的支承力。如一般打入式短桩、钻扩短桩。(3）、刺入破坏:承载力主要取决于桩周土的强度。如一般情况下的钻孔灌注桩。8、负摩阻力:当桩周围的土体由于某些原因发生下沉,且变形量大于相应深度处桩的下沉量,即桩侧土相对于桩产生向下的位移，土体对桩产生向下的摩擦力,称为负摩阻力。产生的条件：桩周围的土体下沉大于桩的沉降.桩身负摩阻力并不一定发生于整个软弱压缩土层中，而是在桩周土相对于桩产生下沉的范围内.在地面发生沉降的地基中，长桩的上部为负摩擦力而下部往往仍为正摩擦力。中性点：正负摩擦力分界的地方称为中性点。负摩擦力的防治：治:通过涂层减小摩阻系数,从而减小负摩阻力。如在预制桩的桩身侧面涂沥青或合成树脂等。防：采用各种措施对桩周土进行预先处理，使桩周土提前完成沉降。9、单桩竖向承载力的确定：（1)、根据桩身材料强度确定;（2）、按单桩竖向抗压静载试验确定：传统方法，结果较准确,但操作麻烦,多用于重要桩基;（3）、按土的抗剪强度指标计算确定:多用于承载力的估算，国外采用较多；(4）、按静力触探法确定：其设备简单，自动化程度高,很有发展前途；(5)、按规范提供的经验公式确定:传统方法，计算简单，但结果较为粗略,多用于单桩承载力估算和无原位测试资料的一般桩基;(6)、按高应变动测法确定:设备较静载试验简单，但仍有待积累经验，目前多用于成桩后的测试。10、水平荷载作用时的桩的破坏性状分为：1）、短桩（刚性桩)：水平荷载作用下整个桩身破坏为绕桩身下部某点的转动破坏，桩身材料没有充分发挥。2）、长桩(柔性桩)：水平荷载作用下，桩将形成一端嵌固的地基梁，桩的变形呈波浪状,沿桩长向深处逐渐消失。桩在弯矩最大处挠曲折断。目前确定单桩水平承载力的途径有:1）、水平静载荷试验;2）、理论计算。前者更为可靠.11、水平受荷桩采用文克勒地基模型研究桩的挠度曲线。根据桩侧水平抗力系数的分布的不同假定，具体方法有：（1）、常数法：(2)、k法：（3）、m法:假定随深度呈线性增加,即，我国铁道、公路和水利部门常用；（4）、c法。12、群桩基础与单桩的不同主要体现在两个方面：（1）、荷载下的群桩基础,各桩的承载力发挥和沉降性状往往与相同情况下的单桩有显著差别;(2)、承台底产生的土反力也将分担部分荷载。13、群桩基础按受力特性可分为:端承型群桩基础和摩擦型群桩基础。A、端承型群桩可认为不存在群桩效应，各基桩的工作性状与单桩基本一致:（1）、群桩承载力＝单桩的承载力之和;(2）、群桩的沉降量也与单桩基本相同.B、摩擦型群桩当桩数少，桩距较大时，可认为不存在群桩效应；当桩数较多,桩距较小时,群桩承载力＜各单桩承载力之总和，沉降量＞单桩的沉降量,存在群桩效应.14、桩型的选择主要考虑以下几个方面:（1）、环境条件：居民区避免使用锤击、振动沉桩；环境对挤土效应敏感，不能使用挤土桩;（2）、结构荷载条件：预制小方桩、沉管灌注桩仅适用于多层、小高层建筑;超高层建筑、桥梁和码头多用大直径灌注桩、钢管桩和嵌岩桩等；（3)、地质、施工条件；（4)、经济条件。基桩几何尺寸确定：（1)、同一结构单元避免采用不同桩长的桩；(2）、选择较硬土层作为桩端持力层；(3)、桩端进入持力层深度宜达到临界深度，不允许时应满足最小深度；（4)、同一建筑物尽量采用相同桩径桩基；（5）、端承桩应采用较大桩径，摩擦桩应采用细长桩。桩数估算：轴心受压时,桩数可按式估算;偏心受压时，应将上式确定的桩数增加10－20%.桩的中心距要求:桩间距过大，承台体积增加，造价提高；间距过小,承载能力不能充分发挥,且施工困难。承台的作用：将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上,因而承台应有足够的强度和刚度。例题2：某低承台建筑桩基如下图所示，柱截面尺寸为450mm×600mm，作用在基础顶面的荷载设计值为:(作用于长边方向），，拟采用截面为350mm×350mm的预制混凝土方桩，桩长12m，已确定基桩竖向承载力设计值,水平承载力设计值。试采用简化方法计算桩基中各桩所受的轴向力和水平力,并进行验算.解:桩顶平均竖向应力设计值为基桩水平力设计值第四篇沉井基础沉井：带刃脚的井筒状构造物，用人工或机械方法清除井内土石，主要借助自重或添加压重等措施克服井壁摩阻力逐节下沉至设计标高,再浇筑混凝土封底并填塞井孔,成为建筑物的基础。按施工方法分为一般沉井和浮运沉井。2、沉井构成：井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、封底和顶板等,有时预埋射水管等。3、沉井下沉过程中常见问题及处理：（1）、偏斜：大多发生在下沉不深时.纠正偏斜，通常可用除土、压重、顶部施加水平力或刃脚下支垫等方法处理，空气幕沉井也可采用单侧压气纠偏。（2)、难沉：即沉井下沉过慢或停沉.解决措施主要是：增加压重和减少井壁摩阻力。（3）、突沉:沉井产生较大的倾斜或超沉。防止措施一般是控制均匀除土，在刃脚处除土不宜过深。（4）、流砂：防治措施是：一、向井内灌水，采取不排水除土，减小水头梯度；二、采用井点、深井或深井泵降水，降低井外水位.4、沉井计算：埋深不大时,按浅基础计算;埋深较大时，按刚性桩（）计算。5、现浇地下连续墙：在泥浆护壁条件下，使用专门的成槽机械，在地面开挖一条狭长的深槽，然后在槽内设置钢筋笼，浇注混凝土,逐步形成一道连续的地下钢筋混凝土连续墙.6、其它型式地下连续墙：预制地下连续墙、排桩地下连续墙、劲性水泥土搅拌桩地下连续墙（SMW工法）。第五篇基坑工程基坑:指为了修筑建筑物的基础或地下室、埋设市政工程的管道以及开发地下空间（如地铁车站、地下商场)等所开挖的地面以下的坑。1、基坑支护结构：（1）、放坡开挖及简易支护；(2）、悬臂式支护结构；（3)、水泥土桩墙支护结构；（4)、内撑式支护结构；（5）、拉锚式支护结构;（6)、土钉墙支护结构；(7）、其他支护结构。2、基坑降水：（1）、集水明排法：又称表面排水法，它是在基坑开挖过程中以及基础施工和养护期间，在基坑四周开挖集水沟汇集坑壁及坑底渗水，并引向集水井。适用于一般土质条件,当抽水易发生流砂现象时不适用.(2）、井点降水法:是将带有滤管的降水工具沉设到基坑四周的土中，利用各种抽水工具，在不扰动土的结构条件下，将地下水抽出,以利基坑开挖。适用于粉质土、粉砂类土等采用表面排水法易引起流砂现象的土质.第六篇地基处理软弱地基：主要由淤泥、淤泥质土、杂填土、冲填土或其他高压缩性土层构成的地基.复合地基：指由两种刚度（或模量)不同的材料（桩体和桩间土）组成,共同承受上部荷载并协调变形的人工地基。1、地基处理按深度可分为:浅层处理和深层处理；按原理分为：换土垫层法、排水固结法、密实法、化学加固法、加筋法等.2、换土垫层法：将基础底面下一定深度范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰，或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并分层压（夯、振）实至要求的密实度的地基处理方法.适用性:淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等不良地基的浅层处理。垫层作用：（1）、提高地基承载力；（2)、减少地基沉降量;（3）、排水；（4)、防冻.3、排水固结法：在软土地基中设置砂井、塑料排水板等竖向排水通道，在顶层设置砂垫层作为横向排水通道，然后加载预压，使软土中孔隙