土木工程专业基础工程2-5 刚性扩大基础的设计与计算.ppt

1、第二章天然地基上的浅基础，第一节概要第二节天然地基上的浅基础的类型，构造第三节基础埋入深度的选择第四节确定浅基础的地基承载力第五节刚性扩大基础的设定和修正，第五节刚性扩大基础的设定和修正，刚性扩大基础的设定和修正的主要内容：一、基础埋入深度的确定二、刚性扩大基础尺寸的立案三七、地基变形管理刚性基础(无筋扩张基础)结构要求，一、确定基础埋深、确定基础埋深时，应将基础设置在变形小、强度较大的保力层上，以确保地基强度满足要求，且不产生过大的沉降和沉降差。 同时，为了确保基础的稳定性，确保基础的安全，使基础具有充分的埋入深度。 在决定基础的埋深时，1 .建筑物的相关条件2 .作用于地基的荷重的大小和性

2、质3 .工程地质条件和水文地质条件4 .相邻建筑物的基础埋深5 .地基土的冻胀和塌陷的影响6，场所环境条件。 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设深度也有一定的影响，这些因素也值得考虑。 影响上述基础埋深的因素，不仅适用于天然地基上的浅基础，也适用于沉井基础等其他类型的基础。 二、刚性扩大基础尺寸的制定，主要根据基础埋深确定基础平面尺寸和基础层厚度。 制定的基础尺寸，在最不利的荷载组合可能的条件下，可以保证基础本身有足够的结构强度，基础和基础的承载力和稳定性可以满足规定的要求，应该经济合理。 基础截面尺寸：作为刚性扩大基础的截面形式如图2-18所示，形成为矩形或

3、阶梯状。 从脚、台身的底缘到基顶缘的距离c1被称为领边，其作用是扩大基础面积增加基础承载力，同时调整基础施工时平面尺寸中可能发生的误差，对于支撑脚、台身的模板也是必要的。 其值取决于基础面积的要求、基础厚度及施工方法。 桥梁台的基础领边的最小值为20cm30cm。 如果基础较厚(1m以上)，则可以将基础的截面浇注成阶梯状，如图2-18所示。图2-18刚性放大基础截面、平面图、基础吊出总长(包括领子和台阶宽度之和):吊出部分由于基础反作用力，使在a-a截面(图2-18b )产生的弯曲拉伸力和剪应力不超过基础压力工的强度限制值。 因此，如果满足上述要求，则得到来自脚台的手边缘的垂线与基边缘的切线间

4、的最大夹角max，称为刚性角。 将各台阶宽度ci和厚度ti保持在一定的比例内，以成为角度imax的方式进行设定修正，则被认为是刚性的基础，不需要在基础上进行弯曲拉伸应力和剪应力的强度管理，也可以不在基础上设置受力钢筋。 刚度角max的数值与用于基础的压工材料的强度有关。 作为基础的各段的段差高度ti通常为0.50m1.00m，任何情况下各段的段差都优选采用相同的厚度。图2-18刚性放大基础截面、平面图、基础底面尺寸的确定步骤、1、轴心负荷作用时，可以用式直接求出基础底面积或基础底面宽度。2 .偏心负荷作用的情况下，步骤如下： (1)基于轴心负荷作用的情况推定基底面积或宽度；(2)考虑负荷偏心的

5、影响，根据偏心距离的大小将1040设为初次试行尺寸，还是增大(3)根据a的大小预选矩形基础的底面边长和(4)根据选择的和管理偏心距离和基边的最大压力(5)如果满意或稍微富裕，则选择不满足适当的要求或基尺寸选择过大，需要重新调整和重新管理。 这样重复1、2次，可以决定合适的尺寸。 以、中心负荷、柱基础为例(1)底面积a的确定*负荷Fk Gk Gk=AGd，g是基础填土容积重=20KN/m3 *承载力特性值fa，*基础面积例：根据刚性基础、刚性角的要求，以偏心负荷、柱下独立基础为例(1)以中心承受负荷来确定基础面积A0，(2) 考虑到偏心影响的大小，扩大A0，得到A=(1.11.4) A0 .保持

6、力层强度管理2、软弱下卧层管理3、地基容许承载力的管理、1、保持力层强度管理、保持力层是指直接与基础接触的土层。 对于保持力层的承载力管理，要求负荷在基础上产生的地基应力不超过保持力层的地基允许承载力。 修正公式为：基应力(KPa )； n基础以上的垂直负荷(KN) a基础面积(m2)； 作用于脚、台的各外力相对于基心轴的力矩(KN m )。 其中，Ti是水平力，hi是从水平作用点到基底的距离，Pi是垂直力，ei是从垂直力Pi作用点到基心的偏心距离，eo是合力偏心距离w基本截面弹性模量(m3)，是相对于矩形基本为基心半径的基础部保持力层地基容许承载力(KPa )。 (1)、持力层的管理、1 )

7、、轴心负荷作用于基础底面的压力应满足下式的要求：式中：-对应负荷效应标准的组合时，基础底面的平均压力值-修正后的地基承载力特性值。 如图所示，埋入深度为d，作用于基础上面，承受通过基础底面中心的纵向负荷Fk，基础底面积为a，基础平均压力可代入上式，可以满足，壁下条形基础通常可以在壁的长度方向上取lm进行修正，此时，基础宽度为式中的基础1米偏心负荷作用于基础底面的压力，应满足式中：与负荷效果基准的组合相对应时的基础底面边缘的最大压力值。 基础压力和差别不能太大。 其中，在高压缩性土的基础或有起重机的现场柱的基础上，对于偏心距离不得大于l/6的低压缩性地基土上的基础，考虑暂时作用较短的偏心负荷时，

8、偏心距离控制在l/4以内。 否则，请调整基础尺寸，使基础图心和负重心尽量重叠。 由于偏心载荷，基础反作用力分布为梯形或三角形。 呈梯形分布时，基础底面边缘的最大、最小压力值分别为、2、软下卧层管理，受压层范围内的基础为多层土(主要指地基的承载力存在差异)组成，且在承载力层以下有软下卧层(容许承载力小于承载力层的容许承载力的土层)，该当地基础受力层范围内有较弱的下卧层，需要管理较弱下卧层的承载力，要求：附加应力简化修正方法：对于保持力层与下卧弱土层的压缩弹性模量比，用压力扩散角进行修正。矩形基础条基础、3、地基容许承载力的管理、地基容许承载力的确定一般有以下6种方法： 1、用土的剪切强度指标用理

9、论公式进行修正2、用地基负荷试验确定3、用探测试验(动力或静力)确定4、用相关规范提供承载力经验公式5、用相关规范确定4、基础合力偏心距离控制基础合力偏心距离的目的：尽量使基础应力分布均匀，使基础两侧应力差不过大，使基础产生大的不均匀沉降，使腿、台倾斜，影响正常使用。 如果使合力通过基座的中心，可以得到均匀的应力，但这不经济，往往是不可能的，所以在设定修正时，按照与设定修正基准有关的规定，按照以下的原则把握。 当外力合力的作用点不在基底的两个对称轴中的任意一个对称轴上时，或者基底截面不对称时，可以直接按下式求出与e0之比，满足规定的要求： n应该是相同的负荷组合。 在管理基座偏心距离时，应采用

10、最不利的载荷组合来校正基座应力相同。 五、基础和基础稳定性管理，(一)基础稳定性管理，(二)基础稳定性管理，(一)基础稳定性管理，(一)基础稳定性管理，(一)基础流动稳定性管理，(二)基础滑坡稳定性管理。 1、基础流动稳定性管理、基础流动或倾斜除了基础强度和变形原因外，还受到较大的单向水平推力，多发生在其合力作用点和距基础底面的距离较高的结构中。 理论和实践证明基础的流动稳定性与合力的偏心距离有关。 合力偏心距离越大，基础的耐倾斜的安全储备越小，因此通过在设定修正时限制合力偏心距离e0，能够确保基础的倾斜稳定性。 设从基础截面的重心到压力最大一边的边缘的距离为y (负荷作用于重心轴的矩形基础)

11、，则参照图2-21，外力合力偏心距离e0反映两者的比较基础流动稳定性的安全度，称为耐流动稳定系数。 即，Pi分别被垂直分割的ei对应于从各垂直分力Pi的作用点到基础仰视中心轴的距离，Ti各水平分力hi对应于从各水平分力的作用点到基础的距离。 根据负荷的组合，根据设定修正规范，对抗流动稳定系数K0的容许值有不同的要求，一般对于主负荷的组合K01.5，在各种附加负荷的组合的情况下K01.11.3。图2-21,2、2、2基础折动稳定性管理、基础因水平推力而沿着基础底面折动的可能性即基础耐折动安全度的大小可以用基础与土之间的摩擦阻力与水平推力之比Kc表示，将Kc称为耐折动稳定系数。 即，基础底面(压工

12、材料)和基础的摩擦系数耐折动稳定系数Kc的值必须大于规范中规定的设定允许值，一般因负荷的性质而为Kc1.21.3。 在非岩石地基上建造的拱桥台基础，由于拱的水平推力和力矩，基础可能向堤坝方向滑移或旋转，这种水平位移和旋转与台后土抗力的大小有关。 在地基稳定性管理中，承载力管理中，只管理纵向荷载引起的地基稳定性，没有提及水平荷载的作用。 对于经常承受水平荷载的建筑物，如水工建筑物、防土结构和高层建筑，基础稳定问题可能成为主要问题。 由于水平荷重和垂直荷重的协同作用，地基的不稳定破坏分为(1)沿着基础发生表层折动，(2)沿着基础发生表层折动2种(2)深层整体的折动破坏。 地基抗水平折动的稳定性管理

13、、地基整体折动的稳定性管理、六、基础沉降管理、基础沉降管理包括沉降量、相邻基础沉降差、基础因地基不均匀沉降而发生的倾斜等。根据地基承载力适当选择基础底面尺寸，一般在防止建筑物地基剪切破坏方面能够确保充分的安全度，但由于负荷，地基经常发生变形。 如何控制地基变形不导致建筑物破裂破坏，不损害其使用条件和外观，是基础设施修订必须充分考虑的另一个基本问题。 在通常的设定修订中，一般针对各种建筑物的结构特征、整体刚性和使用要求的不同，修订具有基础变形的特征值，以验证其是否超过相应的容许值的基础底面的角落。 在此，s1、s2分别是在基础两侧边缘中心通过分层总和法求出的沉降量，b是管理截面的底面宽度即水平力

14、和弯矩使脚、台自身的弹性挠曲变形根据脚、台顶的水平位移上部构造的要求，设定修正规定的脚、台顶允许水平位移值，1985年公布的道路炼瓦和炉灶(1)对于一般的多层建筑，在地基土质比较均匀的情况下，根据地基的承载力控制设定修正基础，可以满足地基变形要求，不需要进行地基变形管理。 (2)对于甲、b级建筑物和负荷大、土质不牢固的c级建筑物，为了确保工程安全，除了满足地基承载力要求外，还需要进行地基变形管理。 2、变形管理的内容是修正有地基变形的特征值，验证其是否超过相应的允许值。 即要求满足以下条件式：有地基变形的特征变形值、传递到基础底面的荷载应长期效应组合，不能纠正风荷载和地震作用。 相应的允许特征

15、变形值。 由建筑物的结构特征、使用条件、地基土的种类决定。 地基变形的特征有： (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：两邻接独立基础中心点的沉降量之差；(3)倾斜：独立基础的倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比、对于单层排架结构的柱基，应限制沉降量。 对于框架结构和单层排架结构，要求采用沉降差控制，沉降量不要太大。 对于高耸的建筑物、高层建筑物，控制地基特征变形主要是整体倾斜。 主要通过局部倾斜来控制砌块重量结构。 刚性基础(无筋扩张基础结构要求)、(1)、炼瓦基础炼瓦强度等级为MU7.5以上、砂浆强度为M2.5以上、地下水位以下或地基土湿时用水泥砂浆构筑。 基础底面以下首先制作100mm厚的混凝土垫，混凝土强度等级为C10或C7.5。 (2)、毛石纸浆基础毛石基础所采用的材料为未加工或仅经少许修整风化的硬质岩石，其高度一般在20cm以上。 毛石形状不规则时，其高度必须在15cm以上