土力學(xué)與基礎(chǔ)工程7

1、第七章 淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)7.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則7.2 淺基礎(chǔ)的類型7.3 基礎(chǔ)埋置深度的選擇7.4 地基承載力7.5 基礎(chǔ)底面尺寸的確定7.6 地基變形驗(yàn)算7.7 擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)7.8 減輕不均勻沉降的措施7.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則一、概述 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須根據(jù)建筑物的用途和安全等級(jí)、平面布置和上部結(jié)構(gòu)類型，充分考慮建筑場(chǎng)地和地基巖土條件，結(jié)合施工條件以及工期、造價(jià)等各方面要求，合理選擇地基基礎(chǔ)方案，因地制宜、精心設(shè)計(jì)，以保證建筑物的安全和正常使用。二、選擇地基基礎(chǔ)類型主要考慮因素1、建筑物的性質(zhì)2、地基的地質(zhì)情況三、地基基礎(chǔ)方案1.天然地基上的淺基礎(chǔ)2.人工地基上的淺基礎(chǔ)3.天然地基上的

2、深基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)人工地基：加固上部土層，提高土層的承載力，再把基礎(chǔ)做在這種經(jīng)過(guò)人工加固后的土層上。這種地基叫做人工地基。樁基礎(chǔ)：在地基中打樁，把建筑物支撐在樁臺(tái)上，建筑物的荷載由樁傳到地基深處較為堅(jiān)實(shí)的土層。這種基礎(chǔ)叫做樁基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)：把基礎(chǔ)做在地基深處承載力較高的土層上。埋置深度大于5m或大于基礎(chǔ)寬度。在計(jì)算基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)該考慮基礎(chǔ)側(cè)壁摩擦力的影響。這類基礎(chǔ)叫做深基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)：做在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基礎(chǔ)（柱基或墻基）以及埋置深度雖超過(guò)5米，但小于基礎(chǔ)寬度的大尺寸基礎(chǔ)（如箱形基礎(chǔ)），在計(jì)算中基礎(chǔ)的側(cè)面摩擦力不必考慮，統(tǒng)稱為天然地基上的淺基礎(chǔ)。四、常規(guī)設(shè)計(jì) 常用淺基礎(chǔ)體型不大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

3、在計(jì)算單個(gè)基礎(chǔ)時(shí)，一般既不遵循上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的變形協(xié)調(diào)條件，也不考慮地基與基礎(chǔ)的相互作用。這種簡(jiǎn)化法也經(jīng)常用于其它復(fù)雜基礎(chǔ)的初步設(shè)計(jì)，稱為常規(guī)設(shè)計(jì)。第七章 淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)7.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則7.2 淺基礎(chǔ)的類型7.3 基礎(chǔ)埋置深度的選擇7.4 地基承載力7.5 基礎(chǔ)底面尺寸的確定7.6 地基變形驗(yàn)算7.7 擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)7.8 減輕不均勻沉降的措施7.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則人工地基：加固上部土層，提高土層的承載力，再把基礎(chǔ)做在這種經(jīng)過(guò)人工加固后的土層上。這種地基叫做人工地基。樁基礎(chǔ)：在地基中打樁，把建筑物支撐在樁臺(tái)上，建筑物的荷載由樁傳到地基深處較為堅(jiān)實(shí)的土層。這種基礎(chǔ)叫做樁基礎(chǔ)。深基

4、礎(chǔ)：把基礎(chǔ)做在地基深處承載力較高的土層上。埋置深度大于5m或大于基礎(chǔ)寬度。在計(jì)算基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)該考慮基礎(chǔ)側(cè)壁摩擦力的影響。這類基礎(chǔ)叫做深基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)：做在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基礎(chǔ)（柱基或墻基）以及埋置深度雖超過(guò)5米，但小于基礎(chǔ)寬度的大尺寸基礎(chǔ)（如箱形基礎(chǔ)），在計(jì)算中基礎(chǔ)的側(cè)面摩擦力不必考慮，統(tǒng)稱為天然地基上的淺基礎(chǔ)。常規(guī)設(shè)計(jì) 常用淺基礎(chǔ)體型不大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在計(jì)算單個(gè)基礎(chǔ)時(shí)，一般既不遵循上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的變形協(xié)調(diào)條件，也不考慮地基與基礎(chǔ)的相互作用。這種簡(jiǎn)化法也經(jīng)常用于其它復(fù)雜基礎(chǔ)的初步設(shè)計(jì)，稱為常規(guī)設(shè)計(jì)。1、選擇基礎(chǔ)的材料和類型2、選擇基礎(chǔ)的埋置深度3、確定地基承載力4、根據(jù)地基承載力，確

5、定基礎(chǔ)的構(gòu)造尺寸，必要時(shí)進(jìn)行下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算。5、進(jìn)行必要的地基驗(yàn)算（包括變形與穩(wěn)定性驗(yàn)算）6、進(jìn)行基礎(chǔ)的高度設(shè)計(jì)7、繪基礎(chǔ)施工圖天然淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟滿足如下要求：1、承載力2、變形3、穩(wěn)定4、基礎(chǔ)本身（強(qiáng)度、剛度、耐久性、抗裂）設(shè)計(jì)基本原則兩種極限狀態(tài)設(shè)計(jì)承載能力極限狀態(tài)：以結(jié)構(gòu)內(nèi)力（地基荷載）超過(guò)其承載能力為依據(jù)-各種失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞。正常使用極限狀態(tài)：以結(jié)構(gòu)（地基）的變形、裂縫、振動(dòng)參數(shù)（老化蠕變）的限值為依據(jù)。有時(shí)間接通過(guò)應(yīng)力控制（例如最大塑性深度的限制-容許承載力）五、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則1. 防止地基土發(fā)生剪切破壞和喪失穩(wěn)定性，應(yīng)具有足夠的安全度；2. 控制地基的變形量，使之不超

6、過(guò)建筑物的地基特征變形允許值；3. 基礎(chǔ)本身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性。建筑地基規(guī)范將地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分為三個(gè)設(shè)計(jì)等級(jí)某谷倉(cāng)的地基整體破壞地基液化引起的建筑物破壞墨西哥市藝術(shù)宮 于1904年落成，至今已有100余年的歷史。當(dāng)?shù)乇韺訛槿斯ぬ钔僚c砂夾卵石硬殼層，厚度5m；其下為超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達(dá)712，天然含水量高達(dá)150%600%，為世界罕見(jiàn)的軟弱土，層厚達(dá)25m。因此，這座藝術(shù)宮嚴(yán)重下沉，沉降量竟高達(dá)4m。臨近的公路下沉2m，公路路面至藝術(shù)宮門前高差達(dá)2m。參觀者需步下9級(jí)臺(tái)階，才能從公路進(jìn)入藝術(shù)宮。下沉量為一般房屋一層樓有余，造成室內(nèi)外連接困難和交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道修理工程量增加

7、。比薩斜塔-不均勻沉降始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。傾斜5.5，頂部偏心2.1米相鄰建筑物引起的不均勻沉降膨脹土地基上的建筑物7.2 淺基礎(chǔ)的類型1、 磚石砌體 磚:標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于MU10，大放角基礎(chǔ)。兩皮一收或兩皮一收與一皮一收相間。毛石：未經(jīng)加工整平的石料。注意其構(gòu)造要求及臺(tái)階高寬比要求。 一、按基礎(chǔ)材料分類2、混凝土和毛石混凝土 3、鋼筋混凝土 4、灰土 石灰和土的體積比一般為3：7或2：8灰土干重度14.515.5KN/m3 ,容許承載力可達(dá)250300KPa。應(yīng)：捏緊成團(tuán)，落地開花5、三合土 其體積比一般為1：3：6或1：2：4（石灰：砂子：骨料

8、）。二、按構(gòu)造分類1、獨(dú)立基礎(chǔ): 煙囪、水塔、高爐等構(gòu)筑物，有時(shí)也可采用殼體基礎(chǔ)外，更多的是采用鋼筋混凝上圓板或圓環(huán)基礎(chǔ)及混凝土大塊式基礎(chǔ)2、條形基礎(chǔ)：長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于寬度的基礎(chǔ)。3、柱下十字形基礎(chǔ)4、筏板基礎(chǔ)(滿堂紅)5、箱形基礎(chǔ):目前在高層建筑中多采用6、殼體基礎(chǔ):一般適用于水塔、煙囪、料倉(cāng)和中小型高爐等高聳的構(gòu)筑物的基礎(chǔ)。 7.2 淺基礎(chǔ)的類型1、剛性基礎(chǔ)三.按材料性能分類（1）材料：磚、塊石、毛石、砼、三合土等（2）特性：抗壓強(qiáng)度大，抗拉、抗剪強(qiáng)度?。?）高度由構(gòu)造滿足要求 允許剛 性角（允許寬高比）（4）目的：使得基礎(chǔ)內(nèi)部產(chǎn)生壓力而不產(chǎn)生拉力允許剛性角允許寬高比2、柔性基礎(chǔ)三.按材料性能（

9、1）材料：鋼筋混凝土（2）特性：抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度都大（3）高度由抗沖切驗(yàn)算滿足（4）目的：使得基礎(chǔ)不產(chǎn)生沖切破壞7.3 基礎(chǔ)埋置深度的選擇 一、概念1、基礎(chǔ)埋置深度 基礎(chǔ)底面至地面（一般指室外設(shè)計(jì)地面）的距離。2、基礎(chǔ)埋深選擇的意義影響：建筑物的安全和正常使用；基礎(chǔ)施工技術(shù)措施；施工工期；工程造價(jià)。安全方面：對(duì)高層穩(wěn)定、滑移的影響；地基強(qiáng)度、變形的影響；基礎(chǔ)由于凍脹或水影響下的耐久性。3、基礎(chǔ)埋深選擇的原則在保證建筑物安全、穩(wěn)定、耐久使用的前提下，應(yīng)盡量淺埋，以便節(jié)省投資，方便施工。除基巖外，一般不宜小于0.5米。基礎(chǔ)頂面應(yīng)低于設(shè)計(jì)外地面100mm以上，以避免基礎(chǔ)外露。1、建筑物的用途類型

10、及荷載大小性質(zhì)(1)建筑物的用途，有無(wú)地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施等(2)上部結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻沉降敏感(3)基礎(chǔ)承受較大垂直與水平荷載(4)在地震區(qū)或有振動(dòng)荷載的基礎(chǔ)(5)同一建筑物基礎(chǔ)埋深不同(6)剛性基礎(chǔ)構(gòu)造要求二、影響基礎(chǔ)埋深的因素2、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件(1)根據(jù)工程地質(zhì)條件選擇合適的土層作為地基持力層是確定基礎(chǔ)埋深的主要因素； 二、影響基礎(chǔ)埋深的因素密實(shí)土A松軟土B松軟土C密實(shí)土密實(shí)土D軟弱土第七章 淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)7.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則7.2 淺基礎(chǔ)的類型7.3 基礎(chǔ)埋置深度的選擇7.4 地基承載力7.5 基礎(chǔ)底面尺寸的確定7.6 地基變形驗(yàn)算7.7 擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)7.8 減輕不均

11、勻沉降的措施1、選擇基礎(chǔ)的材料和類型2、選擇基礎(chǔ)的埋置深度3、確定地基承載力4、根據(jù)地基承載力，確定基礎(chǔ)的構(gòu)造尺寸，必要時(shí)進(jìn)行下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算。5、進(jìn)行必要的地基驗(yàn)算（包括變形與穩(wěn)定性驗(yàn)算）6、進(jìn)行基礎(chǔ)的高度設(shè)計(jì)7、繪基礎(chǔ)施工圖天然淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟3、基礎(chǔ)埋深選擇的原則在保證建筑物安全、穩(wěn)定、耐久使用的前提下，應(yīng)盡量淺埋，以便節(jié)省投資，方便施工。除基巖外，一般不宜小于0.5米?；A(chǔ)頂面應(yīng)低于設(shè)計(jì)外地面100mm以上，以避免基礎(chǔ)外露。1、建筑物的用途類型及荷載大小性質(zhì)(1)建筑物的用途，有無(wú)地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施等(2)上部結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻沉降敏感(3)基礎(chǔ)承受較大垂直與水平荷載(4)在地震區(qū)

12、或有振動(dòng)荷載的基礎(chǔ)(5)同一建筑物基礎(chǔ)埋深不同(6)剛性基礎(chǔ)構(gòu)造要求二、影響基礎(chǔ)埋深的因素2、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件(1)根據(jù)工程地質(zhì)條件選擇合適的土層作為地基持力層是確定基礎(chǔ)埋深的主要因素； 二、影響基礎(chǔ)埋深的因素密實(shí)土A松軟土B松軟土C密實(shí)土密實(shí)土D軟弱土2、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件(2)合理選擇地基持力層應(yīng)考慮動(dòng)態(tài)（滲流力、浮托力）的作用；二、影響基礎(chǔ)埋深的因素承壓水位Dh0粘土層卵石層h粘土層底面土壓力應(yīng)大于粘土層底部單位面積上受到承壓水的浮托力，以免開挖基槽，坑底土被承壓水沖破引起突涌或流砂現(xiàn)象。2、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件(3)一般基底宜設(shè)置在地下水位以上；(4)必須置于地

13、下水位以下時(shí)，則應(yīng)考慮地下水對(duì)基礎(chǔ)是否有侵蝕性，以及施工時(shí)基坑排水及坑壁圍護(hù)等問(wèn)題。二、影響基礎(chǔ)埋深的因素3、相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深(1)當(dāng)存在相鄰建筑物時(shí)，新建建筑物的基礎(chǔ)埋深不宜大于原有建筑物的基礎(chǔ)埋深。(2)當(dāng)埋深大于原有建筑物的基礎(chǔ)埋深時(shí)，兩基礎(chǔ)之間應(yīng)保持一定凈距，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)原有建筑物荷載大小、基礎(chǔ)型式和土質(zhì)情況而定。 (3)如上述要求不能滿足時(shí)，應(yīng)采取分段施工，設(shè)臨時(shí)加固支撐，打板樁，地下連續(xù)墻等施工措施，或加固原有建筑物的地基。二、影響基礎(chǔ)埋深的因素3、相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深二、影響基礎(chǔ)埋深的因素4、地基土凍脹和融陷的影響二、影響基礎(chǔ)埋深的因素1、選擇基礎(chǔ)的材料和類型2、選擇基礎(chǔ)的埋

14、置深度3、確定地基承載力4、根據(jù)地基承載力，確定基礎(chǔ)的構(gòu)造尺寸，必要時(shí)進(jìn)行下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算。5、進(jìn)行必要的地基驗(yàn)算（包括變形與穩(wěn)定性驗(yàn)算）6、進(jìn)行基礎(chǔ)的高度設(shè)計(jì)7、繪基礎(chǔ)施工圖天然淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟7.4 地基承載力 一、概念1、地基承載力：地基在保證其穩(wěn)定的前提下，滿足建筑物各類變形要求時(shí)的承載能力。2、地基承載力的確定方法：a、按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定；b、按地基載荷試驗(yàn)確定；c、按地基規(guī)范承載力表確定；d、根據(jù)相鄰條件相似的建筑物經(jīng)驗(yàn)確定。7.4 地基承載力 二、按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定1、建筑地基規(guī)范推薦的理論公式2、魏錫克公式（或漢森公式）當(dāng)e0.033b，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承

15、載力fa 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值Mb、Md、Mc 承載力系數(shù)（可根據(jù)k查表7.9得到)地基土的重度，地下水位以下取浮重度d基礎(chǔ)埋置深度(m)，從室外地面標(biāo)高計(jì)算m基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)重度，地下水位以下取浮重度b 基礎(chǔ)底面寬度，大于6m時(shí)，按6m取值，對(duì)于砂土小于 3m時(shí)按3m取值ck 基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值1、建筑地基規(guī)范推薦的理論公式 二、按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定2、魏錫克公式（或漢森公式）-總安全系數(shù)設(shè)計(jì)原則三、按地基載荷試驗(yàn)確定1、載荷試驗(yàn)法 是在保持地基土天然應(yīng)力和結(jié)構(gòu)狀態(tài)情況下，模擬建筑物荷載條件，通過(guò)一定面積的承壓板向地基施加垂向荷載，研究地基土變形和

16、強(qiáng)度規(guī)律的一種原位試驗(yàn)。試驗(yàn)中土的受力條件近似無(wú)側(cè)限壓縮。三、按地基載荷試驗(yàn)確定1、載荷試驗(yàn)法 pup0s千斤頂荷載板平衡架 拉錨由拐點(diǎn)得地基極限承載力pu，除以安全系數(shù)K得容許承載力p平板載荷試驗(yàn)要點(diǎn)0.5m 0.5m, 0.71 m 0.71m, 1.0m 1.0mB3b(3d)，以消除側(cè)向土自重引起的超載影響 同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3點(diǎn)，各試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不得超過(guò)其平均值的30%，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。逐級(jí)加荷，逐級(jí)觀測(cè)、記錄土的變形量，直至地基土達(dá)到破環(huán)狀態(tài)(承壓板周圍土出現(xiàn)明顯裂縫或隆起，變形急劇增加，p-s曲線出現(xiàn)陡降段等)。 8-10級(jí)每級(jí)穩(wěn)定的

17、標(biāo)準(zhǔn)承載力的標(biāo)準(zhǔn)（特征）值按載荷試驗(yàn)成果確定地基承載力特征值ps0 p-s曲線確定地基承載力特征值1.當(dāng)ps曲線上有比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；2.當(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載值的一半；3.當(dāng)不能按上述二點(diǎn)確定時(shí)，如壓板面積為0.250.50m2，可取s/b=0.010.015所對(duì)應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。ps02、靜力觸探試驗(yàn)法（CPT） (cone penetration test)探頭QfQcF鉆桿用靜壓力勻速將裝有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格探頭的觸探器壓入土中，通過(guò)壓力傳感器及電阻應(yīng)變儀測(cè)出土層對(duì)探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強(qiáng)度的

18、大小，把貫入阻力與荷載試驗(yàn)所得到的地基容許承載力建立相關(guān)關(guān)系，從而即可按照實(shí)測(cè)的貫入阻力確定地基的容許承載力值。還可以把土的貫入阻力與土的變形模量及壓縮模量建立相關(guān)關(guān)系，從而可以確定變形模量和壓縮模量 方法介紹：探頭阻力Q可分為兩個(gè)部分1.錐頭阻力Qc 2.側(cè)壁摩阻力Qf 比貫入阻力：探頭單位截面積的阻力 3、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法（SPT） (standard penetration test)試驗(yàn)時(shí)，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)貫入器放至孔底，然后用質(zhì)量為63.5kg的錘，以76cm的高度自由下落將貫入器先擊入土中15cm，然后測(cè)繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù) 建立標(biāo)準(zhǔn)貫

19、入擊數(shù)與地基承載力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以得到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)下的地基承載力 四、 按地基規(guī)范承載力表確定規(guī)范規(guī)定：當(dāng)b3m或d0.5m，地基承載力特征值應(yīng)該進(jìn)行修正fa 修正后的地基承載力特征值fak 地基承載力特征值，根據(jù)強(qiáng)度指標(biāo)確定b、 d基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)（可查表7.10）說(shuō)明：規(guī)范規(guī)定地基承載力特征值還可以由載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定五、例題分析【例】某一柱下鋼筋混凝土單獨(dú)基礎(chǔ)如圖所示，已知基礎(chǔ)底面尺寸為3.05.1m。1、按第2層粉質(zhì)粘土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值 ；2、已知土層2的地基承載力特征值 ，試按地基規(guī)范承載力表確定地基承載力特征值。F1M粉質(zhì)粘土F2粉質(zhì)粘土淤泥質(zhì)土10005003.05.1m7.5 基礎(chǔ)底面尺寸的確定天然地基上淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)包括內(nèi)容：1.選擇基礎(chǔ)的材料、類型和平面布置；2.選擇基礎(chǔ)的埋置深度；3.確定地基承載力；4.確定基礎(chǔ)尺寸；5.進(jìn)行地基變形與穩(wěn)定性驗(yàn)算；6.進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；7.繪制基礎(chǔ)施工圖，提出施工說(shuō)明。 一、按地基持力層的承載力計(jì)算基底尺寸 設(shè)計(jì)時(shí)，先選定埋深d并初步選擇基底尺寸，求得持力層承載力設(shè)計(jì)值fa ，再驗(yàn)算并調(diào)