一級注冊建筑師結(jié)構(gòu)-地基與基礎(chǔ)學(xué)習筆記

第四章地基與基礎(chǔ)（對應(yīng)教材第十六章）第一節(jié)概述一．有關(guān)名詞術(shù)語（一）地基、基礎(chǔ)（二）地基承載力特征值（三）地基變形允許值（四）地基處理（五）復(fù)合地基：部分土體被增強或被置換，而形成的由地基土和增強體共同承擔荷載的人工地基。（六）擴展基礎(chǔ)、無筋擴展基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)（七）支擋結(jié)構(gòu)、基坑工程支檔工程：使巖土邊坡保持穩(wěn)定、控制位移、主要承受側(cè)向荷載而建造的結(jié)構(gòu)物?；庸こ蹋簽楸ＷC地面向下開挖形成的地下空間在地下結(jié)構(gòu)施工期間的安全穩(wěn)定所需的擋土結(jié)構(gòu)及地下水控制、環(huán)境保護等措施的總稱。二．地基土的主要物理力學(xué)指標（一）土的組成固體顆粒、水、空氣，三者比例決定其物理力學(xué)性質(zhì)。（二）土的物理性質(zhì)和指標天然土的重力密度、含水量、土粒相對密度、干重度、孔隙率、孔隙比e、飽和度、塑限、液限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、土的壓縮系數(shù)、壓縮模量；土的重度、含水量和土粒相對密度稱為土的三相物理指標。第二節(jié)地基巖土分類及工程特性指標一． 地基巖土分類作為建筑地基的巖土，可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。可將碎石土和砂土合稱粗粒土，粉土和粘性土合稱細粒土。（一）巖石的堅硬程度和巖體完整程度的劃分（二）碎石土的分類和密實度（四）粘性土的分類及狀態(tài)1.粘性土的塑限、液限、塑性和液性指數(shù)等指標粘性土的界限含水量：粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，稱為~。對粘性土的分類及工程性質(zhì)的評價重要。塑限ωP：土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量液限ωL：土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量2.塑性指數(shù)IP：對黏性土進行分類3.液性指數(shù)IL：黏性土的狀態(tài)，表示黏土軟硬程度的指標黏性土的狀態(tài)，可按表分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑?！咀⒁狻克苄灾笖?shù)（IP）反映影響粘性土特征的各種重要因素，因此用于對粘性土分類。土顆粒越細，粘性含量越高，土能吸附的結(jié)合水量越多，則IP越大。（五）粉土粉土為介于砂土和黏性土之間，塑性指數(shù)IP≤10且粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50％的土。（六）特殊性土(1)淤泥、淤泥質(zhì)黏性土或粉土、泥炭、泥炭質(zhì)土(2)紅黏土（碳酸鹽巖系的巖石經(jīng)紅土化作用形成的高塑性粘土）(3)人工填土（分為素填土、壓實填土、雜填土和沖填土）(4)膨脹土（具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性）(5)濕陷性土（浸水后產(chǎn)生附加沉降，其濕陷系數(shù)大于或等于0.015）二.土的工程特性指標（一）土的工程特性指標1.強度指標2.壓縮性指標3.靜力觸探探頭阻力4.標準貫入試驗錘擊數(shù)5.載荷試驗承載力等（二）地基土工程特性指標的代表值1.抗剪強度指標（取標準值）2.壓縮性指標（取平均值）3.載荷試驗承載力（取特征值）【注意】一般情況下，粗顆粒巖土的地基承載力大于細顆粒的；粗顆粒巖土壓縮性小，細顆粒的大。地基土的壓縮性可按對應(yīng)的壓縮系數(shù)α1-2值劃分為低、中、高壓縮性土。第三節(jié)地基計算一.基本規(guī)定（一）地基基礎(chǔ)設(shè)計等級（甲、乙、丙級）【注意】熟悉設(shè)計等級為甲級的建筑和地基類型。（二）與地基基礎(chǔ)設(shè)計等級相應(yīng)的設(shè)計要求根據(jù)建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計等級及長期荷載作用下地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響程度，地基基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：1.均應(yīng)滿足地基承載力計算的有關(guān)規(guī)定2.按地基變形設(shè)計（一些丙級建筑物除外）3.高層、高聳、斜坡處建筑、基坑工程等進行穩(wěn)定性驗算4.因地下水有上浮問題時進行抗浮驗算【思考】地基基礎(chǔ)設(shè)計基本規(guī)定具體要求?！咀⒁狻繌氖芰嵌?，地基基礎(chǔ)也是一個受壓構(gòu)件，同樣應(yīng)滿足承載力、變形和穩(wěn)定性要求。因在地下，又有其特殊性，需考慮沉降、上浮問題。地基的強度是指土體的抗剪強度。地基雖然是受壓，但其強度破壞形態(tài)卻都是剪切滑移破壞。土體被擠出的剪切滑移破壞亦稱地基失穩(wěn)。地基的變形是指土體受到壓縮引起的沉降。二.地基計算（一）基礎(chǔ)埋置深度（簡稱埋深，是指基礎(chǔ)底面至天然地面的距離，不宜小于0.5m）1.一般規(guī)定：（1）建筑用途因素（有無地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施，基礎(chǔ)的形式和構(gòu)造）（2）荷載因素（荷載大小和性質(zhì)）（3）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件（4）相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深（5）地基土凍脹和融陷影響2.高層建筑基礎(chǔ)埋置深度要求應(yīng)滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性要求。位于巖石地基上的高層建筑，應(yīng)滿足抗滑穩(wěn)定性要求。3.當基底為季節(jié)性凍土時的要求季節(jié)性凍土地區(qū)基礎(chǔ)埋深宜大于場地凍結(jié)深度?！咀⒁狻吭谟绊懜邔咏ㄖ鼗€(wěn)定的多個因素中，除建筑物高度、體型、基底壓力、偏心距、地基土性質(zhì)、抗震設(shè)防烈度等因素外，基礎(chǔ)埋置深度是一個重要的因素。（二） 地基承載力計算1.基礎(chǔ)底面的壓力應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）軸心作用時：pk≤fa（pk——基礎(chǔ)底面平均壓力值）（2）偏心作用時：pk≤fapkmax≤1.2fa（pkmax——基礎(chǔ)底面邊緣最大壓力值）適用條件：偏心距e≤b/6（因土不能受拉，不出現(xiàn)拉應(yīng)力情況）2.地基承載力的深寬修正（1）地基承載力特征值——fak（2）修正后的地基承載力特征值——fa用試驗測得的地基承載力特征值fak，不能完全反映實際基礎(chǔ)的地基承載力，因此需要將fak修正為fa。深寬修正方法：當基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時：【注意】1.從公式中的修正系數(shù)和土層重度分析影響地基承載力的因素。2.基礎(chǔ)埋得越深，基礎(chǔ)寬度越大，基礎(chǔ)底面以下土層的重度越大，地基承載力越高?！咀⒁狻繉⒌鼗A(chǔ)看做一個受壓構(gòu)件來理解其地基承載力計算，其實就是一個軸心或偏心的受壓構(gòu)件簡單的應(yīng)力計算。（三）地基變形計算地基豎向壓縮變形表現(xiàn)為建筑物基礎(chǔ)的沉降，地基變形計算主要是基礎(chǔ)的沉降計算。1.地基變形特征和地基允許變形值地基變形特征分為：沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜（1）砌體結(jié)構(gòu)——由局部傾斜控制；（2）框架、排架——相鄰兩個柱基的沉降差控制；（3）多、高層、高聳結(jié)構(gòu)―由傾斜值控制；必要時尚應(yīng)控制平均沉降量。2．一般多層建筑物在施工期間完成的沉降量：土的空隙率越大，壓縮性就越高、沉降量就越大。土的顆粒越粗，空隙中的水分和空氣就越容易排出，沉降的過程就發(fā)展得快（如砂土）；反之就發(fā)展得慢。在必要情況下，需要分別預(yù)估建筑物在施工期間和使用期間的地基變形值，以預(yù)留建筑物有關(guān)部分之間的凈空，選擇連接方法和施工程序。對于碎石或砂土，可認為其最終沉降量已完成80%以上；對于其他低壓縮土，可認為已完成最終沉降量的50%~80%，對于中壓縮黏性土，可認為已完成20%~50%；對于高壓縮黏性土，可認為已完成5%~20%。3.地基變形計算地基變形計算主要指地基最終沉降量計算，可采用分層總和法。（四）穩(wěn)定性計算1.整體穩(wěn)定性2.抗浮穩(wěn)定性在整體滿足抗浮穩(wěn)定性要求而局部不滿足時，可采用增加結(jié)構(gòu)剛度的措施。第四節(jié)基礎(chǔ)一.無筋擴展基礎(chǔ)1．材料：磚、毛石、砼、毛石砼、灰土、三合土等2．要求：滿足剛性角3．各種材料基礎(chǔ)的構(gòu)造要求【注意】無筋擴展基礎(chǔ)的剛性角概念和常見基礎(chǔ)臺階寬高比允許值。二．擴展基礎(chǔ)（柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)和墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)）1．構(gòu)造要求【注意】強度等級、墊層厚度、基礎(chǔ)底板配筋等構(gòu)造要求。擴展基礎(chǔ)混凝土強度等級，不應(yīng)低于C20。墊層混凝土的強度等級不宜低于C10。有墊層時鋼筋保護層的厚度不應(yīng)小于40mm，無墊層時不應(yīng)小于70mm。2.擴展基礎(chǔ)的計算根據(jù)情況，抗彎、抗剪、抗沖切、局部受壓?！咀⒁狻恐陋毩⒒A(chǔ)的受沖切承載力驗算。三．柱下條形基礎(chǔ)整體性比獨立基礎(chǔ)好，對防止地基不均勻沉降和抗震都有好處。1.構(gòu)造要求2.柱下條形基礎(chǔ)的計算四．高層建筑筏形基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)分梁板式和平板式兩種類型。框架-核心筒結(jié)構(gòu)和筒中筒結(jié)構(gòu)宜采用平板式筏型基礎(chǔ)。與梁板式筏基相比，平板式筏基具有抗沖切及抗剪能力強的特點，且構(gòu)造簡單、施工便捷，具有更好的適應(yīng)性。（一）基礎(chǔ)平面尺寸要求基底平面形心宜與結(jié)構(gòu)豎向永久作用重心重合（與e/B有關(guān)）（二）筏形基礎(chǔ)計算1.平板式筏基首先需要按沖切要求來確定筏板的厚度。板太厚不經(jīng)濟，宜做柱下樁，減少不利影響。若有條件采取一柱一樁，柱荷重直接由樁承擔，筏板厚可大大減少，降低工程造價。2.梁板式筏形基礎(chǔ)梁板式筏基應(yīng)計算正截面受彎承載力，其厚度尚應(yīng)滿足受沖切、受剪切承載力要求。（三）構(gòu)造要求（四）高層建筑筏形基礎(chǔ)與裙房基礎(chǔ)間的構(gòu)造設(shè)置沉降縫時，高層基礎(chǔ)大于裙房基礎(chǔ)埋深至少2米，地面以下應(yīng)用粗砂填實。（五）高層建筑基礎(chǔ)和地下結(jié)構(gòu)抗震等級設(shè)計規(guī)定1.地下室結(jié)構(gòu)的剛度和強度要求與上部結(jié)構(gòu)底層相鄰的那一層地下室是設(shè)計中需要加強的部位。有關(guān)地下室的抗震等級、構(gòu)件的截面設(shè)計以及抗震構(gòu)造措施應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011的有關(guān)規(guī)定。2.上部結(jié)構(gòu)嵌固在地下一層結(jié)構(gòu)頂板的設(shè)計要求3.構(gòu)造要求【注意】為保證上部結(jié)構(gòu)的地震等水平作用能有效通過樓板傳遞到地下室抗側(cè)力構(gòu)件中，地下一層結(jié)構(gòu)頂板構(gòu)造要求（開洞面積、樓蓋厚度、混凝土等級等要求）。五．樁基礎(chǔ)（承臺和樁兩部分組成）樁基是根據(jù)土層分層情況及各層土力學(xué)性質(zhì)，或?qū)⒑奢d主要分配給深層較好的土層（端承型樁），或?qū)⒑奢d主要分配給樁周土（摩擦型樁），或?qū)⒑奢d主要分配給承臺下土層（控制沉降的樁基）。（一）樁基礎(chǔ)的特點和適用條件特點：樁基礎(chǔ)承載力高、沉降速率低、沉降量小而均勻，能夠承受垂直荷載、水平荷載、上拔力及振動和動力作用。使用條：當建筑場地淺層的土質(zhì)不能滿足建筑物對地基承載力和變形要求，又不適宜采取地基處理措施時，可考慮采用樁基礎(chǔ)。（二）樁基類型劃分（按樁身豎向受力情況）摩擦型樁——樁頂豎向荷載主要由樁側(cè)阻力承受；端承型樁——樁頂豎向荷載主要由樁端阻力承受。（三）樁和樁基構(gòu)造（四）樁基的設(shè)計計算（五）樁基沉降問題（樁基沉降量不得超過建筑物的沉降允許值）應(yīng)進行沉降驗算的樁基：（1）地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級的建筑物樁基；（2）體型復(fù)雜、荷載不均或樁端以下有軟弱土層的設(shè)計等級為乙級的建筑物樁基；（3）摩擦型樁基；（六）樁基承臺構(gòu)造【注意】樁基承臺除滿足抗沖切、抗剪切、抗彎承載力和上部結(jié)構(gòu)的要求外，尚應(yīng)滿足構(gòu)造要求。（七）承臺之間的連接要求（八）柱下樁基礎(chǔ)獨立承臺計算（彎、剪、抗沖切）【注意】柱下樁基礎(chǔ)獨立承臺受沖切承載力驗算。第五節(jié)軟弱地基一．一般規(guī)定軟弱地基是指強度較低、高壓縮性土及其他不良性質(zhì)的軟弱土組成的地基。根據(jù)工程地質(zhì)特征，軟弱地基包括軟土（淤泥及淤泥質(zhì)土）、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基。【注意】軟土的主要物理力學(xué)特性有：含水量高、高壓縮性、天然抗剪強度低等……。二．利用與處理（一）利用軟弱土層做持力層的規(guī)定1．淤泥和淤泥質(zhì)土，宜利用其上覆較好土層。上覆土層較薄時，應(yīng)采取避免施工時擾動的措施。2．沖填土、建筑垃圾和性能穩(wěn)定的工業(yè)廢料，當均勻性和密實度較好時，可用作輕型建筑物的持力層。3．有機質(zhì)含量較多的生活垃圾和對基礎(chǔ)有侵蝕性的工業(yè)廢料等雜填土，未經(jīng)處理不宜。（二）軟弱土層的處理1.局部軟弱土層及暗塘、暗溝等，可采用基礎(chǔ)梁跨越、換填墊層、樁基等方法處理。2.當?shù)鼗休d力或變形不能滿足設(shè)計要求時，可選用機械壓（夯）實、堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、換填墊層或復(fù)合地基等；3.雜填土可采用重錘夯實、強夯、振動壓實等方法處理；4.淤泥和淤泥質(zhì)土采用堆載預(yù)壓處理；5.軟弱地基的淺層處理可采用換填墊層（包括加筋墊層）?！咀⒁狻坎皇撬熊浫醯鼗急仨毥?jīng)過處理才能做持力層。（三）復(fù)合地基部分土體被增強或被置換，而形成的由地基土和增強體共同承擔荷載的人工地基。1．復(fù)合地基設(shè)計應(yīng)滿足建筑的承載力和變形要求。2．增強體頂部應(yīng)設(shè)褥墊層(級配砂石)。三．建筑措施軟弱地基上的建筑物沉降比較顯著，且不均勻，沉降穩(wěn)定的時間很長。因為地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)是整體，共同作用，因此地基設(shè)計上除地基變形滿足建筑物容許變形外，還應(yīng)根據(jù)地基不均勻變形的分布規(guī)律，在建筑布置和結(jié)構(gòu)處理上采取必要措施，使上部建筑結(jié)構(gòu)適應(yīng)地基變形。如：對體型復(fù)雜或過長的建筑物設(shè)置沉降縫，并采用增強基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)剛度的方法，使每個單元具有適應(yīng)和調(diào)整地基不均勻變形的能力。建筑措施有：1．建筑體型的合理組合（體型簡單、高度和荷重均勻）2．沉降縫設(shè)置（設(shè)置部位）3．相鄰建筑物基礎(chǔ)間保持一定的凈距4．建筑及與設(shè)備管道間的沉降差處理四.結(jié)構(gòu)措施（增強結(jié)構(gòu)整體剛度）建筑物沉降的均勻程度不僅與地基的均勻性和上部結(jié)構(gòu)的荷載分布情況有關(guān)，還與建筑物的整體剛度有關(guān)。建筑物的整體剛度是指建筑物抵抗自身變形的能力。（一）減少沉降和不均勻沉降的措施1．選用輕型結(jié)構(gòu)，減輕墻體自重；2．設(shè)置地下室或半地下室，采用覆土少，自重輕的基礎(chǔ)形式；3．調(diào)整各部分的荷載分布、基礎(chǔ)寬度或埋置深度；4．對不均勻沉降要求嚴格的建筑物，可選用較小的基底壓力。（二）框架結(jié)構(gòu)（體型復(fù)雜、荷載差異較大的）可加強基礎(chǔ)整體剛度，如采用箱基、樁基、厚筏等，以減少不均勻沉降。(三)砌體結(jié)構(gòu)（加強整體剛度和強度的措施）1．對于三層或三層以上的房屋，其長高比L/Hf宜≤2.5；當房屋的長高比為2.5<L/Hf≤3.0時，宜做到縱墻不轉(zhuǎn)折或少轉(zhuǎn)折，內(nèi)橫墻間距不宜過大。2．設(shè)置圈梁（設(shè)置位置和要求）3．墻體上開洞時，宜在開洞部位配筋或采用構(gòu)造柱及圈梁加強。圈梁的設(shè)置部位和數(shù)量，應(yīng)根據(jù)地基不均勻變形、建筑物建成后可能的撓曲方向等因素確定。如建筑物可能發(fā)生正向撓曲時，則應(yīng)保證在基礎(chǔ)處設(shè)置。反之，若可能發(fā)生反向撓曲時，則首先應(yīng)保證頂層設(shè)置圈梁?！咀⒁狻科鲶w、框架結(jié)構(gòu)減輕不均勻沉降的建筑與結(jié)構(gòu)措施。圈梁設(shè)置要求（關(guān)鍵部位、連續(xù)封閉）。五、施工措施1、先重后輕、先高后低施工順序2、注意堆載、沉樁和降水對鄰近建筑物的影響3、注意保護基坑，避免擾動土的原狀結(jié)構(gòu)六．大面積地面荷載（指生產(chǎn)堆料、工業(yè)設(shè)備等地面堆載和天然地面上的大面積填土荷載）第六節(jié)支擋結(jié)構(gòu)一． 支擋結(jié)構(gòu)的用途為保持結(jié)構(gòu)物兩側(cè)的土體有一定高差的結(jié)構(gòu)成為支擋結(jié)構(gòu)。巖土工程中的“支擋”結(jié)構(gòu)，用于“邊坡”方面的支擋結(jié)構(gòu)一般稱“擋土墻”，一般是先筑墻后填土，主要有重力式、懸臂式、扶壁式、錨桿式、錨定板式和土釘式等；用于“基坑支護”的支擋結(jié)構(gòu)，也屬擋土墻，習慣稱“支護結(jié)構(gòu)”，一般是先在地層中形成支擋結(jié)構(gòu)后再開挖土體，如用作地下室外墻的地下連續(xù)墻等。二．常見支擋結(jié)構(gòu)類型支擋結(jié)構(gòu)一般由擋土（擋水）和支撐拉錨兩部分組成組成?！咀⒁狻壳罢叻Q為擋土結(jié)構(gòu)（或圍護結(jié)構(gòu)），后者稱為支錨結(jié)構(gòu)。重力式擋土墻懸臂式擋土墻扶壁式擋土墻錨定板式錨桿式土釘墻式三．重力式擋土墻重力式擋土墻是以擋土墻自身的重力來保持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定。常采用石砌或混凝土澆筑，一般做成簡單的梯形。1.擋土墻設(shè)計應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、材料和施工等因素考慮，內(nèi)