《地基和基础设计》PPT课件.ppt

第10章 地基和基础的设计,主要内容,概 述 地基和基础类型 基础埋深的选择 天然地基上浅基础的设计 地基和基础的验算,第1节 概 述,基 础,地 基,地 基 种 类,天然地基 未经人工处理就可满足设计要求的地基。 人工地基 地层承载力不能满足设计要求，需进行加固处理的地基。,基 础 种 类,浅基础 埋深35m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基础。 深基础 借助于特殊施工方法建造的基础。如桩基、墩基、沉井和地下连续墙。,墙下条形基础,南京地铁火车站基坑施工现场,建成后的盾构隧道,原基础 Old foundation,基础托换 UNDERPINING,新基础 New foundation,盾构隧道 Shield tunnel,楼房 building,边坡支护工程照片,一、地基和基础的设计原则 1、保证地基和基础具有足够安全度的整体稳定性； 2、在长期荷载作用下，基础沉降不引起上部结构损坏，并在容许范围内； 3、地基具有足够的抗渗稳定性。,设计原则,对地基: pf, ss, 或,对基础: 强度、刚度、耐久性,二、考虑地基、基础、墩台及上部结构整体作用 建筑物是一个整体，地基、基础和上部结构是共同工作且相互影响的，地基的任何变形都必定引起基础和上部结构的变形；不同类型的基础会影响上部结构的受力和工作；上部结构的力学特征也必然对基础的类型与地基的强度、变形和稳定条件提出相应的要求，地基和基础的不均匀沉降对于超静定的上部结构影响较大，因为较小的基础沉降差就能引起上部结构产生较大的内力。同时恰当的上部结构也具有调整地基基础受力条件，改善位移情况的能力。因此，基础工程应紧密结合上部结构特性和要求进行；上部结构的设计也应充分考虑地基的特点，把整个结构物作为一个整体，考虑其整体作用和各个组成部分的共同作用。,三、地基和基础的设计步骤 1、确定地基承载力； 2、选择地基和基础的类型； 3、选择基础埋深； 4、确定基础结构型式和材料； 5、确定基础布置和尺寸； 6、验算地基和基础的稳定、沉降； 7、进行施工图设计。,建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方面的要求。,1.变形要求,建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差，应该在该建筑物允许的范围内。,2.强度和稳定性要求,建筑物的基底压力应在地基允许的承载能力之内。,地基承载力：地基土单位面积上所能承受荷载的能力。,极限承载力(pu): 地基不致失稳时单位面积能承受的最大荷载。,地基容许承载力(pa): 考虑一定安全储备后的地基承载力。,一、地基承载力概念,第2节 地基承载力的确定,四、确定地基容许承载力的方法,确定地基容许承载力的方法，一般有以下三种： 1. 根据载荷试验的ps曲线来确定地基容许承载力；,2. 根据设计规范确定(新规范已取消)；,3. 根据地基承载力理论公式确定地基容许承载力。,注意：第一项对应基底以下土容重； 第二项对应基底以上土容重； 地下水位以下的容重一律采用浮容重。,一、按理论公式计算的方法 1.按极限荷载确定地基承载力 （1）太沙基公式： 适用于以中心垂直荷载为主的各类建筑物条形基础。,用太沙基极限荷载公式计算地基承载力时，其安全系数应取为3。,地下水位在滑动面与基底之间,地下水位在滑动面与基底之间,地下水位在基底与地面之间,地下水位在基底与地面之间,三、汉森极限承载力理论,式中：,汉森公式:,sr、sq、sc 基础的形状系数 ir、iq、ic 荷载倾斜系数 dr、dq、dc 深度修正系数 Nr、Nq、Nc 承载力系数,普朗特尔、太沙基等极限荷载公式，只适用于中心竖向荷载作用时的条形基础，同时不考虑基底以上土的抗剪强度的作用。若基础上作用的荷载是倾斜的或有偏心，基底的形状是矩形或圆形，基础的埋置深度较深，计算时需要考虑基底以上土的抗剪强度影响。 汉森(Hanson,1970)提出的在中心倾斜荷载作用下，不同基础形状及不同埋置深度时的极限荷载计算公式：,一、确定地基承载力特征值,当e0.033b,根据土的抗剪强度指标确定地基承载力：,fa 土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值； Mb、Md、Mc 承载力系数（可根据k查表得到)； 地基土的重度，地下水位以下取浮重度； d基础埋置深度(m)，从室外地面标高计算； m基底以上土的加权重度，地下水位以下取浮重度； b 基础底面宽度，大于6m时，按6m取值；对于砂土小于3m时按3m取值； ck 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。,二、按规范方法确定地基承载力,抗剪强度指标标准值ck、k,a.根据室内n组三轴试验结果，计算土性指标的平均值、标准差和变异系数,平均值,标准差,变异系数,b.计算内摩擦角和粘聚力的统计修正系数 、c,c.计算内摩擦角和粘聚力的标准值,从前述临界荷载及极限荷载计算公式可以看到，当基础越宽，埋置深度越大，土的抗剪强度指标值越大时，地基承载力也增加。,二、确定地基承载力特征值修正,规范规定：当b3m或d0.5m，地基承载力特征值应该进行修正。,fa 修正后的地基承载力特征值 fak 地基承载力特征值，根据强度指标确定 b、 d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数(可查表),说明：规范规定地基承载力特征值还可以由载荷试验或其它原位测试、并结合工程经验等方法综合确定。,关于地基承载力的讨论,地基承载力的研究是土力学的主要课题之一，地基承载力的确定也是一个比较复杂的问题，影响因素较多。其大小的确定除了与地基土的性质有关以外，还取决于基础的形状、荷载作用方式以及建筑物对沉降控制要求等多种因素。,一、关于载荷板试验确定地基容许承载力,用载荷试验曲线确定的地基容许承载力在或为设计容许承载力时，均未包括基础埋置深度对地基承载力的影响，应进行深度修正。,载荷试验的压板宽度总是小于实际基础的宽度，这种尺寸效应是不能忽略的。因此有必要时应进行地基和基础的变形验算。,从临塑荷载与临界荷载公式推导中，可以看出： 1计算公式适用于条形基础。这些计算公式是从平面问题的条形均布荷载情况下导得的，若将它近似地用于矩形基础，其结果是偏于安全的。 2计算土中由自重产生的主应力时，假定土的侧压力系数 ，这是与土的实际情况不符，但这样可使计算公式简化。一般来说，这样假定的结果会导致计算的塑性区范围比实际偏小一些。 3在计算临界荷载 时，土中已出现塑性区，但这时仍按弹性理论计算土中应力，这在理论上相互矛盾的，其所引起的误差是随着塑性区范围的扩大而加大。,二、关于临塑荷载和临界荷载,对于平面问题，若不考虑基础形状和荷载的作用方式，则地基极限承载力的一般计算公式为： 上式表明，地基极限承载由换算成单位基础宽度的三部分土体抗力组成： （1）滑裂土体自重所产生的摩擦拉力； （2）基础两侧均布荷载所产生的抗力； （3）滑裂面上粘聚力所产生的抗力。,三、关于极限承载力计算公式,1极限承载力公式的含义,3. 极限承载力公式的局限性 应当指出的是，所有极限承载力公式，都是在土体刚塑性假定下推导出来的，实际上，土体在荷载作用下不但会产生压缩变形而且也会产生剪切变形，这是目前极限承载力公式中共同存在的主要问题。因此对地基变形较大时，用极限承载力公式计算的结果有时并不能反映地基土的实际情况。,2. 确定容许承载力时安全系数的选用 不同极限承载力公式是在不同假定情况下推导出来，在确定容许承载力时，其选用的安全系数不尽相同。一般用太沙基极限承载力公式，安全系数采用3，用汉森公式，对于无粘土可取2，对于粘性土可取3。,第3节 地基和基础类型及其选择,选择地基基础类型，主要考虑两方面因素： 1、建筑物的性质； 2、地基的地质情况。,1、一般粘性土地基: 土质均匀、承载力大，可作为天然地基； 2、软土地基: 压缩性高、地基承载力小、透水性差。 3、粉土和细砂地基：振动荷载作用下易液化。 4、砂卵石地基：强度高，压缩性小，但渗透性强。,天然地基，人工地基,基础,浅基(造价低、施工方便),深基（埋深大于5米）,做在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5米，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），在计算中基础的侧面摩擦力不必考虑，统称为天然地基上的浅基础。,按材料和构造两方面分类。,(一)、按基础材料分类,1、砖基础,就地取材、价格较低、施工简便,2、三合土基础,石灰、砂、碎砖或碎石，按体积比为1:2:4 1:3:6配成，常用于地下水位较低的四层及四层以下的民用建筑工程中。,3、灰土基础,石灰和土(粘性土)按其体积比为3:7或2:8，灰土基础适用于地下水位较低，五层及五层以下的混合结构房屋和墙 承重的轻型工业厂房。,4、毛石基础,未风化的毛石，毛石基础的宽度及台阶高度不得小于40mm。,5、混凝土和毛石混凝土基础,混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都较好。,上述基础，设计时必须保证其拉、剪应力不超过相应材料强度设计值这种保证是通过对基础构造的限制来实现的。,6、钢筋混凝土基础,钢筋混凝土基础强度度大，具有良好的抗弯性能，在相同条件下，基础的厚度较薄。建筑物的荷载较大或土质较软弱时，常采用这类基础。适宜于“ 宽基浅埋”情况。,刚性基础,前述的基础根据受力特点可分类为：,柔性基础,1、砖基础 2、三合土基础 3、灰土基础 4、毛石基础 5、混凝土和毛石混凝土基础,6、钢筋混凝土基础,(二)、按构造分类,1、 单独基础,(1)、柱下单独基础,柱基础主要类型。依材料，常采用砖石、混凝土和钢筋混凝土等。,(2)、墙下单独基础,当上层土质松散，而在不深处有较好的土层时，为了节省基础材料和减少开挖土方量而采用的一种基础形式。,2、 条形基础,条形基础是指基础长度远大于其宽度的一种基础形式。,(1)、墙下条形基础,承重墙基础的主要形式，常用砖、毛石、三合土和灰土建造。当上部结构荷重较大而土质较差时，可采用混凝土或钢筋混凝土建造。,(2)、柱下钢筋混凝土条形基础,地基软弱而荷载较大。,3、 柱下十字形基础,荷载较大的高层建筑。,4、 片筏基础,地基软弱而荷载又很大，采用十字形基础仍不能满足要求或相邻基槽距离很小时。,5、 箱形基础,箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横交叉的隔墙构成。 具有很大的整体刚度。 基础中空部分可作地下室，与实体基础相比可减小基底压力。 适于高层建筑物的基础。,6、 壳体基础,第4节 基础埋深的选择,基础埋置深度是指设计地面到基础地面的深度,原则： 在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋，但不应浅于0.5m。 基础顶面低于设计地面至少0.1米。 根据实际情况，选择良好的土层作为基础持力层，减小基础尺寸，减少土方开挖，使基础的造价最低。,一、与建筑物有关的条件 包括建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造等。 二、作用在地基上的荷载大小和性质 三、工程地质条件和水文地质条件 合理选择地基持力层。另外，选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。（渗流力、浮托力）,影响基础埋深的因素：,应选好土层作为持力层。,1、若表层土好、下层土软，基础应尽量浅埋,2、若表层土软、下层土好，如图。应具体分析,H5米，采用深基,H2米 选下层土,H=24米,低层：选上层土， 需加强上部结构；,其它：选下层土,3、位于边坡坡顶上的建筑物,要求：,条基：d(3.5ba)tg,矩形基础：d(2.5ba)tg,条件：坡高h8m，坡角45o、b3m,为避免麻烦，基础应尽量埋在地下水位以上。,基础位于水下时，要考虑流砂、涌土及地下水水质问题。,4、地下水位,遇承压水时(如图)，应验算基坑的稳定性。即：,u/ 1,其中：u=rwh; =r1z1 + r2z2,四、相邻建筑物的基础埋深 当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的基础埋深。 当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，两基础之 间应保持一定 净距，其数值应根 据原有建筑物荷载 大小、基础型式和 土质情况而定。,五、地基土冻胀和融陷的影响,一、基底轮廓形状 一般应与上部结构适应。尽量使基础设计成中心受压状态，使荷载通过基底面积形心；如必须设计成偏心受压状态，则应根据地基的地质条件、建筑物的特点和荷载情况，使基础的偏心距尽量小或控制在一定的适宜值范围。,第5节 天然地基上浅基础的设计,二、计算基底尺寸 1. 轴心荷载,要求 p fv, 方形基础：, 矩形基础：, 条形基础：沿长度(l)方向取1m, 故：,2. 偏心荷载,要求：,p fa,pmax 1.2fa,e l/6,设计中，先试算，后验算。,二、刚性基础剖面尺寸和设计,自学例题3-1（P51）,三、钢筋混凝土基础的型式和剖面设计,（一）型式和构造 1、柱下独立基础,（a）阶梯形 （b）角锥形 （c）杯口形,2、墙下条形基础,无 肋,有 肋,（二）剖面设计 1、柱下独立基础: 进行抗冲切破坏验算 2、墙下条形基础: 进行抗剪切破坏验算 （三）配筋计算 依据基底最大弯矩进行配筋计算。 自学例题3-2P56,第6节 地基和基础验算,一、地基稳定性验算 1、沿基础底面水平滑动验算 2、深层（整体）滑动验算 3、倾覆稳定性的验算,1、沿基础底面水平滑动验算,2、深层（整体）滑动验算,3、倾覆稳定性的验算,建筑措施,结构措施,施工措施,三、减轻不均匀沉降危害的措施,一、建筑措施,二、结构措施,三、施工措施,挡土墙设计,一、挡土墙类型,1.重力式挡土墙,块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。,2.悬臂式挡土墙,钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用,3.扶壁式挡土墙,针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（0.81.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持,4.锚定板式与锚杆式挡土墙,预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持,二、挡土墙计算,1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定,2.地基承载力验算,挡土墙计算内容,3.墙身强度验算,抗倾覆稳定验算,d,抗倾覆稳定条件,挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆,抗滑稳定验算,抗滑稳定条件,挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动,三、重力式挡土墙的体型与构造,m为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到,1.墙背倾斜形式,重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定,2.挡土墙截面尺寸,砌石挡土墙顶宽不小于0.5m，混凝土墙可缩小为0.20m0.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高的1/21/3,为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡,当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶,三种不同倾斜形式挡土墙土压力之间关系,E1E2E3,3.墙后排水措施,挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性,墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实,4.填土质量要求,THE END FOR CHAPTER TEN,THANK YOU FOR YOUR PATIENCE!,