第2章 浅基础.ppt

1、基础工程,第2章 浅基础,地基基础的类型？ 浅基础地基承载力的确定？ 刚性扩大基础的设计与计算？,主要内容,天然地基上的基础：,埋入地层深度较浅 5m 施工 敞开挖基坑 明挖基础 设计计算，忽略基础侧面土体对基础的影响 基础结构形式和施工方法也较简单 造价也较低,浅基础,深基础,优先选用,入地层较深 5m 结构形式和施工方法复杂 设计计算时需考虑基础侧面土体的影响,浅基础分类,按受力性能分类 按构造分类 按材料分类,2-1.浅基础的分类：,1.按受力条件分类,刚性基础,柔性基础,刚性基础 砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低 有基础台阶宽高比(刚性角)要求,柔性基础 钢筋混凝土 要满足抗弯

2、,抗剪和抗冲切等结构要求,1:1.0 1:2.0 与材料和荷载有关,优点： 稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。 缺点： 自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响结构物的正常使用。 适用条件： 只要地基强度能满足要求，它是桥梁和涵洞等结构物首先考虑的基础形式。对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的结构物，当持力层的土质较差又较厚时，不适宜的。,刚性基础,优点： 它整体性能较好，抗弯刚度较大。在外力作用下只产生均匀沉降或整体倾斜，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起结构物损坏的影响。 缺点： 钢筋和水泥

3、的用量较大，施工技术的要求也较高。 适用条件： 土质较差的地基上修建高层建筑时，采用这种基础形式是适宜的。,柔性基础,1) 刚性扩大基础:,2.按基础的结构形式分类,它是桥涵常用的基础形式，其平面形状常为矩形。其每边扩大的尺寸最小为0.20m0.50m，视土质、基础厚度、埋置深度和施工方法而定。作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制。,地基强度低 墩台强度高 基础平面尺寸扩大 刚性扩大基础,配置于整个构筑物（敦、台）之下，比上边构筑物底面扩大,2) 单独基础: 柱下或墙下,土质较好,独立基础的主要受力层深度 1.5b,3) 条型基础,墙下或柱下条形基础, 柱下:一般是土质差,两

4、侧单独基础相连,条形基础的 主要受力层深度 3.0b,4) 十字交叉基础,柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连,5) 片筏基础,土质更差,单独基础联成整体,6) 箱形基础,有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,7) 壳体基础,高耸建筑物,3 按基础材料分类 砖 石料 混凝土 钢筋混凝土 灰土 三合土,地基容许承载力的确定一般有以下四种方法： 1在土质基本相同的条件下，参照邻近建筑物地基容许承载力； 2根据现场荷载试验的p-s曲线； 3按地基承载力理论公式计算； 4按现行规范提供的经验公式及表格计算。,常用,2-2.浅基础地基容许承载力的确定：,通过载荷试验确定,通过载荷试验确定,通过载荷试验确

5、定, 有明显直线段：,fak = Pcr, 加载到破坏且 Pu / 2 Pcr ：, 不能满足上述要求时：,fak = Pu / 2,取某一沉降量对应的荷载，但其值不能大于最大加载量的一半,静力触探试验法,Qf,Qc,用静压力将装有探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量,方法介绍：,探头阻力Q可分为两个部分,1.锥头阻力Qc

6、,2.侧壁摩阻力Qf,比贯入阻力：探头单位截面积的阻力,其它原位测试方法,标准贯入试验法,试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5kg的锤，以76cm的高度自由下落将贯入器先击入土中15cm，然后测继续打30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数,方法介绍：,建立标准贯入击数与地基承载力之间的对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力,按现行规范提供的经验公式计算,根据我国各部门多年来的实践经验，收集了大量荷载试验和对已建建筑物的观测资料，通过理论和统计分析后制定相应的表格，它使确定地基土容许承载力的工作大为简化。 我国幅员辽阔，土质变化较复杂，规

7、范仅对一般土质条件作了规定，对一些特殊地基，如疏松状态的砂土、接近流动状态的软粘土、含有大量有机质土和盐渍土等，以及对于大的或较重要的工程，还应结合具体情况，综合采用荷载试验，现场标贯或静力触探及理论计算等方法研究分析后确定。,公路桥涵地基与基础设计规范（JTJD63-2007）,步骤和方法 ：,1确定土的分类名称 对于一般地基土，通常根据塑性指数、粒径、工程地质特性等分为六类，即粘性土、砂类土、碎卵石类土、黄土、冻土及岩石。 2确定土的状态 土的状态是指土层所处的天然松密和稠度状况。粘性土的天然状态是按液性指数IL分为坚硬、半坚硬状态、硬塑、软塑和流塑状态；砂类土根据相对密度分为稍松、中等密

8、实、密实状态；碎卵石类土则按密实度分为密实、中等密实及松散状态 。,3确定土的容许承载力,根据规范表格得到地基承载力基本容许值fa0, 可按下式计算修正得到容许承载力fa ：,式中： fa0, 原位测试、或者从规范查取。称为地基承载力基本容许值。 b基础验算剖面底面最小边宽(或直径)（m），当b10m时，按10m计算； h基础底面的埋置深度(m)，对于受水流冲刷的基础，由一般冲刷线算起；不受水流冲刷的基础，由天然地面算起，位于挖方内的基础，由开挖后地面算起；当h3m时，取h=3m； 1基底下持力层土的天然重度(kN/m3)，如持力层在水面以下且为透水性土 时，应取用浮重度； 2基底以上土的重度

9、（如为多层土时用换算重度）(kN/m3)，如持力层在水面以下且为不透水性土时，不论基底以上土的透水性质如何，应一律采用饱和重度，如持力层为透水性土时，应一律采用浮重度； K1、K2按持力层土类确定在基础宽度和深度方面的修正系数。,当偏心距e小于0.033b时，承载力公式,fa=Mbb+Md md+Mcck, fa：承载力特征值（设计值）, Mb、Md 、Mc：承载力系数，由 k 查表, b：基底宽度，大于6m按6m考虑， 对于砂土小于3m按3m考虑, ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力,建筑地基基础设计规范GB50007_2002,取消表格,1.公式法,fa=fak+b(b-3)+dm(d

10、-0.5),fak ：经验确定或静载荷试验确定的承载力标准值,fa ：深宽修正后的承载力特征值（设计值）,b、d ：宽度和埋深修正系数, ：基础底面以下土的重度,m ：基础底面以上土的加权平均重度,b ：大于6m按6m考虑，小于3m按3m考虑,2.通过载荷试验、经验确定时需修正,2-3.刚性扩大基础的设计与计算：,基础埋置深度的确定 刚性扩大基础尺寸的拟定 地基承载力验算 基底合力偏心距验算 基础稳定性和地基稳定性验算 基础沉降验算,主要内容：,一、基础埋置深度的确定,原则：,在满足承载力的条件下尽量浅埋,要求： 变形较小，而强度又比较大的持力层，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降

11、或沉降差。此外还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。 考虑因素： 地基的地质、地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻结深度、上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。,刚性扩大基础,沉井基础,桩基础,（1）地基的地质条件,岩石地基： 覆盖土层较薄的岩石地基： 一般应清除覆盖土和风化层后，将基础直接修建在新鲜岩面上。 如岩石的风化层很厚： 难以全部清除时，基础放在风化层中的埋置深度应根据其风化程度、冲刷深度及相应的容许承载力来确定。 岩层表面倾斜时： 不得将基础的一部分置于岩层上，而另一部分则置于土层上，以防基础因不均匀沉降而发生倾斜甚至断裂

12、。 在陡峭山坡上修建桥台： 还应注意岩体的稳定性。,非岩石地基： 压缩层范围内为均质土: 基础埋置深度除应满足冲刷、冻胀等要求外，可根据荷载大小，由地基土的承载能力和沉降特性来确定(同时考虑基础需要的最小埋深)。 地层为多层土: 对大中型桥梁、结构物基础持力层的选定，应通过较详细计算或方案比较后确定。,（2）河流的冲刷深度,冲刷的基本概念: 洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷 被冲下去的深度叫一般冲刷深度 同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲出一个深坑，这叫局部冲刷,在有冲刷的河流中，为了防止桥梁墩、台基础四周和基底下土层被水流掏空冲走以致倒塌，基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线

13、以下不小于1m。特别是在山区和丘陵地区的河流，更应注意考虑季节性洪水的冲刷作用。,对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术的复杂性和重要性，参照下表采用。,（3）当地的冻结深度,为了保证建筑物不受地基土季节性冻胀的影响，除地基为非冻胀性土外，基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。 公桥基规规定： 当上部结构为超静定结构时，基底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m；对静定结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深地区，为了减少基础埋深，有些类别的冻土经计算后也可将基底置于最大冻结线以上。,（4）上部结构型式,上部结构的型式不同，对基础产生的位移要

14、求也不同。 对中、小跨度简支梁来说，这项因素对确定基础的理直深度影响不大。 对超静定结构 ， 便基础发生较小的不均匀沉降也会使内力产生一定变化。 如对拱桥桥台，为了减少可能产生的水平位移和沉降差值，有时需将基础设置在埋 藏较深的坚实上层上。,（5）当地的地形条件,当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上，在确定基础埋深时，还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的稳定性。,当地基为倾斜土坡时，应结合实际情况，对地基容许承载力适当折减。,若基础位于较陡的岩体上，可将基础做成台阶形，但要注意岩体的稳定性。,（6）保证持力层稳定所需的最小埋置深度,地表土在温度和湿度的影响下，会产生一定的风化作用，其性质是不稳

15、定的。加上人类和动物活动以及植物的生长作用，也会破坏地表土层的结构，影响其强度和稳定，所以一般地表土不宜作为持力层。,为了保证地基和基础的稳定性，基础的理置深度(除岩石地基外)应在天然地面或无冲刷河流的河底以下不小于lm。,公桥基规 （JTJD63-2007）规定：,建筑基规 （GB50007_2002）规定：,除岩石地基外，不宜小于0.5m。,除上述因素以外，在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻结构物的影响，如新结构物基础比原有结构物基础深，则施工挖土有可能影响原有基础的稳定。施工技术条件(施工设备、排水条件、支撑要求等)及经济分析等对基础埋深也有一定影响，这些因素也应考虑。,上述影响基础埋深

16、的因素也适用于其它类型的基础(如沉井基础)。,现举一简例来说明如何较合理地确定基础埋置深度和选择持力层。,刚性扩大基础,沉井基础,桩基础,二、刚性扩大基础尺寸的拟定,基础厚度 基础平面尺寸 基础剖面尺寸,刚性扩大基础立面、平面图,基础厚度,应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的基础材料等因素来确定。,基底标高应按基础埋深的要求确定。 水中基础顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防碰损。,基础厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面标高求得。在一般情况下，大、中桥墩、台混凝土基础厚度在1.02.0m左右。,基础平面尺寸,基础平面形式一般应考虑墩、

17、台身底面的形状而确定，基础平面形状常用矩形。基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式,定义：刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形，自墩、台身底边缘至基顶边缘的距离c称襟边。 作用：一方面是扩大基底面积增加基础承载力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，也为了支立墩、合身模板的需要。 取值： 应视基底面积的要求、基础厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最小值为20cm-30cm。 基础较厚(超过lm以上)时，可将基础的剖面浇砌成台阶形,基础剖面尺寸,襟边,基础悬出总长度(包括襟边与台阶宽度之和)按前面刚性基础的定义，应使悬出部分在基底反力作用下，在a-a截面所产生的弯曲拉应力和

18、剪应力不超过基础污工的强度限值。所以满足上述要求时，就可得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角max，称为刚性角。 在设计时，应使每个台阶宽度ci与厚度ti保持在一定比例内，使其夹角i=max这时可认为属刚性基础，不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算，在基础中也可不设置受力钢筋。,刚性角max的数值是与基础所用的污工材料强度有关。根据实验，常用的基础材料的刚性角max值可按下面提供的数值取用 砖、片石、块石、粗料石砌体，当用5号以下砂浆砌筑时 max30度 砖、片石、块石、粗料石砌体，当用5号以上砂浆砌筑时 max35度 混凝土浇筑时 max40度 基础每层台阶高度ti通常

19、为0.50m-1.00m，在一般情况下各层台阶宜采取相同厚度。,三、地基承载力验算,持力层强度验算 软弱下卧层承载力验算,偏心竖直力作用在任意点,基底应力分布图,持力层强度验算,1.基底只承受轴心荷载,公桥基规 （JTJD63-2007）：,2.基底单向偏心受压,3.基底双向偏心受压,4.基底单向偏心受压，偏心距e0大于核心半径(b/6),当受压层范围内地基为多层土，且持力层以下有软弱下卧层，这时还应验算软弱下卧层的承载力，验算时先计算软弱下卧层顶面（在基底形心轴下）的应力（包括自重应力及附加力），不得大于该处地基土的容许承载力。即:,软弱下卧层强度验算,四、基底合力偏心距验算,目的: 尽可能

20、使基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，使基础产生较大的不均匀沉降，墩、台发生倾斜，影响正常使用 。,设计原则:,非岩石地基:以不出现拉应力为原则，当墩、台仅受恒载作用时，基底合力偏心距e0应分别不大于基底核心半径的0.1倍（桥墩）和0.75倍（桥台）；当墩、台受荷载组合是短时的，对基底偏心距的要求可以放宽，一般只要求基底偏心距e0不超过核心半径即可。,岩石地基:可以允许出现拉应力，根据岩石的强度，合力偏心距e0最大可为基底核心半径的1.21.5倍，以保证必要的安全储备。,五、基础稳定性和地基稳定性验算,基础倾覆稳定性验算 基础稳定性验算 基础滑动稳定性验算 地基稳定性验算,基础倾覆

21、稳定性验算,基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小，如下图所示，因此，在设计时，可以用限制合力偏心距e0来保证基础的倾覆稳定性。,K0为抗倾覆稳定系数,一般对主要荷载组合K01.5，在各种附加荷载组合时，K01.11.3。,基础倾覆稳定性计算,基础滑动稳定性验算,基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性即基础抗滑动安全度的大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值Kc来表示，Kc称为抗滑动稳定系数。即,Kc为抗滑动稳定系数 必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，Kc1.21.3。,地基稳定性验算,位于软土地基上较高的桥台需验算桥台沿滑裂曲面滑动的稳定性，基底下地基如在不深处