第三講 獨(dú)立基礎(chǔ)(淺基礎(chǔ))

精選文庫第三講 獨(dú)立基礎(chǔ)（淺基礎(chǔ)）天然地基上結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的淺基礎(chǔ)，最為經(jīng)濟(jì)，如能滿足要求，宜優(yōu)先選用。天然地基、人工地基上淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的原則和方法基本相同，只是采用人工地基上的淺基礎(chǔ)方案時(shí)，尚需對(duì)選擇的地基處理方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并處理好人工地基與淺基礎(chǔ)的相互影響。獨(dú)立基礎(chǔ)：當(dāng)建筑物上部結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)或單層排架結(jié)構(gòu)承重時(shí)，基礎(chǔ)常采用方行、圓柱形和多邊形等形式的獨(dú)立式基礎(chǔ)，這類基礎(chǔ)稱為獨(dú)立式基礎(chǔ)，也稱單獨(dú)基礎(chǔ)，是整個(gè)或局部結(jié)構(gòu)物下的無筋或配筋基礎(chǔ)。一般是指結(jié)構(gòu)柱基，高煙囪，水塔基礎(chǔ)等的形式（大塊實(shí)體基礎(chǔ)、單柱基礎(chǔ)、墻下條形基礎(chǔ)）。 獨(dú)立基礎(chǔ)類型：階形基礎(chǔ)、坡形基礎(chǔ)、杯形基礎(chǔ)。3.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需資料、設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟3.1.1 獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需資料（1）建筑場(chǎng)地的地地形圖（2）巖土工程勘察成果報(bào)告（3）建筑物平面圖、立面圖，荷載，特殊結(jié)構(gòu)物布置與標(biāo)高（4）建筑物場(chǎng)地環(huán)境，臨近建筑物基礎(chǔ)類型與埋深，地下管線分布（5）工程總投資與當(dāng)?shù)亟ㄖ牧瞎?yīng)情況（6）施工隊(duì)伍技術(shù)力量與工期要求3.1.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容、步驟（1）初步擬定基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式、材料和平面布置；（2）確定基礎(chǔ)的埋置深度；（3）計(jì)算作用在基礎(chǔ)頂面的荷載（4）確定地基承載力；（地基承載力：是指地基土單位面積上承受荷載的能力，以kNm2或kPa計(jì)。地基承載力特征值：在保證地基穩(wěn)定的前提下，使建筑物的沉降不超過容許值的地基承載力）（5）根據(jù)作用在基礎(chǔ)頂面的荷載及地基承載力，計(jì)算基礎(chǔ)的底面積，并以此確定基礎(chǔ)的長(zhǎng)、寬；（6）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)高度與剖面形狀（7）若地基持力層存在軟弱下臥層時(shí)需驗(yàn)算下臥層的承載力（8）進(jìn)行地基變形與穩(wěn)定性驗(yàn)算；（9）進(jìn)行基礎(chǔ)細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（10）繪制基礎(chǔ)施工圖，提出施工說明。 注：（1）（8）中有不滿足要求的情況時(shí)，可對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，如采取改變基礎(chǔ)埋置深度火加大基礎(chǔ)寬度、長(zhǎng)度等措施，但應(yīng)注意富余不應(yīng)過大，應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)要求。3.2 基礎(chǔ)埋置深度基礎(chǔ)埋置深度確定原則（考慮因素）：（1）基礎(chǔ)埋深不應(yīng)小于按各種破壞因素而定的最小埋深（保證持力層不受外界破壞因素影響）；（2）以滿足各種力學(xué)驗(yàn)算為前提，應(yīng)在最小埋深以下選擇地基承載力較高的土層作為持力層。即：在大于最小埋深的條件下選擇最淺的高承載力地層作為持力層。3.2.1橋涵明挖基礎(chǔ)最小埋深和基礎(chǔ)埋置深度（1）為了保證持力層穩(wěn)定的最小埋深 不埋置在不穩(wěn)定的地表層（旱地、無水流沖刷處或設(shè)有鋪砌防護(hù)層時(shí)，應(yīng)在地面以下2m以下，困難情況時(shí)不得小于1m）（2）有水流沖刷時(shí)基礎(chǔ)埋深應(yīng)考慮水流的沖刷作用一般沖刷深度：河床面在水流沖刷后下降的深度局部沖刷深度：在一般沖刷的同時(shí)由于墩臺(tái)的阻水作用在墩臺(tái)周圍形成的附加沖刷深度沖刷總深度：一般沖刷深度+局部沖刷深度安全值的考慮（見教材表3-1）（3）寒冷地區(qū)土的凍脹融陷與基礎(chǔ)埋深關(guān)系土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度：地表無積雪和草皮覆蓋時(shí)，多年實(shí)測(cè)最大凍深的平局值 為保證建筑物不受凍脹，基底應(yīng)埋置在凍結(jié)線以下一定深度 凍脹及強(qiáng)凍脹土，應(yīng)在凍脹線以下不少于0.25m，弱凍脹土不小于凍結(jié)深度的80% 涵洞基礎(chǔ)出入口及兩端洞口向內(nèi)各2m范圍內(nèi)基底應(yīng)埋置于凍結(jié)線以下0.25m概念：土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度多年實(shí)測(cè)最大凍深的平均值。滿足以上3條規(guī)定的基礎(chǔ)埋深為最小埋深，它是保證基礎(chǔ)安全的先決條件和最低要求。合適的持力層要在最小埋深以下的各土層中尋找。綜合考慮各種因素，得出可以比較的具體數(shù)值之后，再作出判斷。3.2.2 建筑基礎(chǔ)埋置深度的選擇 受下列因素影響：（1）建筑物的類型和用途 有地下室、地下管溝和設(shè)備基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)埋深要局部或整個(gè)加深（注意剛性基礎(chǔ)剛性角的控制要求） 對(duì)沉降敏感的建筑物應(yīng)將基礎(chǔ)埋置在較堅(jiān)實(shí)的土層上 基礎(chǔ)需要不同埋深時(shí)，應(yīng)采用臺(tái)階形基礎(chǔ)，由淺入深 地下管線通過基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)應(yīng)保留足夠的空隙 相鄰建筑基礎(chǔ)存在高差時(shí)，應(yīng)保持基礎(chǔ)之間的凈距（相鄰基礎(chǔ)底面高差的12倍），否則應(yīng)采取相應(yīng)的支護(hù)措施（2）作用在基礎(chǔ)上的荷載大小和性質(zhì) 承受較大豎向荷載的基礎(chǔ)應(yīng)選擇好的持力層 承受水平荷載的基礎(chǔ)應(yīng)考慮埋深抗滑 承受拉拔荷載的基礎(chǔ)應(yīng)考慮埋深抗拔 地震區(qū)避免液化土作持力層（3）工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件應(yīng)選擇具有足夠強(qiáng)度、穩(wěn)定可靠的地層作為持力層 地基土在深度方向上均勻 地基由兩層土組成，上層土性差，下層土性好 地基由兩層土組成，上層土性好，下層土性差 應(yīng)盡可能講基礎(chǔ)置于地下水位以上，注意排水及圍護(hù) 注意持力層下的承壓水，避免破壞隔水層（4）地基土的凍脹和融陷的影響3.3 基礎(chǔ)上的荷載基礎(chǔ)上的荷載：作用于基礎(chǔ)上的各種荷載所組成的合力計(jì)算荷載：基礎(chǔ)上實(shí)際可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載組合荷載取值方法：（1）容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法（工作應(yīng)力設(shè)計(jì)法）（鐵路公路）（2）極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（可靠度設(shè)計(jì)法）（房建）計(jì)算荷載=主要荷載+附加荷載+特殊荷載3.3.1 主要荷載3.3.1.1恒載（始終作用在結(jié)構(gòu)上，且任何時(shí)候都要考慮的一類荷載）（1）結(jié)構(gòu)自重（2）浮力（注意在驗(yàn)算穩(wěn)定性時(shí)和驗(yàn)算基底應(yīng)力、偏心時(shí)的區(qū)別）（3）土壓力（4）預(yù)應(yīng)力（提高材料強(qiáng)度和剛度，防止裂縫出現(xiàn)）（5）混凝土收縮和徐變3.3.1.2活載（1）鐵路列車重量（2）公路活載（3）離心力（4）沖擊力（5）列車活載所產(chǎn)生的土壓力（6）人行道荷載3.3.2附加荷載（1）制動(dòng)力或牽引力（2）風(fēng)力（3）列車橫向搖擺力（4）流水壓力（5）冰壓力（6）溫度變化的影響（7）凍脹力3.3.3特殊荷載（1）船只或排筏撞擊力（2）地震作用（3）施工荷載3.3.4荷載組合原則各種荷載，其特性和出現(xiàn)幾率不同，不會(huì)全部同時(shí)作用在結(jié)構(gòu)上，或者不是同時(shí)出現(xiàn)最大值，它們對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性三方面的影響也不一致。因此，在橋梁設(shè)計(jì)中，對(duì)某種要求應(yīng)選取導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)最不利情況的各種荷載進(jìn)行檢算，即最不利荷載組合。教材P693.4 基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1基礎(chǔ)尺寸的初步擬定橋梁墩臺(tái)的剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)依據(jù)參數(shù)：地基基本允許承載力s上部結(jié)構(gòu)荷載（如橋跨的計(jì)算跨度L，橋墩的高度H）擬定原則：形狀與墩、臺(tái)形狀相符 分層擴(kuò)大：每層1m，常用1m 層數(shù)一般不超過3層，如繼續(xù)擴(kuò)大，基底應(yīng)力不一定會(huì)降下來。滿足剛性角的要求襟邊尺寸0.2m為便于施工立模、放線誤差的調(diào)整房建中的基礎(chǔ)中心受壓（軸心荷載作用下）因?yàn)?基礎(chǔ)底面處的平均壓力為： f為修正后的地基承載力特征值（基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí)由地基承載力特征值修正而來）所以 基底面積為為基礎(chǔ)及上覆土的平均重度，按經(jīng)驗(yàn)通?？扇。?）若為柱下矩形基礎(chǔ)，則：取基礎(chǔ)底面長(zhǎng)邊l與寬度b的比例為l/b=n（一般取n2）。有（2）若為柱下矩形基礎(chǔ)，則：開方上式即得基礎(chǔ)寬度。（3）若為墻下條形基礎(chǔ)，則：偏心受壓（偏心荷載作用下）可以通過上述方法求得基底面積A之后，再考慮偏心影響（1.11.2），再進(jìn)行檢算。幾個(gè)基本概念：（1）地基承載力：地基所能承受荷載的能力。（2）地基容許承載力：保證滿足地基穩(wěn)定性的要求與地基變形不超過允許值，地基單位面積上所能承受的荷載。（3）地基承載力基本值：按標(biāo)準(zhǔn)方法試驗(yàn)，未經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理的數(shù)據(jù)?？捎赏恋奈锢硇再|(zhì)指標(biāo)查規(guī)范得出的承載力。（4）地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值：在正常情況下，可能出現(xiàn)承載力最小值，系按標(biāo)準(zhǔn)方法試驗(yàn)，并經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理得出的數(shù)據(jù)?？捎梢巴忤b別結(jié)果和動(dòng)力觸探試驗(yàn)的錘擊數(shù)直接查規(guī)范承載力表確定，也可根據(jù)承載力基本值乘以回歸修正系數(shù)即得。（5）地基承載力的特征值：正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)的地基承載力。即在發(fā)揮正常使用功能時(shí)地基所允許采用抗力的設(shè)計(jì)值。它是以概率理論為基礎(chǔ)，也是在保證地基穩(wěn)定的條件下，使建筑物基礎(chǔ)沉降計(jì)算值不超過允許值的地基承載力。（一般為承載力設(shè)計(jì)值） 在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)時(shí)，各行業(yè)使用規(guī)范不同，地基容許承載力、地基承載力設(shè)計(jì)值與特征值在概念上有所不同，但在使用含義上相當(dāng)。3.4.2地基強(qiáng)度驗(yàn)算持力層強(qiáng)度檢算目 的 控制基底：最大壓應(yīng)力地基的容許承載力檢算內(nèi)容 所有外力向基底形心處簡(jiǎn)化式中A為基底面積，m2；W為基底的截面模量，m3注：地基容許承載力與地基基本承載力之間的關(guān)系。注：若持力層為巖層，當(dāng)出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)，即為負(fù)值時(shí)，應(yīng)考慮應(yīng)力重分布現(xiàn)象。（注意應(yīng)力重分布和內(nèi)力重分布的概念：內(nèi)力重分布相對(duì)于構(gòu)件或結(jié)構(gòu)而言；應(yīng)力重分布相對(duì)于截面而言，隨著荷載的增大或減小，應(yīng)力分布形式隨之發(fā)生變化，如荷載增大時(shí)從三角形發(fā)展到矩形）判 式 或軟弱下臥層強(qiáng)度檢算目 的 控制軟弱下臥層頂面處：總應(yīng)力地基的容許承載力檢算內(nèi)容 求下臥層頂面處總的應(yīng)力橋規(guī)公式法為基底壓應(yīng)力，（線性分布）其取值與z值相關(guān)，公式中各個(gè)符號(hào)的含義見橋規(guī)及教材。由圣維南原理可知：z/b1時(shí)，的取值與基底荷載分布形式無關(guān)，即采用基底平均壓應(yīng)力。圣維南原理 如將物體的一部分邊界上面力變換為分布不同但靜力等效的面力（主矢同，對(duì)某點(diǎn)力矩同），則近處應(yīng)力分布將有顯著改變，但遠(yuǎn)處所受影響可以不計(jì)。引申此處即有：一定深度處，土中應(yīng)力分布與基底壓力分布形式關(guān)系不大，只取決于合力大小和作用點(diǎn)位置。3.4.3基底偏心距的檢算目 的 使地基應(yīng)力較均勻分布，控制基礎(chǔ)兩側(cè)產(chǎn)生過大的不均勻沉降，從而限制墩身傾斜所引起的墩頂位移。檢算內(nèi)容 基底截面所有外力的合力偏心原則：設(shè)計(jì)時(shí)一般以基底不出現(xiàn)拉應(yīng)力為原則，只要控制其偏心距，使其不超過某一數(shù)值即可。即偏心距e為： 式中：，作用于基底重心上的豎向合力力矩和總力矩判式 基底截面核心半徑。橋規(guī)中對(duì)c的規(guī)定影響因素：荷載性質(zhì)、大?。坏鼗恋男再|(zhì)僅受恒載：非巖石地基上，合力作用點(diǎn)應(yīng)盡量接近于重心。c1.5主要荷載+附加荷載、主要荷載+地震力在地基土質(zhì)、基底反力不同時(shí)有差異。3.4.4基礎(chǔ)的傾覆和抗滑穩(wěn)定性檢算基礎(chǔ)的傾覆穩(wěn)定性檢算目 的 保證墩臺(tái)在最不利荷載作用下，不致繞基底外緣轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生傾覆現(xiàn)象。檢算內(nèi)容 橋墩在外力作用下，在基底處合成為三個(gè)力：、，則傾覆穩(wěn)定系數(shù)為：判 式 ，施工荷載或地震力時(shí)關(guān)于y的一些注意事項(xiàng)y的概念：在沿截面重心與合力作用點(diǎn)的連線上，自截面重心至檢算傾覆軸的距離（m）凹多邊形，傾覆軸應(yīng)取基底截面的外包線計(jì)算力矩時(shí)，應(yīng)視各力繞基底截面重心的方向區(qū)別正負(fù)基礎(chǔ)的抗滑穩(wěn)定性檢算目 的 保證基礎(chǔ)的位置穩(wěn)定性檢算內(nèi)容 在作用下，基礎(chǔ)有沿底面滑走的趨勢(shì)，阻力為：故其滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)為：f為基底與持力層土之間的摩擦系數(shù)，可采用試驗(yàn)資料或查表取得。判 式 ，施工荷載：，地震力：3.4.5 沉降檢算目 的 限制墩臺(tái)沉降量非巖石地基上修建了建筑物后，建筑物會(huì)發(fā)生沉降，橋梁基礎(chǔ)同樣也會(huì)發(fā)生沉降，為保證鐵路的正常運(yùn)營，必須限制墩臺(tái)的沉降量。橋規(guī)在確定地基承載力時(shí)，已經(jīng)考慮的地基變形的因素，如：當(dāng)b10m時(shí)，仍取10m。b越大，應(yīng)力影響范圍越大，引起沉降越大。因此當(dāng)滿足強(qiáng)度要求時(shí)，就間接滿足了沉降要求。但在特殊情況下，必須進(jìn)行沉降檢算。特殊情況見橋規(guī)第12.1.12條如：相鄰墩臺(tái)基礎(chǔ)下地基土有顯著的不同或相鄰跨度差別懸殊時(shí)必須考慮差異沉降時(shí)；非巖石地基上的超靜定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，如拱橋、連續(xù)梁橋等；黃土、軟土、凍土等特殊土地基；考慮凈高控制的跨線橋等；快速鐵路（客專及高鐵）。檢算內(nèi)容計(jì)算總沉降采用分層總和法計(jì)算恒載作用下（按所有荷載一次施加，與施工過程有偏差）的最終沉降量。因?yàn)?活載作用時(shí)間段，對(duì)沉降影響不大，飽和粘土的固結(jié)未完成。且 修建基礎(chǔ)開始，沉降就開始發(fā)生，隨著施工進(jìn)行，沉降也不斷增加，因此，施工期間已完成總沉降的一部分，而可在澆注頂帽混凝土?xí)r進(jìn)行調(diào)整，即將頂帽加高，這樣一來，對(duì)上部線路及運(yùn)營產(chǎn)生影響的，只有故 計(jì)算墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降量判 式 容許沉降靜定結(jié)構(gòu)：L以m代入（L為相鄰跨中較短的跨度）墩臺(tái)均勻沉降量（mm）相鄰墩臺(tái)均勻沉降量之差（mm）不等跨時(shí)，取小跨；24m，按24m計(jì)超靜定結(jié)構(gòu)：根據(jù)沉降差所引起的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力來確定判別式：3.4.5 地基整體穩(wěn)定性檢算目 的 確保墩臺(tái)不致于連同土坡滑動(dòng)；路基不致于沿滑動(dòng)弧面滑動(dòng)建在斜坡上的基礎(chǔ)（尤其是受有水平荷載的），如：墩臺(tái)位于較陡的土坡上，或橋臺(tái)建于軟土上且臺(tái)后填土較高時(shí)，基礎(chǔ)可能會(huì)連同地基一起下滑，要防止下滑，就需要加深基礎(chǔ)的埋置深度。檢算內(nèi)容 圓弧條分法分析在整體穩(wěn)定性判 式 穩(wěn)定安全系數(shù)措施 位于穩(wěn)定土坡坡頂，當(dāng)b8m，則應(yīng)檢算整體穩(wěn)定性。3.5防止和減輕不均勻沉降危害的措施 主要從建筑措施、結(jié)構(gòu)措施、施工措施三個(gè)方面來考慮。3.5.1建筑措施1. 建筑物體型力求簡(jiǎn)單：增加整體剛度，減少不均勻沉降平面：力求簡(jiǎn)單，避免附件應(yīng)力重疊立面：建筑物高低（輕重）相差不大反之亦然，當(dāng)高低（荷載）相同，地基承載力不同時(shí)，見秦皇島的老龍頭長(zhǎng)城。2. 控制長(zhǎng)高比（L/H）及合理布置墻體合理布置墻體實(shí)質(zhì)上就相當(dāng)于提高梁截面的W思考：倒“八”字裂紋是如何產(chǎn)生的？是什么樣的沉降趨勢(shì)造成的？3. 設(shè)置沉降縫 劃分多個(gè)獨(dú)立沉降單元（疏導(dǎo)） 長(zhǎng)高比過大的建筑物的適當(dāng)部位 平面形狀復(fù)雜的建筑物轉(zhuǎn)折部位 地基土的壓縮性有顯著變化處 建筑物的高度或荷載有很大差別處 建筑物結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）類型截然不同處 分期建造房屋的交界處 擬設(shè)置伸縮縫處（沉降縫可兼作伸縮縫）思考： 沉降縫縫寬為何隨建筑物高度不同而變化？怎樣變化？4. 相鄰建筑物凈間距的考慮 避免引起附加應(yīng)力，導(dǎo)致互傾開裂根據(jù)地基的壓縮性、影響建筑物的荷載大小和面積、被影響建筑物的剛度等因素來確定。5. 調(diào)整某些設(shè)計(jì)標(biāo)高 根據(jù)預(yù)估沉降量適當(dāng)提高室內(nèi)地坪和地下設(shè)施的標(biāo)高 可適當(dāng)