重慶交大土力學）第十章+天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計.ppt

1、2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,1,概述 淺基礎(chǔ)的類型與構(gòu)造 剛性擴大基礎(chǔ)的設(shè)計與計算 剛性擴大基礎(chǔ)計算算例,第十章 天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,2,第一節(jié) 概述,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,3,橋梁基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,4,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,5,地基的強度條件：地基有足夠的強度，在荷載作用下，地基土不發(fā)生剪切破壞或失穩(wěn)。 地基的變形條件：不使地基產(chǎn)生過大的沉降或不均勻沉降，保證建筑物正常使用。 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

2、本身應有足夠的強度和剛度，在地基反力作用下不會產(chǎn)生過大強度破壞，并具有改善沉降與不均勻沉降的能力。 綜上所述：地基種類分 人工地基：經(jīng)過處理而達到設(shè)計要求的地基。 天然地基：不需處理而直接利用的地基。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,6,基礎(chǔ),淺基(造價低、施工方便)剛性擴大基礎(chǔ),深基（埋深大于5米）樁、沉井基礎(chǔ),設(shè)計原則,對地基: pfa, ss, 或,對基礎(chǔ): 強度、剛度、耐久性,天然地基，人工地基（地基處理）,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,7,一、 設(shè)計資料,1、橋位及上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)資料 2、橋位地基勘察資料及地質(zhì)剖面； 3、地基土質(zhì)調(diào)

3、查試驗報告； 4、河流水文資料等；,一、設(shè)計施工所需資料表10-1,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,8,二、作用與作用效應組合,（一）作用分類 1、永久作用：經(jīng)常作用的其數(shù)值不隨時間變化或變化微小的作用 結(jié)構(gòu)自重、土重及自重產(chǎn)生的土壓力、預加力、浮力、收縮徐變力。 2、可變作用：數(shù)值隨時間變化,且變化值與平均值比較不可忽略的作用 包括汽車荷載、沖擊力、離心力、汽車引起的土側(cè)壓力、人群、汽車制動力、風荷載、流水及冰壓力、溫度作用、支座摩阻力等。 3、偶然作用：作用時間短暫，且發(fā)生的機率很小的作用 地震作用、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用等。 詳見公路橋涵設(shè)計通用規(guī)

4、范。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,9,（二）作用效應組合 1、基本組合： 永久作用的設(shè)計值效應與可變作用設(shè)計值效應相組合,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,10,2、偶然組合,永久作用標準值效應與可變作用某種代表值效應、一種偶然作用標準值效應相組合。 偶然作用的效應分項系數(shù)取1.0；與偶然作用同時出現(xiàn)的可變作用，可根據(jù)觀測資料和工程經(jīng)驗取用適當?shù)拇碇怠５卣鹱饔脴藴手导捌浔磉_式按現(xiàn)行公路工程抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定采用。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,11,3、長期組合,永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合,2

5、009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,12,4、短期組合,永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應相組合,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,13,（三）作用的計算 1：永久作用。 2：可變作用。 3：偶然作用 詳見公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,14,（四）浮力的處理 1：透水地基基礎(chǔ)，穩(wěn)定性驗算考慮設(shè)計水位；基底應力計算可考慮低水位或不考慮。 2：不透水地基（密實粘土、完整基巖）且接觸良好，可不考慮浮力。 3：不能確定透水不透水時，取不利情況。 4：作用在樁基承臺底面浮力，應考慮全部底面積，但嵌巖灌注樁

6、扣除樁截面積。 詳見地基基礎(chǔ)規(guī)范。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,15,（五）最不利組合 1：組合起來的作用，產(chǎn)生最大的力學效應，如最大沉降、最大應力、最小安全系數(shù)等，對應的組合即為最不利。 2：最不利組合難以判別時需要對可能組合進行計算；而且主要組合和附加組合控制標準不一樣。 （六）縱橋向和橫橋向 一般縱橋向控制設(shè)計，但大跨橋梁、橫向荷載較大時需進行橫橋向計算。 詳見地基基礎(chǔ)規(guī)范。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,16,基礎(chǔ)工程設(shè)計計算原則： 1：基底壓應力小于地基容許承載力。 2：地基基礎(chǔ)變形值小于建筑物容許沉降值。 3：地基基礎(chǔ)的整體

7、穩(wěn)定性有足夠保證。 4：基礎(chǔ)本身的強度滿足要求。,第二節(jié) 淺基礎(chǔ)的類型與構(gòu)造,淺基礎(chǔ)通常指埋深小于5米的基礎(chǔ)，在所有基礎(chǔ)形式中應用最廣。具有施工簡單、設(shè)計計算明確、造價低等特點，一般情況下，在條件允許時優(yōu)先選擇淺基礎(chǔ)形式。由于通常采用明挖法施工，也稱明挖基礎(chǔ)。 淺基礎(chǔ)由于埋入地層較淺，設(shè)計計算時可以忽略基礎(chǔ)側(cè)面土體對基礎(chǔ)的影響，如不計基礎(chǔ)側(cè)邊與土間的摩阻力等；而深基礎(chǔ)則在設(shè)計計算中需考慮側(cè)面土體對基礎(chǔ)的影響，施工方法也稍復雜。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,17,一、淺基礎(chǔ)的類型和適用條件,天然地基淺基礎(chǔ)，根據(jù)受力條件及構(gòu)造可分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)兩大類。 (一)

8、剛性基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,18,當基礎(chǔ)在外力（包括基礎(chǔ)自重）作用下，基底承受著強度為 的反力，基礎(chǔ)的懸出部分即a-a斷面左端，相當于承受著強度為 的均布作用的懸臂梁，在荷載作用下，a-a斷面將產(chǎn)生彎曲拉應力和剪應力。當基礎(chǔ)圬工具有足夠的截面使材料的容許應力大于由地基反力產(chǎn)生的彎曲拉應力和剪應力時，a-a斷面不會出現(xiàn)裂縫，這時，基礎(chǔ)內(nèi)不需配置受力鋼筋，這種基礎(chǔ)稱為剛性基礎(chǔ)。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,19,剛性基礎(chǔ)的特點：穩(wěn)定性好，施工簡便，能承受較大的作用。是橋涵、房屋、公共設(shè)施等結(jié)構(gòu)物首先考慮的基礎(chǔ)型式。 主要缺點是自

9、重大，并且在持力層為軟弱土時，由于基礎(chǔ)底面積受一定限制，需要對地基進行處理或加固后才能采用，否則會因所受的壓力超過地基強度而影響結(jié)構(gòu)物的正常使用。因此對于作用大、上部結(jié)構(gòu)對差異變形量較為敏感的結(jié)構(gòu)物，當持力層土質(zhì)較差又較厚時，剛性基礎(chǔ)作為淺基礎(chǔ)是不適宜的。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,20,剛性基礎(chǔ)的材料都具有較好的抗壓性能，但抗拉、抗剪強度不高。設(shè)計時必須保證發(fā)生在基礎(chǔ)內(nèi)的拉應力和剪應力不超過相應材料的強度設(shè)計值。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,21,設(shè)自柱身（或墩、臺身）邊緣處的垂線與基礎(chǔ)邊緣聯(lián)線間的夾角為 ，既能保證基礎(chǔ)安全，又能

10、充分發(fā)揮材料強度的最大夾角max 稱為材料的剛性角。剛性基礎(chǔ)只要滿足剛性角的要求(即 )，就是安全的。材料剛性角的正切值稱為容許寬高比。設(shè)計時，基礎(chǔ)的懸出長度與高度之比以及每個臺階的寬度與厚度之比，都要滿足容許寬高比的要求。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,22,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,23,(二) 柔性基礎(chǔ) 理論上的柔性基礎(chǔ)基底反力分布與作用于基礎(chǔ)上的荷載分布一致，工程上的柔性基礎(chǔ)是指鋼筋混凝土基礎(chǔ)。 柔性基礎(chǔ)整體性能較好，抗彎剛度較大。如筏板和聯(lián)合基礎(chǔ)在外力作用下只產(chǎn)生均勻沉降或整體傾斜，這樣對上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應力比較小，基本上

11、消除了由于地基沉降不均勻引起結(jié)構(gòu)損壞的影響。所以，在土質(zhì)較差的地基上修建高層建筑時，采用這種基礎(chǔ)型式是適宜的。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,24,二、淺基礎(chǔ)的構(gòu)造,1、 剛性擴大基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,25,2、單獨和聯(lián)合基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,26,3、條形基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,27,4、片筏和箱型基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,28,第三節(jié) 剛性擴大基礎(chǔ)的設(shè)計與計算,設(shè)計計算內(nèi)容： 在基礎(chǔ)埋置深度和構(gòu)造尺寸確

12、定后，應先根據(jù)最不利而且有可能的作用效應組合，計算出基底的應力，然后進行基礎(chǔ)的合力偏心距、穩(wěn)定性以及地基的強度（包括持力層、軟弱下臥層的強度）的驗算，需要時還應進行地基變形的驗算。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,29,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,30,剛性擴大基礎(chǔ)設(shè)計計算內(nèi)容及步驟： 1.選擇基礎(chǔ)的埋置深度； 2.選擇基礎(chǔ)的材料、類型和平面布置； 3.地基承載力驗算； 4.基底合力偏心距驗算； 5.基礎(chǔ)和地基穩(wěn)定性驗算； 6.基礎(chǔ)沉降驗算； 7.繪制基礎(chǔ)施工圖，提出施工說明。,一、埋置深度的確定,確定基礎(chǔ)的埋置深度時，必須綜合考慮地基的

13、地質(zhì)、地形條件、河流的沖刷程度、當?shù)氐膬鼋Y(jié)深度、上部結(jié)構(gòu)形式，以及保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋深和施工技術(shù)條件等因素。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,31,(一) 工程地質(zhì)條件 (二) 河流的沖刷深度 (三) 當?shù)氐膬鼋Y(jié)深度 (四) 上部結(jié)構(gòu)形式 (五) 當?shù)氐牡匦螚l件 (六) 保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋置深度,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,32,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,33,一）、地基的地質(zhì)條件,應選好土層作為持力層。,1、若表層土好、下層土軟，基礎(chǔ)應盡量淺埋。,2、若表層土軟、下層土好，如圖。,H,軟土

14、,好土、基巖,H2米 選下層土,H=24米,低層：選上層土，需加強上部結(jié)構(gòu)；,其它：選下層土,H5米，采用深基、或采用人工地基,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,34,二）、河流的沖刷深度,1、一般沖刷：整個河床下降；局部沖刷：墩臺周圍局部沖刷；二者相加即為最大沖刷深度。,2、有沖刷河流基礎(chǔ)必須埋置于最大沖刷線以下不小于1米。,3、橋梁越重要、修復越困難則最小埋深越大，見P27表2-7及規(guī)范。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,35,三）、凍結(jié)深度東北及西北地區(qū),高寒地區(qū)，產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象。規(guī)范規(guī)定：一般而言要埋置于最深凍結(jié)線以下不小于0.25米，見

15、規(guī)范。,四）、上部結(jié)構(gòu)形式,對中小靜定橋梁埋深影響不大；但超靜定橋梁結(jié)構(gòu)，要埋置于較深的堅實地基上。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,36,五）、當?shù)氐匦螚l件,斜坡地帶位保證基礎(chǔ)及地基穩(wěn)定，要控制基礎(chǔ)邊緣的埋深及到坡表的距離，見P28表2-8及規(guī)范要求。,六）、保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋深,應至少位于地表以下1米。 其它相鄰建筑影響、施工條件、經(jīng)濟性、地下水等綜合確定最佳埋深。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,37,二、 剛性擴大基礎(chǔ)尺寸的擬定,基礎(chǔ)厚度：一般1-2米，分層厚度0.5-1米。 平面尺寸：一般為矩形，襟邊最小0.2-0.3米，基

16、礎(chǔ)長寬分別為：,l為墩臺截面長度，d墩臺截面寬度，H為基礎(chǔ)高度，a=剛性角。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,38,地基進行豎向承載力驗算時,傳至基底或承臺底面的作用效應應按正常使用極限狀態(tài)的短期效應組合采用,同時尚應考慮作用效應的偶然組合(不包括地震作用)。 當采用短期效應組合時，可變作用的頻遇值系數(shù)均取為1.0，且汽車荷載應計入沖擊系數(shù)。 填料厚度（包括路面厚度）0.5m的拱橋、涵洞，以及重力式墩臺，其地基計算可不及汽車沖擊系數(shù)。 當采用偶然組合時，所有系數(shù)均取為1.0。,三、地基承載力驗算,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,39,(一）持

17、力層強度驗算,單向偏心,單向偏心（重分布）,為抗力系數(shù)，可取1.25，但僅受直接作用作用或承載力容許值小于150kpa時，應取1.0。,三、 地基承載力驗算,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,40,三、 地基承載力驗算,雙向偏心,式中，M、N分別為最不利工況下的偏心矩和豎向力合力，且為同一作用組合求得。驗算原則為基底面最大壓應力小于該處地基容許承載力。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,41,三、 地基承載力驗算,(二）軟弱下臥層強度驗算,驗算原則為軟弱下臥層頂面處自重應力和附加應力之和小于該處地基容許承載力。 注意p如何取植！,2009年11月

18、,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,42,四、 基底合力偏心矩驗算,基礎(chǔ)設(shè)計的一個原則在于使基底壓力均勻，減少不均勻沉降及傾斜。 對于非巖石地基，以不出現(xiàn)拉應力為原則：當墩臺僅受永久作用標準值效應組合時，基底合力偏心矩不大于基底核心半徑0.1倍（墩）和0.75倍（臺）；當受作用標準值效應組合或偶然作用標準值效應組合時，僅需e0不超過核心半徑。,當外力合力作用點不在任何一個對稱軸上時，可以下式直接求解。,注意：合力和最小應力應在同一種作用組合下求得。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,43,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,44,五、 基礎(chǔ)和

19、地基穩(wěn)定性驗算,地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗算包括基礎(chǔ)抗滑、抗傾及地基整體穩(wěn)定性驗算。,(一）基礎(chǔ)傾覆穩(wěn)定性驗算,傾覆穩(wěn)定同合力偏心距直接相關(guān)，可以通過控制偏心距來保證基礎(chǔ)不傾覆。,式中s為基底截面重心至基底壓力最大一邊邊緣的距離。,抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù),2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,45,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,46,五、 基礎(chǔ)和地基穩(wěn)定性驗算,(二）基礎(chǔ)抗滑穩(wěn)定性驗算,基底摩擦系數(shù)見P34表2-10或規(guī)范。,抗滑穩(wěn)定性系數(shù),和 分別為兩個相對主向的各自水平力總和，絕對值較大者為滑動水平力，另一為抗滑穩(wěn)定力； 為抗滑動穩(wěn)定力。,2009年11月,重慶交通大學河海學院 巖土與地質(zhì)工程系,47,2009年1