基礎(chǔ)工程答疑

基礎(chǔ)工程答疑第1頁/共74頁解決地基基礎(chǔ)問題的合理途徑：勘察室內(nèi)、原位試驗設(shè)計理論、經(jīng)驗施工監(jiān)測判別安全度評價設(shè)計的合理程度，信息化施工第2頁/共74頁考試題型：填空題——10分；選擇——20分；簡答題——40分；計算題——30分。第3頁/共74頁●淺基礎(chǔ)●連續(xù)基礎(chǔ)●樁基礎(chǔ)●地基處理●動力機器基礎(chǔ)與地基基礎(chǔ)抗震第4頁/共74頁淺基礎(chǔ)第5頁/共74頁2.1.1淺基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容

主要內(nèi)容：1.選擇基礎(chǔ)方案（確定材料、類型，進行基礎(chǔ)平面布置）；2.確定地基持力層和基礎(chǔ)埋置深度；3.確定地基承載力；4.確定基礎(chǔ)的底面尺寸，必要時進行地基變形與穩(wěn)定性驗算；5.進行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計（內(nèi)力分析、截面計算、構(gòu)造要求）；6.繪制基礎(chǔ)施工圖，提出施工說明。

方案比較第6頁/共74頁按結(jié)構(gòu)型式分：擴展基礎(chǔ)、聯(lián)合基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)、柱下交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、殼體基礎(chǔ)等。淺基礎(chǔ)類型按材料分：無筋基礎(chǔ)（剛性基礎(chǔ)）、鋼筋混凝土基礎(chǔ)。第7頁/共74頁擴展基礎(chǔ)

將上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，通過向側(cè)邊擴展成一定底面積，使作用在基底的壓應(yīng)力等于或小于地基土的允許承載力，而基礎(chǔ)內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)同時滿足材料本身的強度要求，這種起到壓力擴散作用的基礎(chǔ)稱為擴展基礎(chǔ)。（建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007-2002）若地基受力層范圍內(nèi)存在有承載力低于持力層的土層，稱為軟弱下臥層第8頁/共74頁基礎(chǔ)埋置深度的選擇p.16埋深：一般指基礎(chǔ)底面至天然地面的距離。持力層的選擇。軟弱下臥層的選擇。第9頁/共74頁淺基礎(chǔ)的地基承載力地基承載力概念

·地基承載力是指地基承受荷載的能力。

·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fa。第10頁/共74頁地基變形按其特征可分為四種：沉降量——獨立基礎(chǔ)中心點的沉降值或整幢建筑物基礎(chǔ)的平均沉降值；沉降差——相鄰兩個柱基的沉降量之差；第11頁/共74頁傾斜——基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值；局部傾斜——砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向6～10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離的比值第12頁/共74頁不同結(jié)構(gòu)類型需驗算的地基變形：砌體承重結(jié)構(gòu)：由局部傾斜控制；框架結(jié)構(gòu)和單層排架結(jié)構(gòu)：由沉降差控制；高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑：由建筑物的整體傾斜（特別是橫向整體傾斜）控制，必要時應(yīng)控制平均沉降量。第13頁/共74頁減輕不均勻沉降危害的措施概念：均勻沉降對結(jié)構(gòu)本身無危害；不均勻沉降危害大。第14頁/共74頁

如何防止或減輕不均勻沉降造成的損害，是設(shè)計中必須認真考慮的問題。建筑措施結(jié)構(gòu)措施施工措施

解決這一問題的途徑有二：一是設(shè)法增強上部結(jié)構(gòu)對不均勻沉降的適應(yīng)能力；二是設(shè)法減少不均勻沉降或總沉降量。

第15頁/共74頁

具體的措施不外有：①采用柱下條形基礎(chǔ)、筏基和箱基等，以減少地基的不均勻沉降；②采用樁基或其他深基礎(chǔ)，以減少總沉降量（不均勻沉降相應(yīng)減少）；③對地基某一深度范圍或局部進行人工處理；④從地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)相互作用的觀點出發(fā)，在建筑、結(jié)構(gòu)和施工方面采取本節(jié)介紹的某些措施，以增強上部結(jié)構(gòu)對不均勻沉降的適應(yīng)能力。

第16頁/共74頁〔例〕某承重墻厚240mm，作用于地面標高處的軸心荷載標準值Fk=180kN/m，基礎(chǔ)埋深d=1m，地基承載力特征值fa=220kPa，要求：(1)

確定墻下條形基礎(chǔ)的底面寬度；(2)按磚基礎(chǔ)設(shè)計，并分別按兩皮一收和二一間隔收（兩皮一收與一皮一收相間）砌法畫出磚基礎(chǔ)剖面示意圖；(3)按毛石基礎(chǔ)設(shè)計，并畫出剖面示意圖；(4)按混凝土基礎(chǔ)設(shè)計，并畫出剖面示意圖。

〔解〕(1)基礎(chǔ)寬度

第17頁/共74頁(2)按磚基礎(chǔ)設(shè)計為符合磚的模數(shù)，取基底寬度b=0.96m，則磚基礎(chǔ)所需的臺階數(shù)為：

第18頁/共74頁2-6某承重磚墻厚240mm，傳至條形基礎(chǔ)頂面處的軸心荷載Fk＝150kN/m。該處土層自地表起依次分布如下：第一層為粉質(zhì)粘土，厚度2.2m，γ＝17kN/m3，e=0.91，fak=130kPa，Es1=8.1MPa；第二層為淤泥質(zhì)土，厚度1.6m，fak=65kPa,Es2=2.6MPa；第三層為中密中砂。地下水位在淤泥質(zhì)土頂面處。建筑物對基礎(chǔ)埋深沒有特殊要求，且不必考慮土的凍脹問題。（1）試確定基礎(chǔ)的底面寬度（須進行軟弱下臥層驗算）；（2）設(shè)計基礎(chǔ)截面并配筋（可近似取荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計值為標準組合值的1.35倍）?！步狻?1)確定地基持力層和基礎(chǔ)埋置深度第二層淤泥質(zhì)土強度低、壓縮性大，不宜作持力層；第三層中密中砂強度高，但埋深過大，暫不考慮；由于荷載不大，第一層粉質(zhì)粘土的承載力可以滿足用做持力層的要求，但由于本層厚度不大，其下又是軟弱下臥層，故宜采用“寬基淺埋”方案，即基礎(chǔ)盡量淺埋，現(xiàn)按最小埋深規(guī)定取d=0.5m。第19頁/共74頁(2)按持力層承載力確定基底寬度因為d=0.5m，所以fa=fak=130kPa。P23公式2-14

取b=1.3m。

P29公式2-20第20頁/共74頁(3)軟弱下臥層承載力驗算σcz=17×2.2=37.4kPa由Es1/Es2=8.1/2.6=3.1，z=2.2-0.5=1.7m>0.5b，查P34表2-7得θ＝23o。

faz=fak+ηdγm

(d+z-0.5)=65+1.0×17×(2.2-0.5)=93.9kPaσz+σcz=55.4+37.4=92.8kPa<faz=93.9kPa（可以）

P33公式2-29P24表2-5第21頁/共74頁(4)基礎(chǔ)設(shè)計因基礎(chǔ)埋深為0.5m，若采用無筋擴展基礎(chǔ)，則基礎(chǔ)高度無法滿足基礎(chǔ)頂面應(yīng)低于設(shè)計地面0.1m以上的要求，故采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。采用C20混凝土，ft=1.10N/mm2，鋼筋用HPB235級，fy=210N/mm2。

荷載設(shè)計值

F=1.35Fk=1.35×150=202.5kN基底凈反力

基礎(chǔ)邊緣至磚墻計算截面的距離

基本組合P42基礎(chǔ)懸臂挑出長度第22頁/共74頁基礎(chǔ)有效高度

P42公式2-47h0≥

取基礎(chǔ)高度h=250mm，h0=250-40-5=205mm（>107mm）。

配鋼筋f12@200，As＝565mm2，墊層用C10混凝土。

P43公式2-49P43公式2-50第23頁/共74頁第24頁/共74頁2-7

一鋼筋混凝土內(nèi)柱截面尺寸為300mm×300mm，作用在基礎(chǔ)頂面的軸心荷載Fk＝400kN。自地表起的土層情況為：素填土，松散，厚度1.0m，g＝16.4kN/m3；細砂，厚度2.6m，g＝18kN/m3，gsat＝20kN/m3，標準貫入試驗錘擊數(shù)N＝10；粘土，硬塑，厚度較大。地下水位在地表下1.6m處。試確定擴展基礎(chǔ)的底面尺寸并設(shè)計基礎(chǔ)截面及配筋。

〔解〕(1)確定地基持力層素填土層厚度不大，且承載力偏低，不宜作持力層；由細砂層的N＝10查表2-4，得fak=140kPa，此值較大，故取細砂層作為地基持力層。第三層硬塑粘土層的承載力亦較高，但該層埋深過大，不宜作持力層。

第25頁/共74頁(2)確定基礎(chǔ)埋深及地基承載力特征值由于地下水位在地表下1.6m深處，為避免施工困難，基礎(chǔ)埋深不宜超過1.6m。根據(jù)淺埋的原則，現(xiàn)取埋深d=1.0m。查表2-5，得細砂的ηd=3.0，地基承載力特征值為：fa=fak+ηdγm

(d-0.5)=140+3.0×16.4×(1-0.5)=164.6kPa(3)確定基礎(chǔ)底面尺寸

取b=l=1.7m。

P28公式2-19b＜3m第26頁/共74頁(4)計算基底凈反力設(shè)計值

(5)確定基礎(chǔ)高度采用C20混凝土，ft=1.10N/mm2，鋼筋用HPB235級，fy=210N/mm2。取基礎(chǔ)高度h=400mm，h0=400-45=355mm。

因bc+2h0=0.3+2×0.355=1.01m<b=1.7m，故按P47式（2-57）作沖切驗算如下：

第27頁/共74頁0.7βhpf

t

(bc+h0)

h0=0.7×1.0×1100×(0.3+0.355)×0.355=179.0kN>87.4kN（可以）

第28頁/共74頁(6)確定底板配筋本基礎(chǔ)為方形基礎(chǔ)，故可取

MⅠ=MⅡ=(1/24)pj(l―ac)2(2b+bc)

AsⅠ=AsⅡ

配鋼筋11f10雙向，As＝863.5mm2>842mm2。

P48公式2-59/80第29頁/共74頁第30頁/共74頁計算題已知作用在基礎(chǔ)上的柱荷載效應(yīng)標準組合值Fk=1200kN，Mk=150kNm；準永久組合值Fk=1350kN，Mk=168kNm；基本組合值Fk=1500kN，Mk=190kNm如圖所示，地基土表層為雜填土，r=16.5kN／m3，基礎(chǔ)的持力層為粉質(zhì)粘土，rsat=19kN／m3。持力層下面為軟弱下臥層。地下水位位于天然地面下1.2m處?；A(chǔ)埋深為2.0m，基礎(chǔ)底面尺寸為3.62.6m，取長邊為偏心方向邊長。經(jīng)過修正后的持力層地基承載力特征值fa=168kPa、下臥層地基承載力特征值為faz=100kPa，試驗算該基礎(chǔ)底面尺寸是否滿足持力層及下臥層承載力要求。（地基壓力擴散角取23）

第31頁/共74頁采用標準組合：Fk=1200kN,Mk=150kNm

基礎(chǔ)及回填土重：Gk=20*1.2*3.6*2.6+(2010)*0.8*3.6*2.6=299.52kNPK==160.21KPa<fa=168kPa（可以）偏心距：e==150/1499.52=0.1<=0.6（可以）基底最大壓力PKmax==160.21*(1+0.6/3.6)=186.91<1.2fa=201.6kPa（可以）下臥層承載力驗算：

pcz=54kPapc=16.5*1.2+(19-10)*0.8=27pz+pcz=93.4kPa<faz=100kPa持力層滿足承載力要求，下臥層滿足承載力要求。第32頁/共74頁連續(xù)基礎(chǔ)第33頁/共74頁連續(xù)基礎(chǔ)柱下條形基礎(chǔ)、交叉條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)統(tǒng)稱為連續(xù)基礎(chǔ)。連續(xù)基礎(chǔ)的特點：（1）具有較大的基礎(chǔ)底面積，因此能承擔較大的建筑物荷載，易于滿足地基承載力的要求；（2）連續(xù)基礎(chǔ)的連續(xù)性可以大大加強建筑物的整體剛度，有利于減小不均勻沉降及提高建筑物的抗震性能；（3）對于箱形基礎(chǔ)和設(shè)置了地下室的筏板基礎(chǔ)，可以有效地提高地基承載力，并能以挖去的土重補償建筑物的部分（或全部）重量。第34頁/共74頁地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念地基與基礎(chǔ)的相互作用1.基底反力的分布規(guī)律此處把剛性基礎(chǔ)能跨越基底中部，將所承擔的荷載相對集中地傳至基底邊緣的現(xiàn)象叫做基礎(chǔ)的“架越作用”。第35頁/共74頁如果地基土的壓縮性很低，基礎(chǔ)的不均勻沉降很小，則考慮地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)三者相互作用的意義就不大。因此，在相互作用中起主導作用的是地基，其次是基礎(chǔ)，而上部結(jié)構(gòu)則是在壓縮性地基上基礎(chǔ)整體剛度有限時起重要作用的因素。

第36頁/共74頁文克勒地基模型以及適用條件1867年，捷克工程師E.Winkler提出：地基上任一點所受的壓力強度p與該點的地基沉降量s成正比，即

p=ks式中比例系數(shù)k稱為基床反力系數(shù)（或簡稱基床系數(shù)），其單位為kN/m3，地基表面某點的沉降與其它點無關(guān)。第37頁/共74頁文克勒地基上梁的計算無限長梁的解答1.微分方程式第38頁/共74頁總結(jié)：(x＜0)，w，M不變，q和V取反號(x＜0)，w,M取反號，q和V不變注意：在每一次計算時，均需把坐標原點移到相應(yīng)的集中荷載作用點處。第39頁/共74頁?。?！多個集中荷載作用：注意在每一次計算時，均需把坐標原點移到相應(yīng)的集中荷載作用點處。

第40頁/共74頁地基上梁的柔度指數(shù)在梁端邊界條件力的計算公式[式（3-24）]中，所有的系數(shù)都是ll的函數(shù)。ll稱為柔度指數(shù)，它是表征文克勒地基上梁的相對剛?cè)岢潭鹊囊粋€無量綱值。當ll→0

時，梁的剛度為無限大，可視為剛性梁；而當ll→∞時，梁是無限長的，可視為柔性梁。

λl≤π/4短梁（剛性梁）

π/4<λl<π

有限長梁（有限剛度梁）

λl≥π

長梁（柔性梁）

第41頁/共74頁內(nèi)力計算計算方法簡化計算法彈性地基梁法靜定分析法（靜定梁法）倒梁法假定上部結(jié)構(gòu)剛度很小假定上部結(jié)構(gòu)剛度很大第42頁/共74頁有限長梁的計算有限長梁求解內(nèi)力、位移的方法，可按無限長梁運用疊加原理來求解。

附加荷載FA、MA和FB

、MB稱為梁端邊界條件力。第43頁/共74頁計算步驟歸納如下：（1）把有限長梁Ⅰ延長到無限長，計算無限長梁Ⅱ上相應(yīng)于梁Ⅰ的兩端A和B截面由于外荷載引起的彎矩和剪力Ma、Va及Mb、Vb;（2）把有限長梁Ⅰ兩端無限延伸，并在Ａ、B處加以待定的外荷載FA、MA和FB

、MB，如圖中梁III。利用公式3-18,3-21計算在Ａ、B截面產(chǎn)生的內(nèi)力、

及

、

；

（3）求得待定的外荷載FA、MA和FB

、MB。第44頁/共74頁（4）求解梁III的內(nèi)力與位移，并將其與梁II的內(nèi)力和位移相疊加，得出結(jié)果就是有限長梁ＡＢ在荷載Ｆ、M作用下的內(nèi)力和位移。第45頁/共74頁習題3－2某過江隧道底面寬度為33m，隧道A、B段下的土層分布依次為：A段，粉質(zhì)粘土，軟塑，厚度2m，Es＝4.2MPa，其下為基巖；B段，粘土，硬塑，厚度12m，Es=18.4MPa，其下為基巖。試分別計算A、B段的地基基床系數(shù)，并比較計算結(jié)果。

〔解〕本題屬薄壓縮層地基，可按式（10-52）計算。A段：

B段：

比較上述計算結(jié)果可知，并非土越硬，其基床系數(shù)就越大?；蚕禂?shù)不僅與土的軟硬有關(guān)，更與地基可壓縮土層的厚度有關(guān)。第46頁/共74頁習題3－3如圖10-13中承受集中荷載的鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)的抗彎剛度EI＝2×106kN·m2，梁長l＝10m，底面寬度b＝2m，基床系數(shù)k＝4199kN/m3，試計算基礎(chǔ)中點C的撓度、彎矩和基底凈反力。第47頁/共74頁解：查相關(guān)函數(shù)表，得Ax=0.57120，Bx=0.31848，Cx=-0.06574，Dx=0.25273，Al=0.12342，Cl=-0.19853，Dl=-0.03765，El=4.61834，F(xiàn)l=-1.52865

判斷：＜Π有限長梁P81步驟三部曲第48頁/共74頁(1)計算外荷載在無限長梁相應(yīng)于A、B兩截面上所產(chǎn)生的彎矩和剪力Ma、Va、Mb、Vb

由式（3-18）及式（3-21）得：

p79-80第49頁/共74頁(2)計算梁端邊界條件力由式(3-24)得：P81FA=(El+FlDl)Va+λ(El-FlAl)Ma-(Fl+ElDl)Vb+λ(Fl-ElAl)Mb=(4.61834+1.52865×0.03756)×121.2+0.18×(4.61834+1.52865×0.12342)×(-103.9)-(-1.52865-4.61834×0.03756)×(-131.5)+0.18×(-1.52865-4.61834×0.12342)×(-78.7)=282.7kNFB=(Fl+ElDl)Va+λ(Fl-ElAl)Ma-(El+FlDl)Vb+λ(El-FlAl)Mb=(-1.52865-4.61834×0.03756)×121.2+0.18×(-1.52865-4.61834×0.12342)×(-103.9)-(4.61834+1.52865×0.03756)×(-131.5)+0.18×(4.61834+1.52865×0.12342)×(-78.7)=379.8kN第50頁/共74頁=-396.7kN·m

=756.8kN·m第51頁/共74頁(3)計算基礎(chǔ)中點C的撓度、彎矩和基底凈反力

pC=kwC=4199×0.0134=56.3kPa第52頁/共74頁樁基礎(chǔ)第53頁/共74頁功能、荷載傳遞機理、截面形狀、尺寸、材料、施工方法等一般分類樁基礎(chǔ)的分類：根據(jù)樁的受力情況根據(jù)樁的作用分類根據(jù)樁的施工工藝抗拔樁抗壓樁巖土擋樁普通樁抗震樁擋土樁抗滑樁樹根樁預制樁灌注樁摩擦樁端承樁小型鉆孔灌注樁：φ13-30cm樁長5-25m。一般分類第54頁/共74頁抗壓樁摩擦樁：軟土厚、樁只打入一定深度未達到硬土層；樁荷載主要靠樁側(cè)與土體的摩阻力。端承樁：樁穿過軟土層支承于硬土層或巖土層；樁荷載主要靠樁端阻力。承受軸向壓荷載的樁第55頁/共74頁樁基設(shè)計內(nèi)容①樁的類型和幾何尺寸的選擇；②單樁豎向（和水平向）承載力的確定；③確定樁的數(shù)量、間距和平面布置；④樁基承載力和沉降驗算；⑤樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計；⑥承臺設(shè)計；⑦繪制樁基施工圖。第56頁/共74頁樁的豎向承載力單樁軸向荷載的傳遞機理樁頂沉降＝樁端沉降＋樁身壓縮量樁側(cè)摩阻力與樁側(cè)表面的法向壓力及樁土界面相對位移成正比。側(cè)阻的深度效應(yīng)樁頂軸力Q＝樁側(cè)總阻力Qs+

樁端總阻力Qp第57頁/共74頁單樁軸向荷載傳遞的基本微分方程：第58頁/共74頁豎向荷載下的群樁效應(yīng)群樁基礎(chǔ)：由2根以上樁組成的樁基。豎向荷載作用下，由于承臺、樁、土相互作用，群樁基礎(chǔ)中的一根樁單獨受荷時的承載力和沉降性狀，往往與相同地質(zhì)條件和設(shè)置方法的同樣獨立單樁有顯著差別，這種現(xiàn)象稱為群樁效應(yīng)。群樁效應(yīng)系數(shù)η：>1=1<1第59頁/共74頁計算方法實體深基礎(chǔ)法明德林應(yīng)力法考慮擴散作用不考慮擴散作用P144公式(4-27)P145公式(4-28)群樁地基內(nèi)應(yīng)力分布計算：附加應(yīng)力P146公式(4-33)第60頁/共74頁樁的負摩擦問題產(chǎn)生負摩擦的條件和原因在樁頂豎向荷載作用下，當樁相對于樁側(cè)土體向下位移時，土對樁產(chǎn)生的向上作用的摩阻力，稱為正摩阻力。但是，當樁側(cè)土體因某種原因而下沉，且其下沉量大于樁的沉降（即樁側(cè)土體相對于樁向下位移）時，土對樁產(chǎn)生的向下作用的摩阻力，稱為負摩阻力。

第61頁/共74頁第62頁/共74頁第63頁/共74頁第64頁/共74頁中性點解釋第65頁/共74頁Fn負摩阻力的累計值Fp中性點以下正摩阻力的累計值中性點是摩阻力、樁土之間的相對位移和樁身軸力沿樁身變化的特征點中性點樁身軸力最大第66頁/共74頁習題4－1截面邊長為400mm的鋼筋混凝土實心方樁，打入10m深的淤泥和淤泥質(zhì)土后，支承在中風化的硬質(zhì)巖石上。已知作用在樁頂?shù)呢Q向壓力為800kN，樁身的彈性模量為3×104N/mm2。試估算該樁的沉降量?！步狻吃摌秾儆诙顺袠?，樁側(cè)阻力可忽略不計，樁端為中風化的硬質(zhì)巖石，其變形亦可忽略不計。因此，樁身壓縮量即為該樁的沉降量，即第67頁/共74頁習題4－2某場區(qū)從天然地面起往下的土層分布是：粉質(zhì)粘土，厚度l1=3m，qs1a=24kPa；粉土，厚度l2=6m，