《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》PPT課件.ppt

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 主講教師 徐曉紅教材 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程主編 華南理工大學(xué)等院校 第2章淺基礎(chǔ) 本章教學(xué)目標(biāo)1 掌握淺基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容 方法 原則 了解淺基礎(chǔ)類型 2 掌握基礎(chǔ)埋置深度確定 了解地基承載力的確定方法 熟練掌握常用的計算方法 3 了解地基變形 穩(wěn)定性計算原則 熟練掌握基礎(chǔ)底面積的確定方法 4 熟練掌握無筋擴(kuò)展基礎(chǔ) 墻下砼條形基礎(chǔ) 柱下砼獨立基礎(chǔ)設(shè)計 5 掌握聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計 熟悉減輕不均勻沉降的措施 樹立同學(xué)工程意識培養(yǎng)解決實際問題的能力 2 1概述 地基基礎(chǔ)設(shè)計時 必須堅持因地制宜 就地取材 保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的原則 根據(jù)巖土工程勘察資料 綜合考慮結(jié)構(gòu)類型 材料及施工條件等因素 精心設(shè)計 常見基礎(chǔ)有 淺基礎(chǔ) 深基礎(chǔ) 深淺結(jié)合基礎(chǔ) 天然地基上淺基礎(chǔ)優(yōu)點 便于施工 工期短 造價低 如能滿足強(qiáng)度和變形要求 宜優(yōu)先采用 本章主要討論天然地基上淺基礎(chǔ) 也適用于人工地基 但注意修正參數(shù)不同 2 1 1淺基設(shè)計內(nèi)容 1 選擇基礎(chǔ)材料 類型 進(jìn)行平面布置 2 確定地基持力層和基礎(chǔ)深度 3 確定地基承載力 4 底面尺寸 變形穩(wěn)定驗算 5 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 繪圖 施工說明 淺基常規(guī)設(shè)計法 1 常規(guī)設(shè)計法 把上部結(jié)構(gòu) 地基 基礎(chǔ)三者分離開來 分別對三者進(jìn)行計算 例框架結(jié)構(gòu)圖2 1 淺基設(shè)計存在問題 1 滿足了靜力平衡條件 但忽略了三者變形的連續(xù)性 地基礎(chǔ)變形與沉降應(yīng)相一致 滿足變形協(xié)調(diào)條件 地基越軟 計算與實際差距越大 合理分析應(yīng)滿足靜力平衡 變形兩個條件 復(fù)雜情況應(yīng)采用上下結(jié)構(gòu)相互作用 2 常規(guī)法應(yīng)滿足下列條件 沉降較小或較均勻 基礎(chǔ)剛變較大 對連續(xù)基礎(chǔ)荷載柱距均勻 2 1 3設(shè)計原則 1 對地基計算要求 基礎(chǔ)設(shè)計分三個等級 甲 乙 丙符合下列相應(yīng)規(guī)定 a 所有基礎(chǔ)均應(yīng)滿足承載力計算規(guī)定 b 甲 乙級基礎(chǔ)均應(yīng)按地基變形設(shè)計 c 表2 2所列丙級可不做變形驗算 但屬下列情況之一 仍作變形驗算 d 對高層 高聳 擋土墻尚驗算穩(wěn)定性 e 基坑工程驗算穩(wěn)定 f 地下水較淺時進(jìn)行抗浮驗算 2 關(guān)于荷載取值規(guī)定 a 按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積 埋深時 按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合 抗力采用特征值 b 計算地基變形時傳至基礎(chǔ)上荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合 不計入風(fēng) 地震作用 限值為地基變形允許值 c 計算擋土墻土壓力 基礎(chǔ)樁承臺高度內(nèi)力時 按承載力極限狀態(tài)下基本組合 地基土工程特性指標(biāo)的代表值應(yīng)分別為標(biāo)準(zhǔn)值 平均值 特征值 抗剪取標(biāo)準(zhǔn)值 壓縮取平均值 荷載特征值 2 2淺基礎(chǔ)類型 擴(kuò)展基礎(chǔ)是把荷載側(cè)向擴(kuò)展到土中 使之滿足地基承載力和變形的要求 擴(kuò)展基礎(chǔ)包括無筋擴(kuò)展基礎(chǔ) 圖2 2 鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ) 圖2 3 圖2 4 2 2 1擴(kuò)展基礎(chǔ) 2 2 2聯(lián)合基礎(chǔ) 相鄰兩柱距小或一柱在邊圖2 5 2 2 3柱下條基 地基較軟弱 荷載分布不均 用擴(kuò)展基礎(chǔ)可能發(fā)生較大不均勻沉降時 將一方向上若干柱子的基礎(chǔ)連成一體 圖2 6 2 2 4交叉條形基礎(chǔ) 兩方調(diào)整不均沉降圖 圖2 7 2 8 2 2 5筏形基礎(chǔ) 面積較大或使用要求抗彎剛度大 整體性好 2 2 6箱型基礎(chǔ) 2 2 7殼體基礎(chǔ) 發(fā)揮抗壓性能好特點 2 3基礎(chǔ)埋置深度選擇 基礎(chǔ)埋置深度 指基礎(chǔ)底面至地面 設(shè)計地面 的距離 是基礎(chǔ)設(shè)計重要一環(huán) 關(guān)系到地基基礎(chǔ)方案的優(yōu)劣 造價的高低 施工難易 2 3 1與建筑物有關(guān)的條件 1 建筑物用途 有無地下室 設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施 基礎(chǔ)型式和構(gòu)造 不宜小于0 5m 2 高層建筑應(yīng)滿足承載力變形 穩(wěn)定性 箱基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足抗滑要求 筏基 箱基不宜小于建筑高度的1 15 樁筏或樁箱基礎(chǔ)不宜小于建筑高度的1 18 1 20 3 作用在地基上荷載大小和性質(zhì) 2 3 2工程地質(zhì)條件 1 持力層 直接承受基礎(chǔ)的土層 其下的各土層稱為下臥層 2 地基受力層 條基底面下深度3b 獨基下1 5b 且厚度不小于5m范圍 沉降計算深度 為滿足承載力和變形要求 基礎(chǔ)應(yīng)埋在良好的土層上 在受力層內(nèi)有下臥層時 下臥層承載力變形也應(yīng)滿足要求 3 良好土層 對小型建筑 粘土堅硬 硬塑 可塑狀態(tài)粘土層 中密 1530 狀態(tài)的砂土 碎石土及低 中壓縮性土 4 軟弱土層 壓縮系數(shù)高 軟塑 流塑粘土 松散狀態(tài)砂土 未處理填土 高壓縮性土層 5 基礎(chǔ)埋深確定原則a 自上而下都是良好土層 埋深由其它條件和最小埋深確定 b 自上而下都是軟弱土層 不滿足承載力變形要求 則應(yīng)采用連續(xù)基礎(chǔ) 人工地基或深基礎(chǔ) 小型a c 上為軟弱土層 下部為良好土層 持力層選擇取決于上部軟弱土層厚度 2m就選下部良好土層為持力層 較厚時按b處理 d 上部為良好土層 下部為軟弱土層 對低層建筑宜選上層為持力層盡量淺埋 加大基底到軟弱層距離 應(yīng)力擴(kuò)散 需驗算下弱層承載力 e 當(dāng)?shù)鼗至觾A斜時 同一建筑基礎(chǔ)可以采用不同埋深 由深到淺過渡 2 3 3水文地質(zhì)條件 a 基礎(chǔ)應(yīng)埋在地下水位以上 對底面低于地下水位的基礎(chǔ) 應(yīng)考慮施工問題 地基保護(hù) 基坈降水 是否產(chǎn)生流砂 管涌等現(xiàn)象 對侵蝕性水 基礎(chǔ)采用防蝕水泥 b 設(shè)計時應(yīng)考慮上浮托力 如地下室 地下貯罐上浮 地下室防滲 c 基坑 坑底土的總覆蓋壓力大于承壓含水層頂部靜水壓力 h w hw土不被承壓水沖破 即流土 2 3 4地基凍融條件 1 凍土 當(dāng)?shù)鼗恋臏囟鹊陀跀z氏零度時 土中部分孔隙水將凍結(jié)形成凍土 由季節(jié)性凍土和多年凍土兩類 2 凍脹現(xiàn)象 由細(xì)粒土組成 凍結(jié)前含水率較高 凍結(jié)其地下水位低于凍結(jié)深度1 5 2 0m 凍深處土成為冰晶體 未凍結(jié)深度區(qū)自由水和結(jié)合水會不斷地向凍結(jié)區(qū)遷移 聚集 使晶體擴(kuò)大 土發(fā)生膨脹 隆起 導(dǎo)致建筑物開裂 3 融陷 土層解凍 含水量增加 土體處于飽和軟化狀態(tài) 承載力降低 建筑下陷 稱融陷 導(dǎo)致建筑物開裂 4 是否產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象與下列因素有關(guān) 土粒徑大小 含水量多少 地下水位高低有關(guān) 5 規(guī)范把土凍脹性分類 不凍脹 弱凍脹 凍脹 強(qiáng)凍脹 特強(qiáng)凍脹 6 可凍脹土中最小埋深 dmin Zd hmaxZd Z0 zs zw ze 設(shè)計凍深 Z0 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)凍深hmax 允許殘留凍土層厚度 zs 土類別對凍深影響系數(shù) zw 土的凍脹性對凍深影響系數(shù) Ze 環(huán)境對凍深影響系數(shù) 2 3 5場地環(huán)境條件 2 4淺基礎(chǔ)的地基承載力 1 淺基礎(chǔ)的地基承載力是指地基承受荷載的能力 2 地基承載力特征值 在保證地基穩(wěn)定的條件下 使建筑物的沉降量不超過允許值的地基承載力稱為地基承載力特征值 以fa表示 fa pu K允許沉降的Sa的函數(shù)抗力采用承載力特征值 2 4 1地基承載力的概念 2 4 2地基承載力的特征值的確定 1 按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定2 按地基載荷試驗確定3 按規(guī)范承載力表確定4 按建筑經(jīng)驗確定 1 按土的拉剪強(qiáng)度指標(biāo)確定a 地基極限承載力fa Pu KK 安全系數(shù)K 2 3 取值與地基基礎(chǔ)設(shè)計等級 荷載的性質(zhì) 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的可靠程度以及地基條件等因素有關(guān) b 規(guī)范推薦的理論公式 fa MbYb MdYmd McCk c 按理論公式計算幾點說明a 影響最大的是抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的取值 應(yīng)選擇原狀土樣以三軸壓縮實驗中的不固結(jié)不排水試驗 每層土實驗數(shù)量不得少于6組 b 地基承載力還與基礎(chǔ)的大小 形狀 埋深以及荷載情況有關(guān) 對飽和軟土當(dāng) k 0 增大b可提高承載力 c 與埋深d有關(guān) 但對實體基礎(chǔ) 增加的承載力將被基礎(chǔ)和回填土重量的相應(yīng)增加抵消 特別是飽和土Md 1 d 進(jìn)行地基變形驗算 e 內(nèi)磨擦角標(biāo)準(zhǔn)值和粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值 2 按地基載荷試驗確定載荷試驗包括淺層平板載荷試驗 深層平板試驗及螺旋板載荷試驗 前者適用于淺基 后二者適用于深基 根據(jù)載荷試驗成果p s曲線確定地基承載力特征值分二種情況 a 對密實砂土 硬塑粘土等低壓縮性土 由強(qiáng)度安全控制 按規(guī)范規(guī)定以直線段末點把對應(yīng)的壓力p1 比例界限荷載 作為承載力特征值 對于呈脆性破壞的土 pl與pu很近 pu 2pl時 取pu 2作為特征值 b 對松砂 填土 可塑粘土 由允許沉降量控制 當(dāng)壓板面積為0 25 0 5平方米時 規(guī)范規(guī)定可取沉降s 0 01 0 015 b所對應(yīng)的荷載作為承載力特征值 此值不大于最大加載量的一半 同一層土要有三個以上試驗點 當(dāng)極差不超過平均值30 時取平均值為fak 3 按規(guī)范承載力表確定規(guī)范給出了按野外鑒別結(jié)果 室內(nèi)物理 力學(xué)指標(biāo) 或現(xiàn)場動力觸探試驗錘擊數(shù) 查取地基承載力特征值的表格 求得fak N 1 645 當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0 5m時 從載試驗規(guī)范表格方法確定的承載力特征值 應(yīng)修正 2 4 3地基變形驗算 1 建筑物地基變形計算值 不應(yīng)大于地基變形允許值 2 變形特征分四種 沉降量 獨立基礎(chǔ)中心點沉降值或基礎(chǔ)沉降平均值沉降差 相鄰兩個柱基的沉降量之差 傾斜 傾斜方向兩端點沉降差與其距離比值 局部傾斜 在6 10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離的比值 地基變形允許值確定涉及許多因素 規(guī)范分析了國內(nèi)外各類建筑物的有關(guān)資料 提出了建筑物地基變形的允許值 對表中未包括的建筑物 其地基變形允許值應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對地基變形的適應(yīng)能力和使用上要求確定 3 在計算地基變形時應(yīng)符合下列規(guī)定 a 由于建筑地基不均勻 荷載差異很大 體型復(fù)雜等因素 引起的地基變形 對于砌體承重結(jié)構(gòu)應(yīng)由局部傾斜值控制 0 002 0 003 對框架和單層排架結(jié)構(gòu)應(yīng)由相鄰柱基沉降差控制 對于多層 高層 高聳結(jié)構(gòu)應(yīng)由傾斜值控制 必要時 應(yīng)控制平均沉降量 b 必要時 需預(yù)估建筑物在施工期間和使用期間地基變形值 一般多層建筑在施工期間完成的沉降量對砂土完成80 低壓縮性土50 80 中壓縮性土20 50 高壓縮性土5 20 c 計算地基變形最終沉降量為 地基變形計算深度 d 計算地基變形時 應(yīng)考慮相鄰荷載的影響 其值按應(yīng)力疊加原理 采用角點法計算 e 當(dāng)建筑物地下室基礎(chǔ)埋置較深時 需要考慮開控基坑地基的回彈 回彈變形量 f 在同一整體大面基礎(chǔ)上建有多棟高 低建筑 應(yīng)該按上部結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)與地基的共同作用進(jìn)行變形計算 2 5基礎(chǔ)底面尺寸的確定 1 按承載力計算底面壓力應(yīng)符合下列要求 軸心荷載作用Pk faPk 相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時 基礎(chǔ)底面處平均壓力 Pk Fk Gk AA Fk fa rGd rwhw fa 修正后的地基承載力特征值 2 當(dāng)偏心荷載作用時除滿足Pk fa 還應(yīng)符合pkmax 1 2fa 2 5 1按地基持力層承載力計算基底尺寸 2 5 2軟弱下臥層承載力驗算 當(dāng)?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)有軟弱下臥層時應(yīng)按下式驗算 基底處附加應(yīng)力 條形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ) 當(dāng)軟弱下臥層為壓縮性高而且較厚的軟粘土 或當(dāng)上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)沉降有一定要求時 除承載力應(yīng)滿足上述要求外 還應(yīng)驗算包括軟弱下臥層的基礎(chǔ)沉降量 2 5 3按允許沉降差調(diào)整基礎(chǔ)底面尺寸 1 基本概念同一建筑荷載不同的柱基礎(chǔ) 如果只按統(tǒng)一的來確定底面尺寸各基礎(chǔ)沉降是不同的 地基沉降彈性力學(xué)公式 2 調(diào)整基礎(chǔ)底面值 減小到 基礎(chǔ)尺寸為 2 5 4地基穩(wěn)定性驗算 1 地基穩(wěn)定性可采用圓弧滑動面法進(jìn)行驗算 2 位于穩(wěn)定土坡坡頂上建筑 當(dāng)基礎(chǔ)b 3m時 基礎(chǔ)外邊距坡頂水平距離 2 6擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計 1 無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)內(nèi)容適用范圍 指由磚 毛石 混凝土或毛石砼和三合土等材料組成的墻下條基或柱下獨立基礎(chǔ) 適用于多層民用建筑和輕型廠房 2 6 1無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計 2 基礎(chǔ)高度應(yīng)符合下列要求 抗拉 抗剪強(qiáng)度較低 必須控制內(nèi)拉剪應(yīng)力 結(jié)構(gòu)設(shè)計時通過控制材料強(qiáng)度等級和臺階高寬比來確定基礎(chǔ)截面尺寸 不需要進(jìn)行內(nèi)力分析和強(qiáng)度計算 2 6 2墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計 截面設(shè)計包括確定基礎(chǔ)高度和底板配筋 計算時以基礎(chǔ)凈反力P 取1m計算單元 1 構(gòu)造要求 2 軸心荷載作用1 基礎(chǔ)高度 由受剪承載力確定 h V 0 7ftV Pjb12 基礎(chǔ)底板配筋 3 偏心荷載時 2 6 3柱下砼獨立基礎(chǔ) 1 構(gòu)造要求 2 軸心荷載作用1 基礎(chǔ)高度 按砼受沖切承載力確定 錐體落在基礎(chǔ)底面之內(nèi)設(shè)計時先假設(shè)ho代入公式計算 當(dāng)時 2 底板配筋平行l(wèi)方向 3 偏心荷載作用 以Pjmax代入上式 計算基礎(chǔ)高度 底板配筋 2 7聯(lián)合基礎(chǔ) 2 7 1概述1 雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)分類矩形 用于柱矩較小時 為使基底壓力均勻 底面形心應(yīng)接近荷載合力作用點 矩形 梯形 連梁式 柱矩較大 加設(shè)阻止轉(zhuǎn)動2 規(guī)定假定1 基礎(chǔ)是剛性的 高度不小于柱矩1 6時 可視剛性 2 基底壓力為線性分布 3 地基主要受力層范圍土質(zhì)均勻 4 不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度影響 聯(lián)合基礎(chǔ) 2 7 2矩形聯(lián)合基礎(chǔ) 設(shè)計步驟1 計算柱荷載合力作用點位置 對柱1中心取矩2 確定基礎(chǔ)長度 使基底形心與荷載重心重 3 按地基土承載力確定基礎(chǔ)底面寬度 荷載采用標(biāo)準(zhǔn)組合 4 按反力線性分布假定計算基底凈反力設(shè)計值 用靜定分析法計算基礎(chǔ)內(nèi)力 畫彎矩 剪力圖 5 根據(jù)受沖切和剪切承載力確定基礎(chǔ)高度 一般假定h l1 6 驗算取柱2沖切 FL 相應(yīng)與荷載效應(yīng)基本組合時的沖切力設(shè)計值 取柱軸心荷載設(shè)計值減去沖切破壞錐體范圍內(nèi)基底凈反力 受剪計算 6 按彎矩圖中最大正負(fù)彎矩進(jìn)行縱向配筋 7 按等效梁概念進(jìn)行橫向配筋 對柱1 等效梁 2 7 3梯形聯(lián)合基礎(chǔ) 當(dāng)較大荷載柱一側(cè)空間受約束時 采用矩形時 基礎(chǔ)形心無法與荷載重心重合 為使基底壓力分布均勻 采用梯形 形心位置 梯形聯(lián)合基礎(chǔ) 2 7 4連梁式聯(lián)合基礎(chǔ) 隨柱距增大 跨中基底凈反力會使跨中負(fù)彎距增大 故采用連梁式基礎(chǔ)合基底反力由兩柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)承擔(dān) 連梁中彎距較小 1 連梁作用將偏小產(chǎn)生彎距傳給另一