《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(jì)內(nèi)容 方法 原則 了解淺基礎(chǔ)類(lèi)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(jì)算方法 3 了解地基變形 穩(wěn)定性計(jì)算原則 熟練掌握基礎(chǔ)底面積的確定方法 4 熟練掌握無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ) 墻下砼條形基礎(chǔ) 柱下砼獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 5 掌握聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 熟悉減輕不均勻沉降的措施 樹(shù)立同學(xué)工程意識(shí)培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力 2 1概述 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí) 必須堅(jiān)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(lèi)型 材料及施工條件等因素 精心設(shè)計(jì) 常見(jiàn)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(diǎn) 便于施工 工期短 造價(jià)低 如能滿(mǎn)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(jì)內(nèi)容 1 選擇基礎(chǔ)材料 類(lèi)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(yàn)算 5 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 繪圖 施工說(shuō)明 淺基常規(guī)設(shè)計(jì)法 1 常規(guī)設(shè)計(jì)法 把上部結(jié)構(gòu) 地基 基礎(chǔ)三者分離開(kāi)來(lái) 分別對(duì)三者進(jìn)行計(jì)算 例框架結(jié)構(gòu)圖2 1 淺基設(shè)計(jì)存在問(wèn)題 1 滿(mǎn)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(mǎn)足變形協(xié)調(diào)條件 地基越軟 計(jì)算與實(shí)際差距越大 合理分析應(yīng)滿(mǎn)足靜力平衡 變形兩個(gè)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(mǎn)足下列條件 沉降較小或較均勻 基礎(chǔ)剛變較大 對(duì)連續(xù)基礎(chǔ)荷載柱距均勻 2 1 3設(shè)計(jì)原則 1 對(duì)地基計(jì)算要求 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分三個(gè)等級(jí) 甲 乙 丙符合下列相應(yīng)規(guī)定 a 所有基礎(chǔ)均應(yīng)滿(mǎn)足承載力計(jì)算規(guī)定 b 甲 乙級(jí)基礎(chǔ)均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì) c 表2 2所列丙級(jí)可不做變形驗(yàn)算 但屬下列情況之一 仍作變形驗(yàn)算 d 對(duì)高層 高聳 擋土墻尚驗(yàn)算穩(wěn)定性 e 基坑工程驗(yàn)算穩(wěn)定 f 地下水較淺時(shí)進(jìn)行抗浮驗(yàn)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(shí) 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(jì)算地基變形時(shí)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(jì)入風(fēng) 地震作用 限值為地基變形允許值 c 計(jì)算擋土墻土壓力 基礎(chǔ)樁承臺(tái)高度內(nèi)力時(shí) 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(lèi)型 擴(kuò)展基礎(chǔ)是把荷載側(cè)向擴(kuò)展到土中 使之滿(mǎn)足地基承載力和變形的要求 擴(kuò)展基礎(chǔ)包括無(wú)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(shí) 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(diǎn) 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(jì)地面 的距離 是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)重要一環(huán) 關(guān)系到地基基礎(chǔ)方案的優(yōu)劣 造價(jià)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(wú)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(mǎn)足承載力變形 穩(wěn)定性 箱基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿(mǎn)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(chēng)為下臥層 2 地基受力層 條基底面下深度3b 獨(dú)基下1 5b 且厚度不小于5m范圍 沉降計(jì)算深度 為滿(mǎn)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(shí) 下臥層承載力變形也應(yīng)滿(mǎn)足要求 3 良好土層 對(duì)小型建筑 粘土堅(jiān)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(mǎn)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(shí)按b處理 d 上部為良好土層 下部為軟弱土層 對(duì)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(yàn)算下弱層承載力 e 當(dāng)?shù)鼗至觾A斜時(shí) 同一建筑基礎(chǔ)可以采用不同埋深 由深到淺過(guò)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(duì)底面低于地下水位的基礎(chǔ) 應(yīng)考慮施工問(wèn)題 地基保護(hù) 基坈降水 是否產(chǎn)生流砂 管涌等現(xiàn)象 對(duì)侵蝕性水 基礎(chǔ)采用防蝕水泥 b 設(shè)計(jì)時(shí)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(shí) 土中部分孔隙水將凍結(jié)形成凍土 由季節(jié)性?xún)鐾梁投嗄陜鐾羶深?lèi) 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(huì)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(kāi)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(chēng)融陷 導(dǎo)致建筑物開(kāi)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(lèi) 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(jì)凍深 Z0 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)凍深hmax 允許殘留凍土層厚度 zs 土類(lèi)別對(duì)凍深影響系數(shù) zw 土的凍脹性對(duì)凍深影響系數(shù) Ze 環(huán)境對(duì)凍深影響系數(shù) 2 3 5場(chǎng)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(guò)允許值的地基承載力稱(chēng)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(yàn)確定3 按規(guī)范承載力表確定4 按建筑經(jīng)驗(yàn)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(jì)等級(jí) 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(jì)算幾點(diǎn)說(shuō)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(shí)驗(yàn)中的不固結(jié)不排水試驗(yàn) 每層土實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)實(shí)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(yàn)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(yàn)確定載荷試驗(yàn)包括淺層平板載荷試驗(yàn) 深層平板試驗(yàn)及螺旋板載荷試驗(yàn) 前者適用于淺基 后二者適用于深基 根據(jù)載荷試驗(yàn)成果p s曲線(xiàn)確定地基承載力特征值分二種情況 a 對(duì)密實(shí)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(xiàn)段末點(diǎn)把對(duì)應(yīng)的壓力p1 比例界限荷載 作為承載力特征值 對(duì)于呈脆性破壞的土 pl與pu很近 pu 2pl時(shí) 取pu 2作為特征值 b 對(duì)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(shí) 規(guī)范規(guī)定可取沉降s 0 01 0 015 b所對(duì)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(gè)以上試驗(yàn)點(diǎn) 當(dāng)極差不超過(guò)平均值30 時(shí)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(chǎng)動(dòng)力觸探試驗(yàn)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(shí) 從載試驗(yàn)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(yàn)算 1 建筑物地基變形計(jì)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(dú)立基礎(chǔ)中心點(diǎn)沉降值或基礎(chǔ)沉降平均值沉降差 相鄰兩個(gè)柱基的沉降量之差 傾斜 傾斜方向兩端點(diǎn)沉降差與其距離比值 局部?jī)A斜 在6 10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)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(guó)內(nèi)外各類(lèi)建筑物的有關(guān)資料 提出了建筑物地基變形的允許值 對(duì)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(duì)地基變形的適應(yīng)能力和使用上要求確定 3 在計(jì)算地基變形時(shí)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(duì)于砌體承重結(jié)構(gòu)應(yīng)由局部?jī)A斜值控制 0 002 0 003 對(duì)框架和單層排架結(jié)構(gòu)應(yīng)由相鄰柱基沉降差控制 對(duì)于多層 高層 高聳結(jié)構(gòu)應(yīng)由傾斜值控制 必要時(shí) 應(yīng)控制平均沉降量 b 必要時(shí) 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(duì)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(jì)算地基變形最終沉降量為 地基變形計(jì)算深度 d 計(jì)算地基變形時(shí) 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(diǎn)法計(jì)算 e 當(dāng)建筑物地下室基礎(chǔ)埋置較深時(shí) 需要考慮開(kāi)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(jì)算 2 5基礎(chǔ)底面尺寸的確定 1 按承載力計(jì)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(shí) 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(shí)除滿(mǎn)足Pk fa 還應(yīng)符合pkmax 1 2fa 2 5 1按地基持力層承載力計(jì)算基底尺寸 2 5 2軟弱下臥層承載力驗(yàn)算 當(dāng)?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)有軟弱下臥層時(shí)應(yīng)按下式驗(yàn)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(duì)基礎(chǔ)沉降有一定要求時(shí) 除承載力應(yīng)滿(mǎn)足上述要求外 還應(yīng)驗(yàn)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(lái)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(yàn)算 1 地基穩(wěn)定性可采用圓弧滑動(dòng)面法進(jìn)行驗(yàn)算 2 位于穩(wěn)定土坡坡頂上建筑 當(dāng)基礎(chǔ)b 3m時(shí) 基礎(chǔ)外邊距坡頂水平距離 2 6擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 1 無(wú)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(dú)立基礎(chǔ) 適用于多層民用建筑和輕型廠(chǎng)房 2 6 1無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 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(jì)時(shí)通過(guò)控制材料強(qiáng)度等級(jí)和臺(tái)階高寬比來(lái)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(jì)算 2 6 2墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 截面設(shè)計(jì)包括確定基礎(chǔ)高度和底板配筋 計(jì)算時(shí)以基礎(chǔ)凈反力P 取1m計(jì)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(shí) 2 6 3柱下砼獨(dú)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(jì)時(shí)先假設(shè)ho代入公式計(jì)算 當(dāng)時(shí) 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(jì)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(lèi)矩形 用于柱矩較小時(shí) 為使基底壓力均勻 底面形心應(yīng)接近荷載合力作用點(diǎn) 矩形 梯形 連梁式 柱矩較大 加設(shè)阻止轉(zhuǎn)動(dòng)2 規(guī)定假定1 基礎(chǔ)是剛性的 高度不小于柱矩1 6時(shí) 可視剛性 2 基底壓力為線(xiàn)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(jì)步驟1 計(jì)算柱荷載合力作用點(diǎn)位置 對(duì)柱1中心取矩2 確定基礎(chǔ)長(zhǎng)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(xiàn)性分布假定計(jì)算基底凈反力設(shè)計(jì)值 用靜定分析法計(jì)算基礎(chǔ)內(nèi)力 畫(huà)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(yàn)算取柱2沖切 FL 相應(yīng)與荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的沖切力設(shè)計(jì)值 取柱軸心荷載設(shè)計(jì)值減去沖切破壞錐體范圍內(nèi)基底凈反力 受剪計(jì)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(duì)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(shí) 采用矩形時(shí) 基礎(chǔ)形心無(wú)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(huì)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