关于地基基础设计的若干问题

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,李广信,关于地基基础设计的若干问题,清华大学,目录,1地基基础设,计,计理论与荷载,2关于地基承,载,载力,3桩的承载特,性,性与群桩效应,4复合地基设,计,计的三个原则,5基坑及其事,故,故分析,6基坑的设计,7土中水及其,渗,渗流问题,8土工合成材,料,料,地基基础设计理,论,论与荷载,满足如下要求：,1、承载力,2、变形,3、稳定,4、基础本身,（,（强度、刚度,、,、耐久性、抗,裂,裂,）,设计基本原则,两种极限状态,设,设计,承载能力极限,状,状态,：,以结构内力（,地,地基荷载）超,过,过其承载能力,为,为依据各种,失,失稳、结构破,坏,坏。,正常使用极限,状,状态：,以结构（地基,）,）的变形、裂,缝,缝、振动参数,（,（老化蠕变）,的,的限值为依据,。,。有时间接通,过,过应力控制（,例,例如最大塑性,深,深度的限制,容,容许承载力）,地基基础的设,计,计思想,可靠度理论：,以,以概率理论未,基,基础的极限状,态,态设计方法；,是,是不确定性理,论,论方法因,果,果关系的破缺,；,；结果是破坏,的,的概率或者工,程,程的可靠度。,定值设计法：,所,所有参数和条,件,件是定值，所,有,有不确定性由,一,一个安全系数K包括。,一、地基基础,承,承载力,设计理论,1、容许承载,力,力理论,2、极限承载,力,力理论安全,系,系数法,3、极限承载,力,力理论分项,系,系数法,重要性系数,分项系数,分项系数,1、容许承载,力,力理论,承载力：塑性,区,区开展范围：P,cr,，P,1/4,，s/b=0.01-0.02（载荷,试,试验）、计算,公,公式,荷载：标准值,（,（组合）,F,塑性区,1、容许承载,力,力理论,在载荷试验中,可,可以由其比例,界,界限确定；,按一定沉降比,人,人为规定，例,如,如s/b,0.002,在理论计算中,可,可以由塑性区,发,发展理论中的,临,临塑荷载p,cr,p,1/4,、p,1/3,确定。,按容许承载力,理,理论确定的承,载,载力，其沉降,一,一般也会满足,要,要求，常常不,需,需进行沉降验,算,算。,在这种设计中,，,，工程的安全,性,性和可靠性是,无,无定量的概念,的,的。因而是一,种,种经验的设计,方,方法。,其设计荷载可,取,取为标准值或,标,标准组合。,2、极限承载,力,力理论安全,系,系数法,承载力：极限,承,承载力公式、,平,平板载荷试验,的,的极限值/安,全,全系数（23）,荷载采用标准,值,值（组合）,2、极限承载,力,力理论安全,系,系数法,在这一理论方,法,法中，其安全,程,程度用单一的,安,安全系数K表,示,示，但这一安,全,全系数反映多,大,大的失事概率,是,是不得而知的,。,。,对于地基承载,力,力问题，单一,安,安全系数法的,一,一般表达式为,：,：,定值设计法,长期的经验的,积,积累,合理的综合判,断,断,工程的类比,合理的反算,3、极限承载,力,力理论分项,系,系数,承载力：采用,标,标准值除以承,载,载力分项系数,荷载：荷载效,应,应组合的代表,值,值分项系数,设计值S（,基,基本组合）,3、极限承载,力,力理论分项,系,系数,基于可靠度理,论,论的分项系数,设,设计方法也是,一,一种极限状态,设,设计方法。,由于工程中的,荷,荷载和抗力都,是,是随机变量，,有,有多少可能使,荷,荷载大于抗力,而,而失事是一个,随,随机事件，,破坏的概率（,可,可能性）决定,于,于两个随机变,量,量的均值（众,值,值，中值及某,个,个分位值）及,其,其分布。,R，S,R，S,f(S),f(R),R,S,R,S,可靠度,其失事概率可,用,用可靠度指标,表,表示。例如，,则,则表示失效概,率,率为万分之9.4。相应的,设,设计公式可简,单,单表示为：,3.0,这种设计理论,能,能够明确地给,出,出安全与失效,的,的概率，然后,通,通过经济、社,会,会、技术的风,险,险分析，给出,最,最合理的设计,值,值。所以是一,种,种最科学合理,的,的设计理论与,方,方法，为国内,外,外工程设计所,广,广泛采用。我,国,国颁布的建,筑,筑结构可靠度,设,设计统一标准,（GB50068-2001）规定，,对,对于各种结构,设,设计应遵循该,理,理论方法。,岩土工程的不,确,确定性,土层剖面与边,界,界的不确定性,现场与实验室,岩,岩土指标的不,确,确定性,现场应力与孔,隙,隙水压力的不,确,确定性,外加荷载及其,分,分布的不确定,性,性,计算理论和方,法,法的不确定性,应力变形的机,理,理不清楚。,三种设计理论,容许承载力法,单一安全系数,可靠度设计,二、荷载计,算,算,1 极限状,态,态：,结构或者结构,的,的一部分超过,某,某一特定状态,，,，而不能满足,设,设计规定的某,一,一功能要求时,，,，这一特定状,态,态为结构对于,该,该功能的极限,状,状态。,（1）承载能,力,力极限状态,：,一般是结构的,内,内力超过其承,载,载能力为依据,；,；,（2）正常使,用,用极限状态,：,一般是以结构,的,的变形、裂缝,、,、振动参数等,超,超过设计允许,的,的限值为依据,。,。,2 荷载种,类,类：,永久,荷载（恒荷载,）,）：,（1）不随时,间,间变化(自重,）,）；（2）变,化,化与均值比可,忽,忽略（设备）,；,；（3）单调,变,变化并趋于极,值,值（正常水压,力,力）：结构及,基,基础自重、固,定,定设备重量、,土,土压力、正常,稳,稳定水位的水,压,压力,可变,荷载（活荷载1）：,变化与均值比,不,不可忽略：屋,面,面、楼面、吊,车,车、雪、风荷,载,载,偶然,荷载（特殊荷,载,载、活荷载2,）,）：,在结构使用期,间,间不一定出现,，,，一旦出现其,值,值很大，持续,时,时间很短：地,震,震、撞击、爆,炸,炸、,3荷载的代,表,表值,（1）标准值,：,：,基本代表值，,为,为设计,基准期,内最大荷载统,计,计分布的,特征值,（如：,均值,、众值、中值,）,（2）组合值,：,：,对于可变荷载,，,，组合超越概,率,率与其出现概,率,率相同（等于,标,标准值）如：1台风设,防,防地震最大,楼,楼面荷载,（3）频遇值,：,：,对于可变荷载,，,，超越概率为,规,规定的较小比,率,率；,（4）准永久,值,值：,对于,可变,荷载，在设计,基,基准期内，其,超,超越的总时间,为,为设计基准期,一,一半的荷载值,。,。（人群活荷,载,载沉降）,p,S：荷载,R：抗力,标准值,荷载与抗力的,取,取值,4荷载与承,载,载力的设计值,荷载S代表,值,值,分项系数,（大于1）,抗力R代表,值,值/,分项系数,（大于1）,5 荷载效,应,应,：,指在一定的外,荷,荷载作用下，,在,在一定设计对,象,象中的作用：,轴,轴力、水平力,、,、力矩,基础上荷载及,荷,荷载效应,上部结构F、M、H：结构,自,自重 屋面,荷,荷载 楼面,荷,荷载 活荷,载,载,基础自重G：,设,设计地面高程,（,（内外地面平,均,均值）,F M,F,F H,F M,H,一般为前两种,情,情况，横向力,不,不大，只做校,核,核,基础上荷载及,荷,荷载效应,6 荷载组,合,合,：,按极限状态设,计,计时，为保证,结,结构的可靠性,对,对于同时出现,的,的各种荷载设,计,计值的规定。,基本组合,：,承载能力极限,状,状态,设计时，永久,作,作用与可变作,用,用的组合；（,分,分项系数）,偶然组合：,承载能力极限,状,状态,设计时，（永,久,久作用）（,可,可变作用）,（,（,一个偶然作用,）,）,的组合；（大于基本组,合,合）,标准组合,：,正常使用,极限状态设计,时,时，采用,标准值,，（或组合值,）,）为荷载代表,的,的组合；,（频遇组合）,：,：,正常使用,极限状态设计,时,时，对于可变,荷,荷载，采用频,遇,遇值（或准永,久,久值）为荷载,代,代表的组合：,（,（永久组合标,准,准值）（主,导,导可变荷载频,遇,遇值）（伴,随,随可变荷载的,准,准永久值）,准永久组合,：,正常使用,极限状态设计,时,时，对于可变,荷,荷载，采用准,永,永久值为荷载,代,代表的组合,（1）基本组,合,合,荷载效应组合,的,的设计值,（1）由可变荷载控制时：,S,Q1k,:在所有可,变,变荷载中产生,最,最不利荷载效,应,应的一个,（2,）,）由永久荷载,控,控制,时,时：,组合,值,值系,数,数,c,（2,）,）标,准,准组,合,合,荷载,效,效应,组,组合,的,的设,计,计值,S,Q1k,:,在,在所,有,有可,变,变荷,载,载中,产,产生,最,最不,利,利荷,载,载效,应,应的,一,一个,组合,值,值系,数,数,c,（4,）,）准,永,永久,组,组合,荷载,效,效应,组,组合,的,的设,计,计值,准永,久,久值,系,系数,q,民用,建,建筑,楼,楼面,均,均布,活,活荷,载,载的,各,各种,代,代表,值,值,类别,标准值(kN/m,2,),组合值系数,c,频遇值系数,f,准永久值系数,q,住宅、宿舍、办公楼,教室、实验室、会议室,2.0,0.7,0.5,0.6,0.4,0.5,食堂、餐厅,2.5,0.7,0.6,0.5,礼堂、剧场、影院,3.0,0.7,0.5,0.5,商店、车站、机场大厅,3.5,0.7,0.6,0.3,健身房、舞厅,4.0,0.7,0.6,0.5,书库、档案库,5.0,0.9,0.9,0.8,规范GB5007-2002中,的,的规,定,定,（一,）,）按,地,地基,承载,力,力,确定,基,基础,底,底面,积,积及,埋,埋深,，,，传,至,至基,础,础底,面,面上,的,的荷,载,载应,按,按,正常,使,使用,极限,状,状态,下,下,荷载,效,效应,的,的标,准,准组,合,合,。承,载,载力,采,采用,特,特征,值,值。,组合,值,值系,数,数,c,（二,）,）计,算,算地,基,基,变形,时，,传,传至,基,基础,底,底面,上,上的,荷,荷载,效,效应,应,应按正常,使,使用,极,极限,状,状态,下,下的,荷,荷载,效,效应,的,的准,永,永久,组,组合。不,应,应计,入,入风,荷,荷载,和,和地,震,震荷,载,载,。,相应,的,的限,值,值应,为,为地,基,基变,形,形的,允,允许,值,值。,准永,久,久值,系,系数,q,（三,）,）在,确,确定,基,基础,或,或承,台,台高,度,度、,支,支挡,结,结构,高,高度,、,、计,算,算它,们,们的,内力,、确,定,定配,筋,筋和,验,验算,材,材料,强,强度,时,时，,上,上部,结,结构,传,传来,的,的荷,载,载效,应,应组,合,合和,相,相应,的,的基,底,底反,力,力，,采,采用承载,能,能力,极,极限,状,状态,下,下荷,载,载效,应,应的,基本,组,组合,，采,用,用相,应,应的,分,分项,系,系数,。,。,（1,）,）由,可,可变,荷,荷载,控,控制,时,时：,组合,值,值系,数,数,c,（2,）,）由,永,永久,荷,荷载,控,控制,时,时：,组合,值,值系,数,数,c,（3,）,）对,于,于由永,久,久荷,载,载控,制,制的,基,基本,组,组合,，,，也,可,可采,用,用简,化,化规,则,则：,R:,结,结构,构,构件,抗,抗力,的,的设,计,计值,S,k,:荷,载,载效,应,应的,标,标准,组,组合,值,值,（四,）,）计,算,算挡,土,土墙,、,、地,基,基或,斜,斜坡,稳,稳定,基,基滑,坡,坡推,力,力时,，,，荷,载,载效,应,应，,按,按承,载,载能,力,力极,限,限状,态,态下,荷,荷载,效,效应,的,的基本,组,组合,，,，但,其,其分,项,项系,数,数均,为,为1,：,：,组合,值,值系,数,数,c,GB50007-2002,的,的设,计,计理,论,论应,用,用,地基,承,承载,力,力,容,容许,承,承载,力,力,稳定,分,分析,单,一,一安,全,全